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ais技术在航海实践中具体应用分析大连海大继续教育学院.doc
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1、 大连海事大学毕 业 论 文 二O 年 月 AIS技术在航海实践中具体应用分析 .学汇百川 德济四海 专业班级:航海技术专升本15级姓 名: 蔺 洪 波 指导教师: 王 利 民 继续教育学院 内容摘要 传统的雷达曾是海上船舶交通服务系统(VTS)的一个里程碑。而雷达一直作为这方面的观测设备,用来监测和识别船舶,虽然随着技术的进步,雷达的性能得到了一定的提高,但始终难以克服其自身的局限性。随着通信技术和计算机技术的飞速发展,应运而生的AIS技术显示出了卓越的优势。AIS系统提出了前所未有的船舶标识信息和高实时性的船舶运动参数。它与当前的雷达相比具有提高信息量大、准确性高、实时性好、抗干扰能力强和
2、穿越障碍传输等优点。AIS系统将会给海上船舶监视带来革命性的进步。本文分析了AIS系统的发展及其优越性、AIS系统的重要性和AIS在航海中的应用。为此,我们应对AIS技术有全面正确的了解,并对AIS的生产背景和基本功能进行准确分析,同时对AIS在航海实践中的具体应用进行研究,促进航海技术发展,为船舶航海提供有力的技术支持,满足船舶航海需求。 【关键词】AIS技术: 航海实践;应用分析 The traditional radar was a milestone of VTS (A marine vessel traffic service) system. Radar as a kind of
3、observation equipment has been used for monitoring and identifying ships for a long time. With the progress of technology, radars performance has been improved, but its hard to overcome its own limitations. With the rapid development of communication and computer technology, AIS system was born and
4、to show its remarkable advantages. The AIS system puts forward unprecedented identifying information and high real-time motion parameters of ships. Compared to radar, it has more information, higher accuracy, better real-time performance, strong anti-interference capability, and through-obstacles tr
5、ansmission, etc. The AIS system will bring a revolutionary progress to marine vessel surveillance. The paper analyzes the development of AIS system, including its superiority and importance, and the application of AIS in sailing. To this end, we should have a comprehensive understanding of VTS and a
6、n accurate analysis on its production background and basic function. In the meantime, the paper studies the application of AIS in navigating practice. It aims to promote the development of navigation technology, provide powerful technical support for ship sailing, and meet the demand of ship navigat
7、ion. 【Keywords】: AIS, navigating practice, analysis 目 录1 AIS系统的生产背景及配备要求 .1 1.1 AIS生产背景 .11.2 AIS配备要求 .12 AIS基本工作原理 .1 2.1 AIS工作信道 .1 2.2 AIS作用距离 .1 2.3 AIS时隙划分与使用 .1 2.4 AIS同步 .2 2.4.1 UTC直接同步 .2 2.4.2 UTC间接同步 .2 2.4.3 基站直接同步 .2 2.4.4 基站简接同步 .2 2.4.5 移动台标识同步 .2 2.5 AIS工作模式 .2 2.5.1 自主连续模式 .2 2.5.2
8、分配模式 .2 2.5.3 轮询模式 .2 2.6 协议 .2 2.6.1 多址接入 .2 2.6.3 自组织十分多址接入 .3 2.6.4 固定接入十分多址接入 .3 2.6.5 载波侦测十分多址接入 .33 AIS的功能 .3 3.1 提高海上搜寻与救助能利 .3 3.2 提高交通管制的效率 .3 3.4 发布海上安全信息和识别助航设备 .4 3.5 监控船舶排污活动 .44 AIS在航海实践中的应用分析 .44.1 AIS在海上搜救及救援中的应用 .44.2 AIS技术在船舶舶数据传输系统的构建中得到了应用 .44.3 AIS技术在船舶智能控制系统的构建中取得重要作用 .44.4 AIS
