由于VTS目前主要观测对象是雷达和VHF设备,而这些设备自身的局限性又给船舶的自动的识别带来了麻烦。
VTS在处理它们所提供的信息时,会花费比较多的时间,这就给船舶的及时危险判断带来了困难,提高了船舶的碰撞概率。
相反的,AIS是集自动化和智能化的系统,能够快速而又有效地进行船舶自动识别,这就给VTS的工作减轻了不少负担。
<2)AIS能够满足船舶避碰通信过程中对船舶识别的需要。
目前,在处理船舶避碰问题中时广泛使用的无线电通信设备是VHF电台。
由于VHF无法自动获取其它目标船舶标识,所以在实际应用中难以在本船进行实际操作前与其它船舶达成避碰协议。
此外,VHF也有可能造成时间延误的紧迫局面,给船舶的航行安全性和可靠性造成威胁。
而AIS的快速反应,降低了船舶碰撞的可能性。
<3)AIS为船舶航行提供了新的观测手段。
目前,雷达是船舶使用的主要观测手段。
但是由于雷达自身存在的缺陷<如只能提供船位和速度信息,并容易受到天气、地形等环境因素的影响),使得雷达的使用非常有局限性,这也该船舶避碰带来了技术难点。
随着AIS的出现,AIS除了能提供船位和速速信息外,还能提供船舶的航行状态、船名、呼号、船长和吃水等大量船舶动态和静态信息。
此外,AIS还不易受到环境因素的干扰。
<4)AIS能将海上通信连接到计算机数字通信网络,实现了船舶与计算机之间的动态联网。
这样不但可以实现船舶和船岸之间的数字通信,提高通信效率,在一定程度上解决了船舶在海上通信时遇到的语言障碍。
<5)AIS提供了新的航海技术发展平台。
利用所建立的计算机数字通信网络和信息,我们可以开发出更多的新型应用,用来进一步解决船舶信息交换、操作、避碰、控制和监视等领域存在的问题。
2.2AIS的操作模式
AIS系统是通过VHF数字通信通道将船舶信息发送给周围的其它目标船舶,以实现船舶的自动识别和监视。
通过了解AIS的操作模式,可以更好地理解AIS的性能。
AIS可以在3种不同的通信模式上进行工作:
自主连续模式,指配模式和轮询模式。
在没有特殊情况下,AIS会默认选择自主模式进行工作。
<1>自主连续模式
在该操作模式下,由电台决定本船数据的发射时间表,并可自动解决与其它电台的时间冲突。
该操作模式可在任何区域内工作,可自动进行操作。
当船舶在海上航行时,AIS会自动接收和发送船舶的状态信息,包括动态数据和静态数据。
船载AIS应答器通过监控两个专用AIS频道,利用可分配到的空闲时隙来发送这些信息。
VHF电波覆盖范围内的船载AIS可以接收到这些信息。
广播和数据的更新率取决于船舶的航速和航向改变的快慢。
<2>指配模式
在该操作模式下,电台会利用管辖机构的基站或转发站来决定本船数据的发射时间表。
该操作模式适用于VTS所管辖的海区,由VTS来决定数据的发送间隔和时隙。
当船舶在船舶密集的沿岸区域航行时,VTS根据通信链路的负载情况或其他特殊情况,通过基站控制该区域的船舶工作于指配模式,使用VTS的基站来指配数据发送时间表。
该模式适用于两个AIS频道之间的交替工作,它只对电台发射位置报告起作用,对电台的其他操作没有任何作用。
(3)轮询模式
在轮询操作模式下,电台能够响应其它电台或者是基站的询问,自动响应来自船舶或主管部门的询问电文,该操作模式与其它两种操作模式没有任何的冲突。
2.3AIS的技术特点
AIS配合全球定位系统(GPS>能够将船舶对地速度、船位、目的地、对地航向和航向改变率等船舶动态数据,以及船名、船型、呼号和吃水情况等船舶静态数据由VHF频道向附近水域的船舶及岸台广播,使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶的动态、静态信息,进行船舶之间的快速通信,从而采取有效的船舶避碰手段。
下面分别从AIS的工作特点、传输的状态信息、技术特点等几方面的内容对AIS的技术特点进行描述:
<1)工作特点:
在所有区域内自主和连续工作;由海事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)传输的状态信息:
AIS传输的状态信息包括动态信息和静态信息两个方面。
