1、AIS系統(tǒng)與應(yīng)用,第1章 緒論 2 第2章 AIS技術(shù)性能 2 第3章 AIS通信協(xié)議 4 第4章 AIS信息傳輸 4 第5章 基站AIS及其在VTS中的應(yīng)用 2 實(shí) 驗(yàn) 2 討 論 2,課程內(nèi)容,課堂練習(xí) 20% 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 10% 課堂討論 10% 分組討論，每組510分鐘，從第四周開始，前三周自由分組，查閱資料作準(zhǔn)備。 討論內(nèi)容：海上航行安全、海上移動(dòng)通信等相關(guān)系統(tǒng)及技術(shù)（如AIS，雷達(dá)，VDR，GMDSS，海事衛(wèi)星通信等） 考試 60%,期末考查成績,1.1 AIS產(chǎn)生的背景,AIS：Automatic Identification System,1.1.1 碰撞是主要海損事故之一,船舶

2、避碰前提 準(zhǔn)確掌握周圍船舶航行動(dòng)態(tài)信息如位置、航向、速度以及船舶狀況、操船意圖等。,船舶主要避碰手段 VHF、雷達(dá)（ARPA）,VHF（甚高頻）通信 人工操作、效率低。 不能自動(dòng)獲得相遇船標(biāo)識(shí)。 操作費(fèi)時(shí)。,1.1.2 VHF、雷達(dá)用于避碰的局限性,1.1.2 VHF、雷達(dá)用于避碰的局限性,雷達(dá)、ARPA 航海雷達(dá)只能探測目標(biāo)船的位置、平均速度和航（跡）向，不能獲取目標(biāo)船的即時(shí)速度和船首向。 存在近距盲區(qū)，近距目標(biāo)圖像和數(shù)據(jù)不能顯示（船用雷達(dá)一般為10-50m）。 障礙物和大船對其后的小目標(biāo)遮擋較嚴(yán)重。 受海浪暴雨干擾，丟失小目標(biāo)。 信息量有限，不能提供目標(biāo)船標(biāo)識(shí)和航行狀態(tài)等信息。 與通信設(shè)備

3、未能有機(jī)結(jié)合，不能與目標(biāo)船自動(dòng)交換數(shù)據(jù)；人工操作延誤時(shí)間；語言交換信息易失誤。,1.2 AIS發(fā)展過程,1.2.1 解決雷達(dá)避碰存在問題的兩種途徑 提高雷達(dá)性能，如采用大時(shí)寬帶寬積雷達(dá)，可使探測目標(biāo)的位置、速度、精度均提高，解決問題（1）；采用抗海雜波技術(shù)，可解決問題（4），但會(huì)使雷達(dá)成本大幅度提高。 （2）、（3）、（5）和（1）中航向問題雷達(dá)不能解決。 采用（本船動(dòng)靜態(tài)信息+通信）方法，向外播發(fā)本船信息并接收他船信息。上述（1）-（5）問題均能解決，且造價(jià)低。這是一種技術(shù)變革：目標(biāo)跟蹤方法的技術(shù)變革，船舶避碰手段的技術(shù)變革。AIS是這種變革的產(chǎn)物。,1.2.2 AIS的產(chǎn)生過程,（1990

4、1992）,(19941995）,（1996）,VHF/DSC應(yīng)答器,無線電AIS,通用AIS,（通過VHF/DSC將本船信息傳給詢問對方）,（用于VTS，SOTDMA，應(yīng)答器式）,（SOTDMA廣播式）,（1998）,通過AIS技術(shù)性能,通過SOLAS公約第五章修正案,（2000）,（確定頻道（87B、88B）,（強(qiáng)制裝備AIS）,1992年： IALA向IMO、 ITU提議使用DSC應(yīng)答器系統(tǒng)，并以ITU-R M.825號(hào)建議案內(nèi)容作為國際標(biāo)準(zhǔn)。 19941995年： 瑞典、芬蘭首次提出“無線電AIS”的概念。1995年7月：瑞典芬蘭聯(lián)合在IMO NAV41會(huì)議上首次提出將自組織時(shí)分多址技

5、術(shù)（SOTDMA）應(yīng)用于船舶間和船岸間海上轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的建議（草）提案。同時(shí)，根據(jù)英國提案，確定利用VHF CH70的應(yīng)答器性能標(biāo)準(zhǔn)。 1996年9月：在IMO NAV42會(huì)議上，研討AIS采用兩種信息交換方式（VHF/DSC式和廣播式），對未來船載AIS必須滿足船舶間和船岸間不斷增長的信息交換需求得到共識(shí)。1996年12月：IMO MSC67會(huì)議，同意將廣播式信息交換方案引入AIS。,1998年7月：IMO NAV44會(huì)議建議2002年起300總噸及以上新船和客輪必須安裝AIS。1998年：ITU-R通過全球AIS專用兩個(gè)VHF頻道： CH 87B f=161.975MHz； CH 88B f

6、=162.025MHz。,2000年12月：IMO MSC73會(huì)議通過AIS強(qiáng)制性安裝議案。按照SOLAS公約第五章新規(guī)則要求 所有在2002年7月1日或以后建造的大于等于300總噸航行于國際航線的船舶、大于等于500總噸航行于國內(nèi)航線的貨船和所有客船均須裝配AIS設(shè)備。要求所有于2002年7月1日前建造的從事國際航運(yùn)的各類船舶必須在2003年7月1日到2008年7月1日前裝配AIS設(shè)備。但在此期限后2年內(nèi)將永久退役的船舶可免裝AIS設(shè)備。,1.3 AIS基本組成,AIS組成原理框圖,1.3.1各組成部分功能如下：,（1）接口電路 接口電路主要接收來自GPS/DGPS或GNSS接收機(jī)的本船船位

