AIS对于航标的应用研究1.docx

1、AIS对于航标的应用研究1XX大学（航海技术专业本科生）毕业专题论文中文题目AIS对于航标的应用研究英文题目Application of AIS in aids to navigation作者姓名所在专业航海技术所在班级申请学位工学学士指导教师毕业专题论文成绩评定指导教师评语： 指导教师(签名) 年 月 日系毕业专题论文答辩小组意见： 答辩小组组长(签名) 年 月 日毕业专题论文成绩系主任（签名） 年 月 日审批单位（盖章） 年 月 日目 录1.绪 论.21.1课题选取的背景.21.1.1传统航标使用有所不便.21.1.2传统航标管理模式的缺陷.31.1.3 AIS应用于航标具有可行性.31.

2、2进行本课题研究的意义.32.AIS对于航标的应用.42.1 AIS技术简介.42.2 AIS技术在航标系统上的应用.52.2.1 AIS在航标导航技术上的应用.52.2.1.1AIS航标分类.62.2.1.2AIS航标提供的数据.72.2.1.3用于航标的AIS信息.72.2.2 AIS在航标管理中的应用.82.3 AIS航标较传统航标的主要优势.82.4AIS应用于航标系统的主要作用.92.5AIS航标的普及运用存在的问题.9结 论.10鸣 谢.11参考文献.11AIS对于航标的应用研究摘要：近年来，随着AIS岸基系统的建成及船用AIS的普及，该技术已不仅用来识别和避撞，而是发展成为一个具

3、诸多海事功能的复杂系统，特别是基于AIS航标的出现及逐步应用，给航标发展带来了深远影响。本文分别论述了AIS技术，AIS航标的产生的背景，AIS于航标结合的技术、作用和优势，并对AIS技术应用于增强传统航标功能和虚拟AIS航标的发展前景和可推广性等进行了研究。关键词：AIS,AIS航标,AIS航标应用Abstract: In recent years, along with shore-based AIS system completed and the popularity of marine AIS, the technology has been used not only to ide

4、ntify and avoid the collision, but developed into a maritime capabilities with many complex systems, in particular, is based on the emergence and progress of AIS aids to navigational application which has brought far-reaching impact to the beacon development.This study discusses the AIS technology,

5、AIS aids to navigation in the background, AIS integration of technology in aids to navigation, the functions and advantages, and AIS technology to enhance the capabilities of traditional and virtual AIS aids to navigation buoy prospects for the development and promotion, etc.Key words: AIS; AIS aids

6、 to navigation，AIS aids to navigation applications1.绪论1.1课题选取的背景随着国际贸易的发展，世界海运量迅速扩大,现代船舶朝着大型化、高速化方向发展，船舶数量与水域通航密度及危险货物装载量不断增加，海损事故时有发生，严重威胁船舶航行安全及海洋生态环境.人们为了提高船舶运输的安全性和经济性，航海自动化技术得到了大力发展。而航标作为一种船舶之外的装置或系统，其设计或运行的目的在于促进船舶和/或船舶交通安全、有效航行。它对水运、渔业、海洋开发和国防建设，对建立海上和内河的安全经济通道，有十分重要的作用。航标的完善，是中国和谐海事建设与水运经济发展

7、的重要保障，然而传统航标在向航海者提供助航服务的同时也存在着一些缺陷，这就给我国水运经济安全带来隐患。而AIS作为一种先进技术，若将其用于航标系统之中，将对航标的发展有很大益处。1.1.1传统航标使用有所不便（1）专用标志：现在使用的专用标志过多，并且缺少专用标志的解释。（2）孤立危险标志：配布孤立危险标志时，很难接近孤立危险物，而且孤立危险标志的日常保养也是十分困难。另外，孤立危险标志并没有标示当船舶航行通过该区域时的安全通过距离。（3）方位标志：有些狭小可航区域内设立了多个方位标志，这会给航海者带来困惑。1.1.2传统航标管理模式的缺陷对于有人值守航标，值班人员会定时监视航标设备的工作状态

8、，当航标设备出现故障时，除立即进行故障应急处理外（如排除故障或启动备用灯），并报告航标站，航标站在接获未能排除故障报告后，视通报故障现象严重程度，安排站内维修人员进行故障维修，或报告给上级航标主管部门（航标处），等待技术支援。对于无人值守航标，如在巡检周期内出现设备故障，则只能依靠使用者（过往船只）获得信息。从上述信息传递流程不难看出，在现有技术条件下，航标设备故障信息的传递，存在着时间滞后、传递渠道被动等问题，不仅增大了航标设备管理的难度和成本，而且降低了航标设备的服务效能。特别是在需要对设备运行状态进行详细评估或定量、定性分析故障原因时，设备原始工作信息的获得，更是设备管理者一道不可逾越的

