船舶自动识别系统（AIS）

船舶自动识别系统(Automatic Identification System，简称AIS）是一种新型的助航系统及设备。目前AIS已发展成通用自动识别系统 （UAIS）。

一、AIS的宗旨

    AIS的正确使用有助于加强海上生命安全、提高航行的安全性和效率，以及对海洋环境的保护。AIS的功能有：1、识别船只；2、协助追踪目标；3、简化信息交流；4、提供其它辅助信息以避免碰撞发生。AIS能加强了船舶间避免碰撞的措施，增强了ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，在电子海图上显示所有船舶可视化的航向、航线、船名等信息，改进了海事通信的功能，提供了一种与通过AIS识别的船舶进行语音和文本通信的方法，增强了船舶的全局意识，使航海界进人了数字时代。

二、研制AIS的起因和背景

    通过岸基雷达搜集目标信号的船舶港口交通管理系统被称为VTS，通过船基雷达搜集目标信号并显示自标的航向、航速以及能模拟避碰的雷达被称为ARPA避碰雷达。二十世纪七、八十年代，是VTS、ARPA雷达长足发展的黄金时期，几乎全球的所有的港口都安装了VTS，全部的远航船舶都安装了ARPA雷达。从1978年到1999年的21年间，我国就建造了20个不同规模、不同类型的VTS站（不包括台湾）。VTS、ARPA雷达比以前的同类产品的性能的确提高了一大步，一时被人们用”完美无缺”来形容。

    VTS中心的显示屏上可以看到通过岸基雷达接受到船舶的回波（目标），工作人员需要通过VHF直接询问、VHF通话加 VHF测向、VHF短消息等手段来获得该船的船名并对该目标进行标识。经标识过目标其标识会始终跟随船舶（目标）航行，直到船舶（目标）驶离VTS区域。为获得船名并在显示屏上确认其位置，VHF与船舶通话是相当平凡的。进人VTS中心机房，”正横某某灯浮的船舶船名是什么？””请报船名。””请行驶到报告线后再报船名。”等VHF通信叫喊声叫个不停，叫喊声已经成了VTS中心的一大特色，通过VHF确认船名和位置的工作花费了VTS中心中心人员的相当大的精力，对VTS的功能是一个削弱。

    随着航海事业的发展和人们航海通信导航仪器的要求提高，VTS和ARPA雷达无法直接标识目标的问题就突出了。

三、AIS需要解决的问题

    在VTS和ARPA雷达上直接标识目标（AIS）需要解决的问题有：高精度的定位手段、船舶全球唯一的编码MMSI码、自控时分多址联接（SOTDMA）的技术、电子海图等。这些技术难题已全部解决。

    高精度的定位手段及全球卫星定位系统（民用GPS）的定位已经可以保证优于10m的精度（实测可达3m精度）。符合了AIS的定位要求。船舶全球的唯一编码MMSI码又叫船舶识别号。每一艘船舶从开始建造到船舶使用结束解体，给予一个全球唯一的MMSI码。IMO于1987年就通过推广应用MMSI码的决议。 SOTDMA（自控时分多址联接）技术是通过数据打包链接的技术。AIS技术标准规定：每分钟划分为4500个时间段。每个时间段可发布一条不长于256比特的讯息，长于256比特的讯息需增加时间段。每条船舶会通过询问（自动）选择一个与他船不发生冲突的时间段和对应的时间段来发布本船的讯息。在统一的VHF的频道上，AIS范围内任何船舶都能自行互不干扰地发送报告和接受全部船舶（岸站）的报告，这就是SOTDMA的技术核心。AIS系统（在同一区域）能同时容纳200—300艘船舶，当系统超载的情况下，只有距离很远的目标才会被放弃，以保证作为AIS船对船运行主要对象的近距离目标的优先权。在实际操作中，系统的容量是不受限制的，可同时为很多船只提供服务。在实施SOTDMA中，需要2个AIS专用的VHF频道，已有有关组织向国际电联申请并获得批准。

     电子海图显示与信息系统 （ECDIS）是现代航海的一项新技术，它在保障航行安全和提高航行工作效率方面发挥着显著的作用。ECDIS不仅只是在计算机上显示电子海图，而是为驾驶员集成了各种相关航行信息的实时航行监控与显示系统。ECDIS能自动地实时计算本船与陆地、海图上的物标、目的地或潜在的危险物的相对位置，可以说将航海安全技术提升到了一个全新的高度。

