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1、AIS（船舶自动识别系统）基础知识介绍AIS技术的未来发展AIS设备的分类海上通信和AIS技术的产生AIS技术的应用通信的概念通信的概念通信，顾名思义就是连通信息，通过某种中间物质把某个地方的信息传输到另一个地方，实现信息的交流。通信是人类社会乃至一切生命的组织形式。通信的概念通信的概念阶段一 ：利用自然界的基本规律和人的基础感官可达性建立通信系统，这是人类最原始的通信方式。通信的概念通信的概念阶段二 ：随着电报、电话的发明，电磁波的出现，人类通信领域产生了根本性的巨大变革，从此，人类的信息传递可以脱离常规的视听觉方式，用电信号作为新的载体，同时带来了一系列技术革新，开始了人类通信的新时代。通
2、信的概念通信的概念阶段三 ：移动通信和互联网通信时代，全球范围形成数字传输、程控电话交换通信为主，其他通信为辅的综合电信通信系统；电话网向移动方向延伸，并日益与计算机、电视等技术融合。 声音通信 喇叭，鸣笛海上通信海上通信船用雾航笛海上信息交换海上信息交换 视觉通信旗语船上使用信号旗通信至今已有400多年的历史。旗号通信的优点是十分简便，因此，即使当今现代通信技术相当发达，这种简易的通信方式仍被保留下来，成为近程通信的一种重要方式。在进行旗号通信时，可以把信号旗单独或组合起来使用，表示不同的意义。通常悬挂单面旗表示最紧急、最重要或最常用的内容。例如，悬挂字母旗，表示“我船下面有潜水员，请慢速远
3、离我船”；悬挂字母旗，表示“有人落水”；悬挂字母旗，表示“我船需要医疗援助”等等。海上信息交换海上信息交换 地面通信中高频单边带电话、直接印字电报、甚高频电话等海上信息交换海上信息交换 卫通通信通过INMARSAT A、B、C、MINI-M 、F、FB站的语音、电传、传真、E-mail 海上信息交换海上信息交换 雷达扫描系统1、航海雷达只能探测目标船的位置、平均速度和航（迹）向，不能获取目标船的即时速度和船首向。2、存在近距盲区，近距目标图像和数据不能显示（船用雷达一般为10-50m）。3、障碍物和大船对其后的小目标遮挡较严重。4、受海浪暴雨干扰，丢失小目标。5、信息量有限，不能提供目标船标识
4、和航行状态等信息。6、与通信设备未能有机结合，不能与目标船自动交换数据；人工操作延误时间；语言交换信息易失误。雷达的劣势雷达的劣势AIS目标与雷达探测目标比较目标与雷达探测目标比较混淆目标遮挡目标VTS无线电测向（DF）5度夹角度夹角混淆船AIS技术的产生技术的产生SOTDMA是“自组织时分多址”的英文首字母缩写。这个名字最早由瑞典学者Hakan Lans提出并使用,用以描述自组织时分复用传输系统。可以举一个最简单的例子来描述SOTDMA：十个人各使用一个麦克风,而且每个人都希望和其余每一个人通话,SOTDMA就是实现这项功能的一种有效方法,可以使每个人彼此之间都能自由地同时交流。ITU 13
5、71协议历史协议历史瑞典的Hakan Lans先生以个人名义申请了这种系统的专利,但在专利中并没有使用SOTDMA一词。而在他之前,南非的MDS公司及美国ROSS工程公司也已开始进行相关技术的研究并拥有了同样功能的技术雏形。Hakan Lans把他的专利授权给了当时属于瑞典航天公司的GP&C(全球定位和通信)公司。后来该公司被SAAB公司收购。然而不幸的是美国Motorola公司已经开发了这种系统,并申请专利比Lans先生还要早。早在九十年代初,美国Motorola公司的一个雇员James Ridiout曾就专利侵权向SAAB提出诉讼。该诉讼在美国专利法庭历经五年,在花了成千上万的美元后,这个
