AIS(船舶自动识别系统)原理及应用

1、船载自动识别系统（AIS）原理及应用上海航道局设备部陈强华编者按：根据1974年海上人命安全公约（SOLAS公约）第V章修正案的要求，航行于国际海域大于 300 总吨以上或500 总吨以上的非国际航行船舶，在2004 年 7 月 1 日以后的第一次设备安全检验，包括年度检验，定期检验或换证检验都必须配置安装船载自动识别系统（ AIS） ，AIS 设备的安装最迟不得晚于2004 年 12 月 31 日。本刊发表此文旨在使局有关人员对该类设备在航行中的重要性有所认识，尤其对航行于国际海域的船舶应引起高度重视。一、引言国际海事组织（IMO ）第 73 届海安会通过的SOLAS 公约第 V 章修正案原

2、要求在2008年 7 月 1 日前在所有航行于国际海域大于300 总吨的各类船舶，安装船载自动识别系统，简称 AIS （ Automatic Identification System ） 。 9.11 事件后，美国向联合国递交了海上反恐的议案，联合国指令IMO 尽快出台海上保安规则。通过1 年左右的准备，2002 年 12 月在伦敦召开的海上保安外交大会通过了1974 年海上人命安全公约关于海上保安的修正案和国际船舶和港口设施保安规则。这些新要求构成了船舶和港口设施可以合作探测并制止威胁海上交通保安行为的国际框架。根据 IMO 默认生效程序，这些新要求将于2004 年 7 月 1 日起生效，

3、其中公约修正案和规则的A 部分为强制性要求。AIS 是公约修正案和规则的A 部分需强制执行的部分，根据公约第V 章修正案的要求，航行于国际海域大于300 总吨以上或500 总吨以上的非国际航行船舶，在2004 年 7 月 1 日以后的第一次设备安全检验，包括年度检验，定期检验或换证检验都必须配置安装船载自动识别系统（AIS） ， AIS 设备的安装最迟不得晚于2004 年 12月 31 日。为了保障公约修正案和规则得以顺利实施，公约规定了各缔约国政府可通过船旗国、港口国等管理途径，采取严厉的监督和控制措施，包括：检查船舶、延误船舶、滞留船舶、限制操作（包括限制在港内活动）或将船舶驱逐出港。二、

4、船载自动识别系统（AIS ）原理及其组成1. AIS 原理AIS 原理是通过广播通信系统方式，在本船与其他一些船舶以及海岸台站之间建立导航数据交换的系统。该系统是在一个或多个频道上工作的、由两个或更多个电台构成的无线电数据链系统，其设备可以是移动电台或基地台。AIS 的组成如图1 所示：图 1 AIS 工作原理示意图系统工作模式是船对船、船对岸、岸对船状态，系统可自主运行，用户干预达到最小。现在使用中的AIS 系统由船舶交通管制中心（VTS） 、一组 AIS 岸台和船舶组成，将来还可加入与卫通Inmarsat-C 之间的通信。一组 AIS 岸台通常受同一船舶交通管制中心（ VTS） 控制，发布

5、一些有关安全的航行警告、交通和港口管理当局的有关信息和GNSS 改正信号等。船舶一般提供“MMSI ”（船舶识别号，即船舶身份证9位数字，一船一证，具有唯一性）、船名、船位（经纬度）、航速、航向、起始港、目的港和所装货物等信息。AIS 系统的空中链接是通过VHF （甚高频）专用频道。由于 AIS 系统采用VHF （甚高频）通信，受VHF 所用频率特性制约，它的作用距离较为有限，一般通信距离约为20 至 30 海里左右（其作用距离取决于发射功率，接收灵敏度和天线高度等因素）。对于一些大型港口（尤其是港口海岸线狭长），受 VHF 作用距离影响，需要用多台AIS 岸台（中继站）组网，如上海港在吴淞口