四、AIS船舶报告的种类

    报告种类很多，主要有：船位报告、基地台报告、信道管理等十三种，报告的长度比特数（两进制的数字）从168比特到1192比特不等。

    船位报告中包含：信息识别码（6比特）；用户识别码（30比特，MMSI码）；航行状态（2比特，0=在航行中；1=锚泊；2=未受指令；3=灵活性受限制）；经度（28比特，1／10000度，±180度，东为+，西为-，最小单位≈0.1852米）；纬度（27比特，l／10000度，±90，北为+，南为-）等字段。总共用168比特表示。

五、船舶报报告频率

船位报告的频率为：

    船舶静态信息及与航程有关的信息，每6分钟更新一次或按要求（自动反应，无须用户操作）更新。

六、先于AIS系统的数字选呼性呼叫

    先于AIS系统的是数字选呼性呼叫（DSC），其基本方法是在VHF 70频道上以DSC方式自动发出询问信息，接收到询问的船只以同样的频道将本船的基本信息发送回询问方。DSC询问采用广播的方式，通过信息中的地址码判断询问的对象，被询问的船才会回应，其余船只不响应。该系统已经利用了数字式自动传输技术，并将船舶的位置信息与电子海图结合起来，对船位等已能显示。

  尽管DSC系统与原先的产品相比，优点非常突出，但是IMO还是认为过早地定标对科技发展不利，DSC技术仍有发展的可能。1996年9月，在IMO NAV42次会议上，各成员国在DSC和AIS系统的选择问题上进行了深人的讨论。考虑到未来的通信，决定采用更加先进的AIS系统。

七、国际海事组织规定安装自动识别系统（AIS）的具体要求

    所有300总吨及以上的国际航行船舶，和500总吨及以上的非国际航行船舶，以及所有客船，应按如下要求配备一台自动识别系统（AIS）：

   在2002年7月1日及以后建造的船舶。在2002年7月1日之前建造的国际航行船舶：客船不迟干2003年7月1日；液货船不迟于2003年7月1日以后的第一个船检日；除客船和液货船外的50，000总吨及以上的船舶，不迟于2004年7月1日；除客船和液货船外的10，000总吨及以上但小于50，000总吨的船舶，不迟于2005年7月1日；除客船和液货船外的3，000总吨及以上但小于10，000总吨的船舶，不迟于2006年7月 1日；除客船和液货船外的300总吨及以上但小于3,000总吨的船舶，不迟于2007年7月1日。在2002年7月1日之前建造的非国际航行船舶，不迟于2008年7月1日。部分实施日期之后两年内永久退役的船舶，主管机关可以免除对这些船舶的要求。

八、国际上对AIS方面的研究

 自从VTS中船舶识别问题被重视和AIS的观点被提出，国际海事组织对船舶识别和AIS的讨论、研究、论证、极限测试、定标、推广等方面的工作研究从未间断过。每年都要召开多次AIS方面的会议并做出相应的决定。国际海事组织安全委员还成立了专门的AIS小组，统一协调AIS工作和进程。 AIS方面的研究是一项巨大的工程，其讨论、研究、论证、极限测试、定标、推广等方面的工作需要参与国际海事组织的各成员国合作参与，有的测试、定标等工作的部分费用由国际海事组织支付的，没有我国参与这方面工作的报道。查阅有关的会议文件，我国曾派员参加了有关会议，但很少有参与船舶自动识别系统讨论和发表论文。我国对AIS方面的研究是处在相当贫乏的位置。

 九、AIS的研讨会或研究、推广会

  2000年6月到2001年上半间，北京、上海、广州、大连等地举办了多起AIS的研讨会或研究、推广会。这种研讨会或研究、推广会一般由国际上的AIS生产厂商和国内有关单位联合举办。笔者参加了部分这样的会议，并了解了一下未参加会议的图像和有关文字材料。会议的主要方法和内容有：进行学术报告和学术讨论；观看AIS的实物；演示AIS的有关功能。演示AIS的有关功能的方法有：

