【ＡＩＳ在航标管理中的应用】 航标管理
时间：2020-03-03 07:26:55 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要:目前,A1S(船载自动识别系统)己在越来越多的船舶上配置,作为雷达的补充,为船舶之间避碰和自动交换信息提供了重要助航工具。AIS的技术发展及其广阔应用前景越来越受到人们的重视。AIS在避碰、助航、搜寻、救助、引航、VTS等各方面有着广泛的应用。本文对航标AIS的原理进行了概述,并且分析了AIS作为助航设备应用在航标上的意义。
关键词:航标;船载自动识别系统;遥测遥控系统
中图分类号:U644 文献标志码:A文章编号:1671�7953(2009)04�0039�02
AIS for Navigation Mark System
LI Guo�zhi, LI Xiao�hong,LI Zheng�jun
(Dalian Department of Aids to Navigation Tianjin MSA Dalian 116011,China)
Abstract: At present, more and more ships have been installed the automatic identification system (AIS). As the complementarity of the radar, it supply the important aid to navigation in the message exchange and collision avoidence of the marine collision. The technical prospect and extensive application make the AIS recognized by more and more people.AIS has the extend application in the aviodence between ships, aid to navigation, searching, rescuing and VTS(Vessel Traffic System). This paper described the main technique and principle of the realization of the AIS and analyses for navigation mark on the base of the comparison with the universal AIS.
Key words: aids to navigation;automatic identification system;telemetering and telecontrol system
航标是保障船舶航行安全重要设施,对于海上运输、国防安全、渔业发展等都有重要作用[1]。在我国,航道的视觉航标管理和维护一般采用人工定期巡检、定期检修的方式。航道管理部门设立专门的航标维护人员队伍,定期派出船舶巡检,靠人员目测来检查航标灯的闪亮状态和位置漂移情况,每个季度还要对航标灯和蓄电池的各项技术性能指标进行一次全面地检测。这种落后的航标管理模式带来很多弊端:实时性差、可靠性和效率低下,费用较高且存在一定的安全隐患[2]。因此传统的航标无法满足日益繁忙、复杂的海上运输的要求和高效安全航行的要求。所以需要建立一个高效,可靠的航标管理服务系统。
从世界上最早的被誉为世界“七大奇迹”之一的亚历山大港法罗灯塔灯塔,至今已经1700多年了,航标已经由最原始的视觉灯塔发展成为集声,光电等多种科技的视觉,音响以及无线电航标。而航标的管理也有原来的单纯的巡航管理,逐步转变为高科技的远程遥控技术与巡航管理相结合的,更加合理的现代航标管理技术。我国现行的遥测遥控技术简单描述可以分为以下几个部分:
在航标终端站(即信息采集部分),通过控制单元的功能获取所需的航标状态信息(包括:位置坐标,电源状态,灯气状态等信息)。并通过公网的GSM短信、CDMA、GPRS无线网络数据传输等多种数据通信服务方式,以被动问询方式将信息传送给航标站监控分中心。分中心再根据获得的数据判断所监控的航标工作状态是否正常,来安排航标维护巡检工作。再将数据报告汇总于海区局监控中心以及交通部海事局航标监控中心,进行数据的分析,汇总,共享。
该系统的优点是技术成熟,最早的应用技术始于上世纪90年代相对而言技术比较成熟[3]。并且通讯网络为公网的GSM短信、CDMA、GPRS无线网络数据传输等多种数据通信服务方式,覆盖面广泛信号质量较好,由于使用国内的北斗星系统相对产生的费用较低。
该系统中仍存在有不足,如:第一,其被动式的信息传输方式,不能保证其在第一时间发现航标的状态异常。第二,该系统只是在发现航标状态异常时进行提示,尤其在航标被过往船只擦碰甚至撞沉的现象中,不能变被动报告为主动预防。而AIS系统却弥补这一不足。