6、、长兴岛和横沙岛都设有岸台，使整个上海港处于船舶交通管制中心监控之下。所有船载AIS 持续不断地向其他船舶和VTS（ Vessel Traffic Services 船舶交通管制中心）播发静态和动态的本船航行信息，同时也连续地接收其他船舶和VTS站的数据，不需要船舶值班驾驶员的人为干预。岸基AIS可以在“轮询”模式下向某一特定船舶发出要求更新船舶信息的指令，特定船舶在收到更新信息的指令后，将更新后的新信息在相同的VHF频道上发出。AIS基站也可以“轮询”某一指定海区内的所有船舶。船与船之间也可通过短消 息的形式了解船舶间的有关信息。在通常情况下，装有AIS的船舶应使AIS始终保持运行状态，但国

7、际协定、规则或标准 规定要保护航行信息的情况除外。2. AIS船用移动设备的分类根据AIS应用的目的，AIS船用移动设备的分类可分为A类和B类。A类AIS设备按照IMO有关AIS配备的必要条件，可以接收和发射有关安全之类的短 消息包括重要的航行信息和重要的气象分析警告之类的航行信息。B类AIS设备提供简易的不必要满足IMO有关AIS配备的必要条件，可以接收有关安全之类的短消息。3. AIS系统应用目的AIS系统应用的目的：帮助识别船舶；协助跟踪目标；简化信息交换（如减少口头必须 的船舶报告）；提供船舶附加信息有助于了解各方面的情况。AIS系统在初始阶段主要是为了防止航行船舶在狭窄的航道中交会时

8、的碰撞，航行中的船舶彼此在了解了对方船舶的航向、航速、船型和位置后，可以迅速作出正确判断，从而操作船舶避免碰撞，增加航行的安全系数。近阶段，由于无线电技术的不断进步，制约无线数据交换的技术障碍被克服，AIS系统由原先为防止船舶避碰目的而推出，到目前已延伸出对航行船舶的监管。尤其是在9.11事件后，各国政府为了对付日益增多的恐怖袭击，特别是利用船舶对港口设施的袭击。因此， 联合国授权IMO出台了海上保安规则，强制推出 AIS系统和海上安保系统。总之，无论是在岸基监视站或者在船上，AIS将提高值班驾驶员的可使用信息的质量，是导航系统（包括雷达）信息来源的一个补充。4. AIS系统发送数据类型无论是

9、A类还是B类设备，AIS发送信息或数据是一项基本功能，其功能特性述说如下：船舶发送的信息有以下三种类型-固定或静态的信息，即在 AIS安装后输入的信息，只要不更改船名也不进行重大船舶类 型的改装就无需更改。动态信息，即除了航行状况信息，从与AIS连接的船舶上其他设备自动提供更新的信息。与航行有关的信息，可能需要在航行中人工输入和更新。静态信息动态信息 MMSI （船舶识别号）提供指示精确的船位 IMO号（有些地方需要）提供世界时间（UTC）船舶呼号与船名对地航向（COG）船长与船宽 对地航速（SOG）船舶类型船崎可天线在船上的定位位置航行状态（手动输入）更新手：每6分钟回旋速度（有些地方需要）

10、更新举：依据航速和月向交替（2秒到3分钟）有关航程信息有美航行安全的短消息船舶吃水免费的消息船载危险货物（类型）更新手：按需要目的地和大约到达的时间（ETA）（由船长作出判断）可选择的-航路图更新手：每6分钟表1船舶AIS发送信息的内容 信息按不同更新时间间隔自动发出动态信息：根据航速和航线变化，如表 1所示。一静态和航行有关的数据：每6分钟或者根据要求（AIS能自动应答）船舶状态通常报告间隔时间泊锚船舶3分钟航速0-14节12秒航速0-14节并改变航向4秒航速14-23节6秒航速14-23节并改变航向2秒航速 23节3秒航速 23节并改变航向2秒表2动态信息报告的更新时间间隔与安全有关的短消

