AIS與現代航海技術的關系及對未來航海的影響研究

蘭海濤

摘 要 本文將圍繞AIS系統的結構組成、技術核心以及實際功能進行分析討論，并提出AIS與現代航海技術的關系及對未來航海的影響，以此充分發揮AIS系統的監視能效，實現航速、航向、呼號等信息的全面獲取，借助與終端設備的連接，構建探測網絡，確保在航道相對密集、環境較為惡劣的情況下也能準確定位船舶位置，切實起到防止船舶碰壁的作用，提高信息傳遞效率，推動航海事業發展。

關鍵詞 AIS 航海技術 通信網絡

中圖分類號：U676 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）07-0158-03

AIS是指船舶自動識別系統，通常由GPS定位儀、船載顯示器與傳感器組成，其應用目的在于保證船舶的安全航行，為相關駕駛人員提供更好的監視效果與把控船舶的能力，為了確保該系統得到有效運用，首先要對AIS系統的基本內容進行深入了解。

1 AIS系統分析

1.1 AIS系統組成

AIS系統主要由控制單元、GPS模塊、船舶應用設備以及甚高頻無線電波組成，其中控制單元是指內嵌式處理器系統，能夠負責整個程序的運行與控制，實現信息的接發、處理、分析，而GPS模塊則用于提供船舶動態信息以及時間基準。甚高頻無線電波則是作為海上通信頻道，能夠實現AIS設備之間的數字交換。船舶設備接口的作用則在于確保AIS系統能夠與船舶的多種設備有序連接。同時AIS系統具有極強的適配性與兼容性，可以與多種系統有機結合，比如全球定位系統、ECDIS以及自動雷達標繪儀，不僅能進一步提高船位、船速信息的獲取精確性，還能將船名、吃水等靜態數據傳遞到岸臺廣播，實現與附近船舶與岸臺的通話協調，使相關避讓措施更加高效，保證船舶通航安全。

1.2 AIS系統的技術核心

AIS系統所采用的核心技術主要包括：第一，DSC技術，該方法主要是在VHF頻道上以數字化方式完成詢問信息的自動發出，而接收到詢問的船舶需要以相同的頻道將船只基本信息返回至詢問方，DSC的詢問模式大多為廣播，利用信息攜帶的地址碼完成詢問對象的判斷，這樣便可保證只有被詢問的船舶才能完成回應，而不會影響其他船舶的正常航行。同時DCS技術也能與數字式自動傳輸技術進行有效融合，使船位、船速的信息掌握更加精確;第二，DOTDMA技術，又稱作自組織時分多址接入，是一種能夠解決通信沖突的接入算法，通常應用于處在連續運行的移動臺，其接入目的在于提供一個無需控制臺，確保通信沖突的形成概率得以大幅度降低。通過將GPS系統作為基礎核心，向數據鏈路用戶提供監視畫面，即使在缺少通信基礎設施、網絡節點變化劇烈的場合也能正常使用。此外，SOTDMA能夠實時完成信道分配工作，自主選擇空閑時段進行信息傳發，保證多個船舶之間能夠自動完成動態信息交換，不僅可以緩解船員的工作壓力，也能有效避免因人員操作失誤引發的不良狀況。而且SOTDMA協議可以將多個VHF信道依照時間劃分成多個時隙，以1min為1幀，共計2250個時隙，每個時隙代表26.5ms，傳輸量為256b。這樣便可使AIS設備依照協議內容，尋找空閑時隙進行船舶信息的發送。

1.3 AIS系統的實際功能

簡單來說，AIS的功能是指借助VHF通信，依照自組織時分多址接入通信協議，在任意海域內實現不同船舶、船岸之間的動態交換，為船舶航路監視以及避讓航行提供切實可行的信息，保證通信暢通。并且AIS系統能夠準確識別船只位置、完成協助跟蹤目標，進一步簡化信息間的交流傳遞，能夠強化ARPA雷達、船舶報告功能，從而在電子海圖上將船向、船線等信息進行可視化轉換。

2 AIS與現代航海技術的關系分析

2.1 AIS與衛星定位技術

衛星定位技術是我國當前最重要的導航手段，能夠隨時隨地、全天候地為船舶實現位置定位，提供航向、UTC等重要數據，若想確保AIS可以充分發揮安全保障作用，便需要將衛星定位技術作為應用基礎。首先GPS與GLONASS技術能夠提供協調世界時，并將其作為AIS系統的運行前提，完成SLOT的劃分，將時隙寬度設置在27ms左右，使系統中的AIS設備與時隙保持同步。同時GPS提供的協調世界時精確度極高，能夠完全符合AIS時間同步的應用要求。其次，衛星定位技術所提供的航速、航向信息屬于AIS間交換的動態參數，并保持1次/s的更新頻率，使AIS系統可以從GPS中實時掌握船只動態數據，幫助船員合理調整船舶航行，同時也能為周邊船舶提供參考信息。由此可知二者的關系主要體現在，衛星定位技術是AIS系統運行的基礎條件，而AIS也能進一步提高衛星定位技術的工作范圍與時效性。