6、争论才私下解决。Lans先生同意不再卷人卫星通信系统中，而Motorola公司同意不再涉足AIS领域。ITU 1371协议历史协议历史到1997年,SAAB、ROSS和MDS三家公司均开发出了各自的SOTDMA技术,并应用在各自的AIS系统中。以上三家公司的SOTDMA技术各有优点,但是商业竞争阻碍了生产厂商之间的技术合作。直到1997年,Ross公司的总裁Ross Norsworthy先生,将其SOTDMA专利(在瑞士进行了国际专利注册)免费特许给了国际电信联盟。随后由Ross Norsworthy先生倡议MDS、SAAB和ROSS三家公司一起在佛罗里达离ROSS公司不远的假日酒店召开了一次
7、会议。Ross Norsworthy先生在会议上建议三家公司应把彼此间的分歧放在一边,共同合作起草一份能体现最好技术的国际标准,该标准将融合三家技术上的优点,以利于提高国际海事安全。他的观点被其他两方接受,随后共同工作的结果便是国际电信联盟认可的关于AIS的新的技术标准ITUR M.1371。AIS的产生过程（1990199019921992）(1994(199419951995）（19961996）VHF/DSC应答器无线电AIS 通用AIS （通过VHF/DSC将本船信息传给询问对方）（用于VTS，SOTDMA，应答器式）（SOTDMA广播式）（19981998）通过AIS技术性能通过SO
8、LAS公约第五章修正案（20002000）（确定频道（87B、88B）（强制装备AIS）AIS船载设备的安装时间表船载设备的安装时间表AIS的主要物理参数的主要物理参数符号参数名称最小值最大值PH.RFR区域频率(无线电规则附录18中的频率范围)156.025 M H z162.025 M HzPH. CHS信道间隔12.5 kHz25.0 kH zPH.A ISIAIS信道1(预设信道I)(87B),(2087)161.975 M H z161.975 MHzP H .AIS2AIS信道2(预设信道2)(88B) , (2088)162.025 MHz162.025 MHzPH. CHB信道
9、带宽窄宽P H. RR传输速率9600bps9600bpsPH.TS同步序列24 bit24 bitPH . CST发射机稳定时间发射功率达到最终值偏差的20%之内，频率稳定至最终值的士1.0 kHz之内1.0 ms1.0 msPH.TXP发射输出功率2 W12. 5 WAIS可以同时在两个频率上交替进行，可以避免RF干扰和增加系统容量。此外，主管部门还可以指配AIS的区域性使用频率，使 AIS可工作于一组频率，并具有频道选择和切换手段，既可以工作于近程，也可工作于远程。?AIS专用两个VHF频道：CH 87B f=161.975MHz；CH 88B f=162.025MHz。Recommen
10、dation ITU-R M.1371-5? 1371建议书的第5版? 2014年2月推出全称为在VHF海事通信频段上基于TDMA的AIS系统技术特性 多址方式分类多址方式分类? 在无线通信中，为保证许多用户同时进行通信，以不同的方式分隔无线信道，防止相互干扰的技术方式称为多址方式。? 频分多址频分多址以频率来区分信道。? 时分多址时分多址在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个信道占用一个时隙，在规定的时隙内收发信号。? 码分多址码分多址采用扩频通信技术，每个用户具有特定的地址码，利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务。AIS所处的电磁频段所处的电磁频段?R：覆盖半
