AIS技术在航标领域的应用

2018-11-13黄红渡杨运航

珠江水运 2018年20期

黄红渡杨运航

摘要：本文就AIS技术在航标领域的应用进行研究，首先就Ais技术的基本原理、工作模式和主要作用进行简要概述，然后从构建航标Ais台站、传输航标Ais信息、Ais航标应用的实现方式几方面阐述AIS技术的具体应用，最后对航标Ais分配时隙系统的设计策略进行探讨。

关键词：AIS技术航标领域应用策略

1.引言

AIS技术的全称为Automatic Identification System，译为船舶自动识别系统，是新时代信息技术飞速发展的产物，能够有效改善传统雷达识别技术在实效性和抗干扰性等方面存在的不足，从而使基础助航水平得到显著提升。在对AIS技术进行应用时，船舶的航行信息会得到全面采集，从而使航行过程得到有效监控。

2.AIS技术概述

AIS具体由以下几部分构成，分别是接口电路、信息处理器、信息监视器和VHF收发机。就接口电路来看，主要接收来自陀螺罗经、GPS/ DGP和计程仪等船位或航线信号，然后对这些信息给予数字化处理，从而在信息处理器中显示出来。其中陀螺罗经和GPS/DGP的信息输出格式为NEMA-0183，计程仪的信息输出格式为RS485/422、RS232等标准格式；就信息处理器来看，主要由3个编码器和两个解码器构成，其中编码器分别为TIMA（1个）和TDMA（2个），而解码器分别为DSCA和DSC。信息处理器是整个AIS的技术核心，能够使船舶航行过程中的各项静态信息和动态信息得到有效采集和处理；就信息监视器来看，主要负责展示船舶航行的各种数据状态，从而对海上交通给予有效监督；就VHF收发机来看，主要由VHF SOTDMA、VHF及VHF DSC共同构成，能够接收国际专用频率CH88B和CH87B的已调信号。

3.AIS技术在航标领域的应用分析

3.1构建航标AIS台站

（1）自主连续系统

自主连续系统是AIS台站的主要建设形式之一，整个系统由以下几部分构成，分别是接收机、TDMA发射机、内部同步源、控制系统等，其系统设计充分符合ITU-R-M1371-1的标准化要求，航标功能非常完善，能够实现多址联接和时隙分配，并且将航标监控信息高效率发送。例如在实际应用中，自主连续系统不需要受到电源的限制，能够对多种形式的电文信息进行发送，从而使导标、灯桩、灯塔等重要位置得到有效标记。

（2）分配时隙系统

分配时隙系统是AIS技术在航标领域的典型应用形式，主要由TDMA发射机、定时设备、控制装置、内部同步源等部分构成。与其他两种AIS系统相比较，分配时隙系统的最大优势在于功耗低，因此建设成本也得到有效控制，但是这种系统不能由附近AIS基站接受信息，因此范围相对有限，普遍应用于航标设置比较密集的港区。

3.2传输航标AIS信息

在航标AIS信息的传输中，主要可以应用以下几种方式：一是航标信息（信息21），这一传输方式以3分钟为间隔，然后对VDL指定的命令给予发布。根据航标能量消耗情况，操作人员可以对发布的间隔时间给予适当调整；二是安全相关的编址信息（信息12），主要应用于区域内存在故障的船舶，例如浮标出现移位或者其他故障；三是二进制广播信息（信息8），主要应用于航标影响范围内的船舶，传输信息主要为气象信息、水文信息等，从而对周边的环境给予说明。

4.AIS分配时隙系统在航标领域的具体设计

4.1时隙选择算法

在构建分配时隙A I S台站时可以选择固定时隙时分多址法（FATDMA），主要利用信息21航标报文的接入协议，对台站预先设定的时隙进行分配，其选择参数如表1所示。

4.2冲突仿真分析

在进行冲突仿真分析时，首先对固定区域内的船舶总量进行设置，然后确定理想电磁环境、报告率、每帧时隙数、仿真时间、基站数等仿真参数，具体数据如表2所示。

根据TDMA协议中的相关内容及设定参数构建模型，将船舶数量和报告率作为模型中的变量，保持前者改变、后者不变和前者不变、后者改变这两种情况，可以得到以下仿真结果（如图1所示）。

从图1中分析可知，船舶数量和报告率与时隙冲突率之间为正向关系，随着船舶数量和报告率的增加，时隙冲突率也会相应提升。以150号时隙为界限，AIS系统的时隙冲突率会显著提高。已知公式“时隙占用数=船舶数量×报告率”，因此可以得到某1分钟时隙占用率，从而提高AIS系统的通信率。