浅析AIS 在船舶防碰撞系统中的应用

2019-02-13刘洪磊米映霖

数字通信世界 2019年5期

刘洪磊，米映霖

（1.中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300452；2.中海油能源发展股份有限公司采办共享中心，天津 300452）

AIS 是能够提高船舶海上航行安全的重要技术，自2002年7月全球开始实施应用AIS 系统以后，我国的船舶防碰撞系统研究与实践应用就已经全面展开。作为一种实现船舶防碰撞自动化、有效规避船舶海上事故的高新技术，时至今日它依然是全球航海技术研究发展的前沿课题。

1 AIS 系统的基本概念与船舶防碰撞系统应用原理

1.1 AIS 系统的基本概念

AIS 是一种以广播应答器为核心系统、拥有VHF 波段的船舶安全运行设备，它可面向海岸上船舶管理部门即时发送信息，专门提供船舶航行的具体位置、船位、相对距离、航速、航线、航向以及转向速度等等重要指标。同时，AIS 可获取本船体周围大约20海里范围内的所有目标船信息，为船舶合理防碰撞提供有利科学依据。从对AIS 系统的通信系统功能应用研究来看，它拥有可媲美雷达一般的可视范围，但是目前它还缺少针对船舶碰撞危险判断的重要信息传达及反馈功能，同时这也导致它在船舶防碰撞决策信息提供方面表现薄弱。因此为了提高AIS 系统的功能性与应用安全可靠性，还需要对其进行系统功能表现进行系统深度分析。

1.2 船舶防碰撞系统的基本应用原理

AIS 系统虽然有相当强大的周围船舶信息识别功能，但在船舶防碰撞判断与防碰撞决策系统能力方面却表现薄弱，因此还需要为船舶设计一套船舶防碰撞系统。一套完整的船舶防碰撞系统应该包括传感器部分，专门感应本船以及目标船的基本信息数据；防碰撞计算机系统，用于分析、判断和确定船舶的防碰撞方案。船舶防碰撞计算机系统拥有专门的输入输出接口，主要用于存储本船的所有目标信息与电子海图信息，它其中囊括了大数据数据库技术与防碰撞智能软件技术两项关键技术；操船机构系统，它专门实施各种船舶防碰撞方案，所以它拥有智能舵、自适应舵以及计算机；最后就是船舶本体，它属于被控对象部分。

目前的船舶防碰撞系统中还配备有雷达标绘仪、计程仪和陀螺罗经。其中雷达主要用于获取目标船和本船的相对位置信息，计程仪以及陀螺罗经主要用于获取本船航向及航速等重要指标信息，这些数据信息都将成为船舶防碰撞系统的最宝贵原始数据信息。

虽然船舶防碰撞系统内部软硬件配备相当完善，但客观讲在经过大量的实践操作应用后发现它还是存在一定问题。比如说它的传感器不够灵敏，存在一定的传感功能应用局限性。举例来说，像针对某些隐藏于暴雨、海浪以及阴影中的盲区目标系统并不能作出准确判断，甚至无法探测到目标船的存在。这说明它的滤波平滑处理技术应用上存在明显问题，常常会滤波问题而出现遗漏、错误判断、丢失目标的现象，同时它的智能防碰撞软件在功能扩展与完善方面也不够到位，这让传播防碰撞系统技术应用与发展陷入困顿。

2 AIS 应用于船舶防碰撞系统中的技术分析

AIS 系统中拥有GPS 全球导航定位系统接收机、GPS 差分GPS 接收机、同步世界时UTC、计程仪以及陀螺罗经等等设备。将它融入到船舶防碰撞系统中主要是希望发挥它的信息传播功能，替代原防碰撞系统中的传感器作用，同时强化系统的传感功能、通信功能与目标识别功能。

2.1 AIS 识别与传感功能在船舶防碰撞系统中的技术应用

一般来说，船舶防碰撞系统需要甄别的防碰撞信息主要包括了目标船与本船的最近会遇距离、目标船到达最近会遇距离点的时间以及其它防碰撞参数等等。此时可采用AIS 系统的自动标绘功能，为本船和目标船同时提供碰撞参数，该碰撞参数的传播完全不受到海上气象与海况等客观因素影响，它相比于船舶防碰撞系统所固有的传感器在标绘方面表现更精确，也可实时安全完成信息识别与通讯。在运用AIS 系统过程中，一定要对两船的安全会遇距离进行量化处理，同时分析计算其它防碰撞信息所提供的量化基础，然后对本船的船长、目标船位置的滤波结果方差进行计算，最后得出安全会遇距离的最小值，结合这一最小值就可做到与目标船之间的安全防碰撞，其计算公式应该如下：

SDAm=（L0+LT）+（2xP）+（L0xπ/135+LTxπ/45）

如果通过AIS 判断分析得出目标船的位置滤波结果方差P为100m，那么也就表明本船与目标船的长度均为100m，此时结合上述算式代入数据，可计算出船舶的安全会遇距离最小值SDAm。

2.2 AIS 通信功能在船舶防碰撞系统中的技术应用

AIS 系统所提供的通信功能很强，它能够发送或接收来自于本船或目标船的所有操船意图。在实际的船舶航海过程中，需要利用AIS 了解双方船舶重要基础信息内容，就有效提升本船与目标船的相互“交流沟通”情况。通常情况，AIS 是通过它的VHF频段天线实现通信的。它首先可以面向目标船发送本船避让意图，然后配合防碰撞系统提出决策，再利用AIS 所分析得出的AIS 避让参数、避让幅度以及避让时机做到与目标船之间的合理避让，保证船舶之间相互安全。