    通过电话拨号上接入的方法，上芬兰、美国当地的AIS基站网，可观看当地港口实时的AIS图像。观看了：航道图中显示多艘船舶的实时动态；船舶的实时航行过程；船舶的实时靠码头过程；数艘船舶实时同时停靠在不同码头的场景等。航道图的比例尺可根据操作者点击鼠标而改变；操作者点击图像任意一艘船舶，该船的数据显示区域就会立即显示该船的有关数据。动用了两台AIS设备来完成观AIS船站的模拟工作，两台AIS设备都模拟设置了船名、AIS天线位置等数据，一台安置在会议场所，另一台安置在汽车上模拟AIS船站。模拟开始后，会场通过移动电话指挥汽车移动；汽车在执行指令过程中通过移动电话向会场汇报。观看者除了能看到会场内AIS显示“船站”的移动外，还能听到会场、汽车的双向通话。操作人员不间断地指挥汽车移动，改变比例尺，点击“船站”。当操作人员点击“船站”时，数据显示区域就立即显示“船站”的动态和静态相应数据。通过观看模拟AIS 船站的数据，了解了AIS的功能，被模拟的AIS船站能满足国际海事组织对船载AIS的要求。

十、AIS与VTS、ARPA、船舶报告的关系

    用“AIS与VTS、ARPA、船舶报告的关系”这样的字眼似乎不太妥当。AIS相对VTS、ARPA、船舶报系统告而言，仅是岸基雷达、船基雷达、报告手段的功能而已。VTS、ARPA、船舶报告系统是“一部完整的机器”，而AIS仅是“某部机器中的一个零件”而已。VTS、ARPA、船舶报告是港口管理、船舶、搜救组织获取一定区域内船舶讯息的工具，分别用于船舶管理、避碰、搜救定位的目的。从讯息角度来讲，讯息越多越好；从精度角度来讲，精度越高越好；从范围角度来讲，区域越广越好。

    从讯息精度来看，AIS船位讯息精度比VTS、ARPA高，比船舶报告高更多。从区域范围来看，AIS区域范围比VTS、ARPA大许多，比船舶报告小一些，但可通过其他方法解决。从成本效果上来看，在达到相同效果的前提下，AIS与VTS、ARPA、船舶报告相比成本最低效果最好。有许多功能，VTS、ARPA、船舶报告是无法办到的，只有AIS能办到。

十一、AIS与VTS、ARPA、船舶报告的主要技术数据比较

十二、AIS、VDR、ECDIS的关系

    船舶自动识别系统 （AIS）、船载航行数据记录仪（VDR）、电子海图和信息系统 （ECDIS是各自独立的系统，但又是紧密联系的。船舶自动识别系统、船载航行数据记录仪获得的数据需要在电子海图和信息系统上显示；船舶自动识别系统和船载航行数据记录仪能互相引证其数据的准确性，其标准需要一致，所以国际海事组织把ECDIS、AIS、VDR放在一起研究、计论和定标。AIS、VDR两者有着不可替代的互补功能。AIS的船舶能实时获取周边安装使用AIS船舶的船名、呼号、船长、货物种类等船舶静态数据，和航向、航速、位置、相对距离等船舶航行动态数据；VDR能在事故后保存记录数据并恢复和再现这些数据，对事件的还原准确程度和对事故原因分析提供原始数据的程度是传统的方法无法比拟的。

十三、AIS实施以后对船舶避碰的影响

   AIS系统在没有岸站的情况下同样会自成系统，显示周边船舶的航行动态。开阔水域的船舶相对比较少，由于AIS系统有把最近的一艘船舶作为主要对象船，并将其主要数据显示在显示屏上的功能。很自然，AIS系统会把对方船的主要数据显示在显示屏上，显示目的是便于船舶之间的避让和相互沟通。就是万一避让不当，造成两船发生碰撞事故时，由于对方船的数据自动保存在AIS系统中，现场就可抓紧时间确认碰撞事实和了解损失情况等，不必象以前那样先要询问对方船名，船公司名称等基本数据。在了解事故情况和调查阶段，由于AIS系统会把对方船的航行数据自动保存的功能，双方的动态一清二楚，事故的责任自然很容易判别。就是有一方有意篡改也是徒劳的。

