基于智能手機(jī)的虛擬AIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◎ 隋永舉 李輝 交通運(yùn)輸部南海航海保障中心

基于智能手機(jī)的虛擬AIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◎ 隋永舉 李輝 交通運(yùn)輸部南海航海保障中心

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)經(jīng)過(guò)十幾年的運(yùn)行，海上及內(nèi)河船舶碰撞事故發(fā)生的次數(shù)與頻率明顯下降。但大量沿海及內(nèi)河小馬力和無(wú)動(dòng)力船舶并不在強(qiáng)制安裝要求范圍內(nèi)，這些船舶沒(méi)有基本的通訊設(shè)施，碰撞事故等安全生產(chǎn)問(wèn)題尤為突出，導(dǎo)致相關(guān)管理混亂無(wú)序。本文結(jié)合以上實(shí)際情況，依托當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)為載體，設(shè)計(jì)出虛擬AIS系統(tǒng)，以解決當(dāng)前小型船舶監(jiān)控管理問(wèn)題，作為現(xiàn)有AIS系統(tǒng)一個(gè)很好的補(bǔ)充。

AIS 智能手機(jī) APP 互聯(lián)網(wǎng)

1.設(shè)計(jì)背景

隨著船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)設(shè)備終端的日益普及，AIS進(jìn)入規(guī)模效應(yīng)階段。大量AIS終端設(shè)備的裝船使用,使船舶的航行安全和營(yíng)運(yùn)效率大大提高，海上及內(nèi)河船舶碰撞事故發(fā)生的次數(shù)與頻率明顯下降。但隨著內(nèi)河中小船舶和沿海漁船B級(jí)AIS的安裝，其問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)：

①安裝使用一段時(shí)間后，故障多，維護(hù)難度高；

②MMSI及靜態(tài)信息任意設(shè)置篡改；

③小型船舶船臺(tái)同時(shí)啟動(dòng)，有導(dǎo)致AIS系統(tǒng)癱瘓風(fēng)險(xiǎn)；

同時(shí)對(duì)小于300總噸的沿海船舶和小于100總噸的內(nèi)河船舶，國(guó)際海事組織(IMO)及中國(guó)海事局未作出強(qiáng)制安裝規(guī)定,大量沿海及內(nèi)河小馬力和無(wú)動(dòng)力船舶由于受船舶電源、安裝環(huán)境等諸多條件的制約，至今未能配備有效的安全設(shè)備，存在較大的安全隱患。因此，如何解決小型船舶安全生產(chǎn)問(wèn)題，成為各級(jí)地方政府亟待解決的難題。

針對(duì)以上小型船舶存在安全生產(chǎn)問(wèn)題的實(shí)際狀況，結(jié)合當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)方向，筆者率先設(shè)計(jì)一套“虛擬AIS系統(tǒng)”，通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)AIS導(dǎo)航避碰功能，從而革命性的改變當(dāng)前小型漁船監(jiān)管乏力和避碰手段落后的現(xiàn)狀。

2.虛擬AIS系統(tǒng)架構(gòu)

基于當(dāng)前普及使用的智能手機(jī)的虛擬AIS系統(tǒng)，即應(yīng)用AIS和信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)融合，通過(guò)裝載在智能手機(jī)上APP的應(yīng)用方式，更為系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)AIS防碰撞功能和其它應(yīng)用目的，并遵循國(guó)際相關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求，具有較強(qiáng)的可操作性。

虛擬AIS系統(tǒng)主要由AIS轉(zhuǎn)發(fā)站、智能手機(jī)+APP、數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、AIS監(jiān)控平臺(tái)等組成。

圖1　 虛擬AIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

2.1AIS轉(zhuǎn)發(fā)站

AIS轉(zhuǎn)發(fā)站是通訊與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的必備設(shè)施，通過(guò)AIS數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收和轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)實(shí)體AIS和虛擬AIS之間無(wú)線數(shù)據(jù)融合。

AIS轉(zhuǎn)發(fā)站主要功能是接收實(shí)體AIS的數(shù)據(jù)，并通過(guò)有線無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)；同時(shí)數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)將虛擬AIS轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳送給轉(zhuǎn)發(fā)站，轉(zhuǎn)發(fā)站再通過(guò)VHF頻道廣播發(fā)送給周圍船舶。

AIS轉(zhuǎn)發(fā)站可以與海事AIS基站區(qū)別開(kāi)來(lái)，各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)。既可以從海事局AIS基站容量不足的困境中解脫出來(lái)，又可以擴(kuò)大AIS轉(zhuǎn)發(fā)站覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)大、小船舶互通AIS信息，有效預(yù)防商船和小船、小船和小船之間的碰撞，更好地保障小船生產(chǎn)安全，減少生命與財(cái)產(chǎn)損失。

2.2數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)