11、息与安全有关的短消息是固定或自由格式的文本信息，可以发往该海域内一个特定目标（以船舶MMSI识别码为标识），也可以面向该水域内的所有船舶。内容必须与航行安全有 关，信息应尽可能短小。系统允许每条信息最多包含150个字符。5. AIS无线电发射机应答器结构图2 AIS无线电发射机应答器结构方框图AIS无线电发射机应答器包括一个VHF发射机，两个 TDMA （时分多路寻址）工作在两个并行的VHF频道上，一个70频道的DSC （数字选择呼叫）接收机，接口电路，信息 处理器，LCD （液晶）显示器和内置的GPS接收机。内置的8或12通道GPS接收机为系统提供 UTC （世界时）参数，用于系统同步，以消

12、 除多用户间的冲突。当外接GPS连接失败时，它也能提供位置信息、对地航向（ COG）和对地航速（SOG）。液晶显示面板显示所有关于静态和动态信息需要的信息，航海信息和有 关安全类的短消息。6. AIS无线电发射机应答器主要技术参数工作频率：AIS1 : 161.975MHz （ CH87B : 2087）AIS2 : 162.025MHz （ CH88B : 2088）频率范围：156.025-162.025MHz （ CH60-CH88 ）VHF数字选择呼叫（DSC）频道：CH70 （接收来自VTS指令）AIS调制：25KHz 信道：GMSK BT 0.5AIS数据率： 9600 bits/

13、s 输出功率：12.5W 或 2W7. A类AIS设备基本（最简）配置A类AIS设备基本配置由无线电发射应答器、GPS接收机、电罗经及电源（包括后备电源）等组成，如图 3所示。图3 A类AIS设备基本组成从外接GPS接收机中输入本船位置信息对地航向（ COG）和对地航速（SOG）,从 罗经上取得方位信息，通过内置的GPS接收机取得UTC时间用于AIS信号同步。如有需要， 本船位置信息对地航向（COG）和对地航速（SOG）也可通过内置的备用 GPS接收机获得。 三、船舶AIS设备应用指南现以我局东方疏浚公司已安装的日本FURUNO公司出产的AIS “FA-100”设备为例，进彳T AIS安装后船

14、舶信息的输入和设置及使用操作流程。对其他类型的AIS设备的操作具有参考性。FA-100主菜单和外型如下图所示:（目标信息）（标绘器）（本船信息） （设置短消息） （初始设置）MENU菜单1 TARGET DATA2 PLOTTER.3 OWN DATA4 SET MSG5 INIT SETTINGS.6 SYSTEM SETTINGS （系统设置）7 DIAGNOSTICS（诊断程序）图4 FA-100主菜单与外型图如需选择菜单条款，按相应的数字键或通过按“ NEXT”键选择，选中后，按“ ENT” 键调用。1 .船舶AIS设置步骤（1） MMSI （船舶识别号）设置在控制面板上按住 0号数字

15、键同时打开电源，直到出现“ENTER PASSWORD "（输入口令）字符出现。在“ ENTER PASSWORD ”项下，输入口令。口令通过后，输入 9位MMSI 号，注意：当船舶的IMO号是7位时，在7位数字前，输入数字 00,充足9位数。然后， 输入船名、输入船舶呼号。（2） 亮度和对比度的调整通过控制面板上底下的 2个CLR和SFT键，按压CLR （-）和SFT （ + ）键来对亮度和 对比度进行调整，直到亮度和对比度合适为止。（3） 标绘器显示（PLOTTER ）在每次开机之后，标绘器显示都将自动出现如图5所示的内容。在显示距离内，附近水域装有AIS的船舶都会以“目标标志”

