AIS航標技術在長江航運中的應用研究

摘要：文章擬通過總結AIS航標的功能和特點，對AIS航標在以長江航運為代表的內河航運中的應用場景及方式進行分析，提出AIS航標在以長江為代表的內河航運中的應用面臨的問題，以充分發揮AIS的助航功能，為船舶安全航行提供決策依據。

關鍵詞：航標；AIS；安全；助航

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.07.034

中圖分類號：TN 92，U 644 " " " " " " 文獻標志碼：A " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）07-0-03

Application of AIS Navigation Mark Technology in Yangtze River Shipping

LIAO Wei

（Changjiang Communications Administration of Ministry of Transport， Wuhan 430014， China）

Abstract： This document summarizes the functions and characteristics of the AIS， analyzes the application scenarios and modes of the AIS in inland river shipping represented by the Yangtze River， and proposes the problems faced by the AIS in inland river shipping represented by the Yangtze River， so as to give full play to the navigation assistance function of the AIS system and provide a decision basis for safe navigation of ships.

Key words： navigation mark; AIS; safe; navaid

1 " 研究背景

航標是一種設置于可通航水域或其附近的助航設施，在通航水域以浮標或標志船的形式設置，在通航水域附近的岸域以固定建（構）筑物的形式設置。用于提醒過往船舶注意航標的變化、錨地的設置、灘險的位置以及其他礙航物，例如礁石等的位置。

傳統的航標以視覺航標為主，船員通過觀察可以得知航標類型，根據航標的類型調整船舶航行方向。此類航標以永久性航標或是長期性航標為主，一經設定，不再輕易改變。

隨著內河航運的發展，部分水域臨時管制需要設置臨時航標，或在需要實體航標但尚未設置的階段，采用以AIS航標為代表的新型助航技術作為輔助航標，可以實現低成本、高可靠及零位移的便捷設置。

2 " AIS簡介

船舶自動識別系統（AIS），是國際海事組織（IMO）、國際航標協會（IALA）、國際電信聯盟（ITU-R）聯合推廣，并在船舶航行中強制使用的一種船舶報告系統，它由岸基設施和船臺終端組成，是整合了衛星定位、VHF通信、計算機網絡、羅經、計程、轉向傳感等技術的新型廣播助航系統。通過岸上架設的AIS網絡和船舶上安裝的AIS船臺終端，在Channel87B（AIS1）：161.975 MHz和Channel88B（AIS2）：162.025MHz二個頻道上交互船舶的動、靜態信息，包括船舶狀態、船名、九位碼、船舶大小、位置、行首向等，可以接收對船舶安全航行提供助航服務的相關信息等，也可以讓有需要的單位或人員直觀查看船舶位置及周邊水域安全情況，為船舶的安全航道提供輔助手段。通過“十一五”“十二五”“十三五”期的建設，長江干線實現了AIS信號的全覆蓋，長江干線100總噸以上的船舶均已按照相關要求安裝了AIS船臺終端。

3 " 傳統航標與AIS航標的區別

3.1 傳統航標

航標主要作用是為航行的船舶提供定位信息，為船舶提供礙航物和其他航行警告信息。同時，指示船舶按照通航管理的規定，在指定的航道中航行，標識通航水域的錨地、測量作業以及禁區等，是船舶航行不可或缺的輔助設施。

傳統的航標需要在通航水域設置實體標志船浮標或在附近岸域設置岸標等視覺航標。航標主要有側面標志、方位標志、孤立危險物標志、安全水域標志以及專用標志等。

3.2 AIS航標

隨著近年來通信技術的發展，AIS技術已日益完善，船舶航行對AIS的需求越來越大，通過AIS系統，航行船舶不僅可以識別周邊的船舶信息，還以通過AIS的21號消息播發的航標信息，來獲取航道的管制要求以及航行規定等。AIS航標分為實體航標、合成航標以及虛擬航標。

（1）AIS實體航標。AIS實體航標就是在標志船上放置一臺AIS航標應答器，在不影響AIS傳統功能和數據傳輸的前提下，可以通過指定的時隙，以固定的時間間隔，通過AIS頻段向航行在周邊的船舶發送航標類型、位置、尺寸等信息。安裝有AIS船臺終端的船舶可以接收并解析相關信息，顯示在AIS終端的電子江圖上，告知船員航行注意事項。由于長江航運船舶設備現狀不同，部分船舶可能無法識別實體AIS航標失常報警，造成航標助航功能誤判。目前，實體航標尚未在長江航道中得到推廣應用。

