船用AIS导航系统的研究
赵学俊 董晓永 吕建
（大 连 海 事 大 学）
船舶自动识别系统(Automatic Identification System, 简称AIS)是一种新型的辅助导航设备，IMO MSC73会议已通过AIS强制 性安装议案。本文将介绍国际组织在AIS发展过程中的所做的努力，以及我国航运业对此所采取的措施。
1 关于AIS的国际动态
关于AIS的国际组织会议及其审议立法情况如下：
1997： 在IMO NAV43会议上通过了船载AIS性能标准建议草案。
1997.6：IMO MSC68会议制定了通报容量AIS性能标准。
1998.5：IMO MSC69会议采纳了AIS性能标准草案。
1998.7：IMO NAV44会议建议2002年起300总吨及以上新船和客轮必须安装AIS.
1998： ITU-R通过了AIS的两个专用VHF频道：CH 87B f = 161.975MHz；CH 88B f =162.025MHz。
1998.11：ITU-R通过了"在VHF海上移动频段上使用时分多址的船用自动识别系统（AIS）的技术特
性"建议案ITU-R M.1371。
1999： IMO NAV45次会议通过了AIS强制性安装决定：要求在2002年7月1日后建造的新船和2008年
7月1日起在航的营运船上必须装备AIS。
2000.5：IMO MSC会议未通过上述强制性安装AIS的议案。
2000.12：IMO MSC73会议通过AIS强制性安装议案。按照SOLAS公约第五章新规则要求，所有在
2002.7.1或以后建造的大于等于300总吨从事国际航运的船舶，大于等于500总吨不从事国
际航运的货船和所有客船均须装配AIS设备。要求所有于2002.7.1前建造的从事国际航运的
各类船舶必须在2003.7.1到2008.7.1前装配AIS设备。但在此期限后2年内将永久退役的船
舶可免装AIS设备。
"规定"要求配备AIS的具体时间表：
船 舶 类 型 AIS安装时限要求
2002年7月1日后新造的300总吨以上的船舶和所有新造客船 必须安装AIS设备
2002年7月1日前建造的船舶 国际航线 客船和油轮 2003年7月1日前安装
50000总吨及以上船舶 2004年7月1日前安装
10000总吨-50000总吨的船舶 2005年7月1日前安装
3000总吨-10000总吨的船舶 2006年7月1日前安装
300总吨-3000总吨的船舶 2007年7月1日前安装
国内
航线 客船以及500总吨以上船舶 2008年7月1日前安装
2 AIS的技术性能要求（简介）
2.1 AIS的操作性能及要求
a) 主动、连续向他船或岸台自动发送本船的静态和动态信息 。
b) 能接收特定的轮询呼叫，传输附加的安全信息，并进行处理 。
c) 能在航行中或锚定状态下连续运行。
d) 船舶识别：应采用适当的海上移动服务实体号码（MMSI）。
e) 静态信息：IMO号码、呼号和船名、船长与型宽、船舶类型、船上定位天线位置。
f) 动态信息：通用协调时、对地航向（COG）、对地航速（SOC）、航首向、转向率、航行状态。
g) 与航程相关的信息：船舶吃水、危险物品。由船长自主决定的：目的地、估计到达时间、航行计
划、人员数量（这些信息对船队管理有用）。
h) 信息更新速率：静态时每6分钟发送一次。动态时见下表；
船舶航行状态 报告更新时间
抛锚船 3分钟
船速0 - 14节 12秒
船速0 - 14节且改变航向 4秒
船速14 - 23节 6秒
船速14 - 23节且改变航向 2秒
船速﹥23节 3秒
船速﹥23节且改变航向 2秒
2.2 AIS 的接口技术要求
a) 通讯接口采用RS232、RS485/422标准。
b) 信息处理器与显示器采用IEC61162标准。
a) 电罗经接口采用NEMA - 0183格式。
b) GPS接口采用NEMA - 0813格式。
c) 计程仪设脉冲量/海里格式。
d) 重要设备信息的输入/输出，采用模/数转换方式，经RS232或RS485/422传输。
2.3 AIS的无线（VHF）通讯要求
a) 通用工作频率：VHF87/88频道。AIS1：161.975MHz，AIS2:162.025MHz。
b) 工作频段：156.025 ~ 162.025MHz。
