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1. 船舶AIS的工作原理及應(yīng)用分析？

1、船舶AIS的工作原理及應(yīng)用分析？

自組織時(shí)分多址接續(xù)（SOTDMA）”方式進(jìn)行信息交換。

一、AIS系統(tǒng)的組成

一個(gè)典型的AIS 系統(tǒng)由兩大分系統(tǒng)組成，一個(gè)是岸基AIS 系統(tǒng)，

再是船用AIS 設(shè)備，岸基AIS 系統(tǒng)比較復(fù)雜，典型的AIS 岸基系統(tǒng)是由一定數(shù)量的AIS 基站和

AIS 中心組成，系統(tǒng)通過(guò)各種方式與VTS 中心，船舶報(bào)告系統(tǒng)、港口信息網(wǎng)、海事系統(tǒng)以及船

舶調(diào)度等網(wǎng)絡(luò)相連接，同時(shí)也可以與相關(guān)航運(yùn)公司聯(lián)系，提供相應(yīng)的信息服務(wù)，使上述主管部門(mén)

及時(shí)得到所有船舶的動(dòng)態(tài)，使航運(yùn)公司了解到本公司船舶的位置。

AIS 中心也可以與互聯(lián)網(wǎng)相連，使用戶(hù)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，通過(guò)設(shè)置一定的權(quán)限范圍，各用戶(hù)

可以在自己的權(quán)限范圍內(nèi)查看相應(yīng)的船舶信息，得到相應(yīng)的服務(wù)。

AIS 中心之間可以相互連接，進(jìn)行信息交換，各AIS 中心連接成網(wǎng)，在一個(gè)國(guó)家和地區(qū)范圍

內(nèi)，就可以實(shí)時(shí)了解沿岸所有船舶的動(dòng)態(tài)，這對(duì)船舶航行管理、船舶追蹤以及防止海洋污染具有

非常重要的意義。

AIS 船用設(shè)備，我們將在下面做詳細(xì)討論。

二、AIS船用設(shè)備的組成

一個(gè)典型的AIS 船用設(shè)備是由一臺(tái)VHF 發(fā)射機(jī)、二臺(tái)VHF TDMA 接收機(jī)、一臺(tái)VHF DSC

接收機(jī)、一臺(tái)內(nèi)置GPS 接收機(jī)（作為備用）以及AIS 信息處理器、電源和各種必要的**設(shè)備

接口組成。

VHF 收發(fā)由系統(tǒng)信息處理器控制，用VHF CH87B、88B 兩個(gè)國(guó)際專(zhuān)用頻***自動(dòng)發(fā)射本船的

相關(guān)信息，接收周?chē)渌暗腁IS 信息，頻帶為25KHZ。

AIS 工作的特點(diǎn)是同時(shí)在這兩個(gè)頻率上接收信息，而發(fā)射信息一般是在這兩個(gè)頻率上交替進(jìn)

行，在人工的干預(yù)下，也可以用其它的方式發(fā)射。此外，主管部門(mén)還可以指配AIS 的區(qū)域性頻

率，AIS 設(shè)備應(yīng)在指定的區(qū)域性頻率上工作。

VHF DSC 接收機(jī)的主要目的是接收岸臺(tái)的頻率控制信息，實(shí)現(xiàn)AIS 工作頻率在不同區(qū)域的

自動(dòng)切換，當(dāng)接收到岸臺(tái)的頻率信息后，AIS 設(shè)備將自動(dòng)地將頻率轉(zhuǎn)換到岸臺(tái)的工作頻率上，例

