福建北部沿海岸基AIS信号 覆盖问题探讨

施剑群 柯幼登 陆回

摘  要：沿海AIS基站经四期完善性建设，信号覆盖面基本实现链性连续覆盖，但受沿海地形、建（构）筑物、磁场等因素干扰，存在部分水域AIS信号受干扰严重，甚至无法覆盖。本文以福建北部沿海为例，提出AIS基站信号盲区的技术测试方法，开展AIS信号覆盖问题解决的探讨，以期抛砖引玉为沿海岸基AIS信号的全覆盖提供参考。

关键词：沿海;AIS信号;覆盖

0 引 言

沿海岸基AIS系统为保障船舶航行安全发挥着作用，随着港口建设的大力发展，港区分布延伸，船舶大型化和交通流大幅上升，海洋资源开发迅速发展，致使AIS信号覆盖的全面性问题愈发凸显。福建北部沿海作为我国东部沿海的重要链环，分布着福州港及湄洲湾港的北部港区。该海域地处台湾海峡北口，距离台湾岛最近仅68 n mile，通航环境复杂、船舶交通流量大。海域AIS系统运行至今，随着社会经济的发展，船舶数量增加，无线电的影响，仍然存在部分水域有盲区，无法接收到AIS信号，影响着整个辖区水域AIS信号稳定性。

1 福建北部沿海AIS岸基系统概述

海域内的岸基AIS系统经过2005年东海一期、2007年东海二期，2010年东海三期补点、2012年基站补点项目的建设，目前共设置了17座AIS基站、1个辖区管理中心，各基站间信号连续覆盖，保障整个海域的AIS信号覆盖，为各港区及沿海船舶航行和海上活动提供AIS信息服务支持。

AIS岸基系统由硬件和软件两部分组成如图1所示。硬件部分主要是基站控制器、VHF天馈系统、GPS天饋系统、服务器、网络设备等，实现岸基和船舶的AIS数据接收与发送。

软件部分主要有基站服务、访问服务、管理服务、数据库服务、日记服务等，实现对基站的管理，所接收的AIS数据处理、AIS数据的存储和备份及为AIS应用系统提供AIS信息。

2 海域AIS信号覆盖问题及原因分析

2.1  海域AIS信号存在的问题

海域AIS信号的覆盖情况用户最有发言权，根据海事、港口、引航及船舶等用户的反馈，综合辖区AIS航标维护管理情况，福建北部沿海AIS信号覆盖性问题比较突出的主要集中在沙埕港区、松下港区及外海，以及平潭港区的东部和南部，如图2所示。主要表现形式为部分港区内水域存在信号覆盖盲区，港区往外延伸稍远的外海存在信号较差、不稳定等现场。根据统计三个水域内的船舶AIS信号在目前岸基系统中无法被接收到或丢失率超过70%。

2.2 原因分析

2.2.1  从基站本身来看，福建北部沿海共建设岸基AIS基站17座，基站的选点主要以船舶交通流为依据，集中在附近的港区及进港航道或航路区域。AIS岸基系统的基站主要是架设在沿海灯塔、通信塔或岛屿上。它的主要功能与海上船舶进行相互通信，因此若覆盖范围小且信号强度弱，就会产生信号通信盲区，对船舶的接收、管理、安全不利。

理论的覆盖范围计算公式如下：

· R：覆盖范围的半径

· H（岸基）： 岸基天线的高度

· h（船台）： 船台天线的高度

故此会出现重点水域可能有多个基站的信号覆盖，外海及非港口水域，可能仅单基站信号覆盖，距离较远者，如外海的风电场，甚至存在信号强度较弱或覆盖不到的问题。

2.2.2  从基站工作负载来看，近几年的系统维护数据显示，随着福州港口经济的发展，水域的船舶交通流量逐年递增，对基站信道负荷加大，但是AIS系统项目建设至今，大批基站收发机也使用10余年，设备性能逐渐降低，接收机灵敏度减弱，天线增益小，导致基站覆盖范围缩小。

作为沿海捕鱼业发达的省份，福建沿海有规模相比货船更大的渔船，这些渔船绝大多数是配备Class B类型的船台，因规定总吨300以下可安装Class B类型船台，设备功率为2 W，且天线架设偏低，覆盖范围小，可能造成通信不易被接收。

2.2.3  从AIS信号的传输方式来看，AIS信号通过VHF传输，其天线高度和地形环境的影响较大。部分基站建设在港口核心水域附近，甚至城市内河附近，用来覆盖内河水域船舶。随着沿海港口城市发展，从宁德、福州、平潭直至莆田，临海临江附近大型桥梁、超高楼群鳞次栉比，远高于基站VHF天线的高度，VHF信号传输因障碍物受到严重的遮挡及发射，使基站覆盖范围大大减小，视距传输不好，通信信号断断续续，形成覆盖盲区。

2.2.4  从通信场来看，岸基与船舶、船舶之间是通过无线电VHF通信，主要作用就是保障船舶海上航行安全和保证生命的安全，使得各项海上业务顺利进行，保持船岸及船舶之间的正常通信。但随着城市的经济发展，社会的需要，建造大量工业园区、高压输电线路、综合大型医院和其他设施，高背景噪声和电磁环境的严重干扰，使得VHF收发信道通信受到影响，导致AIS通信盲区的产生，造成岸基与船舶，或者船舶之间的通信数据丢失。此外，福建沿海还存在部分地理因素的磁场异常区，导致AIS信号不稳定或无法利用。

