船載AIS的發(fā)展與困局

張力夫　徐增泉

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic identification system， AIS）技術(shù)是由軍艦、戰(zhàn)斗機(jī)使用的“敵我識(shí)別器”概念發(fā)展而成的。雖然，現(xiàn)在AIS技術(shù)主要應(yīng)用于商船保安和商業(yè)物流跟蹤領(lǐng)域，但是該技術(shù)最早應(yīng)用于商船的主要目的是為了提升船舶雷達(dá)避碰功能的作用。隨著科技的發(fā)展，AIS技術(shù)概念進(jìn)一步延伸和拓展，成為數(shù)字航海的關(guān)鍵技術(shù)之一。

一、AIS技術(shù)的出現(xiàn)

（一）采用傳統(tǒng)雷達(dá)避碰的弊端

在AIS技術(shù)出現(xiàn)之前，辨識(shí)他船是否存在，以及判斷他船操船意圖往往只能依賴于雷達(dá)顯示屏上的一個(gè)物體光點(diǎn)或駕駛員的視覺。此刻，他船的船舶信息尤其是船名在雷達(dá)顯示屏上無法顯示。這種情況預(yù)示著當(dāng)兩船處于相遇局面時(shí)，已有不安全隱患。在船舶海上碰撞事故中，有許多案例是因?yàn)榇d雷達(dá)和甚高頻（VHF）設(shè)備不能及時(shí)解決船與船之間有效溝通，以及相互掌握對(duì)方船舶信息與操船意圖而引發(fā)的。最初研發(fā)AIS技術(shù)僅僅是為了解決船舶之間信息有效識(shí)別的問題，以及起到幫助岸基船舶交通服務(wù)（VTS）指揮員準(zhǔn)確甄別船舶雷達(dá)目標(biāo)的作用。

傳統(tǒng)雷達(dá)的弊端在2003年5月31日發(fā)生的“富山?！陛喤c“GDYNIA”輪船舶碰撞事故中暴露無遺。經(jīng)調(diào)查分析，若兩船保持既有航速，“GDYNIA”輪將從“富山?！陛喆纪ㄟ^。碰撞發(fā)生前，直行船“富山?！陛啿扇p速操作，意圖使“GDYNIA”輪從本船船艏通過，但“GDYNIA”輪雷達(dá)顯示屏沒有立即顯示“富山海”輪航速變化。此外，雷達(dá)自動(dòng)標(biāo)繪儀（ARPA）對(duì)兩船最近會(huì)遇距離（CPA）計(jì)算延時(shí)約1～2分鐘，作為讓路船的“GDYNIA”輪采取了試圖從“富山海”輪船艉通過的轉(zhuǎn)向操縱措施。誤判最終導(dǎo)致兩船發(fā)生嚴(yán)重的碰撞事故。

研究表明，由于船舶傳統(tǒng)雷達(dá)提供不充足、不完整或不明確的信息而發(fā)生的“雷達(dá)輔助碰撞”事故時(shí)有發(fā)生。

（二）AIS技術(shù)在船舶避碰方面的優(yōu)勢(shì)

船載AIS能夠識(shí)別目標(biāo)船，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，具有接近實(shí)時(shí)跟蹤、對(duì)地穩(wěn)定性、丟失目標(biāo)可能性小等傳統(tǒng)雷達(dá)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)目標(biāo)船的航向發(fā)生變化時(shí)，船載AIS動(dòng)態(tài)圖標(biāo)能立即給予指示，AIS將以2秒的間隔發(fā)送采集來自目標(biāo)船羅經(jīng)的航向變化（最大誤差為2度）。駕駛員因此能借助AIS圖標(biāo)判斷兩船是否存在碰撞危險(xiǎn)。船載AIS同時(shí)可發(fā)送船舶的回轉(zhuǎn)速率和目標(biāo)船的其他運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，能夠使船舶駕駛員和VTS操作員對(duì)目標(biāo)的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)路徑提前30～90秒預(yù)測(cè)，幫助船舶盡快決定避讓行動(dòng)。