16、的方式在标绘器显示自动呈现出。本船标志口标t空心同点）日而选择目标（黑色的圆点）FURUNGJ *W7 ktCOG1-4135 0 degIHTRD；。*汹 BACK；:使用（SFT+/-1健也示目标名同地航速对地航向环行带内的目标号CR世置）*L使用力响健选择口标所显示的数据CTA （最短的避碰距离）和TC丛量短的避碰品离时间）图5标绘器显示内容注意： 如果在1分30秒内没有接收到来自于 AIS的目标信号，它将认为目标丢失（开始 闪动），三分钟后，它将清除屏幕记录。当目标的（CPA）预计相遇最近点和（TCPA）预计相遇最近点的时间都小于菜单 中的设定值时，目标标志将会闪动并且响起报警声（如果

17、菜单中已设定好） 。2 .初始设置（INIT SETTINGS ） 在主菜单中选择第 5行“INIT SETTINGS ”（初始设置），在初始设置菜单中选第1行“SETSHIP DATA"（设置船舶信息），进入设置船舶信息菜单。“DRUGHT”（吃水）可以从0.0到 25米间选择，“DTE”设置不要改动，永远设成“ KEY&DISP”（键盘和显示），在完成上述 选择后，按“ ENT'输入键，再按“ MENU ”菜单键，退回到主菜单，出现是否要储存字符， 在“YES, NO, CANCEL ” 三个选项中选择“ YES”要储存。3 .设置目的地港（SET DESTINA

18、TION ） 在主菜单中选择第 5行“INIT SETTINGS ”（初始设置），在初始设置菜单中选第1行“SETDESTINATION ”（设置目的地港）。在该设置页内，输入目的地名，在完成上述输入后，按 “ENT”输入键，再按“ MENU”菜单键，退回到主菜单，出现是否要储存字符，在“ YES, NO, CANCEL ” 三个选项中选择“ YES”要储存。4 .设置航行状态（SET NAV STATUS） 在主菜单中选择第 5行“INIT SETTINGS ”（初始设置），在初始设置菜单中选第 5行“SET NAV STATUS”（设置航行状态），在该设置页内，设定航行状态编号，在完成上述

19、选择后， 按“ENT”输入键，再按“MENU”菜单键，退回到主菜单，出现是否要储存字符， 在“YES, NO, CANCEL ” 三个选项中选择“ YES”要储存。 航行状态编号定义如表 3所不：状态编号英 文中文译意00:Underway using engine (default)机器推进航行（缺省值）01:At anchor锚泊02:Not under command失控（NUC ）03:Restricted maneuverability操纵能力受限04:Constrained by draught被强迫拖引05:Moored系泊06:Aground搁浅07:Engaged in fi

20、shing从事捕渔08:Underway by sailing用帆航行09:Reserved for high speed craft ( HSC);保留用于高速艇（HSC高速艇）10:Reserved for wing in ground (WIG, for example, hydrofoil)保留用于飞翼船（飞翼船，例如水翼艇）11-15:Reserved for future use保留用于将来使用表3航行状态编号定义5 .设置船舶类型和乘员人数（ SET TYPE&CREW ） 在主菜单中选择第 5行“INIT SETTINGS ”（初始设置），在初始设置菜单中选第 4行“S

21、ET TYPE&CREW "（设置船舶类型和乘员人数），在该设置页内，设定所有乘客和船员人数并 选择船舶类型，在“ TYPE CLASS”（AIS类型）选项中，总是选 A,在完成上述选择后， 按“ENT”输入键，再按“MENU”菜单键，退回到主菜单，出现是否要储存字符， 在“YES, NO, CANCEL ” 三个选项中选择“ YES”要储存。船舶类型编号详见航海手册或AIS使用说明书。6 .设置 CPA 和 TCPA （ SET CPA/TCPA ） 在主菜单中选择第 5行“INIT SETTINGS ”（初始设置），在初始设置菜单中选第 5行“SET CPA/TCPA”（

