AIS船舶自動識別系統

AIS船舶自動識別系統

簡介

AIS成立于1994年，是當前信息系統領域最頂級的全球純學術專業的

組織，現有來自90多個國家和地區全球會員4000多名。AIS統一地以MIS

學科世界代理人身份在國際學術界出現，大大提高了MIS學科在世界學術

界的聲譽及影響力。AIS也開始較為獨立地研究創立MIS學科核心標準課程。

在與其它MIS學科有關的學術團體，如ACM、AITP和IFIP合作的基礎上，

經過三四年的踏實工作，于1997年推出了由MIS學科自身學術團體為主創

立的MIS標準核心課程方案，為世界各主要大學的MIS專業所采納使用。

AIS 系統

一、概念

AIS系統是船舶自動識別系統（Automatic Identification System）

的簡稱，由岸基（基站）設施和船載設備共同組成，是一種新型的集網絡

技術、現代通訊技術、計算機技術、電子信息顯示技術為一體的數字助航

系統和設備。

船舶自動識別系統（AIS）由艦船飛機之敵我識別器發展而成，配合全

球定位系統（GPS）將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動態結合船名、

呼號、吃水及危險貨物等船舶靜態資料由甚高頻（VHF）頻道向附近水域船

舶及岸臺廣播，使鄰近船舶及岸臺能及時掌握附近海面所有船舶之動靜態

資訊，得以立刻互相通話協調，采取必要避讓行動，對船舶安全有很大幫

助。目前 AIS 已發展成通用自動識別系統 （UAIS）。

二、功能

AIS的正確使用有助于加強海上生命安全、提高航行的安全性和效率，

以及對海洋環境的保護。AIS的功能有：

1、識別船只；

2、協助追蹤目標；

3、簡化信息交流；

4、提供其它輔助信息以避免碰撞發生。

AIS能加強了船舶間避免碰撞的措施，增強了ARPA雷達、船舶交通管

理系統、船舶報告的功能，在電子海圖上顯示所有船舶可視化的航向、航

線、船名等信息，改進了海事通信的功能，提供了一種與通過AIS識別的

船舶進行語音和文本通信的方法，增強了船舶的全局意識，使航海界進入

了數字時代。

三、起因

通過岸基雷達搜集目標信號的船舶港口交通管理系統被稱為VTS，通過

船基雷達搜集目標信號并顯示自標的航向、航速以及能模擬避碰的雷達被

稱為ARPA避碰雷達。二十世紀七、八十年代，是VTS、ARPA雷達長足發展

的黃金時期，幾乎全球的所有的港口都安裝了VTS，全部的遠航船舶都安裝

了ARPA雷達。從1978 年到1999年的21年間，我國就建造了20個不同規

模、不同類型的VTS站（不包括臺灣）。VTS、ARPA雷達比以前的同類產品

的性能的確提高了一大步，一時被人們用”完美無缺”來形容。

VTS中心的顯示屏上可以看到通過岸基雷達接受到船舶的回波（目標），

工作人員需要通過VHF直接詢問、VHF通話加 VHF測向、VHF短消息等手段

來獲得該船的船名并對該目標進行標識。經標識過目標其標識會始終跟隨

船舶（目標）航行，直到船舶（目標）駛離VTS區域。為獲得船名并在顯

示屏上確認其位置，VHF與船舶通話是相當平凡的。進人VTS中心機房，”