9、屏障。这就需要新的技术来弥补传统航标管理系统的缺陷。1.1.3 AIS应用于航标具有可行性AIS技术应用于船舶并不断发展的同时，该技术已不仅用来识别和避撞，而且发展成为一个具有诸多海事功能的复杂系统，IALA注意到AIS技术在航标中的应用前景，它建议作为航标的AIS潜在应用。随着AIS技术的不断完善，在对航标实行遥测遥控的基础上，利用AIS技术，在短时间内将航标动态信息发布给附近在航船舶及其它涉海用户，可以为航海用户提供更优质的助航服务。目前很多国家都在研究AIS技术对于航标的应用，如我国的上海航标处2009年已完成长江口深水航道D26至D37 12座AIS航标的抛设工作。截至2009年底，上

10、海港已有14座AIS灯浮投入使用。海事局还将逐步完善AIS基站台链，建立东海AIS管理中心，使这种数字航标信号能完全覆盖长江口及洋山港水域。1.2进行本课题研究的意义一直以来航海届将AIS技术主要用于以下三个方面（1）船舶避碰：安装AIS的船舶能自动识别和信息交流；（2）海事管理：对船舶航行的静态和动态信息进行连续的监视和管理；（3）增强VTS功能：AIS信息接入VTS，提高船舶的识别精度和信息量，延伸长江口船舶的交通管理范围。而本文认为AIS作为一种先进的技术，因为其很多的优点，如可以自动识别船舶，提供信息量大、精度高，可以实现较宽的地理覆盖范围等等，因此可以将AIS技术应用于航标系统，并使

11、其发挥重大作用。与传统航标相比,航标AIS可对船舶提供航标位置等助航数据, 并实现对航标的实时检测管理。另外, 由于航标AIS的信号通过VHF传播, 受外界气候的干扰小, 可为较远距离的船舶提供航标数据和识别。目前，中国沿海的AIS 岸基网络系统已基本建设完成，基本能够形成对沿海水域的连续覆盖，十一五规划中要求2015年前完成全国AIS的全面建设。按照SOLAS公约2002年修正案要求，500总吨以上船舶在2008年以前应安装AIS。目前AIS在沿海已得到广泛应用，为拓展AIS功能、充分发挥AIS作用打下了坚实基础。对航标而言，AIS技术应用于航标将对未来航标的发展产生根本性的影响，有着十分广

12、阔和诱人的前景。因此本文建议应使用AIS技术与传统航标相结合，取长补短或者大力研发虚拟AIS航标，这将最终增强沿岸航行的安全性和自动化。综上所述，本文认为有必要对这一课题进行研究。2.AIS对于航标的的应用2.1 AIS技术简介AIS(Automatic Identification System)即船舶自动识别系统。诞生于20世纪90年代，是一种新型的助航系统。它在结合GPS导航定位技术的基础上，采用GMSK(高斯最小移频键控)调制，以SOTDMA(自组织时分多址)方式，在海上VHF频段自动连续发送静态数据(如船名、船籍、IMO编号、呼号、MMIS号、船长、船宽、船舶类型和GPS天线在船上的

13、位置等)、动态数据(如船位、船速、航向、航行状态、转向速度、横倾角、国际协调时等)、航行相关的信息(如船舶吃水、危险货物类型、目的港、ETA、航行计划等)和安全信息(VTS交通信息、天气报告、实时水道测量数据、ENC修正、航行警告和突发事件等)，同时也自动接收周围船舶发出的这些信息，并与海岸基站进行信息交换。其具体方法是在70频道卜以DSC方式自动发出询问信息，接收到询问信息的接收机(装在船舶或岸台上的设备)根据询问方要求的频道将本船的识别码、船名、船位、航向、航速、吃水等信息自动传给询问方，这样便实现了自动应答功能。AIS能够自动连续地在信息显示器中提供目标船的船名、航向、航速等各种动态和静

14、态信息。AIS的系统由以下几方面构成（如图1-1）： 1AIS信息处理器AIS信息处理器是系统的核心部分，内部存储了本船的基本信息，包括本船识别码、船名、呼号、船型等船舶静态信息和船舶吃水、危险货类、航线等航行相关的信息。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。 2AIS通信处理器由系统信息处理器控制，用VHF CHN87B、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

