AIS航标技术分析

司博

交通运输部北海航海保障中心大连航标处 辽宁大连 116000

摘要：随着航运业的发展，水上交通环境日趋复杂，船舶越来越智能化甚至无人化。传统航标所提供的导助航服务已经无法满足智能航运业的发展需求。因此，研究AIS航标技术具有重要意义。下面本文就对此展开探讨。

关键词：AIS；航标；技术；

1航标概述

航标是一种重要的助航标志，标位准确、灯质正常、涂色鲜明、结构良好，是视觉航标的基本要求，从功能来看，视觉航标提供的导助航信息比较单一。无法满足智能航运业的发展需求。“十四五”是开展交通强国建设、服务新发展格局的关键5年，到2025年，要建成航保技术世界前列、覆盖范围大幅拓展、治理体系协同高效、服务品质全面提升、应急保障优质及时的一流航行保障体系，基本形成“开放型、智能型、综合型、效能型、国际型”现代化发展格局。航行保障作为水上运输安全高效的主要力量和重要支撑，应盯准抓牢《交通强国建设纲要》确定的目标任务，着力推动数字化、智能化转型升级，构建适应水上交通运输安全保障体系的航行保障信息立体感知系统［1］。多功能航标是集航标灯器、基于船舶自动识别系统AIS智能终端、气象采集终端、水文采集终端、CCTV、智能信息集成终端、通信终端、电池组、太阳能板、雷达应答器等设备为一体的智能化导助航设施。与传统的航标相比，多功能航标除具有遥测遥控和报警等功能外，还具备助航和水文气象等信息广播的功能以及涉水数据采集的功能，这对于提升航标助航效能、拓展航标的功能和减少水上安全事故等具有重要的价值。除此之外，多功能航标还可以为航道管理部门提供智能化、信息化的监管手段。因此，以浮标、灯桩、灯船、灯塔等视觉航标为载体设计多功能航标，将航标从单一的导助航终端转变为收集、处理、交换各种数据的多功能平台，通过搭载水文、气象、高清视频、固态雷达、长期演进(Long Term Evolution，LTE)等感知和通信终端，使之从传统视觉和无线电导助航设备升级为兼具环境信息感知、数字导助航信息发布、船岸通信中继等功能的智能化导助航设施，是航海保障部门助力交通强国建设的工作重点。

2 AIS航标的应用

AIS航标是计算机技术、电子海图技术、AIS技术和北斗卫星导航技术等相互融合的产物，是信息化技术在航标中应用的具体体现，借助已建好的岸基AIS网络，根据航标信息管理方面的要求，配置相应的数据集成和管理软件，能标示航道、碍航物和水中建筑物等，能监控航标的实时位置和运行状态等，为过往船舶提供气象、潮汐和水域状态数据等；能广播航标的类型、名称、位置、定位精度、位置偏差以及航标灯器的运行状态；实现方便、简单，不仅可以实现系统原有功能，还可以更好地为船舶提供助航服务，包括预警信息发布等，可以促进和加强船舶航行的安全。

2.1 AIS航标的播发

根据国家《船载自动识别系统（AIS）技术要求》（GB/T20068—2017）规定，AIS可以用来发送航标信息，包括虚拟航标和实体航标。根据AIS的特性，既可以指定时隙，也可以采用AIS自适应时隙，即在该信号发送之前，系统结合拟发送报文的长度，判断需要占用的时隙数，通过观测该时段的时隙占用情况，选择合适的时隙将信息发送出去；既可以通过指定的基站，也可以通过航标的具体坐标，由系统自主选择基站的形式进行播发。航标的播发采用AIS的21号消息，可以通过外部命令或VHF数据链路的分配模式命令，以3分钟一次的频率自主发送，其占用时隙不超过2个，发送航标类型、名称、位置、MMSI码、尺寸等信息。在基站覆盖区域的船舶可以接收并解析该21号消息，并将其在电子海图上以规定的符号和位置显示出来，以起到提醒船舶驾驶员安全行驶的作用。21号消息有3种播发模式，一是在轮询到的每一个航标播发周期上，在2个不同的信道上交替使用不同的信道播发；二是在轮询到的每一个航标播发周期上，随机选择1个信道进行第一次播发，随后的播发选择与上次播发不同的信道；三是仅在指定的信道上进行播发。一般来说，为了确保获得最佳的接收概率，采用第二种播发模式较为适宜。从2021年起，辽宁海事局与北海航海保障中心共同在部分区域开始试点应用AIS虚拟航标。大连海域AIS航标主要采用沿海体系，航标类型包括方位标、危险水域标（仅限沉船）、右侧面浮标、左侧面浮标以及专用浮标等几类，每一类都对应有不同的代码。船台端接收后，可以通过特定的不同图例显示，告知船舶航标类型。

