淺談物聯(lián)網(wǎng)及AIS技術(shù)在船舶靠港中的應(yīng)用

王海燕

摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，船舶向著大型化和自動化發(fā)展的趨勢明顯，本文研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及AIS技術(shù)在船舶靠港中的應(yīng)用，本技術(shù)對于提高船舶停靠速度，減小船舶碰撞幾率，保證船舶自動化靠港有重要的意義。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) AIS 船舶靠港

1物聯(lián)網(wǎng)的定義

當(dāng)今，有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)世界上尚未有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義。物聯(lián)網(wǎng)的原型于1999年由麻省理工學(xué)院的艾詩頓提出，其中心思想是以電腦互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，借助射頻電子標(biāo)簽技術(shù)，建立一個(gè)所有實(shí)物信息實(shí)時(shí)顯示共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。

ITU認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是把近距離信息收發(fā)器融入到日常生活中，從而可以在物——物、物——人、人——人之間建立一種新的交流方式（信息互動方式），且無論對任何物體來講，都可以在任何需要的時(shí)候，在任意的地方進(jìn)行互聯(lián)。

物聯(lián)網(wǎng)并不是一項(xiàng)新出現(xiàn)的技術(shù)，而是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種延展，通常我們可以將其理解為：將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從計(jì)算機(jī)領(lǐng)域延伸到任何現(xiàn)有的技術(shù)領(lǐng)域，采用射頻辨識等技術(shù)，從而完成實(shí)物信息數(shù)據(jù)的智能快速提取，進(jìn)而達(dá)到物物信息實(shí)時(shí)交互與共享的目的。

從根本上來講，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以說是一種聚合性先進(jìn)技術(shù)，它融合各種先進(jìn)技術(shù)為一體，包括人工智能處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)感知識別技術(shù)、信息采集技術(shù)、信息傳輸技術(shù)等，達(dá)到物與物之間不分時(shí)間地點(diǎn)的信息互通與共享的目的，從而讓我們生活的家園變成“智慧地球”。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)幾乎涵蓋了信息技術(shù)的方方面面，本技術(shù)普及以后，將大大改變?nèi)藗兊纳?。其主要有三個(gè)方面的技術(shù)優(yōu)勢：一是信息自動識別，二是互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)支撐，三是快速與智能化。

在這里，將物聯(lián)網(wǎng)定義為：“一種可以通過射頻識別技術(shù)和其他識別設(shè)備，遵循一定的協(xié)議準(zhǔn)則，讓互聯(lián)網(wǎng)和任何實(shí)物相關(guān)聯(lián)，完成信息采集和交換，從而實(shí)現(xiàn)生活中物——物、物——人、人——人方便快捷交流的網(wǎng)絡(luò)”。

2物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)——RFID

無線電頻率識別，一般稱呼RFID，它的英文全稱是Radio Frequency Identification，是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，被稱之為新世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一，對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起著特別重要的作用，是一種利用無線電信號傳輸完成較近距離非接觸式雙向通信的技術(shù)，該技術(shù)可以明確某一目標(biāo)并跟蹤該目標(biāo)同時(shí)讀寫該目標(biāo)所帶相關(guān)信息數(shù)據(jù)。目前該技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域較廣闊，主要包括大型停車廠、大型超市、政府財(cái)政管理、物流傳輸、城市安全等。該系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽、讀卡器、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分 ，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)信息的快速讀寫，使其保存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中便于管理。

3 RFID系統(tǒng)的工作原理

RFID技術(shù)的運(yùn)用首先是通過閱讀器發(fā)出合適頻率射頻信號，當(dāng)進(jìn)入有效感應(yīng)區(qū)域的船只帶有電子標(biāo)簽時(shí)，岸臺設(shè)備感應(yīng)電流發(fā)出設(shè)備工作時(shí)所需要的能量并快速激活電子標(biāo)簽。激活電子標(biāo)簽之后，電子標(biāo)簽攜帶的信息通過射頻天線傳輸?shù)讲次慌缘臄?shù)據(jù)讀取裝置。港口數(shù)據(jù)讀取裝置感應(yīng)到這些編碼信息后，會自動完成這些信息的轉(zhuǎn)碼，轉(zhuǎn)碼過后的可用信息將會被發(fā)送到港口信息處理中心，港口信息處理中心將通過對這些信息的讀取確定電子標(biāo)簽上帶有的船舶基本信息，從而確定船舶身份。

