AIS应用现状研究.docx

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AIS应用现状研究

成人高等教育毕业设计（论文）

题目：

AIS应用现状研究

学生姓名：

张再君函授站点：

威海

学号：

********专业名称：

航海技术

学习层次：

本科学习形式：

函授

指导教师：

王涛审核签字：

二零一四年十月

摘要

随着船舶自动识别系统（AIS）安装进程较快和在各个领域中的应用得到了航海界的高度关注，但是在实际应用中还存在着局限性和自身设计的不足，如AIS基站布局问题、终端显示的问题、人为因素的问题、信息过载的问题以及相关法律法规的问题，如果不能正确设置、安装和使用，很大程度影响了AIS功能的正常发挥，就可能会引起误解和发生险情，甚至发生碰撞危险。

本文围绕AIS的优缺点以及局限性展开调研，通过参考文献和实践，从其技术特点和应用范围上提出一些看法和建议，希望尽快出台相应的法律法规净化AIS混乱环境；在政策上采取先期引进和国产化并举，逐步过度到基本国产化上来，尽早制定出符合我国国情的AIS船检技术标准；在AIS控制面板和输入设计细节上给出具体建议；同时在对AIS发展方向上提出跟更高的要求。

关键字：

船舶自动识别系统（AIS），应用，局限性，技术创新

Abstract

Astheshipautomaticidentificationsystem（AIS）installationprocessfasterandtheapplicationinthefieldsofnavigationareobtainedhighattention,butinpractice,therearelimitationsanddesignourshortcomings,suchastheAISbasestationlayoutproblems,terminaldisplayproblems,humanfactors,theproblemofinformationoverload,andrelevantlawsandregulations,ifnotproperlyset,installationanduse,greatlyaffectthenormalplayofthefunctionoftheAIS,itmaycausemisunderstandingandcrisisoccurs,collisionandevendangerous.

ThispaperaddressestheadvantagesanddisadvantagesaswellasthelimitationsofAISresearch,throughthereferenceandpractice,fromitstechnicalcharacteristicsandapplicationscopeofputforwardsomeopinionsandsuggestions,hopetoacorrespondinglawsandregulationsassoonaspossibletopurifytheAISchaoticenvironment;Onthepolicytakenearlyimportandlocalization,graduallytransitiontothebasiclocalization,makeAISsurveywhichaccordswiththesituationofourcountryassoonaspossibletechnicalstandard;InAIScontrolpanelandtheinputdesigndetailspecificrecommendations;AtthesametimeonthedevelopmentdirectionofAISwithhigherrequirementsareputforward.

Keywords:

AIS,application,limitation,technologicalinnovation

第1章绪论

1.1研究背景

世界船舶数量不断增加及船舶向大型化和高速化方向发展，世界重要水道越来越拥挤，海损事故时有发生，给船舶航行安全和海洋生态环境造成了巨大威胁。

人们在长期研究航行安全保障技术中越来越认识到，船舶之间和船岸之间的信息交换与船舶识别的重要性，同时也深感现行状况存在的诸多局限性。

因此，提高船舶航行安全，防止及控制船舶对海洋的污染，成为国际海事组织（IMO）和各国主管部门的当务之急。

为了进一步提高船舶航行安全，有必要研究和开发新的助航设备。

通信和计算机技术的发展，为该研究提供了技术上的保证。

船载AIS就是依托这些技术发展而成的。

在AIS系统中，国际海事组织航海安全委员会（NAV）在1997年第43次全会上通过了《关于全球船舶自动识别系统AIS作业标准的建议案》；并随后由国际海事组织海上安全委员会（MSC）在1998年5月第69届全会上以MSC.74号（69）决议批准。

