基于AIS的潮位信息播發(fā)技術研究及應用

王超 王好平

摘? 要：AIS系統(tǒng)能有效輔助船舶航行安全和避碰，是目前海事監(jiān)管和交通監(jiān)控中最為常見的技術手段之一。本文主要通過AIS電文結(jié)構(gòu)學習，研究并實現(xiàn)了海洋潮位信息的實時播發(fā)和終端解析顯示，是對e-航海戰(zhàn)略實施的一次有益嘗試。

關鍵詞：通信與信息系統(tǒng);AIS;潮位信息

0 引 言

船舶自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）可通過定期、自動和自主地交換船與岸之間的身份識別、位置、時間、航向和速度等信息，能有效輔助船舶航行安全和避碰，是目前海事監(jiān)管和交通監(jiān)控中最為常見的技術手段之一。SOLAS公約也明確要求所有300總噸及以上的國際航行船舶、500總噸及以上的非國際航行貨船以及不論尺度大小的客船，應按要求配備1臺船載自動識別系統(tǒng)。

鑒于AIS的重要性和普及性，2010年國際海事組織IMO 發(fā)布了《AIS適用專用電文應用導則》（SN.1/Circ.289）和《AIS適用專用電文信息表述與顯示導則》（SN.1/Circ.290），旨在通過AIS播發(fā)海上安全信息（MSI）等專用電文，進一步發(fā)揮AIS的船岸數(shù)據(jù)傳輸功能，這也是e-航海戰(zhàn)略的重要組成部分。

本文的研究對象為潮位信息，潮位信息對于船舶進出港及靠離泊有著重要作用，直接關系到船舶的富裕水深（UKC），因此通過AIS來實時播發(fā)潮位信息將有助于保障船舶航行安全。

1 技術原理

AIS是采用VHF海上移動頻段通信協(xié)議交換航行數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)。通過AIS設備，可以實現(xiàn)船與船、船與岸之間助航信息的交互，從而實現(xiàn)船舶避碰、AIS航標、二進制信息廣播等助航應用[1]。

AIS用于發(fā)送信息的電文共26種，其中6號電文（尋址二進制電文）和8號電文（廣播二進制電文）具有自主編碼能力，IMO將其定義為 AIS 適用專用電文（ASM）。我們可以根據(jù)《AIS適用專用電文應用導則》的編碼規(guī)則來實現(xiàn)海上安全信息播發(fā)，包括氣象警告、航行警告、水文信息等，用戶在收到電文后，可以通過ECDIS等終端解析顯示這些電文，從而輔助指導船舶航行。

2 AIS潮位信息播發(fā)方案設計

2.1 硬件設計

本文研究內(nèi)容是將現(xiàn)有的長期水文站點采集的潮位信息，通過AIS設備以廣播形式向鄰近船舶、AIS基站或其他標準AIS接收設備實時播發(fā)，并在ECDIS等終端解析顯示。整個播發(fā)原理設計如圖1所示，主要分為潮位信息采集、AIS電文播發(fā)、AIS電文接收、電文解析顯示等4個模塊。在此設計中，用戶無須更換設備，只要進行終端軟件升級，就能顯示標繪水文站點潮位信息。

2.2 電文編碼傳輸設計

國內(nèi)廠商通常采用VDM的語句格式封裝發(fā)送和接收解析電文，所以在本文中也以此為主，通過8號電文廣播發(fā)送，電文格式如下：

！AIVDM，1，1，1，B，8>h8nkP0Glr=

潮位信息的電文編碼規(guī)則在《AIS適用專用電文應用導則》中已有明確規(guī)定，見表1。IAI碼中的指定區(qū)域碼（DAC）設置為國內(nèi)電文413、功能識別碼（FI）設置為31，潮位數(shù)值范圍為-10～30 m，以0.01 m為步進，并設計使用了一個轉(zhuǎn)換算法來規(guī)避負值潮位無法表示的問題。

在整個數(shù)據(jù)播發(fā)過程中，主要分為三步：

（1）潮位傳感器將數(shù)據(jù)通過串口傳送給播發(fā)設備，由內(nèi)置程序提取出UTC時間、潮位、潮位趨勢數(shù)值。

（2）播發(fā)設備將MMSI號、IAI碼、經(jīng)緯度、UTC時間、潮位、潮位趨勢等數(shù)據(jù)按國際標準編碼規(guī)則封裝成8號電文進行廣播。本文僅研究播發(fā)潮位信息，對于氣象、潮流等數(shù)據(jù)按規(guī)則設置為不可用。

（3）用戶接收到8號電文后，將電文通過串口傳送給終端，終端設備根據(jù)規(guī)則反向解析，在海圖上顯示、標繪數(shù)據(jù)。

3 AIS潮位信息播發(fā)技術實現(xiàn)

3.1 播發(fā)設備

播發(fā)設備以市面成熟產(chǎn)品改制，底板采用STM32G071單片機為控制中心，通過串口與潮位傳感器、AIS模組、GPS模組相連。用成熟產(chǎn)品改制，具有技術成熟、接口齊全、符合IEC6112協(xié)議標準等優(yōu)勢，可有效降低開發(fā)成本和難度，設備架構(gòu)如圖2所示。改制后的播發(fā)設備樣機如圖3所示。

3.2 潮位信息標繪、顯示

顯示終端是在常規(guī)AIS顯示終端的基礎上進行軟件升級，軟件能根據(jù)IAI碼識別解析出含潮位信息的電文，并在終端上標繪、顯示，如圖4所示。終端整體功能、操作均與常規(guī)設備保持一致，延續(xù)用戶習慣，方便用戶快速上手。終端顯示實現(xiàn)部分代碼見圖5。

4 結(jié) 語

本文設計并實現(xiàn)了一種用AIS實時播發(fā)潮位信息的方法，經(jīng)實測驗證，數(shù)據(jù)播發(fā)穩(wěn)定可靠，單站覆蓋范圍可達5 km，能有效地為鄰近船舶提供潮位信息服務。整個方案實施成本低，用戶無須投入，無須改變操作習慣，應用推廣可行性高，可為同類的氣象預報、潮流預報等導助航服務提供借鑒。但在測試中也發(fā)現(xiàn)以下問題：國內(nèi)大部分Class B類AIS船載設備并不能解析ASM電文，要由廠家進行軟件升級后才能顯示潮位信息，需進一步引導推動。

隨著 AIS 技術的應用發(fā)展，人們?nèi)找嬷匾旳IS適用專用電文（ASM）在船舶安全導助航服務中的作用，在新一代的VEDS系統(tǒng)中就規(guī)劃了兩個信道專用于ASM交互。在將來，AIS與其他導助航系統(tǒng)之間的技術融合必然會更加充分、全面，也能更好地保障船舶航行安全。

參考文獻

[1] 駱瑩，姚高樂. 淺談AIS技術在助航領域的應用[J].天津航海. 2019（03）：40-41.

[2] IMO SN_Circ289 Guidance on the Use of AIS Application-Specific Messages[S]. IMO.2010.2.

[3] 張鋒，張杏谷，魏武財.AIS二進制電文中文顯示系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].中國水運（下半月）.2014（04）：78-80.

作者簡介：

王超，高級工程師，大學本科，主要從事海事測繪研究，（E-mail）30991092@qq.com