15、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。 3AIS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。 5VHF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

16、接收机（DSC）。2.2 AIS技术在航标系统上的应用传统的航标具有标示不清的缺点，AIS 航标弥补传统航标这一缺陷，同时加强了航标的助航功能。由于AIS是在VHF 海上移动频段传输数据，其传播特性可弥补传统航标不足，AIS航标可在AIS显示器上全天候识别。对于安装有AIS船台的船舶，在电子海图上就以一目了然地获取浮标和航道状况，这对于船舶流量密集的通航水域尤其重要；同时AIS航标将对传统的航标管理模式产生深远的影响，通过AIS岸站可以对AIS航标进行实时监控，及时发现和解决航标出现的故障，有助于降低航标的维护保养成本，提高航标的可靠性和有效性。2.2.1 AIS在航标导航技术上的应用AIS安

17、装于固定的或漂浮的助航设备上可构成AIS航标。AIS航标可以补充和替代传统航标，使传统航标数字化。AIS航标对扩展与完善航标功能和实现航标现代化管理具有重要意义，是实现数字化航海不可或缺的组成部分。AIS航标信号通过VHF传播，受外界气候的干扰小，同时可自动播发航标的识别码、类型、位置、浮标移位指示等信息，以及工作状况和水文气象(如实时潮高、潮流、本地气象条件)等其他信息，提高了助航数据的可靠性和有效性。2.2.1.1AIS航标分类：按照航标AIS信息是否由航标AIS自身发射，可把AIS航标分为真实AIS航标、综合AIS航标、虚拟航标。1、真实AIS航标：配备了AIS单元的漂浮或固定的助航设备

18、，可用电文21向覆盖区域内的船舶和岸站发送自己的位置和其他身份数据；具体做法是在灯浮标上加装带GPS电路的AIS设备。2、综合AIS航标：又称合成AIS航标是没有配备AIS单元的实体航标，该助航设备存在且其位置和身份数据可以获得，但由于没有配备AIS，所以其相关数据由岸基AIS或其他配有AIS的助航设备发送。与真实AIS航标一样，这些数据可被船载AIS接收并显示。目前有两种类型的综合AIS航标“监控型合成AIS航标”和“预知型合成AIS航标”。“监控型合成AIS航标”是以信息21方式从位置远离航标的AIS站处发送信息。航标实体是存在的并且在AIS站和航标之间有通信链（VDR）。通过航标和AIS

19、间的通信能监控航标的实际位置和状况, 因此可用于浮动航标和固定航标。“预知型AIS合成航标”是以信息21方式从位置远离航标的AIS站处发送信息。航标实体上是存在的但航标未处于监控下, 虽然已经预先知道航标的规定位置但无法确定它的实际位置或状况, 因此建议用于固定航标。3、AIS虚拟航标：AIS虚拟航标是基于AIS网络而产生和发展的新型航标应用技术。虚拟航标的出现在航标的发展过程中具有划时代的意义，它把航标的概念拓展到一个全新的领域。它是AIS与电子海图显示和信息系统（ECDIS）有机结合的产物。“虚拟航标”是以信息21方式发送并设置实体并不存在的航标。实际上, 没有任何实体航标存在, 只是创建

20、一个假想航标, 针对指定位置的航标符号会出现在显示画面上。这需要邻近的AIS基站或航标AIS站能广播该信息。在信息21中的标志会明确地将其确定为虚拟航标。虚拟航标的原理就是AIS将管理区域内的航标信息实时动态地传送给用户（主要指船舶），并在ECDIS上显示出来。这种在电子海图上标示出来而没有实物的航标称为虚拟航标，由虚拟航标构成的系统称为虚拟航标系统。虚拟航标有如下优点：1）航标设置或更改的速度非常快，在需要快速设标的情况下，这个优点会更加突出。如当发生海难沉船，就可以立即利用AIS 网络系统设置一座沉船标。2）航标的设置或更改成本非常低。航标设置或更改都可通过软件实现，几乎没有直接费用。3）

21、虚拟航标的设置不受天气条件的限制。由于AIS采用无线数字通信技术，与VHF相比较，具有点对点、排它性、抗干扰、信息量大和更新实时等特点，这些特点使得虚拟航标的设置更具有稳定性。4）不会出现标位漂移等问题，导航精确度更高。2.2.1.2AIS航标提供的数据：由于ITU已经规定将AIS信息21专用于航标，并且其他信息也可以用于航标（参考ITU-E M.1371-1），所以航标管理者可以利用航标AIS提供以下信息和数据：航标名称航标类型,航标位置,位置精确度,定位设备类型,时间标记,航标尺度和原始位置,航标技术状况,虚拟航标标记,当浮动航标移位或故障时, 传输信息的航标也能使用信息安全相关编址信息发