    吴淞口是黄浦江和长江的航道交汇处，从吴淞出发，可驶往长江口，也可驶向长江上游。当一艘从长江口驶往黄浦江，距吴淞口不远的万吨A轮发现在吴淞口内有出口的万吨B轮，估计在吴淞口外附近需要交汇时，通常需要对B轮是驶往长江口还是驶向长江上游的动态进行判别。便于正确的避让。目前进行判别的主要方法是通过目视，观察其船型（江船进江的可能性大，海船出海的可能性大），船舶的航行位置（靠左一些进江的可能性大；靠右一些出海的可能性大）来完成。由于船舶的船型和航行位置受诸多因素的影响，如海船也可能进江；为避让小船等因素航行位置而偏移等，其判别的结果有可能是错误的。由于航道狭窄，临近时再手忙脚乱，船舶碰撞事故就容易发生。历年来，在吴淞口航道交汇处曾发生过多起因对他船动态判别上的失误，加上自然条件差和多种不利条件和人为因素而造成的重大船舶碰撞事故。

   当AIS实施后，A船就可以在较早，距吴淞口较远的时候就通过AIS观看黄浦江内船舶的航行实况，判别如有交汇时可早做准备。就是到了临近突然需要对B轮的动态进行判别时，AIS会自动把对方船作为主要对象船显示在显示屏上，显示其目的港的港名和动态等，也可以通过AIS进行驾驶台与驾驶台的直接通话或文字上的通信（因为AIS中有对方编码，所以可直接通信，不是VHF中的呼叫），从而排除对其动态判别上的失误而造成事故。AIS的使用会对航行安全非常有利的。

十四、AIS实施以后对VTS、ARPA的影响

    AIS实施以后对VTS、ARPA的影响是相当大的，对VTS来说，可扩大VTS的工作范围，可提高VTS精度，船舶的识别从无到完善，可提高VTS作人员的工作效率。VTS工作人员使用VHF通信叫喊声不断的状况一去不复返了，VHF通信叫喊声再也不是VTS中心的特色了。AIS实施以后VTS为航海保障会起到更好和应有的作用。对ARPA来说，AIS实施以后在识别目标和协助船舶避让方面会有长足的进步，对减少碰撞事故会起到很好的作用。

  AIS也不是万能的，对一些没有安装AIS的小型船舶，AIS无法发现。关于“AIS无法发现小型船舶”一事，可在AIS实行一段时间后，通过推广小型船舶安装价格便宜简易AIS设备来解决。

十五、AIS实施以后对航标的影响

    航槽的开挖是一项大投入的工程。航槽的设计，一般是在满足安全要求的前提下，开挖的越乍越经济。为了让船舶看清航槽的位置，航槽两侧需要设置航标。由于航标设在流动的水中，受水流的影响漂移半径在10—30米左右。为了达到同样的安全系数，航槽只好相应加宽。在AIS系统情况下就不同了，电子航标的位置是不受水流的影响而移动的，在同样的安全系数的情况下，可以降低对航槽开挖宽度的要求。从而降低航槽建设成本。

    灯浮是容易漂移的航标，一但漂移，容易造成船舶的搁浅。在AIS系统下可完全改变这一状况。由于AIS状态下的电子航标是不会移位的，因灯浮漂移而造成船舶搁浅的因素也就不成立，部分搁浅事故也就可以避免。如果在AIS系统情况下仍需要现行的实物航标的话，只要在现行灯标体上安置一台AIS设备就能解决。当灯标发生移位时，移位了的灯标上的AIS设备就能把移动了的位置报告出来并报警，对航行安全是非常有好处的。

    目前沉船标的设置需要审批，周期比较长，沉船标显示的讯息如左侧标，独立碍航标等内容也比较少。在AIS系统情况下，每一艘船舶都可以使用短消息等手段发布沉船消息，在船舶沉没到沉船标抛设期间，船管理部门可以设电子沉船标，电子沉船标不仅可以包含一个具体坐标位置，不仅包含如左侧标、独立碍航标等简单信息，还可以包含一个具体的警告区域（面积）并备注有相关信息和危急等级的综合信息。当因潮流等因素沉船移位需要移动沉船标时，现行的沉船标移位需要人力物力，而在AIS系统情况下只要轻轻点击鼠标就能完成对沉船标移位。

