毕业专题论文：AIS的发展与其在航海实践中应用的研究.doc

1、目 录绪 论 .- 1 -第一章 AIS 的产生背景及其功能 .- 2 -11 AIS 产生的背景 .- 2 -1.2 AIS 的发展过程 .- 2 -1.3 AIS 发展的前景 .- 2 -1.4 AIS 的概念和意义 .- 2 -1.5 新规范的 AIS 技术特点 .- 3 -1.6 AIS 在海事管理中的应用及其前景 .- 4 -第二章 AIS 的发展现状 .- 6 -2.1 有关 AIS 的国际组织会议及审议的问题 .- 6 -2.2 AIS 在船舶航行及避碰中的应用 .- 7 -2.3 AIS 的试验机应用现状 .- 8 -第三章 对 AIS 的研究及特点 .- 9 -3.1 对 A

2、IS 基础技术性问题的研究 .- 9 -3.2 对 AIS 的应用的研究 .- 10 -3.3 国际上对 AIS 的研究 .- 12 -第四章 结论 .- 13 -鸣 谢 .- 14 -参考文献 .- 15 - -1AIS 的发展与其在航海实践中应用的研究摘 要船舶自动识别系统（AIS）自 90 年代中期由瑞典等国家提出，得到迅速的发展，IMO在 1999 年通过了AIS 强制安装的决定 ，并将于 2002 年 7 月 1 日开始逐步强制在船上安装设备；该设备安装以后，对目前航运界的避碰手段、航行警告制度、传为报告制度以及物流方面将产生巨大而深远的影响。关键词:AIS 现状 应用 研究The

3、research of development of AIS and appliance of AIS in navigational practiceAbstractAutomatic Identification System (AIS) since the mid-90s made by Sweden and other countries, rapid development, IMO in 1999 adopted the “AIS mandatory installation of decision “ and will be 1 July 2002 the ship began

4、to gradually force Installation of AIS equipment; the equipment installed, the shipping industry on the current means of collision avoidance, navigation warning system, communication and logistics for the reporting system will have tremendous and far-reaching impact.Key words: AIS Status Applied Res

5、earch 广东海洋大学 2011 届本科生毕业专题论文- -2 第一章 AIS 的产生背景及其功能11 AIS 产生的背景航行中的船舶之间的信息交换是非常有限的，手段也非常单一，主要是利用 VHF 进行通信，但是由于语言的障碍，是的船舶双方不能进行很好的沟通，也就无法了解双方的操船信息与意图，使船舶碰撞的可能性大大增加，在某些限制水域和 VTS 作用区，是通过无线电询问或船舶主动向控制中心报告而获得船舶信息的，此信息再由人工的方式输入 VTS 系统从而实现对船舶的跟踪管理，但是对于船舶航行密度较大的地区来讲，不仅劳动强度增大，而且操作上容易出现差错，再加上雷达盲区，容易失去目标，针对上述情况

6、，至上个世纪九十年代，IMO 就着手研究 AIS 系统。1.2 AIS 的发展过程尽管早在十年前有关航运部门提出了对 AIS 的迫切要求，但是没有先进技术的支持，要满足 AIS 的要求也是不可能的，而 AIS 系统的三大技术支柱就是：高精度的定位手段；自控时分多址接续技术（SOTDMA）和电子海图技术，同时一个全球范围内统一的船舶编码（MMSI）也是必不可少的；就是年代末，信息技术与通讯技术的发展和完善，使 AIS 得到迅速的发展。AIS作为一个强制安装的项目，将于 2002 年 7 月 1 日开始实施，到 2008 年全面实施。1.3 AIS 发展的前景从 AIS 的基本功能和技术特点看，该

7、系统为船舶航行安全和航行管理提供了一种新型有效的手段。据国外有关部门在 1999 年作的统计和预测，AIS 的发展虽比 ECDIS（电子海图显示与信息系统）起步晚了十年左右，但它的发展数度已大大超过 ECDIS，今后若干年将保持这种发展趋势，从 IMO 的方面看，AIS 的强制配备要求将先于 ECDIS,新的 SOLAS 拱月修正案已经在2000 年底被正式通过，这就意味着 2002 年的 7 月 1 日将进入配备 AIS 设备的实施阶段。74SOLAS 公约的 88 年修正案对公约的第四章（无线电通信）作为重大修正，提出了航运界人所皆知的 GMDSS 计划，GMDSS 计划的实施带给航运界和