2.2 AIS與電子信息系統

電子信息系統全稱為電子海圖顯示與信息系統，又可稱作ECDIS，能夠持續給出船位，提供與航海有關的信息，起到防范險情的作用。但在實際應用當中，ECDIS的普及率卻始終得不到提升，這主要是由于電子海圖一直在修訂與改正，導致該系統的實際能效難以充分發揮。隨著我國信息技術的進一步提升，ECDIS的制約因素也被徹底消除，能夠通過與AIS系統有機結合，作為其理想的顯示平臺，將AIS的信息交換內容進行數字化、圖形化顯示，將周邊具有AIS船舶的運動矢量、呼號等內容涵蓋在內。并進一步利用此類信息，實現CPA參數的計算，從而根據預先設定的危險距離完成報警，同時也可在線模擬船舶躲避決策。由此可知，ECIDS與AIS的關系是相輔相成的，通過將兩者有機結合，能夠在船舶導航與船舶避險方面發揮重要作用。

此外，要注意在使用AIS時，要確保其接口標準符合IEC61142，以此保證與ECDIS的高效連接，獲取AIS的全部交互信息。當前IMO對于AIS目標船的顯示規定可細分為：第一，目標船缺省顯示，只顯示具體位置;第二，目標船激活顯示，顯示船速、船向以及轉向速率;第三，選擇某一目標船進行詳細顯示，將AIS收集的信息以及CPA、TCPA呈現在數據窗口當中;第四，目標丟失顯示，若在預定范圍內出現目標船的信號丟失，需要在船只的最后位置進行符號標示并采取報警處理。

2.3 AIS與ARPA

ARPA是指自動雷達標繪儀，屬于一種自動跟蹤雷達系統，能夠計算并顯示選定物標的回波，從而幫助船舶實現預測與避讓，其包含的ARPA單元能夠對計程儀、陀螺羅經等傳感器收集的信息進行分析、計算與處理，并向操作人員顯示目標航速、方位以及與本船的實際距離，使船員可以根據自動雷達標繪儀的自動試操功能采取切實有效避讓措施。但該裝置同樣存在一定的不足之處，比如ARPA難以從干擾雜波中抑或是當船舶相遇時準確探查指定區域內是否存在船舶，產生此類狀況的原因在于系統的抗干擾性較弱，其結果容易受地理環境抑或是氣象變化等因素影響，在顯示屏上出現假回波，導致負責觀測的人員難以準確判斷波形。而且如果物標本身的反射電波效果較低，則自動雷達標繪儀出現忽視跟蹤的概率會大幅度提升，一旦船舶處在夜間行駛的狀態，很容易引發船舶相碰的狀況。此外，ARPA雖然能準確判斷船只位置，但對于船只規格、類型的判斷不夠準確，因此相關測量數據的精確程度仍有待探究。因此為了保證監測數據的精準性，確保通信效率，需要將AIS與ARPA充分結合，實現船舶與口岸之間的信息傳輸，因為AIS本身的抗干擾性極強，能夠有效抵御雜波干擾，使ARPA的目標物辨識能力得到大幅度提升，強化監控效果。

3 AIS對未來航海的積極影響

3.1 船舶避碰方面

雷達與自動雷達標繪儀是當前收集其他船只信息的手段之一，借助公式（1）計算目標的空間坐標，但僅限于獲取船只的位置數據，而AIS則不同，能夠借助信息處理，完成目標船只的位置解算，確保CPA、航速等動態參數的準確掌握。同時AIS也能有效解決以往自動雷達標繪儀無法應對船只交通緊密時的避碰要求，AIS系統可以自主實現信息交換，且數據內容豐富，通過目標船的傳感器設備完成所需信息的收集，并對船舶轉向速率、船長、船寬等數據進行全面探究，之后利用此類數據快速響應船舶航行狀態，即使在緊急會遇形勢下也能有效完成船舶運動狀態的推測，從而使船舶駕駛人員準確做出避碰決策[1]。