c) 频带宽度：25KHz或12.5KHz。
d) 发射功率：5W/25W（20海里有效）。
e) 工作模式：OSI（Open System Interconnection）。
f) 调制方式：GMSK/FM。
g) 数据编码方式：NRZI。
h) 传输数率：9.6Kbps。
i) 访问协议：TDMA。
j) 通讯规则：HDLC。
2.4 AIS初始化时间
上电开机后2分钟内正常工作。
2.5 信息通讯标准
AIS有22种基本信息，本文仅介绍几种最基本的信息标准。
a) 天线位置信息
比特数 比特字段 距离/单位
A 9 0-8 511米Max
B 9 9-17 511米Max
C 6 18-23 63米Max
D 6 24-29 63米Max
b) 船位及相关信息
参 数 比特数 说 明
信息识别码 6 信息1、2、3的识别符
数据终端设备 1 数据终端准备状态（0=可用；1=不可用）
数据显示符 1 可发数据（0=无；1=有）
用户识别码 30 MMSI号码
航行状态 42 0=动力航行中；1=锚泊；2=未受令；3=机动性受限；4=受吃水限制；5=锚链系泊；6=搁浅；7=捕捞中；8=风帆动力航行；9~15为未来保留。
转向率 8 以ROT(AIS)=4.733SQRT(ROT(IND))度/分钟编码，ROTIND为转向率（720度/分钟），以外部传感器显示。
对地航速 10 以1/10节距为单位，1023=无；1022= 102.2节。
船位精确度 1 1=高精度（差分式）；0= 低精度。
经度 28 在1/10000分钟内的经度（180°，东= +，西= －）< /FONT>
纬度 27 在1/10000分钟内的纬度（90°，北= +，南= －）< /FONT>
COG 12 在1/103时对地航线（03599）
航向 9 度数(0－359)(511表示无效)
时间标记 6 当报告时UTC秒(0－59)，或63当定位系统未运行
备用 9 没用
通讯状态 18
比特数总计 168
3 AIS系统在中国
中国航运科技界一直十分关注AIS的发展，中国海事局和上海海事局在推进AIS在中国航运界的应用中作了大量的工作，在2000年专门组织了一批专家、学者研讨AIS相关事宜，组织编写出版了"国际航标信息"杂志AIS专刊。2000年8月组织瑞典厂商在上海海事局演示AIS功能。2000年11月美国洛克希德马丁公司来上海介绍该公司在美国和土耳其承担的AIS网络工程。2001年4月在大连召开了"中国沿海船舶自动识别系统（AIS）应用技术研讨会"。
为促进国际海事组织（IMO）关于船载航行系统增加船舶自动识别系统AIS的规定在中国的实施，大连海大航运科技有限公司以自行研制的电子海图导航平台为核心，以C-map电子海图为基础（支持符合S-57国际标准电子海图显示），配备瑞典Saab公司生产的AIS设备，集成开发出新一代具有自主知识产权的《船用AIS导航系统》。并在"海洋岛"和"棒棰岛"轮上进行了一周的实船测试，获得了预期效果。该系统完全满足IMO制定的标准要求，已于2001年6月通过中国船级社（CCS）检验，并获得CCS的船用产品证书。
4 《船用AIS导航系统》系统构成
《船用AIS导航系统》由以下四部分组成：
4.1 硬件：惠普（HP）微机、专用操作键盘、专用轨迹球、瑞典Saab公司生产的AIS设备及符合中国船检IP20要求的机箱。
4.2 数据：符合S-57国际标准的电子海图数据库，包括C-map全球电子海图数据、中国海军航保部出版的中国海域电子海图数据。全球3000个港口的入港指南数据库。全球3000个港口之间的航线数据库。全球主要航标信息数据库。
4.3 软件：符合S-52国际标准的电子海图显示、操作模块。基于电子海图的AIS导航避碰、报警、显示模块。基于电子海图的航线计划、修改模块。全球3000个港口的进出港信息查询模块。全球3000个港口之间的航线里程查询模块。全球主要航标信息查询模块。船舶动、静态报文通讯模块等。
4.4接口设备：VHF发射/接收天线，GPS接收天线（高精度可增加信标天线）。如果条件许可，系统还可输入船舶主要动力设备、主要导航、助航设备的运行状态和相关监测数据等。系统还可向VDR（黑匣子）输出规范要求的必要数据。
5 《船用AIS导航系统》系统功能
