AIS船舶避碰系統(tǒng)的應(yīng)用探究

楊雨堃

摘 要：依據(jù)IMO相關(guān)規(guī)定，AIS船舶避碰系統(tǒng)是在2002年的7月1日正式開始應(yīng)用的，并且在航海領(lǐng)域中得到了普遍的認(rèn)可。基于此，本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)當(dāng)前AIS船舶避碰系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行深入分析，筆者依據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)提出合理化建議，供以借鑒。

關(guān)鍵詞：船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) 自動(dòng)避碰 應(yīng)用

如何確保船舶能夠在安全的狀態(tài)下航行，是當(dāng)前相關(guān)研究人員值得深思的課題。而隨著我國國民經(jīng)濟(jì)水平的提高，各項(xiàng)技術(shù)也得到了日益完善，船舶避碰系統(tǒng)也朝著自動(dòng)化的方向前進(jìn)，其目的是盡可能減少船舶出現(xiàn)碰撞的情況，繼而提高航行效率。

1.闡述船舶自動(dòng)避碰系統(tǒng)研究的意義

船舶自動(dòng)避碰系統(tǒng)的組成形式。倘若想要促使船舶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避碰的效果，那么系統(tǒng)具有包含以下幾點(diǎn)，具體內(nèi)容請(qǐng)看圖1所示。

從圖1可知，首先要具備傳感器部分，也就是需要提供以下兩種設(shè)備：一種是提供本船的設(shè)備；另一種是提供目標(biāo)船信息的設(shè)備；需要有計(jì)劃、有目的的完成信息的計(jì)算工作，并對(duì)制定的的避碰方案進(jìn)行分析、判斷的避碰計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要由以下幾個(gè)部分一起組成：第一，輸入輸出接口；第二是存貯本船和目標(biāo)信息；第三是電子海圖信息的數(shù)據(jù)庫；第四是自動(dòng)避碰智能軟件；最后還應(yīng)當(dāng)具備操船機(jī)構(gòu)部分——也就是所謂的自適應(yīng)舵亦或是智能舵和主機(jī)及其被控對(duì)象部分——船舶所組成。

船舶自動(dòng)避碰系統(tǒng)的基本原理。通常情況下，避碰計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要的功能是由其輸入接口對(duì)相關(guān)信息的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的處理；接著再交由智能避碰軟件在處理目標(biāo)信息的同時(shí)，該軟件將專家系統(tǒng)原理有效的和應(yīng)用數(shù)理分析結(jié)合起來，進(jìn)而促使信息可以實(shí)現(xiàn)分析分類、辨別避碰方案的效果；最后經(jīng)過相關(guān)系統(tǒng)的接口把避碰方案中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行妥善處理以后，傳達(dá)到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)中，這時(shí)候就可以執(zhí)行避讓方案了。當(dāng)前船舶自動(dòng)避碰系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)問題：第一，傳感器的局限性；第二是職能避碰軟件功能的優(yōu)化，在這里本文只對(duì)第一個(gè)問題進(jìn)行討論。

現(xiàn)有傳感器存在局限性的特點(diǎn)。傳感器具有的局限性通常體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一方面是雷達(dá)獲取目標(biāo)信息的準(zhǔn)確性；另一方面是ARPA獲取目標(biāo)信息的可靠性，例如在航海的時(shí)候遇到海浪、雨雪等目標(biāo)時(shí)，雷達(dá)是無法探測到的；盡管是ARPA，在實(shí)際探測的時(shí)候會(huì)在某種程度受到信息處理技術(shù)具有的局限性而發(fā)生“漏、丟”的情況。由此可見，無論是雷達(dá)還是ARPA存在的局限性特點(diǎn)都會(huì)對(duì)船舶自動(dòng)避碰技術(shù)的實(shí)現(xiàn)速度帶來直接的干擾，同時(shí)也是自動(dòng)避碰系統(tǒng)的瓶頸。

2.探析AIS在船舶自動(dòng)避碰系統(tǒng)中的地位

2.1AIS的基本構(gòu)成

如圖2所示，圖中可以清晰的看到GPS是接收導(dǎo)航型全球定位系統(tǒng)的主要設(shè)備，并且DGPS屬于差分GPS接收機(jī)，它們主要的功能是向系統(tǒng)輸送相應(yīng)的φ、λ，和世界時(shí)UTC處于同步的狀態(tài)；陀螺羅經(jīng)的功能是向系統(tǒng)輸送關(guān)于本船航向的信息，計(jì)程儀的功能是向系統(tǒng)輸送關(guān)于航速的信息。由于信息處理器在AIS中扮演著重要的角色，可以將船名、危險(xiǎn)貨類等相關(guān)信息存儲(chǔ)起來；將所有的數(shù)據(jù)及其相關(guān)信息都經(jīng)過編碼通過VHF發(fā)射；對(duì)已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，然后將其存儲(chǔ)到解碼后的數(shù)據(jù)中；最后把本船與其他船舶航行所得到的信息通過顯示器呈現(xiàn)出來。

2.2AIS在船舶自動(dòng)避碰系統(tǒng)中的地位

從以上內(nèi)容可以看到，AIS在船舶自動(dòng)避碰系統(tǒng)里面主要起到傳輸信息的作用?？偟膩碚f，AIS不但可以作為向系統(tǒng)提供相關(guān)信息的傳感器，而且還可以在特殊的情況下充當(dāng)通信設(shè)備。

