基于AIS人员落水应急示位系统的研究与实现

胡从池；周杏利

● （1.厦门华洋海事有限公司，福建厦门 361000；2.集美大学，福建厦门 361021）

基于AIS人员落水应急示位系统的研究与实现

胡从池1；周杏利2

● （1.厦门华洋海事有限公司，福建厦门 361000；2.集美大学，福建厦门 361021）

历年来，船上人员落水事故频繁发生，如果不能确定落水人员的确切位置，搜救工作很难进行。针对这一现象，研究并实现了基于 AIS的人员落水应急示位系统，系统应用AIS（自动识别系统）和GPS（全球定位系统）两种技术，能够及时向岸上AIS基站以及配备有AIS装备的船舶发送求救信号，该信号可较为准确地给出落水人员现处位置并实时监测其位置变化。这两项技术的应用使得该系统比传统的救生装置速度更快、效率更高，为搜救人员提供更可靠的信息，从而大大减少搜救人员的工作量，降低因人员落水造成的伤亡事件的发生率。

AIS技术；GPS技术；落水事故；应急示位

0 引言

近年来，各类船员落水事故不断发生，尤其是当遇到灾害天气时，事故发生的可能性增大而救助工作难度也会随之加大，危险性也会更高。为了避免此类悲剧再次上演，各相关部门不断探索调查，结果显示船员落水后不能快速而精确地确定其现处位置或者并没有人发现有人落水，致使船员在水下滞留时间过长是悲剧发生的两个主要原因。因而当务之急是研发一个能够在人员落水后迅速报警并且能够快速而准确地找到落水目标的位置且告知搜救人员的系统。于是设计研发了基于AIS的人员落水应急示位系统。该系统最核心的技术就是AIS和GPS，一个内置的GPS接收机可以提供准确的位置信息，且随着船员位置的变化而不断更新，以帮助落水人员快速被找到，而AIS的作用是将GPS提供的位置信息打包发送给搜救方。搜救方收到打包的信息之后进行解析进而确定恰当的营救方案。船员一旦落水，立即启动该设备，启动方式有自动和手动两种，该设备一旦启动，就会迅速通过GPS获取船员的位置信息，并利用AIS设备发送该位置信息，凡使用标准AIS设备的船舶以及4英里范围内的VTS系统基站都能收到AIS信号。另外，该设备还配备有高亮度可控LED指示灯，为夜晚搜救工作提供更多帮助。该设备体积小、重量轻，可配置在救生衣上，当有人员遇险需要救助时，搜救人员可获得落水人员的确切位置，为营救落水人员争取宝贵的时间。

1 国内相关技术发展现状

目前，当有人员落水时，营救人员采取的措施有以下两种方式：

1.1 自亮浮灯

自亮浮灯是一种简易的救生装置，它制作简单、价格低廉，所以在航海方面得到了广泛应用。尽管如此，利用自亮浮灯提供的信息开展搜救工作还是有诸多不便。首先，自亮浮灯只能为搜救人员提供可视范围内的位置指示。如果在白天，灯光对搜救工作起不到应有的指示作用，即使在夜间，指示灯亮度不够，上下起伏的海浪以及烟雾弥漫的天气也会缩小可视范围，也就增加了搜救的难度、加大了工作量，不利于及时救出落水人员。其次，自亮浮灯的发光时间仅能够持续2小时左右，对于距离搜救船只较远或者由于诸多原因无法上船的的落水人员无疑是毫无作用。另外，如果落水人员不幸遇难沉入海底，自亮浮灯对尸体的查找和打捞工作也没有任何指示作用[1]。

1.2 应急无线电示位标

当船舶遇险时，可以根据应急无线电示位标（EPIRB-Emergency Position Indicating Radio Beacon）对落水人员进行搜救。遇险时EPIRB设备发送遇险报警信号，信号中同时也包含位置信息，岸上的搜救当局接收到上述信息后，就可以根据EPIRB提供的位置信息展开搜救，由于EPIRB设备可以发送遇险信息，对于应对船舶的突发事件非常有帮助，因此得到了广泛的应用[2]。虽然应急无线电示位标能够及时提供信息，但它也有几个缺点。首先应急无线电示位标体积大、重量重，不方便携带，因此它只能放置在船上，事故发生后再手动启用就具有一定的时间延迟，对于搜救工作这场时间战极其不利。天气海况也会影响应急无线电示位标信号的发射距离。另外，如果仅某个船员落水而又长时间无人发现时应急无线电示位标没有被启动就可能会导致悲剧的发生。