8、个管理部门的影响是巨大的。将要实施的 AIS 系统，设备的规模和费用上虽比不上 GMDSS，但其对船舶航行安全和航行安全管理的作用却是十分重要的，发展的规模和前景是非常广阔的。1.4 AIS 的概念和意义全球无线电应答器系统，也称自动识别系统（AIS） ，是近年来几个国际组织，特别是国际海事组织（IMO） 、国际航标协会（IALA） 、国际电信联盟（ITI-R）共同的研究成果。AIS 的目广东海洋大学 2011 届本科生毕业专题论文- -3 的是使所有船舶都安装无线电应答器系统，使本船可以被其它装有无线电应答器的船舶“看得见” 。船舶之间“看得见” ，意味着不需要人为介入便能够连续交换重要的航

9、行数据，包括当前航行状态和动态。信息中最重要的数据包括船籍、船位、航线、航向、航速、转向速度。只有当这些信息可自动、连续传送给“所有”相关船舶时，AIS 才可称为无线电自动识别系统。由于 AIS 使用海上移动 VHF 波段交换数据，所以 AIS 设备的成本相对于雷达设备要低，然而它的“可视”范围却几乎等于雷达。由于这种特性，AIS 将为船舶提供一种有效的避碰措施，并极大地增强雷达功能。而且，由于安装 AIS 的船舶的航行信息都是在“空中”传播，因此当地 VTS 站也可以收到。为处理 AIS 信息，VTS 只需配有 AIS 基站，操作员无需逐个查询船舶，利用 AIS 就可以获得所有装有 AIS

10、船舶的完整的交通动态信息。由于 AIS 完全独立于雷达，也就是说，基于 AIS 的 VTS 无需安装雷达，因此，AIS 技术对 VTS 操作的长期作用，其效果不可估量。最后，如果将定期航行和固定航线的船舶的相关信息经常或者按需加在传送信息中，AIS将成为一种船舶报告系统。这些附加的信息包括船舶呼号、船名、货种、始发港和目的港以及实际吃水，等等。上述三个应用领域组成了 AIS 的整体思想，也是 IMO 对它的定义的依据：AIS 是一种船上改善避碰效果的方法AIS 是一种不用雷达及可使 VTMS 获得交通状态的方法AIS 是一种制定船舶报告计划的方法1.5 新规范的 AIS 技术特点（1） 系统工

11、作特点：在所有区域内自主和连续工作有还是管理部门的交管监视中心指配工作信道和模式，以便主管部门控制数据传输的间隔和时隙数据的传输响应来自于船舶或主管部门的问询，有轮询和受控两种模式（2） 系统传输的静态信息：IMO 编码（如有） 、呼号和船名、船的长度和宽度、船的类型、定位天线在船上的位置。（3） 系统传输的动态信息：船位、国际协调时、对地航向、对地航速、航迹向、航行状态、转向率、横倾角（选用项） 、纵倾和横摆（选用项） 。（4） 系统传输的航行相关信息：船舶吃水、危险货物类型、目的港和预计到达时间、航行计划（选用项） 、简明的安全信息。（5） 技术特点：AIS 采用 OIS（Open Sys

12、tems Interconnection）工作模型，无线传输的宽带为 25kHz 或 12.5kHz（见 ITU-RM.1084） ，调制采用 GMSK 方案，数据编码为 NRZI 方式，数据传输的比特率为 9 600b/s。广东海洋大学 2011 届本科生毕业专题论文- -4 （6） AIS 的功能特性：与 DSC 兼容允许访问 GMDSS A1 海区的海岸站台允许提供简单的 GMDSS A1 海区的雷达目标确认提供了一种 AIS 信道管理的方法于 12.5kHz 窄带信道兼容提供了一种引入新的 AIS 信道的方法符合窄频带前向纠错的发射需要与当前的 25kHz 宽带系统相兼容与双工信道兼容

13、 协助双工的海岸基站的信号转发可提供一个半径为 100 n mile 的广域覆盖在广域覆盖的区域，允许船载的自组织的无错的 AIS 无线应答器发射信号协助访问岸站的服务中心与数据库NOAA PORTS 数据（潮汐，洋流，天气等） 国家气象服务中心（图像和为本信息）港口管理服务中心（引水机构，港口代理，港务局，海上运输的中转机构，等等）1.6 AIS 在海事管理中的应用及其前景AIS 的基本功能是为了实现船舶的自动识别，减少和避免船舶间的碰撞。目前这一功能发挥的比较好。此外，AIS 还有一些其他功能以正在发挥作用，特别是在海事监管和搜寻救助中发挥的作用比较明显。（1） 提高海上搜寻与救助能力渤海