22、设置预计相遇最近点/预计相遇最近点的时间），在该设置页内，设定预计相遇 最近点和预计相遇最近点的时间的报警，“ACTV”可选DSBL （不用），也可选ENBL （可用），在完成上述选择后，按“ ENT”输入键，再按“ MENU ”菜单键，退回到主菜单，出 现是否要储存字符，在“ YES, NO, CANCEL ”三个选项中选择“ YES”要储存。7 .设置 GPS 天线位置（SET ANTENNA POS ）在主菜单中选择第 5行“INIT SETTINGS ”（初始设置），在初始设置菜单中选第 6行“SET ANTENNA POS ”（设置天线位置），在GPS天线位置设置分菜单，选择 1为内

23、部GPS天线 位置，选择2为外部GPS天线位置，根据 GPS天线安装位置实际尺寸输入，在完成上述选 择后，按“ ENT”输入键，再按“ MENU ”菜单键，退回到主菜单，出现是否要储存字符， 在“YES, NO, CANCEL ” 三个选项中选择“ YES”要储存。8 .设置I/O （输入/输出）通信口（ SET I/O PORT ）在主菜单中选择第 5行“INIT SETTINGS ”（初始设置），在初始设置菜单中选第 1行“SET I/O PORT”（设置输入/输出口），在“I/O”设置分菜单，按1号键，进入用于速度传感器的 输入/输出口，在该设置页内，可根据传感器类型按“向下”键选择合适

24、的项。在“ I/O”设 置分菜单，按2号键，进入功能菜单页。在“ I/O”设置分菜单，按 3号键，进入下一页菜 单，设置I/O （输入/输出）优先级。在“ I/O”设置分菜单，按 4号键，进入网络IP地址设 置，在完成上述选择后，按“ ENT”输入键，再按“ MENU ”菜单键，退回到主菜单，出现 是否要储存字符，在“ YES, NO, CANCEL”三个选项中选择“ YES”要储存。9 .设置I/O （输入/输出）优先级在“I/O”设置分菜单，按 3号键，进入下一页菜单。在该菜单页，可设置 I/O （输入/ 输出）优先级。按1号键，可选择“ L/L COG SOG ”（船位、对地航向、对地航

25、速）项。按 2号键，可选择“ HDG”（罗经方位）项。按 3号键，可选择“ ROT”（旋回角速率）项。按 4号键，可选择“ AIS”项。在完成上述选择后，按“ENT”输入键，结束输入。10 .查看频道（SET CHANNEL ） 在主菜单中选择第 6行“SYSTEM SETTINGS”（系统设置），在系统设置菜单中选第 2 行“SET CHANNEL ”（频道设置），在频道设置页内，有二项内容可供选择，“查看频道”和“频道编辑”，如选择“查看频道”项，可以查看功率、频道号（ CH-A : 2087、CH-B : 2088）。11 .编辑频道（EDIT CHANNEL ）在查看频道页内，第 2项

26、就是“频道编辑”，如选择“频道编辑”就可对频道进行编辑， 按“向下”键，可以选择频道号，选择好频道号后，就可对频道进行编辑，在完成编辑后， 按“ENT”输入键，出现是否要储存字符， 在“YES, NO, CANCEL ”三个选项中选择“YES” 要储存，再按“ ENT'输入键，出现要求输入口令页，在该页，输入口令后，按“ ENT”键 退出。12 .设置蜂鸣器（SET BUZZER ） 在主菜单中选择第 6行“SYSTEM SETTINGS”（系统设置），在系统设置菜单中选第 5 行“SET BUZZER” （蜂鸣器设置），在该设置页内，可以对“ ALARM、CPA/TCPA、MSG A

27、LM ”（报警、相遇最近点和预计相遇最近点的时间的报警、短消息报警）等进行设置，在 完成上述选择后，按“ ENT'输入键，再按“ MENU ”菜单键，退回到主菜单，出现是否要 储存字符，在“ YES, NO, CANCEL ”三个选项中选择“ YES”要储存。13 .设置频道和功率（SET CH&FWR ）在主菜单中选择第 7行“DIAGNOSTICS "（诊断程序），在诊断程序菜单中选第 7行“FOR SERVICE”（用于维护），在该设置页内出现要求输入口令，口令输入后，进入维护菜单页， 在该页选择第4行“SET CH&FWR "（设置频道和功率