如，當(dāng)我們到達(dá)美國(guó)水域時(shí)，AIS 設(shè)備就在DSC 信息的控制下，自動(dòng)地將工作頻率從通用頻***

轉(zhuǎn)換到28B 頻***。

船舶AIS 的GPS 信號(hào)通常情況下是由船舶GPS 接收機(jī)提供，AIS 設(shè)備自帶的GPS 接收機(jī)主

要是作為備用設(shè)備接收GPS 信號(hào)，當(dāng)船舶GPS 由于其它原因不能提供信號(hào)時(shí)，AIS 設(shè)備自帶的

GPS 接收機(jī)才開(kāi)始工作，其主要作用是確定本船船位，同時(shí)接收GPS 時(shí)鐘信號(hào)，而使每個(gè)AIS

設(shè)備時(shí)間一致，實(shí)現(xiàn)幀同步。

AIS 信息處理器是AIS 的核心部分，用于存儲(chǔ)本船識(shí)別碼、船名、呼號(hào)、船型等靜態(tài)信息與

船舶吃水、危險(xiǎn)貨類(lèi)、航線(xiàn)等航行相關(guān)的信息；處理、存儲(chǔ)本船動(dòng)態(tài)信息；將存儲(chǔ)的本船最新動(dòng)

態(tài)信息、必要的靜態(tài)信息以及與航行相關(guān)的其他信息進(jìn)行編碼后送發(fā)射機(jī)；對(duì)接收來(lái)自周?chē)渌?/p>

船舶的航行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并存儲(chǔ)解碼后的數(shù)據(jù)；并對(duì)接收到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出CPA、

TCPA、距離和方位；將本船和其他船舶數(shù)據(jù)以及計(jì)算出的數(shù)據(jù)信息送信息顯示器顯示。

AIS 的接口主要作用是連接**設(shè)備，目前主要連接的設(shè)備有GPS、電羅經(jīng)、計(jì)程儀等設(shè)備，

目的是獲取本船的船位、航向、航速等重要信息，通過(guò)接口可以擴(kuò)充的設(shè)備還有電子海圖

（ECDIS）、雷達(dá)、遠(yuǎn)距離識(shí)別和跟蹤設(shè)備、聲光報(bào)警設(shè)備以及外接計(jì)算機(jī)，主要是實(shí)現(xiàn)綜合導(dǎo)

航和遠(yuǎn)距離跟蹤和控制等功能，外接計(jì)算機(jī)主要供引水員使用。

電源部分主要為AIS 設(shè)備提供所需的電源，目前一般使用直流電源。

三、工作原理

船舶配備了AIS 設(shè)備以后，設(shè)備一方面需要向外發(fā)送本船的相關(guān)信息，同時(shí)也要接收在VHF

有效作用距離之內(nèi)其他船舶的信息。接收到的信息一方面用文字的方式表示出來(lái)，另一方面可以

形象地用雷達(dá)圖表示，AIS 船舶全部用三角符號(hào)“△”表示，直觀地顯示船舶的相對(duì)位置，和運(yùn)

動(dòng)方向，在電子海圖上，可以用矢量線(xiàn)表示船舶的速度，必要時(shí)利用尾跡線(xiàn)表示船舶航行的痕跡，

船位數(shù)據(jù)取自GPS 乃至差分GPS，其精度很高。要是在AIS 設(shè)備上選擇一個(gè)目標(biāo)或者在電子海

圖中從船舶標(biāo)志處用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下，便可瞬時(shí)顯示對(duì)應(yīng)的船名、呼號(hào)、MMSI 注冊(cè)號(hào)以及航向、

航速、CPA、TCPA 等重要的航行信息，駕駛員了解了這些信息后，就可以非常方便地判斷周?chē)?/p>

其它船舶的運(yùn)動(dòng)情況，確保航行安全，同時(shí)在進(jìn)行相互通信可以直呼其船名，信息交流非常方便。

AIS 工作在VHF 航海頻段，國(guó)際電信聯(lián)盟19* 年無(wú)線(xiàn)電大會(huì)指定了161.*5MHz(87B 頻***)

和162.025MHz(88B)頻***二個(gè)VHF 頻率作為AIS 工作頻***。就完成通信而言，一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻***