14、海峡和琼州海峡提前安装 AIS 的一个重要原因是提高这些水域的海上搜寻和救助能力。AIS 的安装，增强了船舶安全航行的技术条件，改善了重点水域安全航行的环境，提高了海事部门对船舶遇险救助的指挥和决策能力。当船舶遇险时，海上搜救中心可以通过岸基 AIS 很快找到离遇险地点最近的船舶前往救助，从而大大提高了搜救工作效率。烟台海事局在 2005 年2 月对“FLU19”轮和“GU”轮的救助过程中，AIS 发挥了其独有的作用。（2） 提高交通管制效率为实现对船舶自动识别，减少 VTS 人员与船舶驾驶员在 VHF 上的通话时间，目前个海事局正在将 AIS 整合进 VTS 系统，弥补了单纯依靠雷达系统进行

15、人工识别的不足，使 VTS 人员在任何时候都能全面掌握区域内船舶交通状况，提高了交通管制的工作效率。（3） AIS 的“黑匣子”功能据南方网讯报道“上海海事局 2004 年 8 月 27 日对违反规定向辖区内海域排污的两艘外轮送达了行政处罚通知书，罚款 13 万元。在最新应用的 AIS 记录的确凿证据面前，两外轮船长心服口服地接受了处罚” 。原来，检察人员在对船舶进行检查时，发现该两外轮有违章排污嫌广东海洋大学 2011 届本科生毕业专题论文- -5 疑，立即通过船舶报告中心调取了新使用的船舶识别系统的数据。在确凿证据面前，船方不得不承认在中国海域违章排污的事实。在事故调查中，船舶报告中心存储

16、了船舶标识和船舶航迹，AIS 在其中实现了类似“黑匣子”功能。（4） 发布海上安全信息和识别助航设备海事部门可以实时通过 AIS 系统的无线数据链路传输发布最新的航行警告、潮汐和气象等信息，提高了船舶的安全系数。此外将 AIS 安装在水上浮标等各种助航设备上，有利于船舶驾驶人员识别，也有利于航标管理部门和海事部门监控它们的状态。当由于恶劣天气或其他原因使浮标移位时，可以通过设定的监控报警装置及时发现，及时采取措施，从而减少事故的发生。（5） 监控船舶排污活动根据规定，化学品船的洗舱水要排入岸上接收设施或者海中。但排于海中要满足一定条件，例如，对于 C 类物质，根据 MARPOL73/78 附则

17、二的规定必须满足水深不少于 25 m ，距“最近陆地”不少于 12 n mile ,且船舶的航行速度至少为 7 kn 等条件。以前，由于技术原因，海事部门很难对船舶排放洗舱水进行监控。装了 AIS 设备之后，可以对船舶整个航程进行监控，核对船舶是否满足了排放条件。这样，可以杜绝一些违章排放洗舱水的行为。（6） AIS 具有全球联网实施动态船舶监控的潜能 AIS 采用开放系统互联的工作模式（OSI） ，使该系统具有很大的兼容性，而它的网络应用特性为实现实时的和动态的海事管理提供技术平台。目前，各国正在探讨 AIS 的组网和联网问题，将来会建成无缝覆盖世界各沿岸海域的岸基网。届时，世界各国海事部门

18、将联手对航行在世界各沿岸水域的船舶进行实时监控，从而解决目前存在的诸多问题。例如，一些海事局经常收到一些要求协查被海盗劫持船舶的通报。海盗劫持船舶后，将船舶图成别的颜色并换上事先准备好的另一套船舶证书继续营运。通常要在世界范围内查到这样的船舶犹如大海捞针。岸基网建立之后，可以对船舶进行适时、全过程监控，当船舶被海盗劫持后，就很容易发现和追踪船舶。但海盗劫持船舶后，AIS 可能被关闭，使岸基管理部门找不到目标。此时，可以在整个岸基网中加上报警功能，当被监控目标突然丢失后，能发出报警，岸基管理部门可以立即与船舶联系，如果联系不上，就可以调集海岸警备队的船只前去巡查并提醒周围船舶的注意。这样，可以利

19、用岸基 AIS 网的实时监控功能及早发现劫船行为，及时采取措施。毋庸置疑，如果 AIS 的设想得到实现，必将极大地促进船舶交通管理的安全和效率，并使 VTS 操作更加经济、更加有效。广东海洋大学 2011 届本科生毕业专题论文- -6 第二章 AIS 的发展现状2.1 有关 AIS 的国际组织会议及审议的问题1992 年：国际灯塔协会 IALA 根据调研想国际海事组织 IMO 和国际电信联盟 ITU 做工作决定使用数字选择性呼叫 DSC 技术的应答置系统，并以国际无线电咨询委员会（CCIR，现为 ITU-R）M.825 号劝告内容作为国际标准。同年，IMO 航行分委会 NAV38 次会议，同意