十六、AIS实施以后对航行警告航行通告的影响

    现行的部分航行警告航行通告的内容，如超大型船舶的长距离拖带、沉船等将会被全新的AIS系统的船舶告知方法所取代。目前超大型船舶的长距离拖带，除了航行许可的审批外，还须要对超大型船舶长距离拖带的特殊性和何时出发，何时到达（经过）某地等可能需要他船进行协助避让的事项发布航行警告，以便
接收到该航行警告的船舶可估计相遇时间从而主动协助避让。AIS实施以后，超大型船舶的长距离拖带的航行警告将被AIS标识有超大型船舶特殊信号的显示界面所取代，根据需要，这种超大型船舶特殊信号接近到一定的距离时可被设置为报警，提醒操纵者重视，其效果要远比现行发布航行警告要好许多。象大风警报，抢险救助等方面的航行警告，肯定会于现行的做法有较大的区别，其结果会大大提高工作效率和便于用户。

十七、AIS实施以后对船舶和船舶有关单位的影响

    在船舶建造、航运过程中，需要和很多方面打交道，很多部门需要了解船舶的动态。从船舶航运的角度来讲，船舶进港需要与港口当局、引航、拖轮、码头等打交道，这些单位都需要了解准确的船舶动态预报以便配合；从船舶自身管理的角度来讲，人员的调动、公司人员上船工作等，都需要了解船舶的动态。AIS不但能准确的预报船舶的动态时间，在需要的情况下，还可自行观察实况，推算船舶的靠码头、系浮筒的时间。如拖轮可以等待到最佳时间开航迎上去，协助靠码头，使工作顺利并节约费用。AIS实施以后能够做到准确的预报并为该类工作节省时间。从船舶装载运输的货物运的角度来讲，对及时提货，及时送达交付运输的货物都有很现实的意义。

 十八、AIS实施以后对物流的影响

     物流是现代科学的产物，主要体现在对货物的实时监控上。目前的物流已经做到或正在着手做到实时监控。在无线电监控技术的帮助下，集装箱的监控方面已经取得了可喜的成绩，做到从空箱、装箱、卡车运输、堆场位置、报关、起吊、装船的全程实时监控。实时监控下的集装箱，除可了解集装箱的实时状态（位置）、进程外，还可查阅历史上某一时刻的状态（位置）、进程。结合企业单位的物流数据库，从企业生产的产品甚至的产品部件开始就能实时监控。AIS的实施，实时监控的范围可从陆上扩大到海上（船上）。对物流的可信度会大大提高，对货物的交易会有很大的帮助。

    AIS实施以后，集装箱船舶到港靠码头时间的预报准确度会非常地高，货主根据自己集装箱的装船位置，可以推算起吊卸船的时间，做到集装箱直接卸到自己派出的集装箱卡车上并直接开往目的地。仅此一项，就可以节约大量的费用。

 十九、AIS系统的延时违控

     这里用点名的例子来比喻。点名的人和被点名的人都在一起（10米内），当点名点到张三，张三立即答“到”，当点到李四，李四立即答“到”。在近距离的点名每点一位的时间，一般在一、两秒钟。当某些被点名的人与点名的人距离比较远（1000 米），就可能出现另外的情形。当点名点到张三，因声波传递来回就需要5—6秒钟，张三听到点名立即答的“到”，点名的人听到“到”也是5—6秒钟以后的事了，如果仍按刚才的速度点名，点名人可能认为张三缺席而已经点下一位了。要确保距离比较远（1000米）的人不被认为缺席，只有点名的速度放慢，譬如说，当点好一位名后，无论有否答“到”，都等上一段时间（如10秒钟）。

    AIS系统的延时连接功能就是根据远距离点名的原理。电波传递速度在一般情况下可以被忽略，但在SOTDMA技术中，其电波传递速度不能被忽略，AIS系统的延时是用微秒计算的。延时连接考虑的最大距离为202.16海里。