船用AIS导航系统的基本功能是；将本船和他船的精确船位、航向、航速（矢量线）、转向速度和最近船舶会遇距离等动态信息和船籍、船名、呼号、船型、船长与船宽等静态信息在电子海图上显示。并通过VHF自动、定时播发，在VHF覆盖范围内（20海里）装备AIS设备的船舶，可自动接收到这些信息。本系统还具有计划航线设定、航迹自动记录、偏航报警等显示功能。
5.1 电子海图显示
海图显示（符合S-52国际标准）是将本船和目标船（20海里内）的静态、动态信息，同时显示在当前电子海图上。目标船和本船均采用矢量方式动态显示。显示的图幅可任意放大、缩小和滚动。本系统依据国际标准，设有四种背景显示方式；晴朗白昼、白昼、黄昏、夜晚。
5.2 电子海图导入
符合S-57国际标准的各国出版的电子海图，可以即插即用。可随时添加CM-93/3（C-MAP）格式的全球海图和中国海军航保部出版的中国海域海图。
5.3 电子海图改正
可随时根据航海通告，人工修改相关的海图数据。也可从"船舶报告系统"下载已改正的数据文件，更新本地数据。
5.4 信息查询
a）在海图上实时查询各种信息，包括各种物标（灯塔、航标、敏感区域、海上设施、
沉船等）属性、海图参数（实时显示海图的范围、比例尺、地理坐标等）、海图任意点的水深等。
b) 可查询全球3000个港口的入港指南，包括港口的自然情况、港口的设施情况、入港所需的各种手续、使费和具体规定等。
c) 可查询全球3000个港口之间的所有航线，同时给出每条航线的计算里程。
d) 可查询全球各港口所辖水域内的主要航标信息，包括航标名称、经纬度、灯质、灯高、射程、构造等。
5.5 船舶动态监控
a）动态跟踪显示：实时显示本船的位置、航向、航速等。实时显示周围（20海里内所 有）他船的位置、距离及运动方向。
b）相对运动计算：根据本船及他船的动态信息，计算并显示他船与本船的相对运动方向、速度、最近会遇距离/时间等。
5.6 信息自动发送/接收
本系统设有本船信息初始化输入界面，依据该界面可输入本船静态信息，包括船名、呼号、船级、船长、船宽、船舶类型、前往目的港等。本系统将自动实时向周围他船发送。同时本船也时实接收周围他船的同类信息。本船和他船定时自动发送船位、船速、船向等动态信息。
5.7计划航线管理
e) 计划航线输入：系统设有计划航线输入界面，一旦本航次计划航线确定，系统将自动记录并保存。
f) 计划航线管理：系统允许在电子海图上显示或修改计划航线。
g) 显示到转向点的航向：系统随时可在电子海图上标绘指向最近转向点和下一转向点的航向线，并标注航向和距离。
h) 偏航报警：当本船偏离其计划航线一定距离（用户设置偏航距离）时，系统自动声、光报警。
6 提高系统可靠性
船用AIS导航系统比较容易出故障的部位有：高精度显示和外部数据存储两部分。为提高系统的整体可靠性，系统采取以下两项措施：
a) 双显示器
其中21吋显示器为主显示屏，而4吋显示器为简易显示屏。两个显示器同时工作（热备份）。当系统中一台显示器发生故障时，另一台显示器完全可实现AIS的基本显示功能。
b) 硬盘热备份
在系统中有两套完全相同的软件平台、数据库、实时参数录入表。当系统一个硬盘发生故障时，另一个硬盘可使系统继续正常运行。
7 结束语
AIS已经在发达国家得到广泛应用。欧洲沿海已经建立了AIS岸台网。香港目前正在岸台建设中，预计今年的8月可正式投入使用。而IMO对安装AIS的强制规定又不允许我们观望和等候。希望中国的AIS岸台、船台的应用与发展能够跟上世界航运科技潮流。
赵学俊 董晓永 吕建
（大 连 海 事 大 学）
船舶自动识别系统(Automatic Identification System, 简称AIS)是一种新型的辅助导航设备，IMO MSC73会议已通过AIS强制 性安装议案。本文将介绍国际组织在AIS发展过程中的所做的努力，以及我国航运业对此所采取的措施。
1 关于AIS的国际动态
关于AIS的国际组织会议及其审议立法情况如下：
1997： 在IMO NAV43会议上通过了船载AIS性能标准建议草案。
1997.6：IMO MSC68会议制定了通报容量AIS性能标准。
1998.5：IMO MSC69会议采纳了AIS性能标准草案。
1998.7：IMO NAV44会议建议2002年起300总吨及以上新船和客轮必须安装AIS.
