浅析AIS在船舶航行及避碰中的应用

2022-11-25赵林娟王俊荣井彦达

科学与信息化 2022年11期

赵林娟王俊荣井彦达

中海油信息科技有限公司天津分公司天津 300452

引言

虽然近年来我国的航海业发展较快，但是由于航海过程中的干扰因素较多，我国船舶在航海中出现碰撞事故的情况还是偶有发生，给国家和人民的生命安全造成了很大伤害，经济财产也造成了很大损失。所以，为充分发挥出船舶避碰的作用，保护国家和人民的生命财产安全。我国加快了对船舶自动化系统的完善工作，AIS技术、监测报警、海图信息数字化技术得到了进一步开发和迭代。让船舶可以通过自动化系统进行自动避碰，提高航海的安全性，保障经济贸易安全。

1 AIS基础知识

1.1 AIS（自动识别系统）概念

AIS（自动识别系统）是一种高频无线电数字通信技术，在全球导航卫星系统的支持下得到广泛应用。其主要功能是监测船舶的静态和动态信息，并将检测到的信息进行接收和转发。此外，还可自动接收、发送航次信息，并进行安全提示。

1.2 船载AIS信息

船载AIS的主要功能是，帮助船舶观测到更加全面的物标信息和状况，有效降低了船舶碰撞次数[1]。当船舶停靠时，可以通过AIS向交管中心发送名称、呼号、MMSI、IMO编号、天线位置等静态信息；当船舶在航行状态下，AIS可以对船位、对地航速和对地航行、船首向、航行状态等进行监测并自动发送信息，AIS还可以监测到危险品货物类型、目的港及ETA、航线信息等动态信息。船舶驾驶员可以在AIS的帮助下接收和发送航行警告、天气预报、靠地海底管线等安全提示信息。

1.3 AIS船载设备的基本构成

各种类型的传感器是AIS船载系统的重要组成部分。陀螺罗经、计程仪、GPS等都是系统内常见的传感器。每种设备都有各自明确的分工，陀螺罗经负责完成AIS由船艏向船首发出信息的任务；计程仪和全球导航卫星系统需要完成的任务是AIS对速度的监测，为AIS监测船舶对地速度；GPS需要完成的任务主要是针对船舶进行定位，为AIS确定船舶的具体位置；其他传感器的任务是为AIS提供时刻变化的船舶参数。AIS将接收到的以上信息，发送到雷达和ECDIS等设备上。

2 AIS在船舶航行及避碰中的应用

下面通过分析船舶中使用的“FA-150”的特点和应用情况来讲解AIS在实际航行中发挥的作用。

2.1 FA-150的基本特点

由组合天线和转发器构成的“FA-150”有以下优势。

一是“FA-150”对安装位置要求不高。只要满足一定条件，在船舶罗经甲板上的任何地方，都可以进行安装。

二是“FA-150”的安装程序较为便捷，且这种设计符合国际海事公约（IMO）对A类船舶装备的要求。

三是“FA-150”的使用让船舶的预警能力不断提高。在实际航行中，如有发现其他船只进入我船的预告警戒区，船舶就会发出警报以此提醒驾驶员，这个任务就是依靠“FA-150”的警报功能完成的。

四是“FA-150”内置的自动诊断功能实效性较强。它的使用可以全面提高并维护好系统数据的准确性。

五是“FA-150”在设计上具有很多接口，便于故障维修和外来设备的接入。

2.2 AIS在实际应用中的优势

2.2.1 AIS报告目标的应用。雷达的观测会受到角度和环境的限制，如果船舶在多岛礁水域、遮蔽物较多的水域，以及航道的弯头航行时，雷达都无法观测到物标的真实情况。由于雷达只能探测到，可以反射雷达波的物体；而对于不能反射雷达波的物体，雷达是无法探测到的。所以大型岛屿和复杂的海岸地形，会由于无法反射雷达波或者被地形回波遮挡，导致雷达无法探测到环境的实际情况。而AIS的使用可有效解决雷达的以上问题。因为在绕射障碍物方面，AIS的能力更强。而且由于AIS不具备自主探测的配置，可以不去考虑岛屿等地形的观测。