實(shí)際上，船載AIS技術(shù)原理是通過VHF無線電頻率信道，連續(xù)對(duì)其信號(hào)涵蓋范圍內(nèi)接收目標(biāo)發(fā)送船舶識(shí)別碼、船位、航速，以及手動(dòng)錄入的原始數(shù)據(jù)（如船名、呼號(hào)、貨物類）等船舶數(shù)據(jù)信息的。這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集自船舶的各種傳感器和計(jì)算單元，數(shù)據(jù)通過VHF頻率信道并傳送給他船。數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行刷新，刷新后的新數(shù)據(jù)重新發(fā)送以替代舊數(shù)據(jù)。在他船上，這些數(shù)據(jù)被接收、破譯、轉(zhuǎn)換成值班駕駛員可以在海圖上觀察的船舶信息。他們可以通過船載AIS設(shè)備向這些船舶發(fā)送文本信息。

二、AIS技術(shù)發(fā)展歷程

（一）歷史沿革

20世紀(jì)90年代末期，國(guó)際海事組織（IMO）立足于倡導(dǎo)全面提升船舶的助航能力和海上搜尋救助系統(tǒng)能力建設(shè)的研發(fā)理念，船載AIS設(shè)備因此被確定為船舶要強(qiáng)制配備安裝的設(shè)備之一。

AIS技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)重要階段：一是早期的以數(shù)字選擇呼叫（DSC）技術(shù)為基礎(chǔ)的DSC-AIS；二是現(xiàn)在廣泛使用的基于自組織時(shí)分多址技術(shù)（STDMA）技術(shù)的STDMA-AIS。因后者具有強(qiáng)大的自動(dòng)操作能力，可用于船舶之間和船岸之間的信息交換。IMO基于“一個(gè)在將來不能滿足需要的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)成為技術(shù)發(fā)展障礙”原則，淘汰了DSC-AIS并確立了STDMA-AIS的主導(dǎo)地位。自1995年IMO航行安全委員會(huì)（NAV）第41次會(huì)議上瑞典和芬蘭聯(lián)合首次提出采用STDMA 技術(shù)的船舶4S（SHIP to SHIP、SHIP to SHORE）轉(zhuǎn)發(fā)器即船載AIS設(shè)備開始，至2001年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）通過船載AIS設(shè)備測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為止，采用STDMA技術(shù)的船載AIS設(shè)備僅用了6年時(shí)間就完成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

在1998年召開的IMO NAV第69次會(huì)議上采納了“基于自組織時(shí)分多址技術(shù)（STDMA）的通用船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）性能標(biāo)準(zhǔn)”，并在1999年的NAV會(huì)議上通過了強(qiáng)制安裝船載AIS的決議。 該決議要求所有國(guó)際航行的公約船舶必須在限定期限內(nèi)安裝具有自動(dòng)發(fā)送本船信息給他船以及沿岸國(guó)船舶航行管理當(dāng)局的符合標(biāo)準(zhǔn)要求的AIS設(shè)備，國(guó)際海上人命安全公約（SOLAS）2000修正案采納了該決議并寫入SOLAS第V章。

之后，船載AIS配套文件連續(xù)公布實(shí)施。2002年，IMO采納了船載AIS設(shè)備船上操作導(dǎo)則（A.917（22））；2003年，采納了船載AIS設(shè)備安裝指南（SN/CIRC.227）；2004年底，IMO公布了MSC.191（79）和MSC.192（79）兩個(gè)決議，規(guī)定2008年7月1日以后裝船的雷達(dá)應(yīng)能夠處理和顯示船舶AIS信息，這意味著船舶AIS信息將與雷達(dá)信號(hào)信息將有效結(jié)合，顯示在船舶新配備的雷達(dá)或電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）上。海上實(shí)踐表明，船載AIS設(shè)備的推廣與應(yīng)用極大地提高了駕駛員識(shí)別海上船舶目標(biāo)的能力，促進(jìn)了船舶海上航行安全，尤其是有效地解決了傳統(tǒng)雷達(dá)的存在的數(shù)據(jù)分析延遲、信號(hào)失真以及狹水道彎頭盲區(qū)等問題。