3 AIS信号的测试与数据分析方法

3.1 测试机分析方法

携带车载AIS基站（MMSI码：004128888）设备至待测区域，选择合适的测试位置并架设基站VHF和GPS天线，在配置基站正常情况下，10 s一次发射基站MSG4报文，发射功率设置为低功率2 W，用软件保存30 min测试基站接收到的所有报文，准确记录测试时间。

3.2 后期数据分析方法

（1）用数据检索工具，对保存的测试报文进行检索，检索条件设置为测试站点附近船舶的MMSI码，记录对应MMSI码的位置报文数量;用数据检索工具，对AIS岸基系统数据库进行检索，分别检索对应测试时间段内测试基站和周边船舶MMSI的所有报文，记录对应MMSI码的位置报文数量;对比分析相同MMSI码的船舶报文在测试基站和岸基系统中分别被接收数量，判断目前岸基系统在该区域覆盖情况，两者相差10%以内良好，10%～30%为一般，30%以上差。

（2）用海图软件回放测试报文，观察待测区域的AIS船舶数量;通过AIS岸基系统数据库，检索对应测试时间段待测区域内的所有AIS报文（系统报文），同样用海图软件进行回放，观察待测区域的AIS船舶的数量;对比两者的接收目标数量。

4  信号的测试及数据比对分析

根据实际应用情况问题反馈，结合AIS应用软件平台数据分析，AIS岸基系统实时及历史數据检索回放分析，我们确定组织针对以下三个水域开展AIS信号的现场测试。

4.1 沙埕内港水域

4.1.1 测试点的选择

针对沙埕港区纵深较深，进港航道弯曲，两侧山体沿江蔓延等特点，结合用户反馈的港内无法收到AIS信号的问题，我们从距离和山体遮挡的要素考量，选择花眉岩和八尺门两个位置进行测试，如图3所示。测试位置点相关数据见表1。

4.1.2 测试数据分析

通过采集的表2数据及测试前后的电子海图上AIS信号覆盖对比图（见图4）比对，原AIS岸台基站系统覆盖在八尺门附近水域存在明显盲区，花眉岩附近水域的信号接收存在明显丢失，增加基站能明显改善水域AIS信号的传输和覆盖面。同时，对比花眉岩位置，八尺门附近增加必要性和利用价值性更高。

4.2 松下港区至闽江口水域

4.2.1 测试点的选择

针对松下港区进港航道口门以外AIS信号不稳定，其更外侧的外海风电场无AIS信号覆盖的问题，水域覆盖沿海内、中、外全部的航路，考虑信号覆盖的多重覆盖性和尽量外延性需求，我们选择在壶井附近进行测试（见图5），测试位置点相关数据见表3。

4.2.2 测试数据分析

通过采集的表4数据及测试前后的电子海图上AIS信号覆盖对比图（见图6）比对，数据及海图回放显示该待测区域内，原AIS岸台基站系统在壶井右侧、平潭北面信号覆盖存在较明显盲点和信号不稳定现象，在有壶井测试点信号覆盖后，该区域的信号接收能力明显增强。

4.3 平潭港区外侧水域

4.3.1 测试点的选择

针对平潭港区东部和南部AIS信号不稳定，兼顾沿海内、中、外全部的航路，AIS信号覆盖的需求，我们选择在北岚岭和猫石山附近进行测试（见图7），测试位置点相关数据见表5。

4.3.2 测试数据分析

通过采集的表6数据分析，相比于北岚岭，猫石山附近的AIS信号覆盖相对较好，北岚岭附近的信号较差，存在明显盲区。结合北岚岭测试点测试前后的电子海图上AIS信号覆盖对比图（见图8）比对，数据及海图回放显示该待测区域内，在平潭北岚岭附近增设基站，能有效增加该水域的AIS信号覆盖能力。

5 测试结论及应用建议

随着港口经济的迅猛发展，特别如福建这般具有得天独厚地理区域优势的沿海地区，在国家实施海洋战略、推进“海西”建设和做好对台关系的整体背景下，提升航海保障服务势在必行。AIS信号覆盖问题是需要优先解决的基础性问题。经过现场测试和后期数据的分析比对，能对用户反馈和管理发现问题予以充分的印证。测试过程中，同时为基站补点位置明确了方向，建议在3处地点附近开展AIS基站补点建设前期工作，以实现辖区AIS基站信号全覆盖的目标。并不断加强和优化海域内的AIS通讯支持服务。

参考文献

[1] 赵显房，房延军，王辰.内河船舶自动识别系统通信覆盖盲区技术解决方案研究[J].信息通信，2014（04）.

[2] 贺超峰.一种关于缩小陆上AIS基站监控盲区的方法研究[J].《中国水运》，2012（06）.

[3] 王杰，王爱民.北斗定位在解决中海油船舶AIS监控盲区中的应用[J].数字通信世界，2013（02）.