此外，天气状况也会对雷达的探测造成影响。如果驾驶员为降低雨雪等降雨杂波的干扰去使用FTC，就会削弱雷达回波。一旦控制不好，例如FTC调节幅度过大、雷达使用不正确等操作，都会造成小物标数据的缺失。

2.2.2 AIS在船舶避碰中的应用。驾驶员会使用VHF呼叫系统与其他船提前进行沟通，避免在船舶密集海域，或者航道交汇地等危险易发生碰撞的水域发生两船相撞事故。在安装有AIS的船舶上，如果接收到其他船的呼叫，AIS会先将他船的位置进行确定。船舶会根据AIS确定的静态信息和他船的船名呼号、具体位置、与我船的距离等信息，判断出他船与我船相遇的可能性，为提前做好避开两船相遇的应急措施，争取宝贵时间。

同时，AIS还具备比雷达更强的探测能力，可以发现15～30n mile范围内的目标，比雷达探测的距离高出很多。可以帮助驾驶员了解更远距离的船舶情况，判断其他船只与我船有会遇的可能性，以及是否需要采取行动以避开会遇场面。给驾驶员留出更多的思考判断时间，可以提前做出判断并采取必要行动，躲避碰撞，提高航行的安全性。

2.2.3 AIS在交通管理系统中的应用。为适应航运业快速发展的要求，世界上各个港口的交管中心基本都已建立了VTS，而VTS在船舶交通管理中的作用越来越明显[2]。AIS取代了VTS，改进了VTS需要通过VHF信道与船舶联系，才能取得船舶信息的劣势；改进了先用雷达识别信息，再通过人工输入后，才能去对船舶进行管理的落后方式。对于船舶量不大的情况VTS还可应付，但若在船舶吞吐量较大的港口，VTS的功能和工作方式已无法胜任船舶的调度管理任务。AIS的投入使用，提高了交管中心的效率，保证了交管中心可及时获得船舶的信息，能够对船舶进行有效管理，进一步保障了船舶的航行安全。

2.2.4 AIS的特点及优势。

2.2.4.1 虽然AIS在进行工作时，要求对方船舶也要安装同样的AIS设备，而且只有在对方船舶AIS也在工作状态时，才能探测到目标的情况。但是由于雷达探测物标的工作原理，是只能探测到可以反射雷达波的物体。使得雷达在夜间或者有乌云遮挡等条件不好的天气环境下，屏幕上会出现大块的回波，造成雷达判断失误，将低云的回波认定为是船舶运动数据。且雷达有可能无法探测到被低云回波遮蔽的船舶物标，从而出现数据信息失误。而以上这些问题，则不会出现在AIS系统中。AIS报告目标受到天气的影响较小，复杂的海洋状况也不会影响到AIS的功能，因此AIS可以准确判断是否有船舶被低云回波遮蔽。

2.2.4.2 AIS电波一般不会受到障碍物和地形地貌的影响，因为和雷达相比，AIS具备更强的绕射能力，所以AIS可以应用于很多特殊的区域，例如弯曲河道、岛屿的背面等情况，都可使用AIS进行探测。与AIS相比，雷达波由于绕射能力弱会较多地受到障碍物遮挡的影响，所以在复杂水域航行时，只有利用AIS对物标进行探测才能保证探测数据信息的准确，帮助驾驶员做出正确的判断。

2.2.4.3 AIS的应用，可以综合处理卫星定位、信息处理、计算机网络技术等多项任务，多应用于港口监控和VTS中心。以帮助港口更好地处理AIS通信数据信息，并快速地获得船舶的货物信息和其他相关信息。让交管中心能够随时掌握船舶的动态信息，帮助港口对船舶进行更为安全、有效的管理。