11、径?H(M): 岸台天线高度?h(m): 船台天线高度AIS覆盖范围经验公式覆盖范围经验公式AIS技术的未来发展AIS设备的分类海上通信和AIS技术的产生AIS技术的应用AIS台站的分类（按是否移动）台站的分类（按是否移动）AIS台站的分类（按功能ITU定义）功能类别AIS台站类型AIS VHF数据链路（VDL）非主控台AIS船载台助航AIS台受限基站搜救移动航空器设备转发台AIS搜救发射机（AIS-SART台）AIS VDL主控台基站AIS的类型的类型?Class A 通用船载自动识别设备?Class B 适合小型船舶安装AIS设备?Class C 基站?Class S 搜救飞机及直升机用A
12、IS设备?Class N A-to-N（Aids to Navigation）航标AIS设备AIS系统设备类型系统设备类型SAR 机载AIS船载AIS助航AIS单工转发站AIS 基站双工转发站移动设备固定设备A、B类AIS设备物理参数对比船载AIS对比A类B类发送功率12.5W（缺省） /2W(低功率）2W 通信协议SO-TDMACS-TDMA 频带156.025-162.025MHz12/25KHz161.500-162.025MHz25kHz 定位源和外部输入外部GPSAIS集成GPS显示和数字界面昀小键盘显示（ MKD），多个输入输出口可选位置，静态消息以及报告速率位置信息由 AIS消息
13、1，2或3位置信息通过AIS18号消息回报，静态消息通过 24号消息汇报安全信息发送和传输发送可选价格$2,800-4000$700-1,500 A、B类AIS设备的区别?通信制式的区别?静态报告的区别?报告更新率的区别?报文通信的区别A类船载AIS台站A类派生AIS设备AIS导航仪助航AIS台（AIS航标）功能?提供实时的天气，潮汐，流速，水深等助航信息?可监测助航设备状态并可跟踪漂移的浮动助航设备?识别与助航设备发生碰撞的船舶?远程遥控改变助航设备参数?提供虚拟助航设备助航AIS台（AIS航标）分类?物理AIS航标?虚拟AIS航标?综合AIS航标VTS基站助航2助航1助航助航AIS台站台站
14、AIS单元物理AIS航标综合AIS航标虚拟AIS航标AIS基站基站AIS基站基站AIS技术的未来发展AIS设备的分类海上通信和AIS技术的产生AIS技术的应用优化船舶调度与提升航运效率? AIS信息有利于调度人员全面了解和分析海上船舶交通状况与各航线的船舶流量，实现对船舶的科学、有效地调度，提高船舶进出港效率，创建一个高效和谐的海上交通环境。? AIS信息可与雷达信息相融合，提供精确、全面的船舶实时的信息，增强雷达的信息识别能力；AIS可以扩展航海雷达系统的观测范围，弥补雷达的观测盲区；AIS还能够克服雨雪对雷达产生的干拢，使船舶能够在暴雨、大雪等恶劣天气下安全的进出港口。海上人命和财产救助?
15、 海上船舶发生事故后，通过AIS数据可以准确定位查找遇险船舶，掌握事发水域周围水域环境及通航状况，为及时开展海上搜救工作创造有利时机，缩短救助时间，提高搜救效率，最大限度的保护海上人命和财产安全。提供助航服务，维护航行安全播发助航安全信息播发助航安全信息? 利用AIS岸基网络系统可以及时对安装AIS船台的船舶播发航标动态、水文、气象、航行警告、等信息，丰富了助航信息发布手段，为航海用户提供了更为优质的航海保障服务。安全信息播发设置虚拟航标? 虚拟航标是依据ITU 1371-1 标准，通过AIS基站播发的一种助航标志。在遇到沉船等紧急情况及在某些水域需要设标又不便于设标时,可以设立虚拟航标对船舶