2 背景技术

2.1 AIS技术

船舶自动识别系统（Automatic Identification System）简称 AIS，是以自控时分多址联接（Self-Organized Time Division Multiple Access）(SOTDMA)为核心技术的一种高科技助航设备。它集网络技术、无线通信技术、计算机技术、电子信息技术、微电子集成技术为一体，由基站、船台、AIS网络组成。AIS在两个规定的甚高频频段连续发送本船静态数据，动态数据及航程数据，同时接收来自周围船舶或者岸基台站的数据，从而实现船与船、岸与船、船与岸之间的数据交换，为海上通信提供可靠的技术[3]。

船载AIS设备的功能有：1）识别船只；2）协助追踪目标；3）简化信息交流；4）提供其它辅助信息以避免发生碰撞。

为了改善海上交通状况，降低海上灾难事故发生率，加强船舶与陆地之间的信息交流，从而满足岸上管理、控制与协调部门的工作需要，国际海事组织（IMO）规定：国际航线的 300GT以上的船舶和航行于国内航线的500GT以上的船舶，从2002年7月1日到2008年7月1日止分阶段安装AIS设备。中国海事局2010年4月12日颁布通知规定中国籍 500总吨以下沿海航行船舶在2011年1月1日之后的第一次年度检验之前配备A级或B级AIS系统。中国籍内河航行船舶在2011年7月1日之后的第一次年度检验之前配备A级或B级AIS系统[4]。以上规定表明，目前沿海与内河航行的大型船舶都配备有AIS设备，为基于AIS的人员落水应急示位系统的应用提供了硬件基础。

2.2 GPS技术

全球定位系统（Global Positioning System）简称GPS，是利用GPS定位卫星在全球范围内对对象进行动态定位的系统。

全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。它能够对高速运动下的三维立体坐标进行定位，定位精度极高，在军事、道路工程、汽车导航、定位跟踪等方面有广泛应用。

GPS的主要特点：1）全天候；2）全球覆盖；3）三维定位高精度；4）快速省时高效率：5）应用广泛。

目前，GPS在航海事业也有广泛应用，例如在自主导航、进港引导、跟踪监视、紧急救援、渔船作业等方面的应用技术已经相当成熟[5]，现将其应用在人员落水应急示位系统中也是运用了它的跟踪定位、紧急救援的功能。

3 系统结构组成

3.1 系统构架

如图1所示，基于AIS人员落水应急示位系统的核心为单片机控制模块Micro control unit（MCU），且有发送模块和接收模块组成。其中发送模块由电源模块、GPS定位模块、信号处理及发送模块、开关模块、LED发光模块5部分组成。

图1 系统结构图

3.2 发送模块

3.2.1 电源模块

该系统的能量来源是锂电池。单片机控制单元与系统电源模块相连接，系统的电源模块设有与锂电池相连接的供电接口。锂电池的使用寿命长达5年，保证该系统安全可靠。

3.2.2 GPS定位模块

GPS定位模块主要由GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元、电源三部分组成。当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一不定期卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。GPS信号接收机不仅需要功能较强有力的机内软件，而且需要一个多功能的GPS数据测后处理软件包。接收机加处理软件包，才是完整的GPS信号用户设备[6]。

3.2.3 信号处理及发送模块

该模块包括数据的采集部分、信号处理器、系统控制器、VHF收发机部分等。数据的采集部分接收来自GPS接收机的信号，转换成数字信号并输入信号处理器，而信号处理器与系统控制器是AIS的核心部分。信号处理器存储接收到的GPS信息，处理并存储本装置的动态信息，将这些最新的数据和必要的动态信息进行编码后送至发射机；对接收到的来自搜救船舶的信息编码并且存储解码后的数据。AIS信号的发送主要占用甚高频频道，AIS的系统控制器控制 VHF收发机在 CH87B(161.975MHz)、CH88B(162.025MHz)这两个国际专用频道自动发射和接收通信协议规定的信号。而所使用天线的发送范围设置在156 到163MHZ[7]。

3.2.4 开关模块

该系统具有两种启动方式：自动和手动。因此，就有两个开关，手动开关是一个按键，只要按下按键，电源开始供电，电路开始工作。而自动开关是水敏开关，该设备一接触到水就会启动。因此，该系统在人员落水后不用手动启动就会工作。

3.2.5 LED发光模块

在设备中安装LED高亮度指示灯。它由锂电池供电，在电源模块与该模块之间设有接口，具有单独的指示灯开关，如果白天就可以关掉灯以节省电源，从而可以使报警装置发送报警信号时间更持久。

