AIS異常信息的判斷及分析

高宗江,張英俊,劉漸道,董華

(大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026)

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AIS異常信息的判斷及分析

高宗江,張英俊,劉漸道,董華

(大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026)

分析AIS的動(dòng)態(tài)信息、航次相關(guān)信息和靜態(tài)信息中的異常信息的產(chǎn)生原因，根據(jù)不同的情況提出判斷方法和應(yīng)采取的措施。借助于判斷方法和措施，駕駛員可以直觀并快速識(shí)別出AIS中的異常信息，避免因依賴AIS異常信息導(dǎo)致誤判。

自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)；異常信息；航行安全

相對(duì)于雷達(dá)，AIS提供了更豐富的目標(biāo)信息，包括靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)信息和航次相關(guān)信息，有助于船舶之間關(guān)鍵信息的有效溝通，是船舶之間避碰的重要輔助設(shè)備[1-2]。由于AIS不是自主的探測設(shè)備，容易受到人為因素和傳感器工作狀況的影響，在海上航行的實(shí)際觀測中發(fā)現(xiàn)AIS目標(biāo)的靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)信息和航次相關(guān)信息存在異常，對(duì)船舶航行安全產(chǎn)生重大的威脅。在AIS異常方面的研究工作都是通過對(duì)某個(gè)區(qū)域大量的AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而建立該區(qū)域內(nèi)船舶的航行規(guī)律，當(dāng)某艘船舶的航行不符合該規(guī)律時(shí)判斷為異常[3-6]，重點(diǎn)關(guān)注的是AIS的動(dòng)態(tài)信息，缺少對(duì)航次相關(guān)信息和靜態(tài)信息的研究；側(cè)重于對(duì)整體AIS信息的分析和區(qū)域監(jiān)管，對(duì)駕駛員判斷某個(gè)船舶的AIS信息是否異常缺少指導(dǎo)意義。為此，考慮從駕駛員的角度對(duì)AIS異常信息進(jìn)行分析，提出判斷方法。

1 動(dòng)態(tài)信息異常

AIS目標(biāo)的動(dòng)態(tài)信息包括位置(position)、時(shí)間(UTC)、艏向(HDG)、對(duì)地航速(SOG)、對(duì)地航向(COG)等，見表1。海上航行的實(shí)際觀測中，發(fā)現(xiàn)個(gè)別船舶的艏向和位置信息存在異常，為了形象和直觀，截取相應(yīng)的雷達(dá)屏幕。

表1 AIS的動(dòng)態(tài)信息

1.1 艏向信息異常

正常情況下，激活的AIS目標(biāo)的艏向與對(duì)地航向、雷達(dá)目標(biāo)尾跡之間的差距不大，大致等于當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)流壓差，如圖1所示，其中實(shí)線代表目標(biāo)艏向，虛線代表目標(biāo)對(duì)地航向，雷達(dá)目標(biāo)尾跡開啟。

圖1 正常AIS目標(biāo)

當(dāng)AIS目標(biāo)的艏向異常時(shí)，對(duì)地航向、目標(biāo)尾跡與艏向之間的角度相差幾十度甚至一百多度，如圖2a)所示。查看圖2b)中該目標(biāo)的AIS信息發(fā)現(xiàn)，該目標(biāo)的船首向?yàn)?30°，對(duì)地航向?yàn)?16°，相差近90°，呈直角狀，此時(shí)可以斷定該目標(biāo)的艏向存在異常。

圖2 艏向異常的AIS激活目標(biāo)

當(dāng)AIS目標(biāo)處于休眠狀態(tài)時(shí)，可以借助雷達(dá)目標(biāo)的尾跡進(jìn)行判斷，當(dāng)AIS目標(biāo)符號(hào)的指向與目標(biāo)尾跡相差很大時(shí)，該目標(biāo)的艏向可能存在問題，見圖3。

圖3 艏向異常的AIS休眠目標(biāo)