正橫某某燈浮的船舶船名是什么？””請報船名。””請行駛到報告線后

再報船名。”等VHF通信叫喊聲叫個不停，叫喊聲已經成了VTS中心的一

大特色，通過 VHF 確認船名和位置的工作花費了VTS中心中心人員的相當

大的精力，對VTS的功能是一個削弱。隨著航海事業的發展和人們航海通

信導航儀器的要求提高，VTS和ARPA雷達無法直接標識目標的問題就突出

了。

四、問題

在VTS和ARPA雷達上直接標識目標（AIS）需要解決的問題有：高精

度的定位手段、船舶全球唯一的編碼MMSI碼、自控時分多址聯接（SOTDMA）

的技術、電子海圖等。這些技術難題已全部解決。高精度的定位手段及全

球衛星定位系統（民用GPS）的定位已經可以保證優于10m的精度（實測可

達3m精度）。符合了AIS的定位要求。

船舶全球的唯一編碼MMSI碼又叫船舶識別號。每一艘船舶從開始建造

到船舶使用結束解體，給予一個全球唯一的MMSI碼。IMO于1987年就通過

推廣應用MMSI碼的決議。

SOTDMA（自控時分多址聯接）技術是通過數據打包鏈接的技術。AIS技

術標準規定：每分鐘劃分為4500個時間段。每個時間段可發布一條不長于

256比特的訊息，長于256比特的訊息需增加時間段。每條船舶會通過詢問

（自動）選擇一個與他船不發生沖突的時間段和對應的時間段來發布本船

的訊息。在統一的VHF的頻道上，AIS范圍內任何船舶都能自行互不干擾地

發送報告和接受全部船舶（岸站）的報告，這就是SOTDMA的技術核心。AIS

系統（在同一區域）能同時容納200—300艘船舶，當系統超載的情況下，

只有距離很遠的目標才會被放棄，以保證作為AIS船對船運行主要對象的

近距離目標的優先權。在實際操作中，系統的容量是不受限制的，可同時

為很多船只提供服務。在實施SOTDMA中，需要2個AIS專用的VHF頻道，

已有有關組織向國際電聯申請并獲得批準。

電子海圖顯示與信息系統 （ECDIS）是現代航海的一項新技術，它在

保障航行安全和提高航行工作效率方面發揮著顯著的作用。ECDIS不僅只是

在計算機上顯示電子海圖，而是為駕駛員集成了各種相關航行信息的實時

航行監控與顯示系統。ECDIS能自動地實時計算本船與陸地、海圖上的物標、

目的地或潛在的危險物的相對位置，可以說將航海安全技術提升到了一個

全新的高度。

五、報告

5.1、報告種類

報告種類很多，主要有：船位報告、基地臺報告、信道管理等十三種，

報告的長度比特數（兩進制的數字）從168比特到1192比特不等。船位報

告中包含：信息識別碼（6比特）；用戶識別碼（30比特，MMSI碼）；航

行狀態（2比特，0=在航行中；1=錨泊；2=未受指令；3=靈活性受限制）；

經度（28比特，1/10000度，±180度，東為+，西為-，最小單位≈0.1852

米）；緯度（27比特，l/10000度，±90，北為+，南為-）等字段。總共

用168比特表示。

5.2、船舶報報告頻率

船位報告的頻率為：

船型：報告頻率

錨泊船：3分鐘/次

0-14節航速的航船：12秒/次

航速為0-14節并且在改變航向的航船：4秒/次

14-23節航速的航船：6秒/次

航速為14-23節并且在改變航向的航船：2秒/次

超過23節航速的航船：3秒/次

航速超過23節并且在改變航向的航船：2秒/次

船舶靜態信息及與航程有關的信息，每6分鐘更新一次或按要求（自

動反應，無須用戶操作）更新。

六、DSC

先于AIS系統的是數字選呼性呼叫（DSC），其基本方法是在VHF 70

頻道上以DSC方式自動發出詢問信息，接收到詢問的船只以同樣的頻道將

本船的基本信息發送回詢問方。DSC詢問采用廣播的方式，通過信息中的地

址碼判斷詢問的對象，被詢問的船才會回應，其余船只不響應。該系統已

經利用了數字式自動傳輸技術，并將船舶的位置信息與電子海圖結合起來，

對船位等已能顯示。

盡管DSC系統與原先的產品相比，優點非常突出，但是IMO還是認為

過早地定標對科技發展不利，DSC技術仍有發展的可能。1996年9月，在

IMO NAV42次會議上，各成員國在DSC和AIS系統的選擇問題上進行了深入