（2）AIS合成航標。AIS合成航標是在視覺實體航標的基礎上，通過覆蓋視覺航標所在水域的AIS岸基基站向該水域發送包含有該視覺航標類型的通信信號，在集成有AIS、且裝有電子航道圖的終端上，可以看到AIS發送的航標定位與繪制在航道圖上的視覺實體航標位置重合。船員可以通過觀察視覺航標，也可以通過終端上的顯示，獲得航行注意事項。但由于標志船在水上會出現位移，可能造成目視位置與終端顯示位置不一致，因此，要及時監測，嚴格控制視覺航標和AIS航標位置偏差范圍。目前，在長江干線航道中主要試用場景為橋區、通航分汊節點、彎曲河段和重要轉向節點。瀘州航道局于2021年12月31日至2022年1月1日在神背嘴水道孝女磧#2紅浮（長江上游航道里程約871.3 km，右岸，燈質為紅色定光）的基礎上，通過其周邊的AIS基站向船舶發送位置：28°52′32.6″N，105°38′48.6″E，MMSI：994148231，航標類型：右側面浮標即為典型的合成航標。

（3）AIS虛擬航標。AIS虛擬航標與AIS合成航標類似，都是通過AIS岸基設施以指定的時間間隔向覆蓋區域廣播航標信息，包括但不限于消息ID、用戶ID、助航類型、位置坐標、航標尺寸、定位類型、時間以及航標類型等，裝有可解析該信息的AIS船臺終端可以接收該信息并將其還原，通過特定的圖形在電子江圖上顯示出來，讓船舶獲知水域狀態。兩者最大的區別是合成航標在制定的位置上有視覺實體航標，而虛擬航標在指定的水域位置上并沒有這樣一個實體的航標存在[1-2]。2021年6月30日至2021年7月1日，因長江北支水道航標優化調整，需要標示崇啟大橋橋區航道邊界，便于船舶安全航行，通過AIS發送的14座航標信息即為典型的虛擬航標。

長江AIS虛擬航標主要應用于標識深水港區航道界限、洪峰過境期間重要節點臨時標注、錨地和橋區等特定水域邊界點標注，是實體航標的重要補充[3]。

4 " 長江AIS航標的應用

AIS航標是計算機技術、電子江圖技術、AIS技術和北斗衛星導航技術等相互融合的產物，是信息化技術在航標中應用的具體體現[4-5]，借助已建好的岸基AIS網絡，根據航標信息管理方面的要求，配置相應的數據集成和管理軟件，能標示航道、礙航物和水中建筑物等，能監控航標的實時位置和運行狀態等，為過往船舶提供氣象、潮汐和水域狀態數據等；能廣播航標的類型、名稱、位置、定位精度、位置偏差以及航標燈等的運行狀態；實現方便、簡單，不僅可以實現系統原有功能，還可以更好地為船舶提供助航服務，包括預警信息發布等，可以促進和加強船舶航行的安全[6]。

4.1 AIS航標的播發

根據國家《船載自動識別系統（AIS）技術要求》（GB/T 20068—2017）[7]規定，AIS可以用來發送航標信息，包括虛擬航標和實體航標。

根據AIS的特性，既可以指定時隙，也可以采用AIS自適應時隙，即在該信號發送之前，系統結合擬發送報文的長度，判斷需要占用的時隙數，通過觀測該時段的時隙占用情況，選擇合適的時隙將信息發送出去；既可以通過指定的基站，也可以通過航標的具體坐標，由系統自主選擇基站的形式進行播發。航標的播發采用AIS的21號消息，可以通過外部命令或VHF數據鏈路的分配模式命令，以3分鐘一次的頻率自主發送，其占用時隙不超過2個，發送航標類型、名稱、位置、MMSI碼、尺寸等信息。在基站覆蓋區域的船舶可以接收并解析該21號消息，并將其在電子江圖上以規定的符號和位置顯示出來，以起到提醒船舶駕駛員安全行駛的作用。

21號消息有3種播發模式，一是在輪詢到的每一個航標播發周期上，在2個不同的信道上交替使用不同的信道播發；二是在輪詢到的每一個航標播發周期上，隨機選擇1個信道進行第一次播發，隨后的播發選擇與上次播發不同的信道；三是僅在指定的信道上進行播發。一般來說，為了確保獲得最佳的接收概率，采用第二種播發模式較為適宜。

從2021年起，長江通信管理局與長江航道局共同在部分區域開始試點應用AIS虛擬航標，目前，全線AIS虛擬航標應用達300余個。長江AIS航標主要采用內河體系，航標類型包括默認通用、危險水域標（僅限沉船）、右側面浮標、左側面浮標、右側面岸標、左側面岸標、專用岸標以及專用浮標等幾類，每一類都對應有不同的代碼。船臺端接收后，可以通過特定的不同圖例顯示，告知船舶航標類型。