3.論述AIS在船舶自動(dòng)避碰系統(tǒng)中的作用

3.1利用AIS獲得避碰信息

通常情況下，目標(biāo)的避碰信息主要包含以下幾點(diǎn)：第一，CPA（目標(biāo)與本船的最近會(huì)遇距離）；第二，TCPA（目標(biāo)到達(dá)最近會(huì)遇距離點(diǎn)的時(shí)間）；第三最晚施舵時(shí)機(jī)以及避碰參數(shù)等，針對(duì)AIS提供的位置、船型等相關(guān)信息來說，相關(guān)人員需要具體情況進(jìn)行計(jì)算以后才可以得到速度矢量三角形，并借助于相關(guān)操作性能參數(shù)，就可以得到需要的避碰信息。簡單的說，由于AIS信息具備自動(dòng)標(biāo)會(huì)功能，這樣就會(huì)提供CPA、TCPA等碰撞參數(shù)，不會(huì)受到某些因素的干擾，要比ARPA更加具有準(zhǔn)確性。這里值得一提的是，船舶的安全是以最小值SDAm當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)的，它不但是某些水域船舶危險(xiǎn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，而且也是其他避碰信息的量化基礎(chǔ)，依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可以得知：

假如目標(biāo)位置濾波結(jié)果的方差P是100米，那么船和目標(biāo)船的長度都是相同的，依據(jù)（1）式計(jì)算出來的結(jié)果是0.48海里，但是對(duì)（2）式進(jìn)行計(jì)算以后所得到的結(jié)果卻是0.22海里。顯而易見的是，通過AIS信息研制成功的自動(dòng)避碰專家系統(tǒng)，要比雷達(dá)的避碰系統(tǒng)要好一些，不但可以在必要的情況下提供危險(xiǎn)判據(jù)，而且所提供的避碰信息都可以達(dá)到精準(zhǔn)的目的。現(xiàn)在有這樣一個(gè)假設(shè)，AIS能不能完全替代雷達(dá)呢？依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)及其限于AIS未能裝于所有目標(biāo)船的原因來看，筆者依據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，即使AIS有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是還無法完全取代雷達(dá)當(dāng)做傳感器，然而它能夠有效解決雷達(dá)存在的缺陷，而怎樣將AIS與雷達(dá)有機(jī)的結(jié)合起來，是當(dāng)前相關(guān)人員值得深思的課題。

3.2借助AIS作為避碰的通訊手段

當(dāng)前，航海中經(jīng)常使用的是ARPA，由于該工具有著較多的優(yōu)勢(shì)，例如有著較強(qiáng)的避讓碰功能，同時(shí)也存在某些缺陷，如無法判斷目標(biāo)船。顯然對(duì)于自動(dòng)避碰系統(tǒng)來說，在具備所有功能的前期下，有一個(gè)功能不曾具備，所以會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常使用帶來一定的影響，那就是：不具備可以發(fā)送亦或是接收本船亦或無法掌握目標(biāo)船的操作意圖，這樣就不能在第一時(shí)間掌握對(duì)方的操作意圖，就無法形成相應(yīng)的避讓方案。因此，在海上航行的過程中，由于不了解對(duì)方的操作行為而采取不當(dāng)?shù)谋茏屝袨?，很容易引發(fā)意外事故，同時(shí)也是缺少此項(xiàng)功能的反映。

當(dāng)前船舶與船舶之間進(jìn)行通信的時(shí)候，是依賴于VHF無限電話得以實(shí)現(xiàn)的，但是由于這種靠人工操作、頻道容易出現(xiàn)擁擠的情況，因此無法自動(dòng)對(duì)相遇到的船舶進(jìn)行判斷，也不能在第一時(shí)間掌握對(duì)方的操作行為，這樣在避讓的時(shí)候就很難達(dá)成一致，這樣就會(huì)由于增加時(shí)間亦或是不清楚對(duì)方操作情況而發(fā)生意外事故。從 AIS具備的優(yōu)勢(shì)來講，它可以起到避讓的作用，也就是當(dāng)自動(dòng)避碰系統(tǒng)做出決策以后，就可以依賴于AIS把產(chǎn)生的避讓參數(shù)，例如避讓時(shí)間、改向幅度、恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)都傳達(dá)給目標(biāo)船，這樣才可以讓裝有AIS的船舶在最短的時(shí)間掌握本船的操作情況，為可以采取正確的措施提供方便，保障船舶與船舶之間可以達(dá)到安全避讓的效果。

通過以上內(nèi)容的論述，可以得知：隨著AIS的出現(xiàn)，能夠有效解決船舶自動(dòng)避碰系統(tǒng)研究進(jìn)程的尷尬局面，同時(shí)也彌補(bǔ)了雷達(dá)存在的弊端；它在很大程度上提高了相關(guān)系統(tǒng)研究效率，并對(duì)船舶的安全航行有著積極的意義，同時(shí)也促使航海自動(dòng)化技術(shù)朝著更好的方向發(fā)展，進(jìn)而為我國的航海事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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