基于智能手機的虛擬AIS系統(tǒng)設(shè)計

◎ 隋永舉 李輝 交通運輸部南海航海保障中心

基于智能手機的虛擬AIS系統(tǒng)設(shè)計

◎ 隋永舉 李輝 交通運輸部南海航海保障中心

船舶自動識別系統(tǒng)(AIS)經(jīng)過十幾年的運行，海上及內(nèi)河船舶碰撞事故發(fā)生的次數(shù)與頻率明顯下降。但大量沿海及內(nèi)河小馬力和無動力船舶并不在強制安裝要求范圍內(nèi)，這些船舶沒有基本的通訊設(shè)施，碰撞事故等安全生產(chǎn)問題尤為突出，導(dǎo)致相關(guān)管理混亂無序。本文結(jié)合以上實際情況，依托當前互聯(lián)網(wǎng)和智能手機為載體，設(shè)計出虛擬AIS系統(tǒng)，以解決當前小型船舶監(jiān)控管理問題，作為現(xiàn)有AIS系統(tǒng)一個很好的補充。

AIS 智能手機 APP 互聯(lián)網(wǎng)

1.設(shè)計背景

隨著船舶自動識別系統(tǒng)(AIS)設(shè)備終端的日益普及，AIS進入規(guī)模效應(yīng)階段。大量AIS終端設(shè)備的裝船使用,使船舶的航行安全和營運效率大大提高，海上及內(nèi)河船舶碰撞事故發(fā)生的次數(shù)與頻率明顯下降。但隨著內(nèi)河中小船舶和沿海漁船B級AIS的安裝，其問題也逐漸顯現(xiàn)出來：

①安裝使用一段時間后，故障多，維護難度高；

②MMSI及靜態(tài)信息任意設(shè)置篡改；

③小型船舶船臺同時啟動，有導(dǎo)致AIS系統(tǒng)癱瘓風(fēng)險；

同時對小于300總噸的沿海船舶和小于100總噸的內(nèi)河船舶，國際海事組織(IMO)及中國海事局未作出強制安裝規(guī)定,大量沿海及內(nèi)河小馬力和無動力船舶由于受船舶電源、安裝環(huán)境等諸多條件的制約，至今未能配備有效的安全設(shè)備，存在較大的安全隱患。因此，如何解決小型船舶安全生產(chǎn)問題，成為各級地方政府亟待解決的難題。

針對以上小型船舶存在安全生產(chǎn)問題的實際狀況，結(jié)合當前“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)方向，筆者率先設(shè)計一套“虛擬AIS系統(tǒng)”，通過手機APP實現(xiàn)AIS導(dǎo)航避碰功能，從而革命性的改變當前小型漁船監(jiān)管乏力和避碰手段落后的現(xiàn)狀。

2.虛擬AIS系統(tǒng)架構(gòu)

基于當前普及使用的智能手機的虛擬AIS系統(tǒng)，即應(yīng)用AIS和信息網(wǎng)絡(luò)進行技術(shù)融合，通過裝載在智能手機上APP的應(yīng)用方式，更為系統(tǒng)地實現(xiàn)AIS防碰撞功能和其它應(yīng)用目的，并遵循國際相關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求，具有較強的可操作性。

虛擬AIS系統(tǒng)主要由AIS轉(zhuǎn)發(fā)站、智能手機+APP、數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、AIS監(jiān)控平臺等組成。

圖1　 虛擬AIS系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

2.1AIS轉(zhuǎn)發(fā)站

AIS轉(zhuǎn)發(fā)站是通訊與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的必備設(shè)施，通過AIS數(shù)據(jù)實時接收和轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)實體AIS和虛擬AIS之間無線數(shù)據(jù)融合。

AIS轉(zhuǎn)發(fā)站主要功能是接收實體AIS的數(shù)據(jù)，并通過有線無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)；同時數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)將虛擬AIS轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳送給轉(zhuǎn)發(fā)站，轉(zhuǎn)發(fā)站再通過VHF頻道廣播發(fā)送給周圍船舶。

AIS轉(zhuǎn)發(fā)站可以與海事AIS基站區(qū)別開來，各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢。既可以從海事局AIS基站容量不足的困境中解脫出來，又可以擴大AIS轉(zhuǎn)發(fā)站覆蓋范圍，實現(xiàn)大、小船舶互通AIS信息，有效預(yù)防商船和小船、小船和小船之間的碰撞，更好地保障小船生產(chǎn)安全，減少生命與財產(chǎn)損失。

2.2數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)