20、使用 DSC 技术的应答置系统的提案。IMO 会议提出对 SOLAS 公约第 5 章进行修改。1994 年1995 年：瑞典和芬兰首次提出“无线电 AIS”的概念。德国助航研究与发展中心完成一项将 DSC 式无线电应答器集成到 VTS 中心进行了试验。1995.7：在 IMO NAV41 次会议上，瑞典芬兰联合首次提出“将自组织时分多址技术应用于船舶间和船岸间海上转发器系统的建议草案”的提案。同时，会议根据英国提案。确定利用 VHF CHN70 的应答器性能标准。1996.9：在 IMO NAV42 次会议上，各成员国代表对 AIS 采用 VHF/DSC 式还是自组织时分多址 STDMA（Se

21、lf-Organized time Division Multiple Access）技术的广播式两种信息交换方式进行了广泛争论，最后达成共识：未来传播 AIS必须满足船舶间和船岸间不断增长的信息交换需求，一个在不久将来不能满足需求的国际标准将成为技术发展的障碍。1996.12：IMO MSC 67 次会议一致同意将广播式信息交换方案引入 AIS。1997：IMO NAV 43 次会议通过“通用船载 AIS 性能标准建议草案” ，确定以自组织通信网络为基础的“通用船载 AIS”作为未来全球海上实施的系统。1997.6：IMO MSC 68 次会议，技术小组比较了广播式与 DSC 式、并制成通报

22、容量大的（最小为 2000 个报告/min）AIS 性能标准草案。1997.10：ITU-R 无线电通信大会审议 M.825 号劝告修正草案，用 AIS 扩大 VTS 信息，追加 VTS 用高速自动识别系统的技术特性的提案。1998.5：IMO MSC 69 次会议采纳了 AIS 性能标准草案。1998.7：IMO NAV 44 次会议，建立了 2002 年起，所有 300 总吨以上的新造船和客轮都必须安装 AIS 设备。关于已营运船舶的强制性安装 AIS 设备要求拟在下次 NAV 会议讨论。同前，ITU-R 第 8 工作组通过 VHF 频道国际标准：全球 AIS 专用两个 VHF 频道 CH

23、N 78B f=161.975MHz CHN 88B f=162.025MHz，从而满足了 AIS 需求的频率条件。广东海洋大学 2011 届本科生毕业专题论文- -7 1998.11：ITU 通过 AIS 技术标准建议 M.1371。1999：IMO NAV 45 次会议通过 AIS 强制性安装决定：要求在 2002 年 7 月 1 日后建造的新船和从 2008 年 7 月 1 日起在航营运船必须装备 AIS。 （详见附录 A） 。2000.5：IMO MSC 会议未通过上述强制性安装 AIS 的议案，似交 2000.11 下属 MSC 会议再讨论。国际电子技术协会 IEC 正在制定 AIS

24、 测试要求的标准 61993-2。该标准将提供对所有 AIS 是被进行型式认可的基础，原定于 2000 年 5 月出台，现可能要拖到 2001 年。至此，AIS 的概念、工作频率、系统构成、信息交换方式及系统性能标准均已得到解决，余下的测试要求标准及强制性安装问题估计今、明年也将解决。2.2 AIS 在船舶航行及避碰中的应用目前，船舶在航行避碰过程中，较为有效的助航设备是雷达，尤其是在能见度受限时但雷达在使用上受自然环境的影响较大，AIS 的使用在某些方面可解决或改善这些问题如：1 当遇到风雪大风浪等恶劣天气时雷达的反馈信号可能回受到干扰而出现尽可能波或丢失目标等问题 AIS 尽管在强雷暴天气

25、中也可能回受到干扰但由于其工作原理的不同受恶劣天气的影响较雷达来说还是小的多并且只要在 AIS 覆盖区目标不会由于距离的远近大小形状而产生信号差异加之 AIS 传输的信息量较大因而有助于船舶在实施避让行动前对目标的识别和对避碰局面的判断。2 当船舶行使于多岛礁航道的弯头或地段等遮蔽水域时雷达将肯定无法观测到这些目标而 AIS 在这些居间障碍物的高度不影响无线电波传输的情况下仍咳发现目标这可使航行于遮蔽水域的船舶及早发现目标避免突然出现目标使船舶一下陷入十分窘迫的局面中进而提高在该水域中船舶航行安全 AIS 在海上搜寻及救助中的应用对于海岸监控网来说还应具有协助海上搜寻和救助功能当船舶按国际公约