1998： ITU-R通过了AIS的两个专用VHF频道：CH 87B f = 161.975MHz；CH 88B f =162.025MHz。
1998.11：ITU-R通过了"在VHF海上移动频段上使用时分多址的船用自动识别系统（AIS）的技术特
性"建议案ITU-R M.1371。
1999： IMO NAV45次会议通过了AIS强制性安装决定：要求在2002年7月1日后建造的新船和2008年
7月1日起在航的营运船上必须装备AIS。
2000.5：IMO MSC会议未通过上述强制性安装AIS的议案。
2000.12：IMO MSC73会议通过AIS强制性安装议案。按照SOLAS公约第五章新规则要求，所有在
2002.7.1或以后建造的大于等于300总吨从事国际航运的船舶，大于等于500总吨不从事国
际航运的货船和所有客船均须装配AIS设备。要求所有于2002.7.1前建造的从事国际航运的
各类船舶必须在2003.7.1到2008.7.1前装配AIS设备。但在此期限后2年内将永久退役的船
舶可免装AIS设备。
"规定"要求配备AIS的具体时间表：
船 舶 类 型 AIS安装时限要求
2002年7月1日后新造的300总吨以上的船舶和所有新造客船 必须安装AIS设备
2002年7月1日前建造的船舶 国际航线 客船和油轮 2003年7月1日前安装
50000总吨及以上船舶 2004年7月1日前安装
10000总吨-50000总吨的船舶 2005年7月1日前安装
3000总吨-10000总吨的船舶 2006年7月1日前安装
300总吨-3000总吨的船舶 2007年7月1日前安装
国内
航线 客船以及500总吨以上船舶 2008年7月1日前安装
2 AIS的技术性能要求（简介）
2.1 AIS的操作性能及要求
a) 主动、连续向他船或岸台自动发送本船的静态和动态信息 。
b) 能接收特定的轮询呼叫，传输附加的安全信息，并进行处理 。
c) 能在航行中或锚定状态下连续运行。
d) 船舶识别：应采用适当的海上移动服务实体号码（MMSI）。
e) 静态信息：IMO号码、呼号和船名、船长与型宽、船舶类型、船上定位天线位置。
f) 动态信息：通用协调时、对地航向（COG）、对地航速（SOC）、航首向、转向率、航行状态。
g) 与航程相关的信息：船舶吃水、危险物品。由船长自主决定的：目的地、估计到达时间、航行计
划、人员数量（这些信息对船队管理有用）。
h) 信息更新速率：静态时每6分钟发送一次。动态时见下表；
船舶航行状态 报告更新时间
抛锚船 3分钟
船速0 - 14节 12秒
船速0 - 14节且改变航向 4秒
船速14 - 23节 6秒
船速14 - 23节且改变航向 2秒
船速﹥23节 3秒
船速﹥23节且改变航向 2秒
2.2 AIS 的接口技术要求
a) 通讯接口采用RS232、RS485/422标准。
b) 信息处理器与显示器采用IEC61162标准。
a) 电罗经接口采用NEMA - 0183格式。
b) GPS接口采用NEMA - 0813格式。
c) 计程仪设脉冲量/海里格式。
d) 重要设备信息的输入/输出，采用模/数转换方式，经RS232或RS485/422传输。
2.3 AIS的无线（VHF）通讯要求
a) 通用工作频率：VHF87/88频道。AIS1：161.975MHz，AIS2:162.025MHz。
b) 工作频段：156.025 ~ 162.025MHz。
c) 频带宽度：25KHz或12.5KHz。
d) 发射功率：5W/25W（20海里有效）。
e) 工作模式：OSI（Open System Interconnection）。
f) 调制方式：GMSK/FM。
g) 数据编码方式：NRZI。
h) 传输数率：9.6Kbps。
