基于智能手机的虚拟AIS系统设计

◎ 隋永举 李辉 交通运输部南海航海保障中心

基于智能手机的虚拟AIS系统设计

◎ 隋永举 李辉 交通运输部南海航海保障中心

船舶自动识别系统(AIS)经过十几年的运行，海上及内河船舶碰撞事故发生的次数与频率明显下降。但大量沿海及内河小马力和无动力船舶并不在强制安装要求范围内，这些船舶没有基本的通讯设施，碰撞事故等安全生产问题尤为突出，导致相关管理混乱无序。本文结合以上实际情况，依托当前互联网和智能手机为载体，设计出虚拟AIS系统，以解决当前小型船舶监控管理问题，作为现有AIS系统一个很好的补充。

AIS 智能手机 APP 互联网

1.设计背景

随着船舶自动识别系统(AIS)设备终端的日益普及，AIS进入规模效应阶段。大量AIS终端设备的装船使用,使船舶的航行安全和营运效率大大提高，海上及内河船舶碰撞事故发生的次数与频率明显下降。但随着内河中小船舶和沿海渔船B级AIS的安装，其问题也逐渐显现出来：

①安装使用一段时间后，故障多，维护难度高；

②MMSI及静态信息任意设置篡改；

③小型船舶船台同时启动，有导致AIS系统瘫痪风险；

同时对小于300总吨的沿海船舶和小于100总吨的内河船舶，国际海事组织(IMO)及中国海事局未作出强制安装规定,大量沿海及内河小马力和无动力船舶由于受船舶电源、安装环境等诸多条件的制约，至今未能配备有效的安全设备，存在较大的安全隐患。因此，如何解决小型船舶安全生产问题，成为各级地方政府亟待解决的难题。

针对以上小型船舶存在安全生产问题的实际状况，结合当前“互联网+”技术方向，笔者率先设计一套“虚拟AIS系统”，通过手机APP实现AIS导航避碰功能，从而革命性的改变当前小型渔船监管乏力和避碰手段落后的现状。

2.虚拟AIS系统架构

基于当前普及使用的智能手机的虚拟AIS系统，即应用AIS和信息网络进行技术融合，通过装载在智能手机上APP的应用方式，更为系统地实现AIS防碰撞功能和其它应用目的，并遵循国际相关技术规范和要求，具有较强的可操作性。

虚拟AIS系统主要由AIS转发站、智能手机+APP、数据交换系统、AIS监控平台等组成。

图1　 虚拟AIS系统设计结构图

2.1AIS转发站

AIS转发站是通讯与网络数据采集的必备设施，通过AIS数据实时接收和转发，实现实体AIS和虚拟AIS之间无线数据融合。

AIS转发站主要功能是接收实体AIS的数据，并通过有线无线网络发送给数据交换系统；同时数据交换系统将虚拟AIS转换的数据传送给转发站，转发站再通过VHF频道广播发送给周围船舶。

AIS转发站可以与海事AIS基站区别开来，各自发挥自己的优势。既可以从海事局AIS基站容量不足的困境中解脱出来，又可以扩大AIS转发站覆盖范围，实现大、小船舶互通AIS信息，有效预防商船和小船、小船和小船之间的碰撞，更好地保障小船生产安全，减少生命与财产损失。

2.2数据交换系统

数据交换系统主要现实传统AIS和手机互联网数据之间的格式交换与数据融合。同时对所有船舶动静态数据进行日志管理及后期大数据分析与处理，已实现轨迹回放和事故定责等功能。主要数据流程如下：

大船AIS终端->数据交换系统->小船APP

小船APP->数据交换系统->大船AIS终端

小船APP->数据交换系统->小船APP

2.3智能手机及APP

智能手机及安装于手机内的APP程序，是虚拟AIS实施重要终端载体，负责将手机虚拟成AIS设备。

2.4AIS监控平台

AIS综合监控平台显示包括大船AIS终端和小船虚拟APP的各类AIS目标。

图2　 智能手机及虚拟AIS App示意图

图3　 AIS监控平台示意图

3.虚拟AIS技术优势

虚拟AIS系统主要适用于适合B级AIS规范内的小型船舶。除具备标准B级AIS设备终端的全部功能外，虚拟AIS还可扩展出如一键报警、信息推送、一键搜救中心通话等手机本身具备的附加增值功能。

虚拟AIS在无网络信号情况下可以对未发出去的信息进行缓存，待网络信号通畅时，再次补发，转发站对补发数据并不转发。从而保证监控平台对虚拟AIS目标历史航迹回放的完整性，这一点是AIS-B无法做到的。

传统B级AIS由于发射功率小、天线安装低，特别是岸上基站分布少，所以监控范围很小，效果较差。虚拟AIS目标的监控，主要依赖于公网3G/4G网络，沿岸有成千上百的基站，完全是无缝覆盖，尤其是山区，因基站高，覆盖范围20海里左右，远远超过B级AIS。且小型船舶受船舶动力及油量限制，通常作业范围为离线10海里以内, 虚拟AIS完全能满足需要。

虚拟AIS需要使用移动运营商的网络数据流量，上行每条约70个Byte，30秒上报一条，全天24小时流量约为240KB；下行按100条船每10秒刷新一次，每次更新数据压缩后约为1.2KB，全天24小时流量约为10M。每月流量费约为10元。

相比于传统的B级AIS，虚拟AIS管理可以更严格。因虚拟AIS捆绑手机机器码，并需要通过实名制注册以后才能启用，船员不能随意更改认证信息。并可以依靠大数据分析能力，规范和监控虚拟AIS的使用，一旦发生冒用，换用等情况的，很容易发现或事后追查。

4.结束语

虚拟AIS概念是美国最先提出的，全球范围内的正式投入应用的尚无先例。

RTCM（国际海洋无线电导航技术委员会）已经于今年初成立了一个技术标准工作组（SC-139）,启动虚拟AIS技术标准的规划和制定工作。

基于智能手机的虚拟AIS系统融合互联网技术、3G/4G通信技术、AIS技术、GIS技术，具有较强的创新性。我国水域航道资源丰富，且江海结合地区存在大型船舶和小马力甚至无动力船舶交错航行的情况。虚拟AIS的广泛应用推广，将会给复杂水域船舶安全航行提供技术保障。此外，AIS转发站建成后还可将功能进行拓展应用，甚至延伸服务于边防、气象等公共管理部门，具备良好的社会效益。

[1]史健.AIS系统的构成及信息处理[J]中国水运（下半月），2010,10（10）：91-92.

[2]赵金秋.基于无线局域网的船舶自动识别系统数据通信研究与设计.[D].哈尔滨工程大学学报，2007.

[3]周毅.AIS信息解码和显示.[J]航海技术2006(02).

[4]索永峰，杨神化，陈国权，林文锦.基于AIS航海模拟器目标船服务器的设计与实现.[J]中国航海,2014,37(1).