的討論。考慮到未來的通信，決定采用更加先進的AIS系統。

七、要求

國際海事組織規定安裝自動識別系統（AIS）的具體要求所有300總噸

及以上的國際航行船舶，和500總噸及以上的非國際航行船舶，以及所有

客船，應按如下要求配備一臺自動識別系統（AIS）：

在2002年7月1日之前建造的國際航行船舶：客船不遲于2003年7

月1日；液貨船不遲于2003年7月1日以后的第一個船檢日；除客船和液

貨船外的50，000總噸及以上的船舶，不遲于2004年7月1日；除客船和

液貨船外的10，000總噸及以上但小于50，000總噸的船舶，不遲于2005

年7月1日；除客船和液貨船外的3，000總噸及以上但小于10，000總噸

的船舶，不遲于2006年7月 1日；除客船和液貨船外的300總噸及以上但

小于3,000總噸的船舶，不遲于2007年7月1日。

八、影響

自從VTS中船舶識別問題被重視和AIS的觀點被提出，國際海事組織

對船舶識別和AIS的討論、研究、論證、極限測試、定標、推廣等方面的

工作研究從未間斷過。每年都要召開多次AIS方面的會議并做出相應的決

定。國際海事組織安全委員還成立了專門的AIS小組，統一協調AIS工作

和進程。

AIS方面的研究是一項巨大的工程，其討論、研究、論證、極限測試、

定標、推廣等方面的工作需要參與國際海事組織的各成員國合作參與，有

的測試、定標等工作的部分費用由國際海事組織支付的，沒有我國參與這

方面工作的報道。查閱有關的會議文件，我國曾派員參加了有關會議，但

很少有參與船舶自動識別系統討論和發表論文。我國對AIS方面的研究是

處在相當貧乏的位置。

8.1、AIS、VDR、ECDIS 的關系

船舶自動識別系統 （AIS）、船載航行數據記錄儀（VDR）、電子海圖

和信息系統 （ECDIS是各自獨立的系統，但又是緊密聯系的。船舶自動識

別系統、船載航行數據記錄儀獲得的數據需要在電子海圖和信息系統上顯

示；船舶自動識別系統和船載航行數據記錄儀能互相引證其數據的準確性，

其標準需要一致，所以國際海事組織把ECDIS、AIS、VDR放在一起研究、

計論和定標。AIS、VDR兩者有著不可替代的互補功能。AIS的船舶能實時

獲取周邊安裝使用AIS船舶的船名、呼號、船長、貨物種類等船舶靜態數

據，和航向、航速、位置、相對距離等船舶航行動態數據；VDR能在事故后

保存記錄數據并恢復和再現這些數據，對事件的還原準確程度和對事故原

因分析提供原始數據的程度是傳統的方法無法比擬的。

8.2、AIS實施以后對船舶避碰的影響

AIS系統在沒有岸站的情況下同樣會自成系統，顯示周邊船舶的航行動

態。開闊水域的船舶相對比較少，由于AIS系統有把最近的一艘船舶作為

主要對象船，并將其主要數據顯示在顯示屏上的功能。很自然，AIS系統會

把對方船的主要數據顯示在顯示屏上，顯示目的是便于船舶之間的避讓和

相互溝通。就是萬一避讓不當，造成兩船發生碰撞事故時，由于對方船的

數據自動保存在AIS系統中，現場就可抓緊時間確認碰撞事實和了解損失

情況等，不必象以前那樣先要詢問對方船名，船公司名稱等基本數據。在

了解事故情況和調查階段，由于AIS系統會把對方船的航行數據自動保存

的功能，雙方的動態一清二楚，事故的責任自然很容易判別。就是有一方

有意篡改也是徒勞的。

8.3、AIS實施以后對VTS、ARPA的影響

AIS實施以后對VTS、ARPA的影響是相當大的，對VTS來說，可擴大

VTS的工作范圍，可提高VTS精度，船舶的識別從無到完善，可提高VTS作

人員的工作效率。VTS工作人員使用VHF通信叫喊聲不斷的狀況一去不復返

了，VHF通信叫喊聲再也不是VTS中心的特色了。AIS實施以后VTS為航海

保障會起到更好和應有的作用。對ARPA來說，AIS實施以后在識別目標和

協助船舶避讓方面會有長足的進步，對減少碰撞事故會起到很好的作用。

AIS也不是萬能的，對一些沒有安裝AIS的小型船舶，AIS無法發現。

關于“AIS無法發現小型船舶”一事，可在AIS實行一段時間后，通過推廣

小型船舶安裝價格便宜簡易AIS設備來解決。

8.4、AIS實施以后對航標的影響

航槽的開挖是一項大投入的工程。航槽的設計，一般是在滿足安全要