2.2 应用AIS航标的优势

（1）提高航标定位精度。大连海域航道中的浮标受水流、气候的影响，会随着投放时间的推移，逐渐偏离原投放的位置。虽然航标的设置允许有一定的偏差范围，但根据《自动识别系统（AIS）航标应用导则》的规定，永久航标应在电子海图中标识。当航标偏离原投放位置时，会出现图示位置与实际位置偏差，特别是在航标位置偏差超过允许偏差的范围后，可能会影响船员的判断。而有了AIS航标后，船员可以通过AIS航标与实体航标在电子海图上的显示，准确获取并判断航标的精准位置，确保航行的安全。（2）提升优化航标使用效率。大连海域航运的特点是船舶密度大，通航环境比较复杂，若设置过多的视觉实体航标，不仅会进一步加大水域通航的复杂程度，也会为通航密集区的船舶航行造成不便。特别是在天气恶劣的情况下，会对船员观察视觉实体航标造成干扰，通过AIS航标的辅助，能够让船员及时获知航标的信息，按照航标的指示航行，提升船舶安全度。（3）降低航标布设成本。海面航标的布设成本可达50万元以上，在一定临时管制的区域，选择设置视觉实体航标的方式，不仅时间长，而且成本高，而采用AIS航标，能在最短的时间内，用最低的成本完成航标的布设，并显示在船舶的驾驶台终端上，提醒过往船舶注意航行安全。同时，由于大连海域航道复杂，即便不是临时管制区域，航标布设的船舶也易受到周边船舶航行的影响甚至撞击，出现损坏甚至偏移需要维修的情况，有了AIS航标，可临时代替航标布设船舶的作用，确保安全航行。（4）功能更强大。AIS航标信息可以准确地标绘并显示在电子海图上，使得船舶能及时、准确地了解周围助航标志的情况，如果配合自动航行系统，对船舶航行的安全率和避碰率的提高有帮助，可以进一步发挥航标的作用。（5）具有更大的可扩展性。AIS航标还可以播发天气、水文等其他信息，周围的船舶可以实时地接收到相关信息，从而提高数据的实时性、航行的安全性。另外，AIS航标也可以用于发布航标监测信息及安全相关信息。

3 AIS航标应用的注意事项

（1）AIS时隙问题。AIS相关国家标准已经明确规定AIS航标发送频率为3分钟一次。因此，在AIS航标播发的过程中，同一基站不应设置过多需要播发的航标，以免过多占用AIS信道，影响AIS的其他类型信号的接收或发送。信道占用率不应超过50%为宜。（2）AIS航标图形化显示问题。在大连海域AIS航标实际应用中发现由于图形没有匹配，在海图上以船舶图形显示，并没有按照规定的图形正确显示航标类型。因此需要制定统一的AIS航标标识和显示标准。

结束语

综上所述，AIS航标是沿海航运实现航标数字化、信息化的重要手段，采用“虚实结合”的航标设置方式，以视觉航标为主，AIS航标为辅，多种助航服务协同发展的综合导助航体系，以现实+虚拟“擦亮行轮的眼睛”，助推大连海域航运高质量发展。

参考文献：

［1］谢群威．全力建设人民满意的“一流航保”为加快建设交通强国助力［J］．中国海事，2021(08):125-126．

［2］程洪，袁靖周．粤港澳大湾区多功能航标研究与应用［J］．珠江水运，2020(22):132-133．