AIS技術(shù)在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用

黃紅渡 楊運(yùn)航

摘 要：本文就AIS技術(shù)在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行研究，首先就Ais技術(shù)的基本原理、工作模式和主要作用進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，然后從構(gòu)建航標(biāo)Ais臺(tái)站、傳輸航標(biāo)Ais信息、Ais航標(biāo)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式幾方面闡述AIS技術(shù)的具體應(yīng)用，最后對(duì)航標(biāo)Ais分配時(shí)隙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：AIS技術(shù) 航標(biāo)領(lǐng)域 應(yīng)用策略

1.引言

AIS技術(shù)的全稱(chēng)為Automatic Identification System，譯為船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，是新時(shí)代信息技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，能夠有效改善傳統(tǒng)雷達(dá)識(shí)別技術(shù)在實(shí)效性和抗干擾性等方面存在的不足，從而使基礎(chǔ)助航水平得到顯著提升。在對(duì)AIS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，船舶的航行信息會(huì)得到全面采集，從而使航行過(guò)程得到有效監(jiān)控。

2.AIS技術(shù)概述

AIS具體由以下幾部分構(gòu)成，分別是接口電路、信息處理器、信息監(jiān)視器和VHF收發(fā)機(jī)。就接口電路來(lái)看，主要接收來(lái)自陀螺羅經(jīng)、GPS/ DGP和計(jì)程儀等船位或航線信號(hào)，然后對(duì)這些信息給予數(shù)字化處理，從而在信息處理器中顯示出來(lái)。其中陀螺羅經(jīng)和GPS/DGP的信息輸出格式為NEMA-0183，計(jì)程儀的信息輸出格式為RS485/422、RS232等標(biāo)準(zhǔn)格式；就信息處理器來(lái)看，主要由3個(gè)編碼器和兩個(gè)解碼器構(gòu)成，其中編碼器分別為T(mén)IMA（1個(gè)）和TDMA（2個(gè)），而解碼器分別為DSCA和DSC。信息處理器是整個(gè)AIS的技術(shù)核心，能夠使船舶航行過(guò)程中的各項(xiàng)靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息得到有效采集和處理；就信息監(jiān)視器來(lái)看，主要負(fù)責(zé)展示船舶航行的各種數(shù)據(jù)狀態(tài)，從而對(duì)海上交通給予有效監(jiān)督；就VHF收發(fā)機(jī)來(lái)看，主要由VHF SOTDMA、VHF及VHF DSC共同構(gòu)成，能夠接收國(guó)際專(zhuān)用頻率CH88B和CH87B的已調(diào)信號(hào)。

3.AIS技術(shù)在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用分析

3.1構(gòu)建航標(biāo)AIS臺(tái)站

（1）自主連續(xù)系統(tǒng)

自主連續(xù)系統(tǒng)是AIS臺(tái)站的主要建設(shè)形式之一，整個(gè)系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成，分別是接收機(jī)、TDMA發(fā)射機(jī)、內(nèi)部同步源、控制系統(tǒng)等，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分符合ITU-R-M1371-1的標(biāo)準(zhǔn)化要求，航標(biāo)功能非常完善，能夠?qū)崿F(xiàn)多址聯(lián)接和時(shí)隙分配，并且將航標(biāo)監(jiān)控信息高效率發(fā)送。例如在實(shí)際應(yīng)用中，自主連續(xù)系統(tǒng)不需要受到電源的限制，能夠?qū)Χ喾N形式的電文信息進(jìn)行發(fā)送，從而使導(dǎo)標(biāo)、燈樁、燈塔等重要位置得到有效標(biāo)記。

（2）分配時(shí)隙系統(tǒng)

分配時(shí)隙系統(tǒng)是AIS技術(shù)在航標(biāo)領(lǐng)域的典型應(yīng)用形式，主要由TDMA發(fā)射機(jī)、定時(shí)設(shè)備、控制裝置、內(nèi)部同步源等部分構(gòu)成。與其他兩種AIS系統(tǒng)相比較，分配時(shí)隙系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于功耗低，因此建設(shè)成本也得到有效控制，但是這種系統(tǒng)不能由附近AIS基站接受信息，因此范圍相對(duì)有限，普遍應(yīng)用于航標(biāo)設(shè)置比較密集的港區(qū)。

3.2傳輸航標(biāo)AIS信息

在航標(biāo)AIS信息的傳輸中，主要可以應(yīng)用以下幾種方式：一是航標(biāo)信息（信息21），這一傳輸方式以3分鐘為間隔，然后對(duì)VDL指定的命令給予發(fā)布。根據(jù)航標(biāo)能量消耗情況，操作人員可以對(duì)發(fā)布的間隔時(shí)間給予適當(dāng)調(diào)整；二是安全相關(guān)的編址信息（信息12），主要應(yīng)用于區(qū)域內(nèi)存在故障的船舶，例如浮標(biāo)出現(xiàn)移位或者其他故障；三是二進(jìn)制廣播信息（信息8），主要應(yīng)用于航標(biāo)影響范圍內(nèi)的船舶，傳輸信息主要為氣象信息、水文信息等，從而對(duì)周邊的環(huán)境給予說(shuō)明。

4.AIS分配時(shí)隙系統(tǒng)在航標(biāo)領(lǐng)域的具體設(shè)計(jì)

4.1時(shí)隙選擇算法

在構(gòu)建分配時(shí)隙A I S臺(tái)站時(shí)可以選擇固定時(shí)隙時(shí)分多址法（FATDMA），主要利用信息21航標(biāo)報(bào)文的接入?yún)f(xié)議，對(duì)臺(tái)站預(yù)先設(shè)定的時(shí)隙進(jìn)行分配，其選擇參數(shù)如表1所示。

4.2沖突仿真分析

在進(jìn)行沖突仿真分析時(shí)，首先對(duì)固定區(qū)域內(nèi)的船舶總量進(jìn)行設(shè)置，然后確定理想電磁環(huán)境、報(bào)告率、每幀時(shí)隙數(shù)、仿真時(shí)間、基站數(shù)等仿真參數(shù)，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)TDMA協(xié)議中的相關(guān)內(nèi)容及設(shè)定參數(shù)構(gòu)建模型，將船舶數(shù)量和報(bào)告率作為模型中的變量，保持前者改變、后者不變和前者不變、后者改變這兩種情況，可以得到以下仿真結(jié)果（如圖1所示）。

從圖1中分析可知，船舶數(shù)量和報(bào)告率與時(shí)隙沖突率之間為正向關(guān)系，隨著船舶數(shù)量和報(bào)告率的增加，時(shí)隙沖突率也會(huì)相應(yīng)提升。以150號(hào)時(shí)隙為界限，AIS系統(tǒng)的時(shí)隙沖突率會(huì)顯著提高。已知公式“時(shí)隙占用數(shù)=船舶數(shù)量×報(bào)告率”，因此可以得到某1分鐘時(shí)隙占用率，從而提高AIS系統(tǒng)的通信率。

5.結(jié)論

為了有效保障海上船舶的安全航行，必須有效利用AIS技術(shù)搭建智能化的航標(biāo)系統(tǒng)，從而使船舶的航行全過(guò)程得到有效監(jiān)控，為海上交通提供更加安全便捷的服務(wù)。為此可以對(duì)航標(biāo)AIS系統(tǒng)的通訊方案、總體功能和布局結(jié)構(gòu)給予有效設(shè)計(jì)，從而促進(jìn)航標(biāo)領(lǐng)域的健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

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