1998年ITU正式通过了ITU-RM.1371-2关于《海上VHF波段使用TDMA的船用自动识别系统（AIS）的技术特性》的决议案。

国际电工技术委员会IEC于2001年6月也通过了IEC61993-2关于《通用AIS的技术测试标准》的决议案，简称“AIS测试标准”。

AIS系统的国际标准已经建立。

海上生命安全公约（SOLAS）第五章新规则要求，所有在2002.7.1或以后建造的大于等于300总吨从事国际航运的船舶，大于等于500总吨不从事国际航运的货船或者所有客船均须装备AIS设备。

要求所有于2002.7.1前建造的从事国际航运的各类船舶必须在2003.7.1到2008.7.1前装备AIS设备。

但在此期限后2年内将永久退役的船舶可免装AIS设备。

AIS设备的船舶安装数量快速增长，国际海事组织（IMO）规定，大中型船舶（300总吨以上）必须安装AISA类船台，中小型船舶安装AISB类船台，辅助导航设施（包括无线浮标和灯塔）安装ATONAIS设备。

在我国AIS也已经普遍应用，交通部海事局2003年开始建设AIS系统，现在基本覆盖我国沿海重点水域以及重要港口。

2008年长江南京至浏河口段AIS建设已经完成，长江南京至重庆段AIS一期工程2010年已经开始建设，现基本上覆盖了整个长江流域，实现了长江船舶的动态实时监控，并且为海事监管及港航部门提供所需船舶动态信息。

AIS系统建设完成后，如何发挥AIS的技术特点与系统网络的作用，关键在于基于AIS岸基网络的各种应用系统的应用。

从航运安全与物流发展的需要来看，主要应用系统有：

环境保护和污染监测、海上后勤和船队管理、搜救和救助、危险货物监测、引航、航运与物流方面的商用服务、水文和气象、播发GPS差分修正信息、播发航标信息、替代雷达信标、播发航警、海图改正、播发VTS信息等。

AIS岸基网络通过以上各种应用系统保障船舶安全，改善通航环境，提高港口与水运物流的整体效率，将为航运、物流发展起到积极的作用。

然而不论是中国籍的船舶、还是外国籍的船舶在设置和使用AIS设备中或多或少都存在一些问题，小型的非国际航行的船舶在这方面存在的问题就更多，导致目前对AIS设备已经出现了部分信任危机，一艘船的船长、驾驶员和相关的管理人员会完全相信从AIS设备中所得到的信息，这显然不是设计、制造AIS设备的初衷，更不是IMO要求船舶强制安装AIS设备的目的[1-6]。

安装AIS设备的目的是为了船舶间的相互识别，了解彼此的航行动态、操作意图等等，从而达到船舶的目的；是为了让该区域的VTS能够正常地监视安装AIS设备的船舶，从而正确的评估整个区域的交通局面，达到促进船舶交通安全、提高交通运行效率和环境保护的目的。

如果安装AIS设备的船舶是随意地输入船舶的相关信息或从不更新船舶的相关信息，随意的开关机，AIS设备就不能起到它应有的作用，甚至还会造成难以想象的混乱局面。

另外如果不能正确的认识AIS设备的局限性和设计中的不足，过分的依赖AIS设备，也会促成海损事故的发生。

研究AIS的优势和局限性将有利于驾驶员的安全航行。

1.2研究内容与意义

1.2.1研究内容

本研究主要针对AIS技术及其应用和AIS技术使用过程中存在的问题展开研究，主要研究的内用有：

1）AIS技术及其应用研究；

2）AIS的优点；

3）AIS的局限性。

1.2.2研究意义

本研究将对船舶的安全航行起到积极的促进作用，使得驾驶员对AIS有更加深刻的认识，有利于促进了海事管理的信息化和智能化建设，在“数字海事”的建设方面也将具有重大的现实意义。