求的前提下，開挖的越乍越經濟。為了讓船舶看清航槽的位置，航槽兩側

需要設置航標。由于航標設在流動的水中，受水流的影響漂移半徑在10—30

米左右。為了達到同樣的安全系數，航槽只好相應加寬。在AIS系統情況

下就不同了，電子航標的位置是不受水流的影響而移動的，在同樣的安全

系數的情況下，可以降低對航槽開挖寬度的要求。從而降低航槽建設成本。

燈浮是容易漂移的航標，一但漂移，容易造成船舶的擱淺。在AIS系

統下可完全改變這一狀況。由于AIS狀態下的電子航標是不會移位的，因

燈浮漂移而造成船舶擱淺的因素也就不成立，部分擱淺事故也就可以避免。

如果在AIS系統情況下仍需要現行的實物航標的話，只要在現行燈標體上

安置一臺AIS設備就能解決。當燈標發生移位時，移位了的燈標上的AIS

設備就能把移動了的位置報告出來并報警，對航行安全是非常有好處的。

目前沉船標的設置需要審批，周期比較長，沉船標顯示的訊息如左側

標，獨立礙航標等內容也比較少。在AIS系統情況下，每一艘船舶都可以

使用短消息等手段發布沉船消息，在船舶沉沒到沉船標拋設期間，船管理

部門可以設電子沉船標，電子沉船標不僅可以包含一個具體坐標位置，不

僅包含如左側標、獨立礙航標等簡單信息，還可以包含一個具體的警告區

域（面積）并備注有相關信息和危急等級的綜合信息。當因潮流等因素沉

船移位需要移動沉船標時，現行的沉船標移位需要人力物力，而在AIS系

統情況下只要輕輕點擊鼠標就能完成對沉船標移位。

8.5、AIS實施以后對航行警告航行通告的影響

現行的部分航行警告航行通告的內容，如超大型船舶的長距離拖帶、

沉船等將會被全新的AIS系統的船舶告知方法所取代。目前超大型船舶的

長距離拖帶，除了航行許可的審批外，還須要對超大型船舶長距離拖帶的

特殊性和何時出發，何時到達（經過）某地等可能需要他船進行協助避讓

的事項發布航行警告，以便接收到該航行警告的船舶可估計相遇時間從而

主動協助避讓。AIS實施以后，超大型船舶的長距離拖帶的航行警告將被

AIS標識有超大型船舶特殊信號的顯示界面所取代，根據需要，這種超大型

船舶特殊信號接近到一定的距離時可被設置為報警，提醒操縱者重視，其

效果要遠比現行發布航行警告要好許多。象大風警報，搶險救助等方面的

航行警告，肯定會于現行的做法有較大的區別，其結果會大大提高工作效

率和便于用戶。

九、應用

船舶自動識別系統受外界自然因素干擾少，它在船舶導航、避碰、船

舶通信、船岸通信、海上搜救、海事調查等方面發揮獨特而重要的作用。 航

行于開闊水域的船舶不用VHF無線電話的通話便可自動獲得來往船舶的各

類信息;航行于限制水域的船舶不僅可自動獲得其他船舶的信息，而且通過

VTS的廣播獲得各類航行信息和港口信息。 這樣可在最大程度上人為防止

船舶碰撞和各類海難事故的發生，為航運界帶來了前所未有的安全感。現

代國際航運為了降低營運成本，正朝船舶大型化、高速化和全自動化的方

向發展，為保證船舶航行安全和保護海洋生態環境需要船舶自動識別系統。

船舶自動識別系統還可以改變航運企業的經營和管理方法，在船舶自動識

別系統應用方面BLM-Shipping已經把船隊管理、船舶定位與追蹤和航次管

理集成到一個平臺上，把航運企業推向電子商務時代，大大提高航運企業

的管理效率和服務水平。

AIS 告警指示信號

AIS (Alarm Indication Signal) 告警指示信號，常見于電信設備上

的紅色指示信號。

在計算機網絡仿真里面也用到這種特殊模式的信號。在TDM比特流里，

他的出現表示上游AC出現中斷。在E1，T1和E3，他是一定長度的全1序

列，這是一個不可知結構。在T3他是以幀的形式出現，只能被可知結構的

NSP處理

AIS應用與發展

AIS在VTS中的應用

1) 增強船舶的識別能力。對本船船位、本船航向、本船對地航速等數

據，雷達獲得的是歷史航跡的平均值，AIS獲得的是瞬時數據，因此，AIS

精度高于雷達精度。雷達只能獲得船舶的動態信息，當兩船交叉會遇或船

舶密度較大的區域經常出現標號交換或跟蹤丟失現象；而AIS傳輸的信息

不僅包括船舶的動態信息，而且還有靜態信息，數據丟失現象幾乎不存在。

