船舶自动识别系统（AIS）在10米快艇上的应用

2016-04-10阮林黄煌

广船科技 2016年4期

关键词：波特率自动识别快艇

阮林黄煌

（1.广船国际技术中心；2.广船国际公司办公室）

船舶自动识别系统（AIS）在10米快艇上的应用

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（1.广船国际技术中心；2.广船国际公司办公室）

本文通过对船舶自动识别系统AIS进行介绍，并对其在10米快艇上的应用进行了研究，为今后AIS在该类艇的应用提供参考。

AIS 多功能显示屏适应性改进

0 前言

我司引进的10米快艇，其通导设备中并没有配置船舶自动识别系统（AIS）。根据用户的要求，需在10米快艇上加装一套船舶自动识别系统。一般的船舶自动识别系统都自带有专用显示屏，该显示屏需要安装在10米快艇的驾控台仪表板位置。由于10米快艇的仪表板已没有多余空间能安装该显示屏，大大增加了设备布置的困难。因此，初步设想取消船舶自动识别系统的自带显示屏，这样既可以不用考虑其自带显示屏的安装，又可以降低购买设备的成本。10米快艇配置的多功能显示屏为进口设备，而需要加装的船舶自动识别系统为国产设备，两种不同设备的硬件接口是否匹配，采用的通讯协议是否一致，10米快艇的供电电源是否满足国产船舶自动识别系统的电源要求等，为此，针对船舶自动识别系统（AIS）在10米快艇上的应用展开研究。

1 船舶自动识别系统（AIS）

船舶自动识别系统通过本船与其它临近安装有AIS的船舶交换航行状态，接收其它船舶AIS所发送的信息，通过分析、过滤各类数据，预防与其它船舶碰撞，从而保障10米快艇在预知的环境下安全航行，达到提升安全等级的目的。系统使用甚高频广播方式来处理与周边地区的信息交换工作，诸如其它船舶、浮标及其它助航设施。AIS数据包括目标位置，航向和对地速度，允许预见特定目标的航向变化。AIS目标即使在浓雾或黑夜中同样持续可见，或即使目标隐藏在山后，海湾或是其它障碍物后也同样不受影响。

1.1 工作原理

设备主机进入工作状态后，射频模块切换到接收状态，通过VHF天线接收船舶发射的射频信号，然后将该射频信号进行二次变频，处理后输出两路差分I/Q信号送至信号处理模块。信号处理模块对两路差分I/Q信号完成解调、解码及解包处理后送至协议处理模块，协议处理模块提取有效数据后进行解析，使其符合协议标准，并通过数据接口输出到外部显示屏进行显示。

1.2 主要功能

⑴ 接收船舶的静态信息，包括船名、IMO呼号、船型、船长和船宽；

⑵ 接收船舶的动态信息，包括船舶目前位置（经纬度）、U T C时间、COG、SOG、航向、转向率、航行状态；

⑶ 接收船舶的航次相关信息，包括船舶吃水深度、载货物类型、目的地和预计到达时间等；

⑷ 只接收其它船舶的AIS信息，禁止发送10米快艇的AIS信息；

⑸ 将接收到的AIS信息通过接口输出到外部显示屏上显示。

1.3 主要参数

电源接口：AC220V

对外接口：2个串行数据口：一个RS232、一个RS422

1.4 系统组成

主要由主机、外部显示屏、VHF天线等组成。

其系统组成见图1。

图1 系统组成图

⑴ 主机

主机负责手工和自动输入信息的处理、收发信机的收发信息的编码、解码和校错、应答处理和控制等工作。

⑵ 外部显示屏

外部显示屏负责AIS的船舶信息数据的输入、系统状态显示和系统控制，以及船舶动态显示。为了获得良好的人机界面，一般采用PC机作为的输入控制和用户界面显示。外部显示屏通过标准的连接接口和主机单元连接。

2 多功能显示屏

多功能显示屏的主要功能就是通过接收GPS、雷达、AIS等设备输出的信息，并进行显示，同时向AIS输出定位信息。

其有两个备用数据接口，通信协议为通用NMEA 0183,可以满足外接两个设备。数据接口参数为：

端口1：输入和输出接口，4800或38400波特率

端口2：输入接口，4800或38400波特率

3 适应性改进

为了使AIS能够在10米快艇上得到应用，通过研究AIS和多功能显示屏的硬件接口和数据接口的通信协议等，采取了以下的改进措施：

3.1 AIS电源改进

由于1 0米快艇的系统供电电源为DC12V，并没有AC220 V的电源提供给AIS，所以取消原AIS电源AC/DC直流输入模块，把AIS供电电源设计为DC12 V，并设计了电源保护电路。

3.2 AIS硬件接口方面

取消原AIS自带的显示屏，通过AIS主机输出的RS422串口，把数据电缆连接至多功能显示屏的端口2。

3.3 AIS软件部分

⑴ 为了能够向多功能显示屏传输信息，通过重新设计AIS协议处理模块串口标准的NMEA0183通讯协议，使其满足多功能显示屏输入数据接口要求的通讯协议。

⑵ 通过修改AIS设计软件的设置，使AIS只能接受其他船舶的AIS信息，并禁止发送10米快艇的AIS信息。

⑶ 为了使传输波特率与多功能显示屏的数据接口匹配，将波特率由原来的115200改为38400。

3.3.1 通信约定

为了使多功能显示屏与AIS设备能够进行数据传输，因此进行了如下通信约定：

⑴ 采用RS-422串行接口；

⑵ 采用串行、单向通信工作方式；⑶ 通信波特率：38400 bit/s；

⑷ 字符码制为A S C I I码：起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验。

3.3.2 通信格式

目标信息输出符合NMEA0183、IEC61662、IEC61993等信息格式，具体如下：

!AIVDM，〈1〉，〈2〉，〈3〉，a，s…s，〈4〉*hh〈CR〉，〈LF〉

〈1〉需要传送信息语句总数，1到9；

〈2〉语句数，1到9；

〈3〉连续信息标识，0到9；

a，信道，A或B；

s…s，ITU-R M1371数据包；

〈4〉填充位数，0到5；

*hh 校验和

3.4 多功能显示屏端口设置

通过给多功能显示屏上电后，进入操作界面后，按如下步骤进行端口设置：设置→系统设置→NM E A配置→端口2→38400波特率。

3.5 系统组成

经过适应性改进后的AIS系统由多功能显示屏、VHF天线、AIS信息接收处理设备及配套电缆组成。

将接收到的AIS信息按照民用消息格式通过数据接口，输出到多功能显示屏进行显示。其系统组成框图见图2。

图2 系统组成框图

图3 安装示意图

3.6 AIS的安装

考虑到AIS信息接收处理设备本身并不具备防水性能，不能直接安装在露天的位置；同时考虑其安装位置不能离多功能显示屏太远，否则数据线过长，电缆损耗过大，易造成数据传输不稳定；因此，将其水平放置在驾驶台的空腔内，通过减震螺栓固定在艇的甲板上。

如果将其自带的VHF天线安装在驾驶台处，天线与AIS主机的连接电缆就可以比较短，但驾驶台所处的位置不高，天线信号的接收就没有安装在桅杆架上的信号强。因此，把VHF天线安装在桅杆架上，并尽可能远离雷达天线。采用可倒式天线支架，这样比较方便10米快艇通过较低的位置时，而不用放倒整个桅杆架。安装示意图见图3。