1.3研究技术路线

图1.1研究技术路线

1.4文章结构

本文通过参阅相关文献以及借鉴国内外最新研究成果，围绕AIS技术特点及其应用范围，提出了对AIS改进的意见。

第1章重点概括了AIS的优缺点，指出了在课题研究必要性，概括了文章的研究技术路线与论文结构。

第2章重点介绍了AIS的技术特点与系统应用范围，并分析AIS的优点。

第3章重点论述了AIS的局限性。

第4章针对第三章分析的不足有针对性的提出了AIS改进的建议。

第5章归纳了文章并对未来做了展望。

第2章AIS相关知识

2.1AIS简介

AIS，即通用自动识别系统（UniversalAutomaticIdentificationSystem），它诞生于20世纪90年代，是工作在VHF海上频段的岸基和船载广播式自动识别应答器系统，是集现代通讯，网络技术和信息技术于一体的新型助航系统和海上安全信息系统。

系统的特性和功能使它成为增强船舶航行安全和提高船舶交通管理效率的新型重要工具。

AIS最基本的运行是“船一船”、“船一岸”的信息交换，它能把船舶信息诸如识别码、位置、航向、速度等发送到其他船舶或岸上，并能以快速的更新率处理多路通信。

AIS一般由VHF发射机、VHFDSC接受机、VHFSOTDMA接受机、计程仪、电罗经、通信控制器、AIS信息处理器、AIS显示器、ARPA等组成。

1）AIS信息处理器。

系统的核心部分，内部存储了本船的基本信息，它接收从传感器来的航行信息，处理存储船位、航向、航速等船舶动态信息；将本船的最新航行信息和必要的静态信息及其他信息进行编码后送通信处理器；接收它船的信息，将本船和其他船舶的航行数据等信息送AIS显示器显示；向其他航行设备如雷达、VDR、ECDIS等提供信息。

2）AIS通信处理器。

由系统信息处理器控制，用VHFCHN87B、88B两个国家专用频道按协议通信方案自动发射和接收规定的已调信号，频带宽度为25KHz或12.5KHz。

AIS同时在这两个频道上接收信息，在这两个频道上交替发射信息。

在无法使用这两个信道的地区，AIS能自动切换到当地的专用信道。

3）AIS信息显示器。

显示各种船舶数据和系统工作状态信息。

从其他导航设备送来的信息也可以显示在AIS信息显示器上。

4）船用导航设备通用接口。

接收来自GPS/DGPS/GNSS接收机的船位信息和同步世界时UTC。

陀螺罗经提供本船对地航向，计程仪提供对地速度。

AIS还备有VDR、ARPA、ECDIS等导航设备的标准接口。

5）VHF设备。

AIS的VHF设备一般包括一台VHF接收机、两台多信道VHF接收机和一台用于信道管理的信道70频道接收机（DSC），AIS工作关系图2.1所示。

图2.1AIS工作关系图

2.2AIS的特点与基本功能

2.2.1系统特点：

1）在所有区域内自主和连续工作。

2）由交管监视中心指配工作模式，以便于主管部门控制数据传输的间隔和时隙。

3）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。

4）静态信息：

IMO编码（如有）、呼号和船名、船的长度和宽度、船的类型等。

5）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）。

6）其他航行相关信息：

船舶吃水、危险货物类型、目的港和预计到达时间、航行计划、简明的安全信息[7]。

2.2.2基本功能

1）识别船舶、船舶对船舶，为避碰提供信息。

2）帮助跟踪目标。

3）进行船与船、船与岸之间的交流。

4）对于沿岸国、获得船舶和装载货物的信息。

5）作为VTS的工具，增强船舶的交通管理能力。

2.3AIS的应用研究

2.3.1AIS在海上搜救中的应用

AIS系统的广泛安装，改善了船舶安全航行的技术条件以及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力。

当船舶遇险时，海事部门可以通过岸站AIS很快找到遇险船舶的船位，现在搜救飞机上也安装了机载AIS设备，同时协调距离遇险地点最近的船舶前往救助，船船、船机相互沟通信息，从而大大提高搜救工作的效率。

