AIS 個人搜救示位標的研究及應用

馬瑞寧

（青島理工大學通信與電子工程學院，山東青島，266033）

0 引言

隨著海上運輸、海上旅游、海上捕撈等行業(yè)的發(fā)展，海上交通變得越來越復雜，擱淺、碰撞、沉船等海上事故愈加頻繁，造成了大量的經(jīng)濟損失和人員傷亡。近幾年興起的AIS（Automatic Identification System）技術(shù)在海上搜救工作中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，它的出現(xiàn)解決了搜救時失事地點或幸存者不易被發(fā)現(xiàn)的問題。因此，加快并推動基于個人使用的AIS 搜救設(shè)備的研究和裝備，對于保障水上作業(yè)人員的生命安全具有非常重要且長遠的意義。

1 AIS 概念

船舶自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System，簡稱AIS 系統(tǒng)）是一種新型數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備的統(tǒng)稱，由船載設(shè)備和基站設(shè)施共同組成。使用全球定位系統(tǒng)獲取經(jīng)緯度、船速、航向等船舶動態(tài)信息，與船名、呼號、船舶類型、國籍等船舶靜態(tài)資料共同封裝成一條標準的AIS 消息，在VHF（甚高頻）頻道上向附近水域船舶和岸基以SOTDMA（Self-organized Time Division Multiple Access，自組織時分多址接入）方式進行連續(xù)廣播，使附近海域的船舶和基站能及時掌握周圍所有船舶的動態(tài)和靜態(tài)信息，使各船舶之間建立聯(lián)系，互相協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動，確保船舶方向的安全，為海上交通安全提供了有力的保障。

2 AIS 個人搜救示位標概述

圖1 AIS 個人搜救示位標工作概念圖

AIS 個人搜救示位標是基于AIS 技術(shù)的一種新型的水上個人搜救定位設(shè)備，其內(nèi)部配置GNSS（Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）接收機、AIS 發(fā)射機、電池、啟動器和指示燈。激活后，AIS 個人搜救示位標會自動廣播帶有GPS 位置和UTC 時間的消息，使得落水人員在最短時間內(nèi)被本船或附近裝有AIS 接收設(shè)備的船舶、飛機和岸基發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)快速定位和救援。AIS 個人搜救示位標工作概念圖如圖1 所示。

3 AIS 個人搜救示位標的性能指標

3.1 AIS 個人搜救示位標的組成

AIS 個人搜救示位標系統(tǒng)組成框圖如圖2 所示。

圖2 AIS 個人搜救示位標系統(tǒng)框圖

AIS 個人搜救示位標由以下部分組成：

（1）啟動器——啟動AIS 個人搜救示位標設(shè)備，應具有防誤觸發(fā)裝置。

（2）指示器——指示設(shè)備正常運行，并以SOS 閃爍方式指示落水者位置。

（3）定位系統(tǒng)——獲取經(jīng)緯度、UTC 時間等重要信息。

（4）同步和授時系統(tǒng)——從定位系統(tǒng)得到UTC 時間，使其他AIS 設(shè)備能同步接收AIS 個人搜救示位標發(fā)送的消息。

（5）通信控制系統(tǒng)——完成定位信息解析、信號同步、AIS消息編碼等數(shù)據(jù)處理工作，同時控制整個系統(tǒng)流程，保證設(shè)備正常、可靠運行。

（6）調(diào)制編碼系統(tǒng)——完成AIS 消息的封裝和載波調(diào)制工作。

（7）無線發(fā)射系統(tǒng)——對信號進行功率放大并按照時序進行發(fā)射。

（8）電池——為AIS 個人搜救示位標系統(tǒng)供電，持續(xù)工作24小時。

3.2 消息內(nèi)容

AIS 個人搜救示位標使用的消息主要包括：靜態(tài)消息和動態(tài)消息。

靜態(tài)消息：海上移動標識號（Maritime Mobile Service Identity，MMSI）、IMO 號、呼號等。靜態(tài)消息是根據(jù)自身信息直接寫入的，不會因動態(tài)信息的改變而改變。

動態(tài)消息：UTC 時間、經(jīng)緯度、對地速度等信息。動態(tài)消息由GPS 實時提供得到。

AIS 個人搜救示位標發(fā)射27 種AIS 消息中的消息1 和消息14。發(fā)送的消息通過MMSI 碼進行標識，格式為972yyzzzz。其中972 是AIS 個人搜救示位標專用的標識, yy 是設(shè)備制造商ID（00-99），zzzz 是產(chǎn)品序列號（0000-9999）。消息1 不僅包含上述MMSI 碼，還包含設(shè)備所在位置的經(jīng)緯度信息、對地方向和速度等信息。消息14 除包含MMSI 碼外，還包含安全信息。

3.3 工作方式

SOTDMA(自組織時分多址)技術(shù)是AIS 個人搜救示位標實現(xiàn)自主和連續(xù)數(shù)據(jù)通信的核心技術(shù)。該技術(shù)將一分鐘作為一幀，一幀又劃分成2250 個時隙，每條AIS 消息只占一個時隙，發(fā)送完成后隨即釋放當前發(fā)射時隙以供其他AIS 設(shè)備使用。SOTDMA 通信協(xié)議具備的最大的優(yōu)勢是，在廣播當前位置信息的同時，也會廣播對未來時隙的預約信息，參與到該網(wǎng)絡(luò)通信中的所有用戶便可以構(gòu)成一個反映時隙使用情況的動態(tài)時隙表。用戶在沒有基站參與的情況下也可以對信道的時隙資源進行自發(fā)管理，從而實現(xiàn)自主連續(xù)工作。

4 AIS 個人搜救示位標的測試

圖3 AIS 個人搜救示位標樣機

圖4 船舶動態(tài)查詢系統(tǒng)定位和移動軌跡顯示

根據(jù)AIS 個人搜救示位標技術(shù)要求實際制作的樣機如圖3所示。

AIS 個人搜救示位標樣機體積小重量輕，方便水上作業(yè)人員隨身攜帶。當出現(xiàn)人員落水時，可手動開啟設(shè)備，或者遇水自動觸發(fā)，進入工作模式。該設(shè)備發(fā)射的AIS 消息可由其附近裝有AIS接收設(shè)備的搜救船舶、搜救飛機和基站接收到，并在電子海圖上用圖標的形式指示其所在位置和移動軌跡，確保搜救人員時刻掌握遇險人員的信息。如圖4 所示，船舶動態(tài)查詢系統(tǒng)能成功接收并解析AIS 個人搜救示位標發(fā)出的消息，且搜救距離可達到5 海里以上，最大限度的保障了落水人員的生命安全。

5 結(jié)論

AIS 個人搜救示位標是一種新型的基于個人使用的海上搜救設(shè)備，可自動廣播遇險位置信息，使得落水人員在最短的時間內(nèi)得到救援。AIS 個人搜救示位標進一步提高了海上搜救的成功率，更有效的保障了水上作業(yè)人員的生命安全，AIS 個人搜救示位標將在未來的海上搜救領(lǐng)域發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

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