4.2 長江應用AIS航標的優勢

（1）提高航標定位精度。長江航道中的浮標受水流、氣候的影響，會隨著投放時間的推移，逐漸偏離原投放的位置。雖然航標的設置允許有一定的偏差范圍，但根據《自動識別系統（AIS）航標應用導則》[8]的規定，永久航標應在電子航道圖中標識。當航標偏離原投放位置時，會出現圖示位置與實際位置偏差，特別是在航標位置偏差超過允許偏差的范圍后，可能會影響船員的判斷。而有了AIS航標后，船員可以通過AIS航標與實體航標在電子航道圖上的顯示，準確獲取并判斷航標的精準位置，確保航行的安全。

（2）提升優化航標使用效率。長江航運的特點就是航道窄，而船舶密度大，通航環境本來就比較復雜，若設置過多的視覺實體航標，不僅會進一步加大水域通航的復雜程度，也會為通航密集區的船舶航行造成不便。特別是在天氣惡劣的情況下，會對船員觀察視覺實體航標造成干擾，通過AIS航標的輔助，能夠讓船員及時獲知航標的信息，按照航標的指示航行，提升船舶安全度[9-10]。

（3）降低航標布設成本。江面標志船的布設成本可達50萬元以上，在一定臨時管制的區域，選擇設置視覺實體航標的方式，不僅時間長，而且成本高，而采用AIS航標，能在最短的時間內，用最低的成本完成航標的布設，并顯示在船舶的駕駛臺終端上，提醒過往船舶注意航行安全。同時，由于長江水域較窄，即便不是臨時管制區域，標志船也易受到周邊船舶航行的影響甚至撞擊，出現損壞甚至偏移需要維修的情況，有了AIS航標，可臨時代替標志船的作用，確保安全航行。

（4）功能更強大。AIS航標信息可以準確地標繪并顯示在電子航道圖上，使得船舶能及時、準確地了解周圍助航標志的情況，如果配合自動航行系統，對船舶航行的安全率和避碰率的提高有幫助，可以進一步發揮航標的作用。

（5）具有更大的可擴展性。AIS航標還可以播發天氣、水文等其他信息，周圍的船舶可以實時地接收到相關信息，從而提高數據的實時性、航行的安全性。另外，AIS航標也可以用于發布航標監測信息及安全相關信息。

5 " 長江AIS航標應用的注意事項

（1）AIS時隙問題。AIS相關國家標準已經明確規定AIS航標發送頻率為3分鐘一次。因此，在AIS航標播發的過程中，同一基站不應設置過多需要播發的航標，以免過多占用AIS信道，影響AIS的其他類型信號的接收或發送。信道占用率不應超過50%為宜。

（2）AIS航標圖形化顯示問題。在長江AIS航標實際應用中發現由于圖形沒有匹配，在地圖上以船舶圖形顯示，并沒有按照規定的圖形正確顯示航標類型。因此需要制定統一的AIS航標標識和顯示標準。

6 " 結束語

AIS航標是長江等內河航運實現航標數字化、信息化的重要手段，采用“虛實結合”的航標設置方式，以視覺航標為主，AIS航標為輔，多種助航服務協同發展的綜合導助航體系，以現實+虛擬“擦亮行輪的眼睛”，助推長江航運高質量發展。

參考文獻

[1] 邵進興，柯玉義．談虛擬航標的應用及發展[J]．中國海事，2014（03）：55-57.

[2] 黃艷玉，張杏谷，魏武財．虛擬航標及其應用[J]．中國水運，2006（11）：126-127.

[3] 徐峰．虛擬航標在長江航道中的應用[J]．水運工程，2012（3）：119-123.

[4] 陳巧豐．基于AIS技術的虛擬航標的應用及存在的問題分析[J]．理論與創新．2020（10）.

[5] 趙家松．AIS虛擬航標的應用和發展[J]．中國水運，2017（04）：20-21.

[6] 李昱．基于冗余數據的AIS虛擬航標監測方法[J]．世界海運，2017（6）： 20-23.

[7] GB/T 20068-2017．船載自動識別系統（AIS）技術要求[S]．北京：中國標準出版社，2017.

[8] JT/T 1193-2018．自動識別系統（AIS）航標應用導則[S]．北京：人民交通出版社，2006.

[9] JTS/T 181-1-2020．內河航標技術規范[S]．北京：人民交通出版社股份有限公司，2020.

[10] 萬芳，殷黎，高妞．“互聯網+”開啟數字長江時代[N]．中國水運報，2016-07-27