2.3.2AIS在海事调查中的应用

AIS的技术特点对船舶的航行安全起着重大的作用，拓宽了海事管辖的范围，改善了海上交通管理体系。

船载AIS设备和岸上AIS基站都可以对航行过程和区域内的船舶动态变化的情况实施自动记录。

在船载AIS系统中，由于AIS把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器上，显示的目的是便于船舶之间的避让与相互沟通[8]。

万一避让不当，造成两船发生碰撞事故时，由于对方船舶的数据是自动保存在AIS系统中的，双方的动态便会一清二楚，并可用软件快速回放，事故的责任很容易判别。

例如台湾思维公司船舶小猎犬7号轮，夜间二副班（同时有瞭望水手）在韩国海域漂航侯泊时玩忽职守，与韩国渔船碰撞，造成韩国渔船船身严重损坏，事后船长有意篡改航海日志和船员统一口径，但是海事调查部门在VDR设备还原AIS等其他航海仪器数据后，一切真相一目了然，船方有意篡改，想逃避责任都是徒劳的。

这一功能对海事处理十分有益。

2.3.3AIS在交通管制中的应用

通过AIS对船舶的自动识别，弥补了以往VTS单纯依靠雷达系统和VHF频繁相互问答进行人工识别的不足，提高了船舶监管的精度，提高了VTS工作人员的效率，减轻了大量的工作负荷，对目标识别和协助船舶避让、减少碰撞事故起到了显著的作用。

2.3.4AIS在船舶防污监管中的应用

船舶排污必须满足一定的条件，例如对于C类物质，根据MARPOL73／78附则二的规定，必须满足水深不少于25米，距最近陆地不少于12海里，且船舶的航行速度至少为7节等条件。

船舶装了AIS设备之后，由于可以对船舶航程进行回放，在海上污染事故水域，海事人员可以通过核对AIS历史数据及航海日志、轮机日志、垃圾记录簿、油类记录簿等排污记录，来判断船舶是否进行了违规排污，此举对于有违规排污企图的船舶而言是一种有力的约束。

在水工审核中对船舶配备使用AIS作为必要条件，海事人员在值班室就可以监控到船舶倾倒淤泥等船位动态，势必极大的提高监管效率。

2.3.5AIS在气象、水文预警等工作中的应用

海事部门可以通过AIS系统的信息功能，及时向船舶广泛发布最新的气象预警、航行警告等信息，提醒船方及时采取应对措施，从而减少事故的发生。

同时根据气象和当地水文条件，给出相应的推荐航线和建议。

根据笔者多年行船经验，日本内海和中国大连岸台AIS气象、水文信息更新的十分及时、准确，给航海者带来很多方便，值得中国沿海岸基学习和借鉴。

2.3.6AIS在船舶安检中的应用

在船舶安检方面，安检员通过加强对AIS的现场监督检查可以进一步促进船员对AIS使用及设备的保养，减少甚至避免船舶静态信息错误输入或不输入船舶静态信息的现象以及处置在AIS系统上恶意滥发短消息的行为，从而净化AIS的使用软环境、进一步提升AIS的相关作用，以此来获得一个更好的AIS使用软环境以便让AIS更好地为海事监管和船舶服务。

如长江某些特定水域船舶禁止某一时刻进入，偶尔会看到某些引水员，为了尽早将船舶引到相应港口或者泊位，强行关闭AIS进入该水域，逃避VTS监管，但是在岸基安检中AIS终端仍然能保留船舶运行痕迹和开关AIS记录。

AIS为船舶安检起到良好监督作用。

2.3.7AIS在实施重点跟踪船中的应用

AIS提供了按照“IMO编号”、“MMSI”、“海图窗口”、“呼号”、“英文名称”五种方式来查询特定的船，海事人员可以在AIS的岸基监控系统中输入某一需要重点跟踪船的信息，当该船进入AIS网络的监控范围即报警告知该船的位置，此举提高了重点跟踪船的跟踪效率和跟踪力度，对于提升海事监管的威信也大有裨益。