3.2 通信網絡方面

隨著我國企業信息化發展的日益成熟，對船舶動態監管的實際需求也在不斷提升，以往的船舶動態數據主要是由船員以報文形式將相關信息傳送到監控中心，但這種方式會使監控中心過于被動，難以隨時隨地獲取船只航行狀態，并且船只航行信息需要經過人工編輯，監控功能被大幅度制約，信息準確性無法有效保證。此外，信息的共享程度較低，無論是傳真通信還是電傳通信，都難以保證信息傳遞的時效性。因此，為了盡快滿足船務企業、航管部門、貨物公司的迫切需求，需要加強AIS系統的應用[2]。

但隨著AIS的大范圍普及以及AIS岸站的大規模建設，AIS的網絡狀況也得到明顯優化，能夠將AIS網絡接入到互聯網當中，使相關人員在網絡平臺中便可實現信息的分享與發布，并將其作為未來船舶的管理手段。一方面體現在合理選擇岸站之后，所構建的AIS臺鏈能夠保證沿海海域的全覆蓋，徹底消除盲區。同時AIS設備的信息轉發能力極強，可以使裝載AIS的船只成為轉發站，以此達到進一步提高AIS覆蓋能力的目的。另一方面表現在AIS岸臺能夠與AIS船只完成信息的實時交互，利用短數據發布的形式將氣象條件、航道狀況等內容傳遞出去，并將船名、呼號、航向轉速、航行狀態、目的港等進行收集起來。此外，由于船舶本身具有GPS、LOG等傳感器，因此可以有效保證數據的準確性、精確性，使相關信息及時傳遞到監控中心，由監控中心對AIS岸臺信息進行管理。由此可知，AIS網絡運用可以實現與Internet網絡的全面結合，從而為與航運有關的領域提供船舶航行數據，在保證對船舶全面監控的基礎上，進一步實現交通狀況的及時了解，更好地完成對船只的航行把控。

4 實現船舶安全通航的對策探究

4.1 合理制定通航方案

科學、合理的通航方案主要體現在以下幾方面：第一，要準確掌握最新的水文氣象狀況、航道信息以及碼頭泊位數據，并做好安全評估工作;第二，要制定適合的進港時機，通常來說船舶都會選在白天完成進港，主要原因在于白天能見度較高，可以幫助技術人員充分分析潮流狀況，使船舶在進出港時保留充足的富余水深，并有效利用潮流使船舶順利靠離。同時，還要保證船舶在錨泊時具有足夠的時間辦理相關手續，按時完成卸載工作，即便是在低潮時也能實現安全漂浮;第三，要制定行進航速，不僅需要船舶本身保持高水平的操縱能力，還要避免因船速過快導致船體出現大幅度下沉，要求船員能夠準確計量到達重要航點的時間點，并對可能產生的誤差進行原因探究。

4.2 強化交通流管理

為了保證船舶能夠安全進出港，需要依照實際情況對其發出航行警告，使其余過往船只能夠預先收到相關信息，從而及時避讓。在進行交通流管理時，需要防止其他船舶阻礙通航船舶的航行，若交通流過于密集，可采取交通管制手段，限制單向通行，避免產生航道緊迫的局面。根據該城市海上交通管理規定第二十七項條例可知，如果存在嚴重影響海上交通安全的船只，可自行申請護航，而參與護航的船只、游艇需要優先對航道采取清障工作，以此達到為船舶構建有利通航條件的目的。

4.3 全面掌握船舶性能

當船只進入了對操縱有顯著影響的淺水區域，為了保證航向準確、航速均勻，需要船長充分了解船舶本身的實際性能、謹慎操作，并對淺水狀況下船舶的操縱局限性進行全面掌握。船舶在保持低速行駛的過程中，如果船長沒有充分掌握船舶在風流中的偏移規律與偏轉程度，很容易偏離正確航道，難以在預期時間內達到相應的區域點。因此船舶操縱人員要合理預估風流對船舶航行產生的影響，正確使用車舵，能夠在船身轉入新航向時，利用早回舵以及大舵角及時調整船只偏轉角度。而在船舶靠泊時則要準確分析風流使船體產生的對岸移動，以此保證船舶靠泊時留有足夠的操縱空間。而在進出港時需要預先完成備車，用以在航道較窄的水域實現半速調整，完成及時停車。最后，還要充分運用GPS、雷達等技術完成船舶的準確定位，避免出現船舶碰撞事故。

綜上所述，通過對AIS與現代航海技術的關系及對未來航海的影響進行分析討論，進一步促進船舶自動識別系統與航海技術的有機結合，加強對海上交通的監視效果，避免船舶碰撞事故的形成，促進航海信息化建設的進一步發展。

參考文獻：

[1] 繆從金.現代航海技術發展趨勢及挑戰[J].智庫時代，2019（27）：271，274.

[2] 鄒翔.現代航海技術狀況及發展方向[J].中國水運， 2020（05）：44-45.