正值船載AIS設(shè)備強(qiáng)制配備要求納入SOLAS公約2000修正案與該修正案尚未正式生效之際，美國(guó)紐約發(fā)生了“9·11恐怖襲擊事件”。美國(guó)政府為了防止來自海上的潛在恐怖襲擊，向IMO提出了加速船載AIS裝船進(jìn)程的提案，此提案隨即獲得通過。AIS研發(fā)方向由主要側(cè)重于發(fā)展海上助航和避碰功能卻因此被“截胡”，轉(zhuǎn)為主攻幫助政府監(jiān)管部門提升對(duì)全世界船隊(duì)實(shí)施全方位實(shí)時(shí)監(jiān)管能力，并以船舶監(jiān)控功能作為首要功能。為此，美國(guó)在其海岸及沿海NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）浮標(biāo)上布置安裝了AIS信號(hào)傳輸基站，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航行于美國(guó)沿海的船舶實(shí)時(shí)跟蹤與目標(biāo)識(shí)別。雖然后來研發(fā)出的船舶遠(yuǎn)程跟蹤與識(shí)別系統(tǒng)（LRIT）替代了船載AIS此時(shí)的角色，但在當(dāng)時(shí)，船載AIS系統(tǒng)被廣泛認(rèn)為足可以監(jiān)控商船船隊(duì)。

（二）船載AIS配備要求

SOLAS公約要求300總噸及以上的國(guó)際航行船舶、不從事國(guó)際航行的500總噸及以上的船舶，以及不論尺度大小的客船應(yīng)分階段配備安裝船載AIS設(shè)備。在2004年12月31日前，300總噸及以上的國(guó)際航行船舶已全部強(qiáng)制配備安裝船載AIS設(shè)備。

公約要求船載AIS設(shè)備通常情況下應(yīng)始終保持該設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，除非在國(guó)際協(xié)議、規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)允許情況下，船舶出于保護(hù)航行信息的前提下可以關(guān)閉設(shè)備，這緣于船載AIS設(shè)備的設(shè)計(jì)初衷是為了使之成為保障船舶安全的工具之一。船載AIS可以與本船航行設(shè)備系統(tǒng)集成：為船載雷達(dá)系統(tǒng)中的目標(biāo)船標(biāo)注AIS“電子標(biāo)簽”；為船載航行數(shù)據(jù)記錄儀（VDR）設(shè)備提供重要的數(shù)據(jù)來源，AIS數(shù)據(jù)信息可以實(shí)時(shí)與其他數(shù)據(jù)同步記錄在船載VDR中，為后期回放數(shù)據(jù)并做進(jìn)一步分析研究打下基礎(chǔ)。

（三）船載AIS設(shè)備分類與功能

當(dāng)前，供船舶使用的船載AIS設(shè)備主要分為 CLASS A 和 CLASS B兩種。CLASS A AIS滿足IMO關(guān)于AIS性能標(biāo)準(zhǔn)要求，適用于SOLAS公約 Chapter V/R.19 的船舶配備。CLASS B AIS主要為非商船和休閑娛樂船舶等非公約船舶所設(shè)計(jì)而使用。CLASS B AIS具有較低的使用功率和精簡(jiǎn)過的功能，不能完全滿足IMO關(guān)于AIS性能標(biāo)準(zhǔn)的要求。CLASS B AIS不發(fā)送船舶航行動(dòng)態(tài)、船舶轉(zhuǎn)向率、艏艉吃水等信息，但是必須具有能夠被公約船舶雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)信息識(shí)別或具有在雷達(dá)上顯示待識(shí)別的AIS目標(biāo)的功能。