根據(jù)表1可知，目標(biāo)船AIS的艏向信息由陀螺羅經(jīng)提供，當(dāng)艏向信息異常時(shí)可以斷定目標(biāo)船的陀螺羅經(jīng)設(shè)備或者信號(hào)傳輸出現(xiàn)故障，導(dǎo)致艏向信息沒有正確的輸入到AIS設(shè)備中。此時(shí)進(jìn)行船舶避碰應(yīng)特別謹(jǐn)慎，因?yàn)槟繕?biāo)船駕駛員可能會(huì)被錯(cuò)誤的艏向信息所誤導(dǎo)，必要時(shí)通過VHF提醒目標(biāo)船駕駛員對(duì)艏向進(jìn)行核實(shí)。

1.2 位置信息異常

AIS目標(biāo)的距離和方位是根據(jù)目標(biāo)船和本船的位置計(jì)算得到。根據(jù)表1可知，AIS的位置信息由GNSS提供，GNSS定位受到衛(wèi)星工作狀態(tài)、信號(hào)傳輸、導(dǎo)航儀性能和狀態(tài)等多個(gè)因素的影響，因此可能會(huì)出現(xiàn)異常情況，當(dāng)本船或者目標(biāo)船的位置出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)表現(xiàn)為目標(biāo)的方位和距離異常[7-9]。在目標(biāo)船和本船的位置信息都正確時(shí)，AIS目標(biāo)符號(hào)接近該船的雷達(dá)回波，兩者間距不大。當(dāng)本船位置或者目標(biāo)船的位置異常時(shí)，AIS目標(biāo)符號(hào)與雷達(dá)回波之間的間距增大。

1.2.1 本船船位異常

當(dāng)本船船位異常時(shí)，所有AIS目標(biāo)的方位和距離的計(jì)算存在偏差，并且所有目標(biāo)的偏差值相同，在雷達(dá)屏幕上會(huì)表現(xiàn)為所有的AIS目標(biāo)符號(hào)向某一個(gè)方向偏離雷達(dá)回波，如圖4所示。此時(shí)應(yīng)注意核實(shí)本船船位，必要時(shí)可以在船載主GPS中對(duì)船位進(jìn)行修正，直到AIS目標(biāo)符號(hào)接近雷達(dá)回波為止。

圖4 本船船位異常

1.2.2 目標(biāo)船船位異常

當(dāng)目標(biāo)船的船位異常時(shí)，其AIS目標(biāo)符號(hào)會(huì)偏離雷達(dá)回波，偏移量的大小和方向取決于船位誤差，此時(shí)其他的AIS報(bào)告目標(biāo)顯示正常。當(dāng)目標(biāo)船的船位誤差很大時(shí)，AIS目標(biāo)與雷達(dá)回波相差很大距離，很難將其認(rèn)為來源于同一個(gè)目標(biāo)，駕駛員會(huì)在雷達(dá)屏幕上看到錯(cuò)誤的AIS目標(biāo)，而周圍并沒有雷達(dá)回波，視覺瞭望也不能在該方位和距離上發(fā)現(xiàn)相關(guān)目標(biāo)。尤其是在能見度不良、船舶密集區(qū)時(shí)，增大了駕駛員的精神壓力。因此當(dāng)駕駛員對(duì)某個(gè)AIS目標(biāo)的位置存在懷疑時(shí)，應(yīng)通過VHF與其進(jìn)行溝通來核實(shí)其位置。

2 航次相關(guān)信息異常

航次相關(guān)消息包括船舶吃水、目的港、預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間、危險(xiǎn)貨物類型，這些信息會(huì)隨著航次的變化而變化，需要駕駛員在每個(gè)航次開始前根據(jù)本航次的實(shí)際情況手動(dòng)更改，見表2。在海上經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)某些船舶的AIS航次信息與實(shí)際不符，例如在成山頭分道通航帶里一艘南下船的AIS顯示目的港是大連，ETA是1 d前；在上海附近海域一艘北上船的AIS顯示目的港是深圳，ETA是3 d前。上述情況都是因?yàn)轳{駛員沒有及時(shí)的更新航次信息。當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)目標(biāo)船航次信息與實(shí)際情況明顯不符時(shí)，應(yīng)通過VHF溝通來協(xié)調(diào)避讓行動(dòng)。