1 基于AIS的航标管理系统
AIS系统主要通过海上移动通信频带上的两个专用免费VHF频率。由于该频道属于专网通信,不受公网的影响,节约成本,更保证了通信的质量,AIS采用时分多址技术(TDMA)和两个并行的VHF信道,将每一分钟时间分成2250个等长时间段用于数据传输,因此同一基站覆盖范围内能够同时容纳信息量足够船舶与航标共同使用量的要求[4]。此外中国做为SOLAS公约的缔约国,为履行国际义务和保证在我国海域航行的中外船舶的航行安全,我国的ASI基站建设已经基本覆盖了沿海海域的全部范围,完全满足了航标管理所需求的覆盖面,且AIS系统可以对航标在船舶引起的碰撞破损事件中起到自我保护的作用。
2 AIS航标系统能够的主要参数
2.1 航标AIS基站的信号覆盖范围
根据地球曲率效应,当传播路径为水面时,可将地面作为光滑球面处理,则按传播距离将地面划分为3个区域:干涉区、绕射区、散射区。当视距为r�0时,干涉区一般距离发射点为(0.6一0.8)的r�0范围内,在干涉区内,水面上无障碍物时,船舶在航行的时候场强的瞬时值变化不大[3]。绕射区一般为视距所对应的接收区的天线所在点左右的(0.2~0.4)r�0的范围以内。
r�0=2.5(h�1+h�2)(n mile)(1)
h�1、h�2为散射区发射台与接收台天线高度(单位m)。绕射区以外的部分由于电波的绕射作用,在视距以外的一定范围,可得到较好的通信效果。这一范围的大小,与发射功率、接受机灵敏度、天线增益,特别是岸站天线高度有关。当航标的天线高度取为4米时,如下表所示,作用距离是不同的。
2.2 航标AIS系统以3分钟为发射信号的时间间隔为例分析AIS系统在航标避碰的应用
由于船舶接受到AIS信号分为以下几种情况:
1)最好情况:当船舶刚好到达AIS信号的辐射范围上时接收到AIS航标信号时如图1所示:
该情况下:船舶距离航标距离 DISTANCE等于航标AIS的辐射范围 Range
2)最坏情况:当船舶刚刚到达AIS信号辐射范围时,AIS信号刚刚发送完毕,船舶未接收到AIS信号,只有当船舶向内行驶直到下一个AIS信号发射间隔时,接收到AIS信号,如图2所示:
该情况下:船舶距离航标距离 DISTANCE等于航标AIS的辐射范围 Range减去船舶在该AIS信号发射间隔中行驶的距离 Distance(Distance=V(船舶速度)×T(AIS信号发射间隔))。
下面我们以现代商船公司的HYUNDAI GLORY为例在最坏情况下的避碰分析:
HYUNDAI GLORY的基本情况如下:船长294M,船舶高度32M,设计航速25节,最大载重吨50000吨。
根据AIS天线的作用距离公示我们可以得知,针对该船全速前进的前提下,我们选取天线高度为20M,则航标AIS的作用范围至少应在16.15海里范围,其在最坏情况下距离航标距离:
DISTANCE=Range-Distance=16.15-25×3/60 =14.9(海里)
根据船舶运动智能控制理论及H�∞鲁棒控制理论中我们可以得到如下结论:载重在50000吨级的船舶在全速行驶前提下,全速制动倒车至完全停船的停船冲程为该船长的8-10倍。
则该船的停船冲程为Length =294×10=2940米,我们取2海里。
则从第一次接收到航标AIS信号到在航标前完全停止下来的距离为:
DISTANCE-Length =14.9-2=12.9海里
其间可以接收到航标AIS信号提示的次数为:
N=(12.9/25)×60/3=10次
即在从第一次接收到航标AIS信号到在航标前完全停止下来的距离,其间可以接收到航标AIS信号提示10次。
当然在正常情况下船舶完全不必要完全制动停止,只需要转舵即可避免发生碰撞,而以上全部设定在最糟糕情况前提下,以期提高其准确性。
同时,根据国际海事组织要求,2008年7月1日之前,所有大于300总吨的船舶,必须安装AIS自动识别系统。即代表这些船舶都将具有针对同样装有AIS系统的航标的识别避碰提醒。
3 总结
目前,AIS的功能越来越完善,越来越多地被安装到船舶上使用,这为开发AIS航标以及航标AIS得以广泛应用提供了良好的设备基础。同时,AIS能够即时采集到广泛准确的航标静、动态信息,可以保障船舶和监控中心获得信息的可靠性。相信AIS的数字航标有着十分广阔的前景。
参考文献
[1] 王英志.航标学[M].大连:大连海事大学出版社,1997:31-55.
[2] 贾欣乐,张显库.船舶运动智能控制与H�∞鲁棒控制[M].大连:大连海事大学出版社,2001:179.
[3] 王如政.航标遥测遥控系统关键技术的研究[D].大连:大连海事大学,2007:21-55.
[4] 王 建.基于AIS的航标无线监控系统的应用研究[D].大连:大连海事大学,2006:12-35.
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