2) 提高動態跟蹤能力，擴大跟蹤范圍。AIS數據能被其他的AIS臺站、

轉發臺接收，在VHF無線通信頻率的最大接收范圍內接收船舶的信息，跟

蹤精度高。GPS/DGPS提供的船位數據精度小于5 m，使跟蹤分辨率、精度

大幅度提高，跟蹤矢量穩定時間短。雷達數據處理延時約20個天線掃描周

期時，大約1.5 min，而采用AIS信息跟蹤，可直接獲取目標的動態數據予

以標識，無穩定時間，跟蹤可靠性高。傳送數據不受氣象、海況影響，用

國際專用頻道、SOTMA技術信息交換，可顯著提高跟蹤的可靠性。

3) 融合并補充VTS功能。船用導航設備雷達/自動雷達標繪儀ARPA

( automatic radar p lotting aid)提供的信息量非常有限，不能識別他

船與操船意圖，尤其在狹水道、航道彎曲處、島嶼的后面、船舶密度大的

水域以及遭遇惡劣氣象、海況環境時，自動跟蹤功能存在誤跟蹤、丟失目

標情況，甚至不能探測到目標，而且隨著觀測距離增加，對目標的測量精

度與分辨率均會下降。由于AIS采用VHF波段作無線通信鏈路，其抗海浪

和雨雪干擾的能力優于普通雷達，捕獲和跟蹤目標的能力更為有效，AIS的

通信鏈路能保持良好連接，可以彌補雷達在惡劣天氣條件下無能為力的缺

陷。雷達電波只能直線傳播，當船舶被其他船舶或高大物體遮掩時，就形

成了雷達的盲區，AIS也可以彌補雷達這方面的缺陷。

4) 基于AIS的VTS性價比優良。由于AIS具有良好的遙控性能，一個

控制站臺可以遙控多個基站，通過少量控制站和大量的基站就可以覆蓋廣

泛的區域，而AIS基站的投資相對于雷達站成本低得多。在交通密度低的

港口，裝備AIS的船舶可在沒有岸臺情況下自身形成“無人VTS”;在繁忙

的港口，AIS將減少VTS操作員的工作量并使他們在交通管理、信息服務和

其他任務方面提高工作效率。

AIS應用于水文氣象信息的實時發布

將水文氣象信息的格式預先在國際航標協會IALA ( international

association of marine aids to navigation ligthou authouities)進

行登記，就能實現國際性應用。水文氣象信息一般包括風速的平均值、風

向、水位、水溫、氣溫、不同濃度的流速與流向、潮汐信息等。

基于AIS的船位報告應用

AIS使船位報告更加準確、快捷，廣播式AIS可自動、連續發送船舶航

行信息或按查詢要求插入船舶和航次信息，經無線到有線通信網，送入報

告站，再轉送入計算中心，計算中心按系統需求將所有船舶按規定時間、

周期及所需的信息建立數據庫，并結合擁有的船舶靜態數據、電子海圖及

氣象數據等，按用戶要求進行分析、處理，為搜救部門提供船舶信息及搜

救決策服務信息，為各船公司提供轉發服務。船舶AIS與電子地圖顯示技

術集成為“BLM-Shipping系統”，接收船舶AIS數據，提供直觀的船舶定

位，實時動態查詢及歷史軌跡追蹤服務，因此在海事管理方面有廣闊的應

用前景，對船舶交通管理具有監督能力，對運輸船隊有調度、營運的管理

能力，對船舶進出港口具有領航能力，對船舶遇險有搜救能力，對船舶海

上航行有航行警告和氣象信息的能力方面都有很大的幫助。

基于AIS的航標遙測遙控系統應用

AIS航標遙測遙控系統由自動化航標設備及AIS應答器2部分構成，與

現行的航標遙測遙控系統相比有以下幾個優點：無需申請遙測遙控頻道而

直接使用AIS國際專門頻道CH87B、CH88B傳輸數據；可以省卻專用的通信

網絡建設，只需配置航標設備和AIS應答器; AIS的開放系統互聯工作模式

使其能夠方便地接入Internet，使航標主管部門通過互聯網來監測、管理

航標設施；航標信息同樣可以實現類似于“船- 船”工作模式的應用; A IS

還可作為虛擬航標應用。虛擬航標既可以是某一個具體航標設施的虛擬化，

也可以是一個虛擬的航標系統。AIS航標遙測遙控系統具有設備少、投入成

本低、建設周期短、功能強大、方便易行等優點。

隨著AIS技術的不斷完善和發展，AIS在海事管理方面的應用也將不斷

地得到拓展，AIS作為一種新興的科學技術促進了海事管理的信息化和智能

化建設，AIS與其他信息技術的結合積極地推動了“數字海事”的建設。