表2 AIS的航次相關(guān)信息

3 靜態(tài)信息異常

靜態(tài)信息在AIS設(shè)備安裝時(shí)設(shè)定，在正常使用情況下不需要更改，更新時(shí)機(jī)見表3。

表3 AIS的靜態(tài)信息

AIS設(shè)備要保證正常開機(jī)，除非船長認(rèn)為AIS的工作影響船舶安全時(shí)才可以關(guān)閉設(shè)備，關(guān)閉原因和時(shí)間應(yīng)記錄在航海日志中。大型船舶上AIS的使用是相對(duì)規(guī)范的，但是在漁船、拖船、內(nèi)河船舶等小型船舶上的B級(jí)AIS的使用則更為混亂和隨意。為了逃避監(jiān)管和懲罰，船舶在實(shí)施非法作業(yè)時(shí)(例如在禁漁期進(jìn)行非法捕撈的漁船、違法采砂船等)通常會(huì)對(duì)靜態(tài)信息進(jìn)行篡改或關(guān)閉設(shè)備，嚴(yán)重影響了內(nèi)河和沿海的航行安全。

為了規(guī)范船載B級(jí)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)應(yīng)用，充分發(fā)揮AIS的航行安全保障作用，防止船舶隨意修改AIS設(shè)備信息，2015年7月1日中國海事局發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)船載B級(jí)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)新增技術(shù)要求的通知》[10]，其中規(guī)定：

1)靜態(tài)信息在AIS設(shè)備安裝時(shí)輸入，靜態(tài)信息只有在船舶變更船名、MMSI或船舶類型時(shí)才需要更改。

2)靜態(tài)信息應(yīng)通過外部接口寫入AIS設(shè)備，不能通過人機(jī)界面進(jìn)行更改。

3)要求AIS設(shè)備能自動(dòng)記錄開關(guān)機(jī)時(shí)間，設(shè)備應(yīng)能記錄并存儲(chǔ)最近不少于10次的開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)間，同時(shí)設(shè)備每5 min查詢是否處于工作狀態(tài)，并記錄最近1次處于工作狀態(tài)的時(shí)間。開關(guān)機(jī)記錄可通過人機(jī)界面進(jìn)行查閱，也可通過外部接口導(dǎo)出到移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)中。

隨著《關(guān)于印發(fā)船載B級(jí)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)新增技術(shù)要求的通知》的實(shí)施，B類AIS的使用會(huì)更加規(guī)范和合理，人為導(dǎo)致AIS靜態(tài)信息異常的情況應(yīng)該有所下降。

4 結(jié)論

AIS的異常信息會(huì)對(duì)駕駛員的判斷產(chǎn)生誤導(dǎo)，導(dǎo)致避碰行為不協(xié)調(diào)，從而造成緊迫局面甚至碰撞事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響海上航行安全。借助于本文所提出的方法和措施，駕駛員在使用AIS的過程中可以熟練的判斷和分析出AIS中的異常信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤信息，避免過度依賴AIS信息而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

[1] 關(guān)政軍，劉彤.航海儀器：上冊(cè)：船舶導(dǎo)航設(shè)備[M].大連：大連海事大學(xué),2009.

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[10] 中國海事局.關(guān)于印發(fā)船載B級(jí)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)新增技術(shù)要求的通知.[EB/OL].2015:1-.//http://sz.msa.gov.cn/Applications/Information/NewsView.aspx?infoid=08f592cb-535e-4626-8041-82e0b5c1e6f2.

Judgment and Analysis of Abnormal Information in Automatic Identification System

GAO Zong-jiang, ZHANG Ying-jun, LIU Jian-dao, DONG Hua

(Navigation College, Dalian Maritime University, Dalian Liaoning 116026, China)

The causes of abnormal information in dynamic information, voyage related information and static information were analyzed and corresponding judgment method and measures were put forward. By taking the proposed judgment method and measures, the officer on watch can quickly identify abnormal information and avoid the occurrence of accidents on sea.

automatic identification system; abnormal information; navigation safety

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.050

2016-11-28

國家自然科學(xué)基金( 51479021)，大連海事大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目(2016Y04，2016Y08)

高宗江(1987—)，男，碩士，講師

研究方向：交通信息工程及控制

U676.1

A

1671-7953(2017)04-0220-04

修回日期：2016-12-25