7、、同步世界時(shí)UTC及來自陀螺羅經(jīng)的本船航向，來自計(jì)程儀的本船對地航速等信號(hào)，數(shù)字化后加到信息處理器。GPS、陀螺羅經(jīng)均采用NEMA-0183格式，計(jì)程儀一般以200個(gè)脈沖/1nm，通信接口采用RS232、RS485/422標(biāo)準(zhǔn)。,（2）信息處理器 信息處理器包括兩個(gè)TDMA解碼器和一個(gè)TDMA編碼器，以及一個(gè)DSC編碼器和一個(gè)DSC解碼器。它是AIS的核心部分，主要作用如下： 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、航線等航行相關(guān)信息； 處理存儲(chǔ)本船動(dòng)態(tài)信息； 將存儲(chǔ)的本船最新航線數(shù)據(jù)及必要的靜態(tài)數(shù)據(jù)與航行相關(guān)的其他信息進(jìn)行編碼后送VHF發(fā)射； 對接收到的來自周圍其他船

8、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)；將本船和其他船舶航行數(shù)據(jù)等信息在監(jiān)視器上顯示。,信息處理器中包括船舶靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，對信息的處理、管理及控制，基于SOTDMA技術(shù)的通訊協(xié)議、通訊方式及顯示等相關(guān)的軟件。 為使廣播式AIS系統(tǒng)具有可靠、有序的信息通信，要求各船舶AIS設(shè)備時(shí)間嚴(yán)格同步，從而避免內(nèi)部干擾。 通常用于同步的參考時(shí)間均采用來自GPS的UTC，也可采用與UTC相關(guān)的時(shí)間源。,（2）信息處理器,（3）信息監(jiān)視器 用于顯示各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，實(shí)際應(yīng)用的信息監(jiān)視器將可能和雷達(dá)ARPA、ECDIS、IBS等監(jiān)視器一體化，成為多系統(tǒng)公共的綜合信息顯示終端。,（4）VHF

9、收發(fā)機(jī) 包括一臺(tái)VHF發(fā)射機(jī)、兩臺(tái)VHF SOTDMA接收機(jī)和一臺(tái)VHF DSC接收機(jī)。由系統(tǒng)信息處理器控制，用CH87B、CH88B兩個(gè)國際專用頻段自動(dòng)發(fā)射和接收按協(xié)議通信方案規(guī)定的已調(diào)信號(hào)，頻帶為25KHz/12.5KHz，采用半雙工通信方式。已調(diào)信號(hào)中含有本船和他船的航行信息，發(fā)送信息的編碼和接收信息的解碼均由信息處理器完成。,AIS可以同時(shí)在兩個(gè)頻率上交替進(jìn)行，可以避免RF干擾和增加系統(tǒng)容量。 此外，主管部門還可以指配AIS的區(qū)域性使用頻率，使AIS可工作于一組頻率，并具有頻道選擇和切換手段，既可以工作于近程，也可工作于遠(yuǎn)程。,1.4 AIS分類,AIS,移動(dòng)站,固定站,A類船載AIS

10、 (完全符合IMO規(guī)范 ),B類船載AIS (不完全符合IMO規(guī)范 ),機(jī)載搜救AIS,AIS基站,AIS單工轉(zhuǎn)發(fā)站,AIS雙工轉(zhuǎn)發(fā)站,航標(biāo)AIS (AtoN AIS),1.5 AIS信息種類,(1)靜態(tài)信息: IMO編號(hào)、呼號(hào)及船名、船長和船寬、船舶種類、總噸、GPS天線位置等。 (2)動(dòng)態(tài)信息: UTC時(shí)間、船舶位置、對地航向（COG）、對地速度（SOG）、船首向（HDG）、航行狀態(tài)和轉(zhuǎn)向速率等。 (3)航行相關(guān)信息: 吃水、貨物類型、目的地、ETA、計(jì)劃航線等。 (4)與安全相關(guān)的信息: 廣播和通知信息。,16 AIS的主要功能,（1）系統(tǒng)可在無需人工介入的情況下，自動(dòng)連續(xù)地向同樣配備A

11、IS的主管當(dāng)局的岸臺(tái)和其他船舶提供信息，包括船舶識(shí)別碼、船型、船位、航向、航速、航行狀態(tài)和其他與安全相關(guān)的信息。 （2）系統(tǒng)能接收并處理船位、航向、航速等傳感信息，自動(dòng)接收來自具有相同配備（AIS）的船舶、管理當(dāng)局及其他來源的上述信息。 （3）以適當(dāng)?shù)母滤俾侍峁┐缓筒倏v信息以便于管理當(dāng)局和其他船舶精確跟蹤和監(jiān)視船舶動(dòng)態(tài)。,16 AIS的主要功能,（4）與AIS岸臺(tái)交換數(shù)據(jù)，以使主管部門指定工作模式，控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間和時(shí)隙。 （5）自主模式下的信息更新率因船舶類型不同而不同。對高優(yōu)先級(jí)以及有關(guān)安全的呼叫以最快的速率確定。 （6）數(shù)據(jù)的傳輸響應(yīng)來自于船舶或主管部門的問詢，有輪詢和受控兩種模式。 （7）提供國際海事標(biāo)準(zhǔn)界面，并有人工輸入和輸出數(shù)據(jù)的接口。,1.7 AIS與雷達(dá)相比的優(yōu)