SOLAS公約要求船載AIS設(shè)備須具有如下功能：

（1）自動(dòng)發(fā)送船舶信息：包括船舶識(shí)別號(hào)（MMSI）、船舶類型、船位（帶有精度指示）、航線、船速、航行狀態(tài)（參照COLREG制定）和其他安全相關(guān)數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)能自動(dòng)發(fā)送給AIS基站、飛行器和其他船舶。

（2）自動(dòng)接收已安裝船載AIS設(shè)備船舶的上述信息；監(jiān)控和查詢船舶軌跡；與AIS基站交換數(shù)據(jù)。

三、AIS技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的發(fā)展與困局

當(dāng)AIS技術(shù)面世之后，一些國(guó)際組織和機(jī)構(gòu)在短時(shí)間內(nèi)迅速建立了通過會(huì)員訂閱或面向公眾免費(fèi)服務(wù)的方式，提供船舶AIS信息調(diào)閱服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站。Lloyds Register-Fairplay和HITT Group 于2004年5月開通了第一個(gè)全球性船舶AIS信息提供網(wǎng)站AISLive.com。諸如此類的AIS專業(yè)網(wǎng)站以接近實(shí)時(shí)的方式讓公眾可以在網(wǎng)站上的地圖/海圖上查詢船舶AIS位置信息，并向會(huì)員客戶提供船舶詳細(xì)數(shù)據(jù)，包含船舶建造信息、船級(jí)信息、船公司信息等。鑒于在網(wǎng)上自由發(fā)布船舶AIS位置信息可能威脅船舶的安全航行，公布船舶詳細(xì)信息數(shù)據(jù)又可能觸及航運(yùn)公司的商業(yè)機(jī)密，在船舶AIS數(shù)據(jù)可藉由互聯(lián)網(wǎng)公布之初，曾引起了航運(yùn)界的廣泛關(guān)注與討論。

由于顧慮世界上一些區(qū)域的海盜活動(dòng)非常猖獗，在2004年12月舉行的IMO 海上安全委員會(huì)（MSC）第79次會(huì)議上，BIMCO、ICS、INTERCARGO 和INTERTANKO 等國(guó)際組織聯(lián)名向MSC提交MSC 79/5/10文件。該文件詳細(xì)闡述了對(duì)于網(wǎng)上自由發(fā)布船舶AIS數(shù)據(jù)的強(qiáng)烈擔(dān)憂。這些組織擔(dān)心AIS數(shù)據(jù)能夠被海盜、武裝劫持者或者恐怖分子所利用，進(jìn)而精確鎖定襲擊目標(biāo)，威脅船舶、人員和貨物安全。由此，在MSC第79次會(huì)議上，與會(huì)成員國(guó)在船舶AIS數(shù)據(jù)庫(kù)信息安全利用方面達(dá)成共識(shí)，即：公眾通過互聯(lián)網(wǎng)渠道查詢船舶AIS數(shù)據(jù)行為應(yīng)以港口和船舶保安及保障船舶航行安全為前提，國(guó)際組織和各成員國(guó)基于提高船舶安全航行和維護(hù)保安態(tài)勢(shì)保留對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上公布船舶AIS數(shù)據(jù)行為采取緊急措施的權(quán)力。海上安全委員會(huì)強(qiáng)烈建議IMO各成員國(guó)通過國(guó)內(nèi)立法對(duì)借助互聯(lián)網(wǎng)上船舶AIS數(shù)據(jù)攫取商業(yè)利益的行為實(shí)施限制和懲罰。