16、予以提示。航行在AIS覆盖范围内并安装有AIS设备的船舶，均可接收到该虚拟航标的位置、种类等信息，在船台显示器上予以显示，并且可以通过虚拟航标进行定位、导航或避开航行危险物。船舶碰撞事故调查? 5月2日5时23分，天津驶往智利的利比里亚货轮“海盛”与香港货轮“世纪之光”在雾航至成山头以东海域时发生碰撞，海盛轮船头严重受损并进水，“世纪之光”轮则很快沉没。AIS中心通过AIS数据回放准确再现了事故发生前两船的航行状态，为海事调查和双方事故责任的明晰提供了宝贵的一手数据。世纪之光轮世纪之光轮事故现场事故历史回放港口、航道及海洋功能区规划，合理利用海洋资源港口、航道及海洋功能区规划，合理利用海洋资源
17、? 通过分析AIS船舶航行轨迹，可以较为精确的统计港口、航道的船舶流量，了解海区船舶的习惯航法，检验已经规划航路、航标、锚地、海事监管功能区的效能，并为计划设置的航路、航标、锚地和养殖区提供科学的技术参考依据，彻底解决了传统人工统计的效率低、难度大、精度低的问题，可收到良好的社会效益和经济效益。成山头水域航道评估航运动态分析，提供决策依据? 航运业作为全球贸易的主要载体，已成为世界经济的晴雨表。AIS系统存储了大量的船舶位置报告，形成了大量的航行轨迹信息，利用自主研发的船舶轨迹流量统计软件，进行船舶进出港、航道船舶流量统计分析，通过分析区域、港口船舶航运动态最大的第一手数据库，据此通过对全球或
18、区域经济活跃度评价、贸易供求分析、危机预警等，可为决策提供有力依据，从而提高对经济走向的预判能力。这对于促进航运经济发展、加强宏观经济监测具有独特优势。金融危机以来秦皇岛港船舶进出港流量分析维护国家主权? 通过在国家领海基点（国务院颁布的我国领海的起算点）设立AIS虚拟航标维护了国家主权；东南礁AIS虚拟航标领海基点位 东南礁，（北纬东南礁，（北纬3043.5，东经12309.7）。隶属于舟山市嵊泗县嵊山镇，位于嵊 泗县城东76公里处。 位于舟山群岛东北侧，中国领海基点之一。军用价值? 海军利用AIS数据，解决了军事演习期间军、民船舶的识别问题，确保了军事演习的顺利进行，提高了部队的训练质量，
19、保障了国防安全；AIS技术的未来发展AIS设备的分类海上通信和AIS技术的产生AIS技术的应用? 系统容量受限。AIS信道每分钟只能提供4500 个时隙，当多个船舶同时请求信息传输,时隙分配不能满足需求时,信息冲突的几率就会大大增加。在我国沿海港口船舶密集区域，特别是长江口海域，信道容量不足的问题已经不容忽视，尤其是低优先级的CSTDMA船台经常因争抢不到时隙而无法被其他船舶所识别。AIS的技术发展背景的技术发展背景? 信息传输可靠性低。AIS船台在周期性播发AIS动态报文时采用的是时隙预约机制，这种机制理论上就不能完全避免时隙冲突。再加上隐藏节点的影响，AIS数据传输的可靠性较低，特别是在两
20、个台站相隔距离比较远，传输的报文占用较多时隙的情况下，其报文的低到达率使之完全无法作为信息传输的可靠通信媒介。另外AIS本身缺乏数据传输的确认重传机制，也没有足够的信道资源来实现可靠的传输，在AIS二进制信息应用不断被深度开发的今天，这无疑限制了AIS作为一种海上便捷通信手段的应用价值。AIS的技术发展背景的技术发展背景? AIS信道带宽狭窄。AIS数据应用主要依靠其预设的限定格式的报文实现，为了满足更加广泛的应用需要，AIS还允许传输二进制信息，这些二进制信息可以支持自定义的编码和私有协议。受限于9.6kbps 的带宽，AIS协议对二进制信息的长度有着严格的限制，众多智能化的应用因此无法实现