如2012年台湾思维公司小猎犬7号在东京湾锚地空载侯泊，台风过境，走锚3次，已经被东京湾交管重点跟踪，第3次走锚由于风力过大锚链无法绞起，险些和船后方锚泊的油轮相撞，随风漂流撞损航道上两个航标，最终在东京湾大桥桥墩阻挡下停止漂流。

事后海事部门根据AIS数据跟踪绘出整个过程的船舶运动轨迹，为日后的取证调查提供了证据。

第3章AIS的局限性

3.1AIS基础设施的局限性

3.1.1AIS基站布置不合理的问题

目前,我国沿海仍然存在AIS信号盲区,应该合理选取AIS基站站址,以达到无缝覆盖整个VTS水域的目的。

在中国沿海很多岛礁，也包括多岛屿的日本和韩国水域，只设置了灯塔，夜间航行时如果不比对海图很容易误以为船舶，AIS覆盖范围应该根据VHF频段的特点和从目前及今后船舶的数量考虑,我认为AIS基站较合理的布局应该为:

（1）AIS中心站应与VTS中心同址。

（2）一个AIS中心布置AIS基站的数量以覆盖监管辖区海域为准。

（3）AIS基站间隔以30～40海里为宜。

（4）灯塔,大型航标上应设AIS基站。

3.1.2人为因素影响了AIS功能的正常发挥

目前，因强制安装AIS设备的进程较快，船舶管理人员与船舶操作人员对AIS设备的认识和了解仍然不够，培训也没有跟上，再加上由于AIS设备大多产自国外，用的多是英文操作界面，部分中国籍的船舶操作人员存在语言障碍，使得AIS设备在安装时随意性很大﹑设置时不够规范，船舶操作人员在使用的时候不够正确，很大程度上影响了AIS功能的正常发挥，甚至会引起误解或导致事故发生。

在航海习惯上二副负责航海仪器维护和保养，其他驾驶员也只是会用部分功能，在2013年烟台平洋公司运达轮（CCS船级）在日本衣铺港PSC检查中，就因为大副调不出AIS的静态信息和动态信息而滞留。

因此，海事主管部门尽早的制定“AIS设备安装、设置和使用规则”，不断的规范AIS设备的安装、设置和使用，加强监管人员业务技能培训，这些显得尤为迫切。

3.1.3AIS设备显示的局限性

由于AIS设备的液晶显示屏（LCD）只能显示少数几艘船舶的信息，并且按距离的远近排列或者按方位排列，如图3.1所示，尽管有时也会按照设定的最近会遇距离（CPA）和到达最近会遇点的时间（TCPA）报警，但在船舶密度较大的水域航行时，很难从中发现对本船构成特别危险的船舶；AIS设备也能象雷达图像（有人称作矢量图）显示，本船在图像中心，相对静止。

图中的每一个锐角等腰三角形代表一艘船舶，其质心是所跟踪船舶的船位，三角形最尖的顶点所指的方向代表所跟踪船舶的船艏向。

当光标移至图像中的某一锐角等腰三角形，然后确认，即可在显示屏上显示该船的静态信息和动态信息。

但由于液晶显示屏太小，在船舶通航密度大的水域很难进行有效的分辨；由于大多数船舶没有安装电子海图系统（ECS）、电子海图显示和信息系统（ECDIS），或安装了该系统但没有融合AIS信息；大多数船舶的雷达也没有融合AIS信息；一些船舶的AIS设备只能接收信息而不能广播信息，该设备既不能提示也不能报警，此时的AIS设备就如同摆设；一些船舶虽然安装了ECS或ECDIS也融合了AIS信息，但是存在误差；一些船舶的雷达融合了AIS信息，误差也较大等等，所以在部分船舶的电子海图或雷达中很难有一个直观的平面交通图，也很难评估所在区域的交通局面[9]。