4 AIS 船舶自動識別系統(tǒng)

4.1 AIS系統(tǒng)介紹

船舶自動識別系統(tǒng)簡稱AIS系統(tǒng)，囊括了口岸設(shè)備和船載設(shè)備幾部分組成，是一種新型的的航行信息提供系統(tǒng)，它涵蓋了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、衛(wèi)星接收技術(shù)、定位技術(shù)等好幾種前言技術(shù)。裝有AIS系統(tǒng)的船舶可向其他船和岸上部門自動發(fā)送本船的靜態(tài)信息（船名、呼號、船長、船寬、船舶種類等） ，動態(tài)信息（船位、在航狀態(tài)對地航向等）、航程信息和安全訊息等有關(guān)的海上船舶信息，它也能夠自動接收其它艦船和其它口岸的資訊。港口則依靠所獲取的信息隨時(shí)關(guān)注船舶動態(tài)，了解船舶安全狀況，掌握海上天氣情況等。AIS系統(tǒng)成為船與船、船與岸之間的通信交流橋梁，為完成海上船只航行安全的信息化管理以及港口泊位的自動化管理搭建了關(guān)鍵平臺。

4.2 AIS系統(tǒng)的功能

（1）自主向具備AIS功能的岸臺以及其它帶有該系統(tǒng)的船只和飛機(jī)發(fā)送信息，包括靜態(tài)信息、動態(tài)信息、航次信息以及其他涉及安全的信息；

（2）自主接收他船和岸基發(fā)過來的相關(guān)信息；

（3）聯(lián)系周圍船舶避免碰撞發(fā)生；

（4）與港口部門通信；

（5）簡化信息流并提供相關(guān)信息以避免船只間的碰撞。

4.3系統(tǒng)功能簡述

在港口船舶調(diào)度系統(tǒng)中，必須先由相關(guān)船只的管理公司或者代理公司遞交靠泊申請，被申請的船只需分別在三天、兩天、一天的時(shí)候提供抵港預(yù)確報(bào)，在申請及預(yù)確報(bào)中船名、性質(zhì)、長度 、寬度、吃水深度等信息以及所運(yùn)輸?shù)呢浧贩N類等信息。

在船只即將抵港的時(shí)候，將利用船只發(fā)送的AIS信息進(jìn)行身份確認(rèn)，在泊船管理系統(tǒng)中查找此船只前期申請的泊位信息，同時(shí)系統(tǒng)在現(xiàn)有的碼頭的泊位中尋找最適合拋錨的泊位，既不會造成泊位過大而產(chǎn)生的泊位浪費(fèi)，又能保證所在的泊位不會小于所靠船泊。

當(dāng)船舶到達(dá)港口的時(shí)候找到所分配泊位后，每個(gè)泊位上所安裝的RFID讀寫器會自動感應(yīng)船身上安裝的RFID標(biāo)簽，同時(shí)自動發(fā)送給系統(tǒng)一個(gè)該船靠泊成功的信息，同時(shí)自動改變系統(tǒng)中的泊位狀態(tài)，即可完成一次船只的靠泊?？蚣艿臉?gòu)造圖如圖1所示：

4.4系統(tǒng)功能流程

運(yùn)用船載AIS系統(tǒng)，港口可以自動獲得船舶舶身份信息，同時(shí)獲得相關(guān)船只的AIS信息中的航向和航速信息，進(jìn)而分析出該船只在其相關(guān)航道上的航行信息。港口當(dāng)局根據(jù)船舶狀態(tài)，自動分配與其對應(yīng)的泊位?？?。泊船成功以后，岸基借助船泊上安裝的RFID標(biāo)簽與岸基RFID天線進(jìn)行通信，系統(tǒng)識別出RFID信息后自動通知泊位管理中心，管理中心大屏幕顯示某個(gè)船已安全?？磕巢次弧?/p>

在船泊?？科陂g，系統(tǒng)會定時(shí)與船上的RFID標(biāo)簽進(jìn)行通信，當(dāng)通信失敗時(shí)，泊位管理中心的計(jì)算機(jī)會自動報(bào)警，通知管理人員船泊?？繝顟B(tài)異常，因RFID標(biāo)簽與天線的通信距離很短，因此船泊只要離開岸一定的距離，便會報(bào)警，從而使因惡劣天氣等原因?qū)е碌淖咤^事件可以提前知曉，防止發(fā)生更大的損失。