數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)主要現(xiàn)實傳統(tǒng)AIS和手機互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)之間的格式交換與數(shù)據(jù)融合。同時對所有船舶動靜態(tài)數(shù)據(jù)進行日志管理及后期大數(shù)據(jù)分析與處理，已實現(xiàn)軌跡回放和事故定責等功能。主要數(shù)據(jù)流程如下：

大船AIS終端->數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)->小船APP

小船APP->數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)->大船AIS終端

小船APP->數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)->小船APP

2.3智能手機及APP

智能手機及安裝于手機內(nèi)的APP程序，是虛擬AIS實施重要終端載體，負責將手機虛擬成AIS設(shè)備。

2.4AIS監(jiān)控平臺

AIS綜合監(jiān)控平臺顯示包括大船AIS終端和小船虛擬APP的各類AIS目標。

圖2　 智能手機及虛擬AIS App示意圖

圖3　 AIS監(jiān)控平臺示意圖

3.虛擬AIS技術(shù)優(yōu)勢

虛擬AIS系統(tǒng)主要適用于適合B級AIS規(guī)范內(nèi)的小型船舶。除具備標準B級AIS設(shè)備終端的全部功能外，虛擬AIS還可擴展出如一鍵報警、信息推送、一鍵搜救中心通話等手機本身具備的附加增值功能。

虛擬AIS在無網(wǎng)絡(luò)信號情況下可以對未發(fā)出去的信息進行緩存，待網(wǎng)絡(luò)信號通暢時，再次補發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)站對補發(fā)數(shù)據(jù)并不轉(zhuǎn)發(fā)。從而保證監(jiān)控平臺對虛擬AIS目標歷史航跡回放的完整性，這一點是AIS-B無法做到的。

傳統(tǒng)B級AIS由于發(fā)射功率小、天線安裝低，特別是岸上基站分布少，所以監(jiān)控范圍很小，效果較差。虛擬AIS目標的監(jiān)控，主要依賴于公網(wǎng)3G/4G網(wǎng)絡(luò)，沿岸有成千上百的基站，完全是無縫覆蓋，尤其是山區(qū)，因基站高，覆蓋范圍20海里左右，遠遠超過B級AIS。且小型船舶受船舶動力及油量限制，通常作業(yè)范圍為離線10海里以內(nèi), 虛擬AIS完全能滿足需要。

虛擬AIS需要使用移動運營商的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，上行每條約70個Byte，30秒上報一條，全天24小時流量約為240KB；下行按100條船每10秒刷新一次，每次更新數(shù)據(jù)壓縮后約為1.2KB，全天24小時流量約為10M。每月流量費約為10元。

相比于傳統(tǒng)的B級AIS，虛擬AIS管理可以更嚴格。因虛擬AIS捆綁手機機器碼，并需要通過實名制注冊以后才能啟用，船員不能隨意更改認證信息。并可以依靠大數(shù)據(jù)分析能力，規(guī)范和監(jiān)控虛擬AIS的使用，一旦發(fā)生冒用，換用等情況的，很容易發(fā)現(xiàn)或事后追查。

4.結(jié)束語

虛擬AIS概念是美國最先提出的，全球范圍內(nèi)的正式投入應(yīng)用的尚無先例。

RTCM（國際海洋無線電導(dǎo)航技術(shù)委員會）已經(jīng)于今年初成立了一個技術(shù)標準工作組（SC-139）,啟動虛擬AIS技術(shù)標準的規(guī)劃和制定工作。

基于智能手機的虛擬AIS系統(tǒng)融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3G/4G通信技術(shù)、AIS技術(shù)、GIS技術(shù)，具有較強的創(chuàng)新性。我國水域航道資源豐富，且江海結(jié)合地區(qū)存在大型船舶和小馬力甚至無動力船舶交錯航行的情況。虛擬AIS的廣泛應(yīng)用推廣，將會給復(fù)雜水域船舶安全航行提供技術(shù)保障。此外，AIS轉(zhuǎn)發(fā)站建成后還可將功能進行拓展應(yīng)用，甚至延伸服務(wù)于邊防、氣象等公共管理部門，具備良好的社會效益。

[1]史健.AIS系統(tǒng)的構(gòu)成及信息處理[J]中國水運（下半月），2010,10（10）：91-92.

[2]趙金秋.基于無線局域網(wǎng)的船舶自動識別系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信研究與設(shè)計.[D].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報，2007.

[3]周毅.AIS信息解碼和顯示.[J]航海技術(shù)2006(02).

[4]索永峰，楊神化，陳國權(quán)，林文錦.基于AIS航海模擬器目標船服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn).[J]中國航海,2014,37(1).