AIS船舶避碰系統的應用探究

楊雨堃

摘 要：依據IMO相關規定，AIS船舶避碰系統是在2002年的7月1日正式開始應用的，并且在航海領域中得到了普遍的認可。基于此，本文主要從以下幾個方面對當前AIS船舶避碰系統的應用情況進行深入分析，筆者依據自身經驗提出合理化建議，供以借鑒。

關鍵詞：船舶自動識別系統 自動避碰 應用

如何確保船舶能夠在安全的狀態下航行，是當前相關研究人員值得深思的課題。而隨著我國國民經濟水平的提高，各項技術也得到了日益完善，船舶避碰系統也朝著自動化的方向前進，其目的是盡可能減少船舶出現碰撞的情況，繼而提高航行效率。

1.闡述船舶自動避碰系統研究的意義

船舶自動避碰系統的組成形式。倘若想要促使船舶實現自動避碰的效果，那么系統具有包含以下幾點，具體內容請看圖1所示。

從圖1可知，首先要具備傳感器部分，也就是需要提供以下兩種設備：一種是提供本船的設備；另一種是提供目標船信息的設備；需要有計劃、有目的的完成信息的計算工作，并對制定的的避碰方案進行分析、判斷的避碰計算機系統，主要由以下幾個部分一起組成：第一，輸入輸出接口；第二是存貯本船和目標信息；第三是電子海圖信息的數據庫；第四是自動避碰智能軟件；最后還應當具備操船機構部分——也就是所謂的自適應舵亦或是智能舵和主機及其被控對象部分——船舶所組成。

船舶自動避碰系統的基本原理。通常情況下，避碰計算機系統主要的功能是由其輸入接口對相關信息的原始數據進行科學的處理；接著再交由智能避碰軟件在處理目標信息的同時，該軟件將專家系統原理有效的和應用數理分析結合起來，進而促使信息可以實現分析分類、辨別避碰方案的效果；最后經過相關系統的接口把避碰方案中的相關數據進行妥善處理以后，傳達到相應的結構中，這時候就可以執行避讓方案了。當前船舶自動避碰系統主要存在以下幾個問題：第一，傳感器的局限性；第二是職能避碰軟件功能的優化，在這里本文只對第一個問題進行討論。

現有傳感器存在局限性的特點。傳感器具有的局限性通常體現在以下兩個方面：一方面是雷達獲取目標信息的準確性；另一方面是ARPA獲取目標信息的可靠性，例如在航海的時候遇到海浪、雨雪等目標時，雷達是無法探測到的；盡管是ARPA，在實際探測的時候會在某種程度受到信息處理技術具有的局限性而發生“漏、丟”的情況。由此可見，無論是雷達還是ARPA存在的局限性特點都會對船舶自動避碰技術的實現速度帶來直接的干擾，同時也是自動避碰系統的瓶頸。

2.探析AIS在船舶自動避碰系統中的地位

2.1AIS的基本構成

如圖2所示，圖中可以清晰的看到GPS是接收導航型全球定位系統的主要設備，并且DGPS屬于差分GPS接收機，它們主要的功能是向系統輸送相應的φ、λ，和世界時UTC處于同步的狀態；陀螺羅經的功能是向系統輸送關于本船航向的信息，計程儀的功能是向系統輸送關于航速的信息。由于信息處理器在AIS中扮演著重要的角色，可以將船名、危險貨類等相關信息存儲起來；將所有的數據及其相關信息都經過編碼通過VHF發射；對已經接收到的數據進行解碼，然后將其存儲到解碼后的數據中；最后把本船與其他船舶航行所得到的信息通過顯示器呈現出來。

2.2AIS在船舶自動避碰系統中的地位

從以上內容可以看到，AIS在船舶自動避碰系統里面主要起到傳輸信息的作用。總的來說，AIS不但可以作為向系統提供相關信息的傳感器，而且還可以在特殊的情況下充當通信設備。

3.論述AIS在船舶自動避碰系統中的作用

3.1利用AIS獲得避碰信息

通常情況下，目標的避碰信息主要包含以下幾點：第一，CPA（目標與本船的最近會遇距離）；第二，TCPA（目標到達最近會遇距離點的時間）；第三最晚施舵時機以及避碰參數等，針對AIS提供的位置、船型等相關信息來說，相關人員需要具體情況進行計算以后才可以得到速度矢量三角形，并借助于相關操作性能參數，就可以得到需要的避碰信息。簡單的說，由于AIS信息具備自動標會功能，這樣就會提供CPA、TCPA等碰撞參數，不會受到某些因素的干擾，要比ARPA更加具有準確性。這里值得一提的是，船舶的安全是以最小值SDAm當做標準的，它不但是某些水域船舶危險的判斷標準，而且也是其他避碰信息的量化基礎，依據相關文獻可以得知：

假如目標位置濾波結果的方差P是100米，那么船和目標船的長度都是相同的，依據（1）式計算出來的結果是0.48海里，但是對（2）式進行計算以后所得到的結果卻是0.22海里。顯而易見的是，通過AIS信息研制成功的自動避碰專家系統，要比雷達的避碰系統要好一些，不但可以在必要的情況下提供危險判據，而且所提供的避碰信息都可以達到精準的目的。現在有這樣一個假設，AIS能不能完全替代雷達呢？依據相關文獻及其限于AIS未能裝于所有目標船的原因來看，筆者依據自身經驗認為，即使AIS有著諸多的優點，但是還無法完全取代雷達當做傳感器，然而它能夠有效解決雷達存在的缺陷，而怎樣將AIS與雷達有機的結合起來，是當前相關人員值得深思的課題。

3.2借助AIS作為避碰的通訊手段

當前，航海中經常使用的是ARPA，由于該工具有著較多的優勢，例如有著較強的避讓碰功能，同時也存在某些缺陷，如無法判斷目標船。顯然對于自動避碰系統來說，在具備所有功能的前期下，有一個功能不曾具備，所以會對系統的正常使用帶來一定的影響，那就是：不具備可以發送亦或是接收本船亦或無法掌握目標船的操作意圖，這樣就不能在第一時間掌握對方的操作意圖，就無法形成相應的避讓方案。因此，在海上航行的過程中，由于不了解對方的操作行為而采取不當的避讓行為，很容易引發意外事故，同時也是缺少此項功能的反映。

當前船舶與船舶之間進行通信的時候，是依賴于VHF無限電話得以實現的，但是由于這種靠人工操作、頻道容易出現擁擠的情況，因此無法自動對相遇到的船舶進行判斷，也不能在第一時間掌握對方的操作行為，這樣在避讓的時候就很難達成一致，這樣就會由于增加時間亦或是不清楚對方操作情況而發生意外事故。從 AIS具備的優勢來講，它可以起到避讓的作用，也就是當自動避碰系統做出決策以后，就可以依賴于AIS把產生的避讓參數，例如避讓時間、改向幅度、恢復時間等參數都傳達給目標船，這樣才可以讓裝有AIS的船舶在最短的時間掌握本船的操作情況，為可以采取正確的措施提供方便，保障船舶與船舶之間可以達到安全避讓的效果。

通過以上內容的論述，可以得知：隨著AIS的出現，能夠有效解決船舶自動避碰系統研究進程的尷尬局面，同時也彌補了雷達存在的弊端；它在很大程度上提高了相關系統研究效率，并對船舶的安全航行有著積極的意義，同時也促使航海自動化技術朝著更好的方向發展，進而為我國的航海事業做出應有的貢獻。

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