9、技术在船舶避碰控制中得到重要应用 .45 AIS技术的未来发展前景 .56 结论 .5 AIS系统的应用与分析 .海纳百川 德济四海1 AIS系统的生产背景及配备要求 1.1 AIS生产背景: 现代船舶随着数量与危险货物装载量的不断加大,及船舶大型化和高速化方向的发展,港口和航道交通管制显得十分重要。尽管IMO和世界各国的政府主管部门采取了制定和实施避碰规则,建立交管系统VTS,建立进港船舶报告制度,但是世界重要水道越来越拥挤,海损事故时有发生,给船舶航行安全和海洋生态造成巨大威胁。对交管部门来说,避免水上事故发生的必要性是实时动态地掌握其管辖水域内来往船舶的航行状态、船舶类型和载货情况、船名
10、和呼号等信息,以便采取必要的措施来保证船舶的航行安全。VTS和APPA雷达无法识别目标的问题日益突出。航行中的船舶之间的信息交换非常有限,同时也深感现行状况存在诸多局限性。因此,提高船舶航行安全、防止及控制船舶对海洋的污染,成为国际海事组织和各国主管部门的当务之急。为了进一步提高船舶航行安全,有关机构和厂商对助航设备进行着不断的研究和开发。当今通信技术和计算机技术的飞速发展,为这方面的研究和开发提供了技术上的保证。船载AIS就是依托这些技术发展而成的。 1.2 AIS配备要求: 船舶自动识别系统诞生于90年代,是有发达国家率先发起的,通过近几年的开发、研制,系统发展迅速、日趋成熟。国际海事组织
11、(IMO)和国际航标协会(TALA)经过调查研究和科学论证,已经纳入了该系统,并对海上人命安全标准公约(SOUS)的第五章进行了修改。规定自2002年7月1日起进入AIS设备的实施期,要求所有300总吨及以上从事国际航行的船舶、所有500总吨以上的船舶、所有客船必须配备一台AIS。要求所有于2002年7月1日前建造的从事国际航运的各类船舶必须在2003年7月1日到2008年7月1日前装备AIS设备。2 AIS基本工作原理2.1 AIS工作信道:AIS设备能够在两个VHF信道工作,即AIS1和AIS2上使用两个TDMA接收机同时接收信息,和使用一个TDMA发射机在两个信道上交替发射。此外,AIS
12、还可以在主管机关支配的区域性信道工作。2.2 AIS作用距离: AIS发射功率通常为12.5W(高功率),作为距离约为25n mile,在主管机关要求可为2W(低功率),作为距离7n mile。B类CSTDMA设备的发射功率限制2W。2.3AIS时隙划分与使用:AIS数据传输遵循TDMA协议接入VHF数据链路。在协议中将同步于UTC时间的1min定义为帧,每个帧被划分为2 250(02 249)个时隙。AIS工作在两个并行的信道,两个信道最多有4 500个时隙。工作时,每台AIS设备在每帧内可占用一个或多个时隙,在不同的帧内使用相同的时隙发送AIS信息。AIS设备工作时,首先根据信道使用情况,
13、按照协议确定时隙选择间隔,每个SI至少有4个连续的候选时隙,然后再SI中确定本机适用的时隙和信道,并标明需要占用的帧数。2.4 AIS同步: AIS按照时间同步级别的高低排序。2.4.1 UTC直接同步: TDMA的帧同步通常由GNSS设备提供符合精度要求的UTC时间直接同步,称为UTC直接同步。2.4.2 UTC间接同步:如不能直接获得UTC,但能接收到其他采用UTC直接计时台站的信号,则应同步于这些台站,称为UTC间接同步状态。2.4.3 基站直接同步:以上同步方式如果无法获得,但能接收从基站发射的信息,则应与能接收的台站数量最多并且在最近40s至少收到过两个报告的基站同步。当能够选择多个
14、同步基站时,设备自动选用MMSI最小基站。当AIS基站探测到有至少一台AIS设备与其同步时,其动态信息更新报告间隔由10s减少为3s。2.4.4 基站简接同步:如果以上同步都无法获得,但能接收到同步与基站的移动台站发射的信息,则应与该台站同步。2.4.5 移动台标识同步:如果上述同步方式都无法获得,则AIS设备应与在最近9帧内接收的台站数量最多,并在最近40s内接收到两个报告的移动台站时,设备自动选用MMSI最小的台站。当AIS船载设备确认本身为同步标志台时,其动态信息更新报告间隔减小为2s.。2.5 AIS工作模式:2.5.1 自主连续模式:此模式为缺省工作状态,不需要人员操作,适用所有区域
15、。在此模式下,AIS设备按照TDMA协议自行确定广播时隙,并自动解决与其他平台站在发射时间安排上的冲突,以系统设定的信息更新报告间隔,自动和连续地播发本船信息。2.5.2 分配模式: 此模式是船舶进入负责交通监控的主管机关正在实施交通控制区域时的一种工作模式,一般通过主管机关AIS基站覆盖实现。主管机关指定一个或多个在WGS-84坐标系下的东北角和西南角经纬作为参考点的矩形区域,区域的边界长度一般为20-200n mile,在此区域内的AIS设备运行的信道、收发模式、宽带、发射功率、时隙、和信息更新报告间隙等都服从主管机关分配。但如果自主连续式要求的报告更新间隔高于分配模式的要求时,A类AIS
16、移动设备则采用自主连续工作模式。2.5.3 轮询模式: 此模式也称查询或控制模式。AIS设备在收到其他船舶或管理机关询问时,在与询问相同的信道上单独响应询问的工作方式称为轮询模式。2.6 TDMA 协议:2.61 多址接入: 该协议用于在未来预先声明时,为站点分配一个时隙,常用在数据路网络登记过程中的第一个传输时隙的占用,或具有非常重复特性的消息发射时,帮助TDMA帧和SOTDMA帧确定发射时隙。2.6.2 增量十分多址接入: 协议主要用于有不重要重复性质的时隙分配,如在台站进入数据链路网时,RATDMS分配第一个传输时隙后,ITDMA连续分配第一个帧中的其余发射时隙,或周期报告时隙临时更改及
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