 二十、AIS系统的升级

    系统升级这个概念已经很普及，电脑的的操作系统中从视窗95升级到视窗98；从视窗98升级到视窗2000等。很多电子设备都有系统的升级这功能。AIS系统也不例外，也有系统升级的功能。AIS系统的升级不是简单的指操作系统的升级，而是AIS整个系统的升级。由于AIS系统是全球实时传输相同规格报文的，系统升级是指实时传输的报文种类需要增加或报文规格需要改变。由于报文种类或报文规格需要改变，所以系统升级涉及全球AIS系统的所有岸站和AIS系统的所有船站。

    以AIS船位报中对位置描述的改变为例，目前规定的位置的描述是：经度28比特；纬度27比特（精度米级），采取这样的定位精度主要考虑的是定位手段的精度和航海的需要程度。如果若干年后定位手段的精度上升为厘米级，航海对位置精度有升级为厘米级需要时（精度厘米级），就可以对位置的精度进行升级。经度、纬度的比特就要增加。将目前描述位置的“A区”由“B区”取代。由于全球AIS系统的所有岸站和AIS系统的所有船站不可能同时升级的，在程序修改完成后，可先在全球AIS系统的所有岸站进行升级，然后再在AIS系统的所有船站进行升级。在船站升级过程中，位置“A区”和位置“B区”同时有效，规定“B区”优先于“A区”，已升级的船舶位置精度为厘米级，尚未升级的船舶位置精度为米级。全面升级后的船舶位置精度都为厘米级。

二十一、AIS与船名有关的问题

     有理由相信，早期的船舶是没有船名的，随着交往的不断增加，加上人们对船舶的热爱和拟人化，船舶就有了自己的船名。为了让更多的人知道自己船舶的船名，不知何时，人们就把船名书写在船艏两侧。随着工业革命的兴起，船舶的交往更加平凡，有在较远的地方看清船名的要求，就出现船名旗。既用不同的旗帜各代表一个字母或数字，用代表本船船名的旗帜悬挂在船舶驾驶台的上方来显示船名。这种显示船名的方法配上望远镜的观察，可从原先仅能在特定的角度数百米提高到几乎全方位数千米看清船名。直到现在，规定船舶进港时仍需悬挂船名旗。随着工作节奏加快和希望对远距离船舶的船名了解，这样的观察“距离”和观察“方法”显然不能使人们满意。AIS就是解决观察距离和观察方法的最佳方法。用AIS观察的距离能提高到20海里，甚至更远，在AIS岸基站网的传输下，有权用户可在全球任何地点都能实时“观察”到被观察船的船名和具体位置等。

 二十二、关于AIS的建设、数据管理、使用权、保密等问题

     关于AIS的基站建设，无可非议地由国家主管机关负责建设，国家主管机关对AIS数据有管理的职能。国际海事组织对AIS数据管理和使用有明确的规定。对AIS数据管理中的日常工作，会委托一个商业机构来管理。船舶、货主、代理或其他有关单位需要使用AIS数据，需要交纳相应的费用，使用权限、保密等也会根据合理的规定，严格管理。

     AIS数据是一项相当有潜力的事业，很多企业都看中了这一领域。谁会是AIS数据的商业管理机构？争夺AIS数据商业管理机构的战斗很快会打响，会成为IT企业强占的制高点。只有有战略眼光，有充分准备，提前介入的IT企业才会获得这一机会。机会总是为有准备的人们准备的。

 二十三、关于的AIS系统名称

     在数字选择性呼叫（DSC）阶段，是通过VHF询问、回应等手段达到自动识别对方船舶的目的，其船舶自动识别系统的名称和内容是相符的。目前船舶自动识别系统（AIS）已经有了很大的发展，已从数字选呼性呼叫到自行广播的阶段，所有岸站、船站是通过接受广播而获得对方的有关讯息，如果A船在AIS数据设置过程中设置成B船，AIS系统无法“识别”出该船为A船，只能“读”为B船。如果读者在对AIS系统全面了解的基础上，能对该系统取一个恰当的名称并得到国际上的认可的话，将会是对国际航海事业的一大贡献。希望更多的人员来关心研究AIS。

 二十四、结束语

    考虑到AIS对航运及海事管理的影响和重要性，随着科研管理的成熟，我国应立即抓紧时间，投入巨资对AIS研究，再也不要象GMDSS等设备一样，等别人占领市场后我们再往市场内挤，那时花百倍的努力也不如现在使一份的力量，跟上国际AIS步伐。

最后

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