3 关于AIS的认识

3.1 AIS在应用中存在的不足和注意事项

AIS的问题主要是在对信息的获取上，由于AIS需要我方船只和对方船只都配备AIS系统，并且需要双方都处于工作状态，才能取得对方船舶的信息。如遇到对方船只未配备AIS或者遇到AIS处于关机的状态，AIS就无法发挥作用。既无法得到对方船的数据信息，又无法对遇到的情况进行预判并采取有效行动。因为国际海上避碰规则第七条第三款规定：不应当根据不充分的资料，特别是不充分的雷达观测资料做出推断。所以通过AIS得到的信息由于不十分准确会被定为“不充分的资料”，导致驾驶员无法通过AIS来判断当前的实际情况。

AIS的功能和优势得到认可，但是在实际应用中也存在着一些不足[3]：

3.1.1 由于AIS不具备自主探测的能力，也无法对岛屿和岸线进行探测，会造成驾驶员无法观测到船舶物标回波。但在来往船只较多的海峡或者处在多岛屿的区域，可操纵水域是船舶避碰的前提，只有在离岸距离足够安全的前提下去进行避碰才能保证船只安全不搁浅。

3.1.2 AIS对地速度和对地航向数据的获取，是通过地理坐标WGS-84来完成的，所以环境因素会影响到船舶在实际航行时进行避碰。需要依靠对水速度和船首向的数据来做出避碰的判断。所以AIS需与雷达等系统配合，才能适应现代航海的需求，进而有效进行船舶避碰。

3.1.3 AIS设备有A、B之分，在应用时也会有所区别。小型船舶一般多使用B类AIS设备，常用于渔船等船只。B类AIS设备由于发射功能弱，传达信息和更新信息的时间都会比雷达时间还要长。所以，B类AIS设备在安全上还不能有很大保障，无法解决渔船出现速度突变或者突然大幅度转弯等事件。而且在渔船停车漂航情况下或者受到流速的影响时，AIS会发生信息不稳或者报警失误的情况，都会影响驾驶员进行合理判断。

3.1.4 AIS无法解决突发问题[3]。如果船只遇到海盗，或者出现海盗通过操纵AIS信息让驾驶员将海盗船认定为普通商船或是遇难船，从而做出了错误的行动，进而让海盗控制船舶的情况，会给船舶造成生命财产的损失。国际海上避碰规则第五条规定：每一船舶在任何时候应用视觉、听觉以及适合当时环境和情况的一切可用的手段保持正规的瞭望，以便对局面和碰撞危险做出充分的估计。按照此规则，驾驶员不能仅依靠AIS就去做出判断，要严格按照避碰规则要求合理使用AIS，并对其他船只是否安装AIS或者是否处于开机状态有一个清醒的认识。不能轻易采取行动，避免对航行安全产生不利的后果。

3.2 解决的方法

如何解决AIS在实际应用中的不足和出现的问题，我认为可以从以下几个方面去分析和解决：

3.2.1 AIS与雷达APRA综合运用。实际航行中会综合使用到雷达和AIS来得到目标信息，在航行遇到他船时，可以先通过AIS来对他船的类型和航行状态有一个初步了解。然后通过VHF与他船进行沟通，判断是否可以进行各自避碰。再利用雷达跟踪目标信息。最后利用AIS报告的目标信息进行判断是否需要避碰。这样做出的避碰行动综合运用了AIS和雷达会让避碰效果更好，保证航行安全减少事故发生。

3.2.2 AIS与ECDIS综合运用。为满足航运事业发展的需要，电子海图显示与信息系统（ECDIS）也被大量的船舶安装使用，成为舶助航仪器之一。ECDIS可以综合显示航标、海岸线和水深等的数据信息，会比雷达探测到的岸线回波更直观，可以为驾驶员提供更加准确的航行信息，从而提高船舶的综合操控能力。