21、。即便如此，在大量使用AIS二进制报文传输气象、水文、航警信息时，信道带宽还是会显得捉襟见肘，而要想传输船舶远程签证、语音乃至图形等多媒体信息更是天方夜谭。AIS的技术发展背景的技术发展背景? 通信距离有限。AIS工作频段介于156.025MHZ 至162.025MHZ 之间，该频段的电磁波主要靠空间波传播，传播范围为视距。对于岸台和船台之间的AIS数据传输，理论最大传输距离为200n mile ，由于受到AlS岸台天线高度的限制，实际覆盖距离不超过60n mile ，船台间实际可达到的最大传输距离一般仅在 20nmile 左右，低功率的B类台站传输距离更低至7nmile。目前，AIS数据正在
22、被越来越广泛的应用于信息分析和数据挖掘领域，不完整的AIS数据让其应用价值大打折扣。AIS的技术发展背景的技术发展背景? 卫星AIS技术的出发点就是为了弥补岸基AIS系统的覆盖限制，拓展数据接收范围，进而实现船舶全球监控。? 卫星AIS使用一颗或者多颗低轨道的卫星（卫星轨道高度在600 km 到1000 km ），在这些卫星上面搭载AIS收发机来接收和解码AIS报文并将信息转发给相应的地面站，从而让陆地管理机构掌握船舶的相关动态信息。卫星探测AIS技术的成熟? 美国、加拿大、挪威、德国、日本等一些国家早已加入到对该技术的研究中去并开始逐步发展其AIS卫星系统。美国的ORBCOMM公司目前在轨运
23、行中的AIS卫星系统包括VesselSat-1 和VesselSat-2 ，同时ORBCOMM的新一代Orbcomm-OG2 低轨通信卫星将配备AIS载荷，首批六颗卫星即将于2014 年7月使用SpaceX 的猎鹰-9火箭发射，在此前的2012 年底，Orbcomm-OG2 系列的两颗卫星也曾通过此型火箭发射升空，但因未达到预定轨道而焚毁。? 除ORMCOMM公司外美国的SpaceQuest 自2009 年开始部署了AprizeSat 3 、AprizeSat 4 两颗极轨卫星和AprizeSat5 、AprizeSat6 、AprizeSat7 、AprizeSat 8 四颗低轨卫星，这些卫
24、星均载有AIS接收机，上述卫星的数据被提供给加拿大COM DEV的exactEarth 公司用于全球卫星数据服务。卫星探测AIS技术的成熟 图 1 VesselSat、Orbcomm-OG2 和 AprizeSat ? 2012 年我国发射了天拓一号遥感卫星，其载有的AIS接收机绘制出我国首张全球船舶AIS数据海图。虽然该卫星的性能指标离商业应用尚有距离，但也为AIS星载系统设计积累了宝贵经验。卫星探测AIS技术的成熟? 中国正在实施建设的北斗卫星导航系统包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，可满足中国及周边地区用户对卫星导航的需求，而且可以扩展为全球卫星导航系统，其覆盖范围大，没有通信
25、盲区的特点，为船舶在远洋航行中的监控提供了思路。北斗与AIS系统融合能够很好的解决传统AIS系统可靠性不足且岸基系统维护成本过高、覆盖范围受限的缺点，两者整合的助益显著。AIS与北斗的融合与北斗的融合AIS与北斗的融合与北斗的融合AIS未来的发展方向基于数字甚高频技术的 VDES预计VDES可能分两部分实施，地面VDES和卫星VDES。一些无线电设备制造商已经开始研发VDE收发机的样机，这种收发机具有ITU-R M. 1842-1规定的甚高频电子数据交换功能，样机将于2014年进行测试。如果2015年世界无线电通信大会（WR-15）同意分配新的频率给VDES，由于现有的技术条件的限制和AIS数字信道面临的压力，地面VDES可能被首先实施，甚至早于卫星设备资源获取之前。卫星业务与地面VHF业务之间的共享研究正在ITU无线电通信委员会进行。如果ITU VDES建议案能在WRC-15形成最终决定，将大大促进形成包括卫星元素在内的全功能的VDES。现有AIS的工作模式AIS未来的发展方向基于数字甚高频技术的 VDES