已經(jīng)足夠了，但是為了防止干擾和轉(zhuǎn)換頻***時(shí)造成通信損失，每個(gè)AIS 站均使用二個(gè)頻***進(jìn)行

收發(fā)。

除人工干預(yù)外，AIS 應(yīng)答器都工作在自主連續(xù)模式，發(fā)射方式是9.6Kb GMSK FM 帶寬25KHz

或者12.5KHz 數(shù)據(jù)***用HDL 包協(xié)議。

根據(jù)船— 船通信這樣的實(shí)際條件，AIS 使用了自組織時(shí)分多址技術(shù)（SOTDMA）這一核

心技術(shù)。根據(jù)IMO 的AIS 性能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)要求船舶報(bào)告的容量的要求，系統(tǒng)每分鐘應(yīng)有2000 個(gè)時(shí)

隙，但實(shí)際上，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是每分鐘4500 時(shí)隙，每一幀60 秒，即每60 秒鐘建立2250 個(gè)時(shí)隙，

每個(gè)時(shí)隙約26.67ms, 可傳輸256bits 的信息，每個(gè)AIS 站的船舶報(bào)告根據(jù)信息的容量自動(dòng)選擇一

到三個(gè)時(shí)隙，分一幀和數(shù)幀發(fā)射或接收AIS 信息。系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整信***分配

具體工作中，在一個(gè)AIS 站開(kāi)始發(fā)送之前先要對(duì)當(dāng)時(shí)信***的使用狀態(tài)觀察一段時(shí)間，搞清

時(shí)隙使用情況，然后可以選擇未占用的時(shí)隙，標(biāo)明需占用的幀數(shù)，再發(fā)送數(shù)據(jù)，各AIS 站持續(xù)

地保持同步，可避免發(fā)送時(shí)間重疊，新加入AIS 站也不會(huì)發(fā)生沖突。在數(shù)據(jù)鏈負(fù)荷超過(guò)理論值

的90%時(shí)，新加入的站可以占用距離最遠(yuǎn)的臺(tái)所遙的時(shí)隙，從而保證系統(tǒng)有很的過(guò)載能力。

自組織分時(shí)多址技術(shù)可以自動(dòng)解決本臺(tái)與其他臺(tái)的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，即使系統(tǒng)過(guò)載、通信仍能保持

完好；系統(tǒng)每分鐘可以處理2000 個(gè)以上報(bào)告，本船接收到的數(shù)據(jù)間隔2 秒可以更新一次。

AIS 對(duì)DSC 向下兼容，因此岸基的GMDSS 系統(tǒng)可以對(duì)裝備AIS 的船舶進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和

控制。

AIS ***用VHF 頻段，它的覆蓋距離與其他VHF 設(shè)備一樣，電波直線(xiàn)傳播。距離取決于天線(xiàn)的高

度，在海上通常為20 海里左右。由于其波長(zhǎng)較雷達(dá)長(zhǎng)，波的繞射以及衍射作用較***，所以“可

視距離”較雷達(dá)要好，在地面上的障礙物不太高的情況下，能“看到”障礙物或島嶼背面的AIS

站。借助于中繼站，可以顯著擴(kuò)大船臺(tái)和VTS 站的覆蓋范圍。

AIS的應(yīng)用分析：

1、自動(dòng)發(fā)送本船信息，包括本船靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和航次信息；

2、自動(dòng)接收裝有AIS 設(shè)備它船或VTS 岸站的AIS 信息；

3、提供本船操縱信息，以提供VTS 或其它船舶追蹤或避讓?zhuān)?/p>

4、船—船、船—岸之間的短信息交流；

5、提供其它**信息以避免碰撞發(fā)生；

6、可以與INMARSAT 移動(dòng)站、INTERNET 連接，實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸和管理。

應(yīng)當(dāng)注意到，IMO

為了船舶安全，建議最好不要把AIS系統(tǒng)與國(guó)際INTERNET連接。

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