i) 访问协议：TDMA。
j) 通讯规则：HDLC。
2.4 AIS初始化时间
上电开机后2分钟内正常工作。
2.5 信息通讯标准
AIS有22种基本信息，本文仅介绍几种最基本的信息标准。
a) 天线位置信息
比特数 比特字段 距离/单位
A 9 0-8 511米Max
B 9 9-17 511米Max
C 6 18-23 63米Max
D 6 24-29 63米Max
b) 船位及相关信息
参 数 比特数 说 明
信息识别码 6 信息1、2、3的识别符
数据终端设备 1 数据终端准备状态（0=可用；1=不可用）
数据显示符 1 可发数据（0=无；1=有）
用户识别码 30 MMSI号码
航行状态 42 0=动力航行中；1=锚泊；2=未受令；3=机动性受限；4=受吃水限制；5=锚链系泊；6=搁浅；7=捕捞中；8=风帆动力航行；9~15为未来保留。
转向率 8 以ROT(AIS)=4.733SQRT(ROT(IND))度/分钟编码，ROTIND为转向率（720度/分钟），以外部传感器显示。
对地航速 10 以1/10节距为单位，1023=无；1022= 102.2节。
船位精确度 1 1=高精度（差分式）；0= 低精度。
经度 28 在1/10000分钟内的经度（180°，东= +，西= －）< /FONT>
纬度 27 在1/10000分钟内的纬度（90°，北= +，南= －）< /FONT>
COG 12 在1/103时对地航线（03599）
航向 9 度数(0－359)(511表示无效)
时间标记 6 当报告时UTC秒(0－59)，或63当定位系统未运行
备用 9 没用
通讯状态 18
比特数总计 168
3 AIS系统在中国
中国航运科技界一直十分关注AIS的发展，中国海事局和上海海事局在推进AIS在中国航运界的应用中作了大量的工作，在2000年专门组织了一批专家、学者研讨AIS相关事宜，组织编写出版了"国际航标信息"杂志AIS专刊。2000年8月组织瑞典厂商在上海海事局演示AIS功能。2000年11月美国洛克希德马丁公司来上海介绍该公司在美国和土耳其承担的AIS网络工程。2001年4月在大连召开了"中国沿海船舶自动识别系统（AIS）应用技术研讨会"。
为促进国际海事组织（IMO）关于船载航行系统增加船舶自动识别系统AIS的规定在中国的实施，大连海大航运科技有限公司以自行研制的电子海图导航平台为核心，以C-map电子海图为基础（支持符合S-57国际标准电子海图显示），配备瑞典Saab公司生产的AIS设备，集成开发出新一代具有自主知识产权的《船用AIS导航系统》。并在"海洋岛"和"棒棰岛"轮上进行了一周的实船测试，获得了预期效果。该系统完全满足IMO制定的标准要求，已于2001年6月通过中国船级社（CCS）检验，并获得CCS的船用产品证书。
4 《船用AIS导航系统》系统构成
《船用AIS导航系统》由以下四部分组成：
4.1 硬件：惠普（HP）微机、专用操作键盘、专用轨迹球、瑞典Saab公司生产的AIS设备及符合中国船检IP20要求的机箱。
4.2 数据：符合S-57国际标准的电子海图数据库，包括C-map全球电子海图数据、中国海军航保部出版的中国海域电子海图数据。全球3000个港口的入港指南数据库。全球3000个港口之间的航线数据库。全球主要航标信息数据库。
4.3 软件：符合S-52国际标准的电子海图显示、操作模块。基于电子海图的AIS导航避碰、报警、显示模块。基于电子海图的航线计划、修改模块。全球3000个港口的进出港信息查询模块。全球3000个港口之间的航线里程查询模块。全球主要航标信息查询模块。船舶动、静态报文通讯模块等。
4.4接口设备：VHF发射/接收天线，GPS接收天线（高精度可增加信标天线）。如果条件许可，系统还可输入船舶主要动力设备、主要导航、助航设备的运行状态和相关监测数据等。系统还可向VDR（黑匣子）输出规范要求的必要数据。