當(dāng)船泊離港后，管理中心在系統(tǒng)中將靠泊計(jì)劃中的狀態(tài)改為離港，系統(tǒng)會根據(jù)RFID的通信情況自動將泊位釋放，并自動記錄此次停泊的詳細(xì)信息。泊位是港口的基本設(shè)施，它的作用是供到港作業(yè)的船舶停靠，泊位長度應(yīng)符合船舶安全系泊和作業(yè)的要求，深度應(yīng)符合船舶的吃水要求。泊位資源對于港口企業(yè)來說非常珍貴，它直接影響到港口的發(fā)展?fàn)顩r及經(jīng)濟(jì)效益。泊位的基本作用是為到達(dá)港口的船舶提供碼頭岸壁線使其可以完成船舶在港作業(yè) 。當(dāng)船舶抵達(dá)港口以后，要及時(shí)為船舶安排合適的泊位，以便船舶停泊。所以要提高港口效益就要加強(qiáng)對港口泊位管理系統(tǒng)的研究。當(dāng)前國內(nèi)港口受技術(shù)限制等各種原因大多仍然采用流水線模式，各部門利用對講機(jī)或手機(jī)完成泊位分配。這種模式的特點(diǎn)是無法全面協(xié)調(diào)管理泊位資源，可能會導(dǎo)致泊位資源利用不充分。港灣泊船管理系統(tǒng)的引進(jìn)可以合理安排泊位資源，降低港口運(yùn)營成本，擴(kuò)大港口業(yè)務(wù)范圍，增加港口經(jīng)濟(jì)效益。

（1）大大減少船舶停靠時(shí)間。在目前泊位管理系統(tǒng)中，如果某一確定泊位計(jì)劃的船舶改變泊位計(jì)劃時(shí)，必須人工操作，泊位分配者利用對講機(jī)或手機(jī)將取消泊位計(jì)劃的船舶告知系統(tǒng)管理中心，然后系統(tǒng)管理中心再把消息通知給其他泊位分配者和其他相關(guān)部門。在整個(gè)過程中消息傳遞的可靠性無法保證，這使得消息傳遞不能實(shí)時(shí)完成。如果有的泊位分配者未能掌握最新的泊位計(jì)劃信息，那么他在下一次分配船舶的時(shí)候，就會耽誤時(shí)間，影響工作效率。由于部門之間缺乏完善的協(xié)調(diào)制度，彼此溝通較少，缺乏先進(jìn)的獲取船舶狀態(tài)信息的方法， 每個(gè)調(diào)度系統(tǒng)都按照自己的業(yè)務(wù)開發(fā)，原來的總系統(tǒng)與部門之間連通性差，他們之間都自成一派，相互獨(dú)立，無法保質(zhì)保量的共同作業(yè)，船只的作業(yè)申請方式大多數(shù)仍然采用傳統(tǒng)的電話或者對講機(jī)。在這種情況下，船舶信息無法共享，信息輸入輸出可能會漏掉或重復(fù)，信息格式不一致；，港口工作準(zhǔn)備時(shí)間被加長，而且不能及時(shí)提供詳細(xì)準(zhǔn)確的船舶基本信息，這加大了部門作業(yè)的難度，導(dǎo)致港口整體工作效率低下。

因?yàn)楦劭诘臉I(yè)務(wù)種類多、船舶來往較多，目前常用的泊位分配模式不僅增加了工作人員的勞動強(qiáng)度，而且還容易出錯(cuò)。因此，港口需要一種先進(jìn)的智能化泊船管理系統(tǒng)來代替人工系統(tǒng)，以此提高港口作業(yè)的效率，增加港口經(jīng)濟(jì)效益。

（2）合理設(shè)置港口的裝卸流程。泊位分配方式直接影響到港口裝卸效率，從而進(jìn)一步影響到港口經(jīng)濟(jì)效益。港口裝卸流程的合理布置將減少港口建設(shè)的投資，提高港口泊位利用率。

泊位資源分配就是通過對到達(dá)港口船舶安排合適的?？课恢?，最小化某一時(shí)間段內(nèi)所到達(dá)港口的船舶總成本，以此來提高港口作業(yè)效率，從而吸引更多的船舶停靠。

一般港口泊位分配流程為船只抵港后，先在錨地等待，若有空閑泊位且符合船只的長度和吃水深度，則安排進(jìn)入泊位，靠泊后需要等待裝卸設(shè)備準(zhǔn)備好之后才可以開始裝卸作業(yè)。

5結(jié)語

當(dāng)前我國大部分港口碼頭泊位資源分配主要是靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)完成的，他們分配泊位時(shí)考慮的主要影響因素是船舶的自身?xiàng)l件（長度、水深）和先后順序。在部分港企，把泊位情況和到港船舶情況輸入自己的調(diào)度系統(tǒng)，在世界各個(gè)港口企業(yè)競爭如此激烈的今天，如果船舶靠泊時(shí)間過長，肯定會大大影響港口的發(fā)展。本系統(tǒng)中利用AIS系統(tǒng)自動發(fā)送船舶信息，港口泊位系統(tǒng)自動分配合適的泊位?？梢詢?yōu)化港口泊位利用率，提高港口效益。

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