22、布航行警告,实时的天气、潮汐和海况数据,实时的性能监控信息, 包括正常运行状况。具体格式如下：2.2.1.3用于航标的AIS信息：ITU 在关于AIS 系统技术特性的推荐标准ITU-R M .1371-1 中定义可应用于航标AIS的AIS信息有:信息21、信息12、信息8、信息6。1.信息21(航标信息)由航标范围内的船舶和VTS 中心使用。ITU R -M .1371-1 的3.3.8.2.17 款规定:信息21应以每3 分钟一次的报告速率自主地传输或可以通过VDL由指定模式命令(信息16)或由外部命令指定。信息21传输的默认间隔是3分钟,但是考虑VDL容量或航标能源消耗, 可由设施管理者决

23、定增加或降低时间间隔。2.信息12(安全相关的编址信息)编址信息由受影响区域内的船舶使用,直至船舶确认发送的信息。设施管理者必须确保发送信息前相应的条件得到满足(如浮标移位)。广播信息14 不应用于该目的。传输信息21的航标AIS站也能按照主管机关的决定传输安全相关编址信息(信息12),例如,当探测到浮标移位或故障时。3.信息8(二进制广播信息)发送信息由航标范围内的船舶使用,传送航标附近与环境相关的信息(如气象和水文数据)。这些信息要在船舶使用的显示系统中体现。4.信息6(二进制编址信息)编址信息由受影响区域内的船舶使用,直至确认发送的信息。例如用于当地航标监控数据。2.2.2 AIS在航标

24、管理中的应用传统航标的维护需要投入较多的人力，一般是定期巡检和维护，难以实现实时维护管理。AIS网络系统实现后，对装有AIS的航标使用船舶自动识别系统技术，以信息6(寻址二进制电文)格式把工作状态信息内容播发到AIS岸站，通过采集端口和传感器，采集航标的位置信息、灯器的电压电流、灯质信息等，然后发送到AIS网络，最终在电子海图上显示，岸上管理机构就可以在岸台了解到航标名称、航标类型、当前位置、有无移位、数据更新时间、工作模式等信息，实现了对航标的遥测遥控。同时还可利用AIS航标播发的数据实现对航标的实时监测、及时维护和有效管理（如对浮标移位及时进行复位、对航标发生故障及时进行维护、遥控航标参数

25、的改变、开启备份设备等），可以大大提高管理效率，节省维护成本。2.3 AIS航标较传统航标的主要优势(1)提供实时助航数据传统航标主要依靠灯光等对船舶进行助航，不能向船舶提供航标位置等数据，而且易受到天气的影响;对于浮标，还存在移位或发生故障不能被及时发现的问题。航标AIS信号通过VHF传播，受外界气候的干扰小，同时可自动播发航标的识别码、类型、位置、浮标移位指示等信息，以及“健康”状况和水文气象(如实时潮高、潮流、本地气象条件)等其他信息，提高了助航数据的可靠性和有效性。(2)实时监测管理航标传统航标的维护需要投入较多的人力，一般是定期巡检和维护，难以实现实时维护管理。而对装有AIS的航标，

26、岸上管理机构可利用Als航标播发的数据实现对航标的实时监测、及时维护和有效管理(如对浮标移位及时进行复位、对航标发生故障及时进行维护、遥控航标参数的改变、开启备份设备等)，可以大大提高管理效率，节省维护成本。(3)识别显示助航设备航标AIS提供了一种积极的全天候的在Als和雷达显示器上识别助航设备的手段。将收到的航标AIS信息与电子海图结合有助于船舶安全航行和实现自动助航。(4)提供“虚拟”助航设备AIS的一般应用在未建立永久性航标之前或临时标注危险地或在一些不方便设置真实航标的地方，虚拟航标是一种既方便又经济的方法。虚拟航标的消息可由附近的Als基站或其他助航设备Als台站广播。被发送的消息通过设置助航设备AIS消息21中的“虚拟助航设备标记”注明。在电子海图相应位置上也会显示虚拟航标的助航设备符号，该符号会反应出这种“虚拟”状态。(5)收集数据通过航标Als可以一记录助航设备的状态数据、收集路过的船舶数据。根据需要还可以将记录的数据在Als以外的网络中显示、存储、使用和发布，所存储的数据可用