5 《船用AIS导航系统》系统功能
船用AIS导航系统的基本功能是；将本船和他船的精确船位、航向、航速（矢量线）、转向速度和最近船舶会遇距离等动态信息和船籍、船名、呼号、船型、船长与船宽等静态信息在电子海图上显示。并通过VHF自动、定时播发，在VHF覆盖范围内（20海里）装备AIS设备的船舶，可自动接收到这些信息。本系统还具有计划航线设定、航迹自动记录、偏航报警等显示功能。
5.1 电子海图显示
海图显示（符合S-52国际标准）是将本船和目标船（20海里内）的静态、动态信息，同时显示在当前电子海图上。目标船和本船均采用矢量方式动态显示。显示的图幅可任意放大、缩小和滚动。本系统依据国际标准，设有四种背景显示方式；晴朗白昼、白昼、黄昏、夜晚。
5.2 电子海图导入
符合S-57国际标准的各国出版的电子海图，可以即插即用。可随时添加CM-93/3（C-MAP）格式的全球海图和中国海军航保部出版的中国海域海图。
5.3 电子海图改正
可随时根据航海通告，人工修改相关的海图数据。也可从"船舶报告系统"下载已改正的数据文件，更新本地数据。
5.4 信息查询
a）在海图上实时查询各种信息，包括各种物标（灯塔、航标、敏感区域、海上设施、
沉船等）属性、海图参数（实时显示海图的范围、比例尺、地理坐标等）、海图任意点的水深等。
b) 可查询全球3000个港口的入港指南，包括港口的自然情况、港口的设施情况、入港所需的各种手续、使费和具体规定等。
c) 可查询全球3000个港口之间的所有航线，同时给出每条航线的计算里程。
d) 可查询全球各港口所辖水域内的主要航标信息，包括航标名称、经纬度、灯质、灯高、射程、构造等。
5.5 船舶动态监控
a）动态跟踪显示：实时显示本船的位置、航向、航速等。实时显示周围（20海里内所 有）他船的位置、距离及运动方向。
b）相对运动计算：根据本船及他船的动态信息，计算并显示他船与本船的相对运动方向、速度、最近会遇距离/时间等。
5.6 信息自动发送/接收
本系统设有本船信息初始化输入界面，依据该界面可输入本船静态信息，包括船名、呼号、船级、船长、船宽、船舶类型、前往目的港等。本系统将自动实时向周围他船发送。同时本船也时实接收周围他船的同类信息。本船和他船定时自动发送船位、船速、船向等动态信息。
5.7计划航线管理
e) 计划航线输入：系统设有计划航线输入界面，一旦本航次计划航线确定，系统将自动记录并保存。
f) 计划航线管理：系统允许在电子海图上显示或修改计划航线。
g) 显示到转向点的航向：系统随时可在电子海图上标绘指向最近转向点和下一转向点的航向线，并标注航向和距离。
h) 偏航报警：当本船偏离其计划航线一定距离（用户设置偏航距离）时，系统自动声、光报警。
6 提高系统可靠性
船用AIS导航系统比较容易出故障的部位有：高精度显示和外部数据存储两部分。为提高系统的整体可靠性，系统采取以下两项措施：
a) 双显示器
其中21吋显示器为主显示屏，而4吋显示器为简易显示屏。两个显示器同时工作（热备份）。当系统中一台显示器发生故障时，另一台显示器完全可实现AIS的基本显示功能。
b) 硬盘热备份
在系统中有两套完全相同的软件平台、数据库、实时参数录入表。当系统一个硬盘发生故障时，另一个硬盘可使系统继续正常运行。
7 结束语
AIS已经在发达国家得到广泛应用。欧洲沿海已经建立了AIS岸台网。香港目前正在岸台建设中，预计今年的8月可正式投入使用。而IMO对安装AIS的强制规定又不允许我们观望和等候。希望中国的AIS岸台、船台的应用与发展能够跟上世界航运科技潮流。
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