其中,动态信息有船位、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>。
静态信息有IMO编码、船名、船型、呼号和船的长度和宽度、定位天线在船上的位置。
<3)传输的其它航行相关信息:
船舶吃水情况、装载货物类型、目的港和预计到达时间、航行计划(选用项>、简明的安全信息等等。
<4)技术特点:
AIS采用OSI(OpenSystemsInterconnection>的工作模型,无线传输的带宽为25kHz或12.SkHz(见ITU-RM.1084>,采用GMSK调制方案,数据编码为NRZI方式,数据传输的比特率为9600bit/s。
<5)AIS的功能特点:
与DSC兼容允许访问GMDSSA1海区的海岸站台;允许提供简单的GMDSSA1海区的雷达目标确认;提供了一种AIS信道管理的方法。
与12.5KHz窄带信道兼容提供了一种新的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。
与双工信道兼容协助双工的海岸基站的信号转发;可提供一个半径为100海里的广域覆盖:
在广域网覆盖的区域,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和数据库:
NOAAPORTS数据(潮汐、洋流、天气等>;国家气象服务中心(图像和文本信息>;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>[2]。
2.4AIS的典型应用
由于船舶自动识别系统(AIS)自身的突出优点,是未来航海运输主要运用的避碰技术。
它对航运安全有着重要影响,保证着海上运输的顺利。
针对AIS系统,预计未来将在很多方面会得到进一步的发展。
1、AIS和VTS
船舶交通管理系统是由分道通航制和其他船舶定线制系统结合而成,该系统的职能是为提高船舶交通安全及效率和保护海上环境提供服务。
将AlS引入VTS后,就能实现在船舶交通管理系统的控制和管理的区域内,自动显示航行船舶的船名和动、静态信自、,使VTS的识别更加可靠、快速,大大提高对船舶的跟踪能力[2]。
2、AIS和ECDIS
电子海图显示和信息系统也是一种新的助航系统。
将AIS的数据信息增入ECD1S中,可使船舶在航行中对电子海图上的其它船舶的信息一目了然,其结果对海上航行、安全、商业都有重大影响。
其它典型应用还有AIS和综合船桥系统IBS和基于无线局域网络(LAN>技术的AIS。
总之,AIS系统对现在对未来的船舶航运起着非常重要的作用,它的应用在未来是对船舶避碰技术的重要辅助[2]。
3、船站型AIS船舶避碰系统
船舶使用的ABAAS具有如ABAAS最基本的功能特点:
1)本船动态信息的收集,并与静态信息组合,按AIS数据格式编码发送;
2)接收、处理、存储并显示他船的静态、动态信息;
3)解算TCPA,CPA等避碰参数,并判断碰撞危险,播发危险告警;
4)可以使用点对点方式(DSC兼容>和广播方式播发信息;
5)6/12通道差分GPS(DGPS>输入。
ECDIS、计程仅、罗经、DGPS等外部接口;
7)双通道VHF收发机;
8)基于WINDOWS界面的配置软件[2]。
2、VTS中心基站型的AIS船舶避碰系统
AIS船舶避碰系统的另外一种重要应用是应用在VTS中。
传统的VTS中心是用岸基雷达捕捉到的目标信息、,并利用的VHF-DF人下船位报告方式识别船只,进行船舶的动态管理。
这种模式获得的信息有限,精度低,操作费时,而且容易出现误操作。
另外,因为要对所有的目标进行处理,所以计算量非常大。
例如,假设现在有n艘船舶在港口范围内,若我们把两船之间的避碰数据计算计为一次的话,那么计算完全部的n艘船需要的计算次数n为:
在基于AIS的船舶避碰系统的新型VTS中,VTS中心获得的信息量大,信息精度高,还能够实现船舶的自动识别。
重要的是,避碰数据的计算可以由每艘船舶自己完成,单船则只需要计算(n一1>次。
其计一算结果都通过AIS系统传输到VTS中心,从而一可以是VTS中心从