26、的强制装载要求安装了 AIS 设备后沿海水域的海上搜寻和救助能力将有所提高当一船遇险时即可通过 AIS 设备发送有关遇险信息如船位船名呼号遇险类型等若时间允许还可通过 AIS 的短消息的功能发送更尽的遇险信息如遇险原因自救情况船舶状况需要救助情况就能够快速找到离遇险地点最近的船舶从而提高了海上搜寻和救助工作的效率在整个搜寻过程中海上救助协调中心也能够对所有参与搜寻的船只进行跟踪和导航从而实现对整个搜寻过程的监控和有效地利用可用的资源并确保覆盖整个搜寻区域并且所有出事地点附近的船只和参与救助的船只都能够像海上救助协调中心一样识别遇难船只从而采取救助行动这样将更有利于高效快速地实施海上搜寻和救助

27、AIS 设备的发展将会给未来的海岸监控网的发展带来新的技术新广东海洋大学 2011 届本科生毕业专题论文- -8 的思想必将会使海岸监控网的功能更加完善3 AIS 在自动避让系统中的应用为了提高海上航行安全避免船舶碰撞长期以来人们对船舶自动避碰系统进行了大量的研究但两大问题一直困扰着研究者致使到目前位置仍无实质性进展那就是 1 目标信息的采集 2 避让信息的交换从技术上涌真正解决这两个问题那么船舶实现自动避碰将永远是人们良好的愿望而无法付诸实施 AIS 实施后 AIS 系统在远离岸站的情况下同样会同附近的 AIS 系统自成系统显示周边船舶的航行动态开阔水域的船舶相对比较少由于 AIS 系统有把

28、最近的一艘船舶作为主要对象船并将其主要数据显示在显示屏上的功能很自然 AIS 系统会把对方船的主要数据显示在显示屏上显示目的是便于船舶之间的避让和相互沟通就是万一避让不当造成两船发生碰撞事故时由于对方船的数据自动保存在 AIS 系统中现场就可抓紧时间确认碰撞事实和了解损失情况等不必象以前那样先要询问对方船名船公司名称等基本数据在了解事故情况和调查阶段由于 AIS 系统具有把最近对方船的航行数据自动保存的功能双方的动态一清二楚事故的责任自然很容易判别就是有一方有意篡改也是徒劳的在船舶密集海域和航道交汇处由于对周围其它船舶的资料非常清楚而不用像目前情况下要靠主动询问才能得到这些资料同时由于 AIS

29、 系统是工作在 VHF 频段电磁波具有绕射功能所以我们会闻其声而不见其人对于一些雷达发现不了的隐藏在大目标后面的小目标也会一目了然因而大大增加船舶航行的安全性其特点是导航雷达和 ARPA 所无法比拟的综上所述 AIS 能自动连续地提供船舶静态的和动态的信息如船位航向船速船名呼号等这可解决采集目标信息问题同时可快速准确地建立通信链路加之 AIS 具有发送短消息的功能因而又可将避让意图发送给具有碰撞危险的船舶及周围其他船只以了解避让意图提高避让新动向的有效性进而提高船舶的海上航行安全2.3 AIS 的试验机应用现状在过去的几年中，欧洲、北美对 AIS 发展较活跃，进行了一系列的试验。加拿大从199

30、3 年起先后对几种 AIS 技术进行了评估试验，1997 年夏天，加拿大海岸警卫队（CCG）和航运界船舶、西海岸 VTS 中心、引航员等合作进行了 AIS 试验。瑞典等北欧一些国家，在军舰和商船上应用全球定位和通信系统做了大量试验工作。美国、加拿大、德国、丹麦和芬兰试验广播式 AIS。芬兰用 7 台与瑞典形同的 AIS 装置进行了各种试验。在英国沿岸使用 VHF/DSC 通信方式的 AIS，设置了 DSC 式应答器系统，通报容量为 20 个报告/min，已投入使用。在美国阿拉斯加州的巴尔德斯 VTS 也设置了DSC 式应答器系统。南非用的 STDMA 应答器系统，通报容量为 1800 个报告/min，瑞典、芬兰用的同样系统通报容量为 2250 个报告。广东海洋大学 2011 届本科生毕业专题论文- -9