28、），根据要求输入频道号和功率，在 完成上述选择后，按“ ENT”输入键，退回到主菜单，出现是否要储存字符，在“ YES, NO, CANCEL ” 三个选项中选择“ YES”要储存。14 .测试程序（TEST PROGRAM ） 在主菜单中选择第 7行“DIAGNOSTICS "（诊断程序），在诊断程序菜单中共有 4个测 试程序，“MEMORY TEST "（储存测试）；“KEY TEST "（按键测试）；“LCD TEST "（液晶 面板测试）；“GPS TEST' （ GPS测试）。根据需要可以对上述 4个内容进行测试，以判断程 序是否正常。

29、15 .船舶信息显示显示“目标”信息（TARGET DATA ） 在下面主菜单中选第 1行“TARGET DATA ”（目标信息），当AIS没有收到目标信息时， 屏幕会显示“ NO TARGET !”，如接收到目标信号时，通过按“ NEXT”键，选择目标（船 名），离本船最近的船舶详细信息将显示在屏幕的顶部，显示的内容有：船名，离开本船的 距离等。如要进一步了解该船的信息，按“ENT”键，该船的MMSI ,船名，船舶呼号，IMO号，距离和时间都会出现在屏幕上。在“目标”信息分菜单内，共有 7层显示屏幕，通过按 击“向下”键进入。当“目标”的距离和时间都小于CPA （预计相遇最近点）和 TCPA

30、 （预menu主H条本船信j1 TARGET DATA计相遇最近点的时间）设定值时，在屏幕的右上方会出现“ DNG"（DANGER ）字符，意即 危险。当目标信号丢失时，在屏幕的右上方会出现“ LOST”字符，意即丢失。三分钟后， 它将清除屏幕上已丢失的目标。（目近思乐船信息项中的5OWNSTATIC DATA（本船静态信息）2 PLOTTER. 态信息(OWNSTATIC DATA )3 OWNDATA选择第(3信场WN d 彳f4 'SOW/MSTATIC DA TA(设附璃盘佶息 单蒯册TSETTNGS击“向破文献埴1层进, 6SYSTEMSETff慰GS( oWNDY

31、NAmic dATA” 2 OWN DYNAMIC DA TA （本船动态信息）（本点ALARM STATUS息菜单页，（据H激态）1）。在本船静SENSORSTATUS,共有（传塔睚垮彘 晨静态信息INTERNAL gps. i所示。（内置gps）ATA7 dagoostdaTa ” 本(藤旗期勺选择第2 项进入 “ OWN DYNAMIC DATA”（本船动态信息），在本船动态信息显示分菜单内，有经纬度；对地航向；对地航速；旋回角速率；罗 经方位等。当收到本船发射信号时，在屏幕的右上角会出现一个闪动的天线符号（4）显示报警状态（ALARM STATUS ） 显示报警状态。报警状态的内容见操

32、作手册。 显示传感器状态（SENSOR STATUS ）在主菜单上，选择第 3项，“OWN DATA”（本船信息），在本船信息菜单页，选择第 4 行“ SENSOR STATUS” （传感器状态），进入显示传感器状态页，在该页有二项内容可观察到，即“ INTRL GNSS 、 INTRL SOG/COG ”。（6）显示内部的 GPS （INTERNAL GPS ） 在主菜单上，选择第 3项，“OWN DATA”（本船信息），在本船信息菜单页，选择第 5 行“INTERNAL GPS”（内部的GPS）,进入显示内部的 GPS页，在该页可观察到经纬度； 对地航向；对地航速；UTC 时间；模式和定位方式。创建短消息（CREATE MSG ） 在主菜单上，选择第 4项，“SET MSG”（设置短消息），在设置短消息页内，选择第 1项“ CREATE MSG ”（创建短消息），在该页内共有3 个选择，1.“