盡管IMO極力譴責(zé)不受監(jiān)管和控制的自由傳播船舶AIS數(shù)據(jù)的行為，但在全世界范圍內(nèi)提供船舶AIS數(shù)據(jù)和船舶信息服務(wù)的網(wǎng)站如雨后春筍般成立，這些網(wǎng)站可以向任何人提供便利，讓他們可以對(duì)那些正在運(yùn)行AIS設(shè)備的船舶進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。此外，由于現(xiàn)今的AIS技術(shù)采用了STDMA通信制式的開放式系統(tǒng)，任何船舶均可以無限制選擇空閑信道發(fā)送信息，進(jìn)而造成信道“擁堵”。開放式系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)安全方面存在極大的先天不足，網(wǎng)絡(luò)“黑客”可以入侵AIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)惡意破壞從而使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)受到干擾和破壞。網(wǎng)路安全問題仍然是AIS技術(shù)在現(xiàn)在面臨的主要困局之一。

四、衛(wèi)星AIS技術(shù)的發(fā)展與困局

近年來，船舶AIS數(shù)據(jù)傳輸方式由于一些衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商開始提供AIS傳輸服務(wù)而發(fā)展迅速。早期AIS傳輸數(shù)據(jù)主要是通過港口和VTS建立的信號(hào)傳輸基站組成的網(wǎng)絡(luò)完成的，AIS數(shù)據(jù)傳輸距離受到當(dāng)時(shí)硬件條件的制約，最大范圍僅為50海里。為了解決抵港船舶的數(shù)量日益增加而導(dǎo)致航運(yùn)企業(yè)船舶周轉(zhuǎn)效率降低、經(jīng)營(yíng)壓力持續(xù)增加的困局，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商介入了AIS傳輸方式的研究，并研發(fā)出了通過衛(wèi)星傳輸AIS數(shù)據(jù)的衛(wèi)星AIS（S-AIS）。船舶“壓港”的狀況由于那些安裝了S-AIS設(shè)備的船舶享有實(shí)時(shí)監(jiān)控其他船舶的AIS航行軌跡狀況的商業(yè)服務(wù)而正在悄然改變。然而，S-AIS船舶信息服務(wù)也與常規(guī)船載AIS類似，可以不加甄別地為恐怖分子提供船舶信息。因此，包含一些政府機(jī)構(gòu)的組織倡導(dǎo)應(yīng)該把互聯(lián)網(wǎng)AIS數(shù)據(jù)組打造成國(guó)防、保安、海上搜尋救助和環(huán)境保護(hù)為首要功能的信息服務(wù)并且兼具商業(yè)服務(wù)功能，一些船東和貨主可以通過AIS網(wǎng)絡(luò)查詢船舶AIS信息作為其商業(yè)信息的來源渠道之一；船舶經(jīng)營(yíng)人也可以為船舶代理提供過濾后的船位信息。

船舶經(jīng)營(yíng)人對(duì)已經(jīng)通過互聯(lián)網(wǎng)AIS數(shù)據(jù)服務(wù)商訂購(gòu)了船舶AIS數(shù)據(jù)信息的海運(yùn)貨物托運(yùn)人和收貨人掌握船舶信息的程度越來越難控制。托運(yùn)人和收貨人并不關(guān)心如何持續(xù)監(jiān)控船舶的營(yíng)運(yùn)狀況，反而在引發(fā)貿(mào)易爭(zhēng)端之時(shí)，他們可能利用掌握的AIS數(shù)據(jù)作為當(dāng)庭重要證據(jù)之一，這可能已經(jīng)觸犯了保護(hù)經(jīng)營(yíng)人商業(yè)隱私的法律并被界定為商業(yè)間諜行為。

五、結(jié)束語

船舶AIS的發(fā)展與困局仍在不斷演化，有廣闊的前景也并存艱巨的挑戰(zhàn)。AIS技術(shù)具有巨大的應(yīng)用潛力，它能為航運(yùn)實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)航海到信息航海的跨越，甚至躍升至數(shù)字航海提供支持和幫助。但至少?gòu)默F(xiàn)階段所面臨的種種困局來看，仍然需要我們謹(jǐn)慎利用，智慧解決AIS技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用過程中所面臨的各種問題。