在船舶密集水域雷达回波图像与接收到的AIS回波图像叠加在VTS中心显示终端上,由于数量多,如中国舟山渔场，渔船密度过大，给操作人员带来不便。

图3.1AIS显示方式

3.1.4AIS相关法律法规滞后

目前，我国关于AIS的相关法规只出台了（试行版）东海海区AIS岸基系统运行管理实施细则，但此细则只是为规范海事管理部门内部对AIS的使用和值班要求，并未对民用船舶做出要求。

有些民用船舶随意在AIS上修改船名、船舶动态、ETA、目的港等，造成管理上的混乱局面[10]。

如在中国沿海经常会看到AIS显示船名：

“BUZHIDAO”“WOSHISHUI”等随意更改的船名。

建议主管部门尽早制定出切实可行的规章制度,尽早实现正确的AIS资源的共享,净化AIS环境，对使用AIS的权限和保密都要有相关的规定,并严格实施。

对违反规定的应该给出相关警告或者处罚，来限制这种行为。

3.1.5信息量大过载问题

信息量大给操作人员带来不便。

现代驾驶台一般配有雷达/ARPA，AIS，INS（综合导航系统）和ECDIS等诸多信息显示系统，一般只有一位驾驶员在驾驶台值班，此时假设驾驶台已经实现信息系统的综合显示并且每一种设备和他们的信息传感器都经过了正确的校验，则当驾驶台同时使用两台雷达时，由于两台雷达天线的位置和目标船舶的相对关系以及无线电波波长性能的不同，在ECDIS显示器上将会出现对同一目标船舶的两个回波，如果再加上AIS信息，显示器上就会出现三个不同的回波。

因此，即使对于同一物标，驾驶员将会收集到多种不完全相同的航行信息，虽然说使用这些不同的信息可以相互检验信息的准确性，但客观上造成了信息过载。

在紧急情况下驾驶员如何对这些信息进行判断和选择是迫切需要解决的现实问题，由此导致他不能正确地进行了望和掌握实际船舶动态并最终导致碰撞。

3.2AIS设计中的不足

3.2.1船舶呼号（CALLSIGN）输入设计中的不足

船舶呼号是国际电联（ITU）根据船舶所属国家和地区分配给每艘船舶唯一的识别信号，主要的作用就是在船舶海上联络、码头靠泊、信息报告的时候使用，因呼号可用特殊的、专用发音，不会由于发音问题可能导致误解；当用旗绳挂起来时最易犯的错误是个别字母旗挂错或颠倒[11]。

但是在AIS设备中用光标或键盘输入时，什么都可以输入，有些船在输入船舶呼号时，会另外加入特别的符号或添加空格等；再有更多的船舶是不输入船舶呼号。

3.2.2海上移动服务识别码（MMSI）输入设计中的不足

一个全球范围内统一的、唯一的MMSI只给一艘船舶，它由9位数字组成[12]。

在AIS设备中只要输入的MMSI（那怕不是9位数字）有别于同一水域的其它船舶，那么AIS设备就能工作。

由于输入不正确或随意输入，同一水域有两艘船舶的MMSI可能相同，该两船识别、跟踪、监视他船没有问题，但他船的方位、距离等会不断地变化，其方位和距离分别起算于两艘不同的船；而他船识别、跟踪、监视该两船就困难多了，所显示的信息将在这两船之间不停地跳跃。

假如同一水域有三艘、四艘、甚至更多船的MMSI相同，那么该系统将一片混乱。

虽然这种假设的几率上不是很大，但是确实存在，还可能因此造成事故。

3.2.3国际海事组织（IMO）号码输入设计中的不足

IMO号码有七位阿拉伯数字组成，分配给每一艘船，是船舶的永久“身份证”，在船舶买卖、移交等过程中这一数字维持不变[13]。

在2002年12月的国际海上安全会议制定的一系列旨在提高船舶和港口设施的安全规定中，IMO号码被规定为船舶的识别号码。

它适用于所有推进系统、总吨在100及以上，除了小渔船、游乐场游