數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)主要現(xiàn)實(shí)傳統(tǒng)AIS和手機(jī)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)之間的格式交換與數(shù)據(jù)融合。同時(shí)對(duì)所有船舶動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行日志管理及后期大數(shù)據(jù)分析與處理，已實(shí)現(xiàn)軌跡回放和事故定責(zé)等功能。主要數(shù)據(jù)流程如下：

大船AIS終端->數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)->小船APP

小船APP->數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)->大船AIS終端

小船APP->數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)->小船APP

2.3智能手機(jī)及APP

智能手機(jī)及安裝于手機(jī)內(nèi)的APP程序，是虛擬AIS實(shí)施重要終端載體，負(fù)責(zé)將手機(jī)虛擬成AIS設(shè)備。

2.4AIS監(jiān)控平臺(tái)

AIS綜合監(jiān)控平臺(tái)顯示包括大船AIS終端和小船虛擬APP的各類AIS目標(biāo)。

圖2　 智能手機(jī)及虛擬AIS App示意圖

圖3　 AIS監(jiān)控平臺(tái)示意圖

3.虛擬AIS技術(shù)優(yōu)勢(shì)

虛擬AIS系統(tǒng)主要適用于適合B級(jí)AIS規(guī)范內(nèi)的小型船舶。除具備標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)AIS設(shè)備終端的全部功能外，虛擬AIS還可擴(kuò)展出如一鍵報(bào)警、信息推送、一鍵搜救中心通話等手機(jī)本身具備的附加增值功能。

虛擬AIS在無(wú)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)情況下可以對(duì)未發(fā)出去的信息進(jìn)行緩存，待網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通暢時(shí)，再次補(bǔ)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)站對(duì)補(bǔ)發(fā)數(shù)據(jù)并不轉(zhuǎn)發(fā)。從而保證監(jiān)控平臺(tái)對(duì)虛擬AIS目標(biāo)歷史航跡回放的完整性，這一點(diǎn)是AIS-B無(wú)法做到的。

傳統(tǒng)B級(jí)AIS由于發(fā)射功率小、天線安裝低，特別是岸上基站分布少，所以監(jiān)控范圍很小，效果較差。虛擬AIS目標(biāo)的監(jiān)控，主要依賴于公網(wǎng)3G/4G網(wǎng)絡(luò)，沿岸有成千上百的基站，完全是無(wú)縫覆蓋，尤其是山區(qū)，因基站高，覆蓋范圍20海里左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)B級(jí)AIS。且小型船舶受船舶動(dòng)力及油量限制，通常作業(yè)范圍為離線10海里以內(nèi), 虛擬AIS完全能滿足需要。

虛擬AIS需要使用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，上行每條約70個(gè)Byte，30秒上報(bào)一條，全天24小時(shí)流量約為240KB；下行按100條船每10秒刷新一次，每次更新數(shù)據(jù)壓縮后約為1.2KB，全天24小時(shí)流量約為10M。每月流量費(fèi)約為10元。

相比于傳統(tǒng)的B級(jí)AIS，虛擬AIS管理可以更嚴(yán)格。因虛擬AIS捆綁手機(jī)機(jī)器碼，并需要通過(guò)實(shí)名制注冊(cè)以后才能啟用，船員不能隨意更改認(rèn)證信息。并可以依靠大數(shù)據(jù)分析能力，規(guī)范和監(jiān)控虛擬AIS的使用，一旦發(fā)生冒用，換用等情況的，很容易發(fā)現(xiàn)或事后追查。

4.結(jié)束語(yǔ)

虛擬AIS概念是美國(guó)最先提出的，全球范圍內(nèi)的正式投入應(yīng)用的尚無(wú)先例。

RTCM（國(guó)際海洋無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)委員會(huì)）已經(jīng)于今年初成立了一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組（SC-139）,啟動(dòng)虛擬AIS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃和制定工作。

基于智能手機(jī)的虛擬AIS系統(tǒng)融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3G/4G通信技術(shù)、AIS技術(shù)、GIS技術(shù)，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。我國(guó)水域航道資源豐富，且江海結(jié)合地區(qū)存在大型船舶和小馬力甚至無(wú)動(dòng)力船舶交錯(cuò)航行的情況。虛擬AIS的廣泛應(yīng)用推廣，將會(huì)給復(fù)雜水域船舶安全航行提供技術(shù)保障。此外，AIS轉(zhuǎn)發(fā)站建成后還可將功能進(jìn)行拓展應(yīng)用，甚至延伸服務(wù)于邊防、氣象等公共管理部門，具備良好的社會(huì)效益。

[1]史健.AIS系統(tǒng)的構(gòu)成及信息處理[J]中國(guó)水運(yùn)（下半月），2010,10（10）：91-92.

[2]趙金秋.基于無(wú)線局域網(wǎng)的船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信研究與設(shè)計(jì).[D].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2007.

[3]周毅.AIS信息解碼和顯示.[J]航海技術(shù)2006(02).

[4]索永峰，楊神化，陳國(guó)權(quán)，林文錦.基于AIS航海模擬器目標(biāo)船服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).[J]中國(guó)航海,2014,37(1).