3.3 接收模块

凡是配备有标准AIS设备的船舶以及4英里范围内的VTS系统基站都能接收到求救信号，AIS接收仪通过串口接收该信号之后，就在接收模块的信号处理单元中进行解析，解析后的数据就可以通过有线或无线方式发送到最小显示单元、绘图仪或电子海图屏幕上，在其显示界面上，搜救对象的确切位置、距离和对地方向、对地速度等信息都清楚地标明。且位置在不断移动，也会发出报警声。如图2和图3显示了该系统接收到的信号在电子海图上的显示以及报警点在电子海图上的显示。右上角标明识别码、经度、纬度、时间，速度、航向（该设备载体的运动方向）。

图2 报警信号在电子海图上的显示

图3 报警点在电子海图上的显示

4 系统优点

首先，该系统防水性好，能够在较深的海下承受较高的水压，连续发射信号时间长，定位精度高，结构简单，能便捷地安装在救生衣上，在第一时间掌握事发位置，以便于尽快组织救援。第二，该系统使用简单，操作容易，在遇险时，简易操作，减少失误，缩短操作时间，无疑是大大增加了救援的成功率。第三，搜救人员可以清晰明了地在电子海图上看到落水人员的现处位置从而采取相应的救援措施。第四，该系统防水性好，能够在较深的海下承受较高的水压，即使落水人员不幸溺亡沉入海底，该系统也能够正常工作，协助救援人员打捞尸体。第五，国内外先进的全球定位系统的应用，使得该设备可以不受天气影响，无论白天黑夜都能够高精度、快速、省时、高效率地显示目标的位置，并随时更新，以防止因水流速过快导致目标位置的迅速移动而使得救援无法进行。最后，供电用的锂电池体积小，重量轻，给载体减少了负担；供电时间长，能够保证该系统在较长时间都能正常工作。这些优点表明：基于AIS的人员落水应急示位系统在海上救援部门的应用将会显著改善原有的救援模式，大大提高搜救效率。

5 发展前景及建议

虽然该系统有许多优点，但是它也并不是完美的，也存在有不足的地方。比如，必须要经常检查电池电量是否充足，电池是否能够正常运行。可以通过更换电池为海水电池来延长电池寿命，不用定期更换电池，但是还是避免不了要对电池进行定期检查，避免因为该系统的原因而造成不可挽回的损失。另外，国内北斗卫星导航系统发展趋势良好，我们还可以选择使用北斗卫星导航系统代替GPS来进行定位。

发展建议有以下几点：

首先，该系统目前暂时仅用于海上落水人员应急示位功能，鉴于它的实用性较好，如果对该设备进行改装，它还可以用于飞行器乘员，野外勘探、野生动物保护、护林工作人员等一些长期活动在人员稀少的地区、处境危险的工作人员[8]。

第二，可以在发送模块里安装电池的测量设备，可以测量电池现余电量，当电池不足时提前更换好电池，以防止事故发生时因为电池不足而造成系统失效。

第三，还可以将该系统发射的电文内容进行修改，里面可以存储静态信息如：载体的身份识别序列，这样可以及时确定落水人员的身份，这一点可能会在大型船舶上具有很高的应用价值。

6 结语

基于 AIS的人员落水应急示位系统的实现为海上落难人员的搜救工作提供的帮助是不可估量的。从依靠自亮浮灯及应急示位标查找落水人员位置到利用国内外先进的GPS定位技术，这是一种跨越式的进步。本系统操作简单，实用性强，精度高等优点将会使该系统的应用越来越广泛。在未来，人员落水之后的救助工作肯定会更加迅速高效。

[1]李祥锋,霍有利,蔡涛,孙晓东.海上生产设施降低及人员逃生探讨[J].中国造船, 2008, 49(2): 639-642.

[2]孙长贵.VHF应急无线电示位标[J].船艇, 1992(1):20-21.

[3]中华人民共和国黄石海事局.现代水上交通安全监管系统-VTS及AIS知识介绍[DB/OL].2011.

[4]中华人民共和国黄石海事局.海船舶〔2010〕156号,关于印发《国内航行船舶船载电子海图系统和自动识别系统设备管理规定》的通知[DB/OL].2010.

[5]梁莉娟.GPS定位在航海系统中的应用[J].科技致富向导, 2010(35): 61-62.

[6]刘基余.GSP卫星导航定位原理及方法[M].北京:科学出版社, 2003.

[7]邓洪章.船舶自动识别系统(AIS)[J].天津航海,2002(4): 31-36.

[8]陶仁波.一种救生衣用AIS救生定位指示器[P].中国专利: 201120189249.3: 2012-02-08.

“船舶行业规范条件评审专家培训会”在CCS总部召开

近日，“船舶行业规范条件评审专家培训会”在中国船级社总部召开。工业和信息化部装备工业司曹钢副巡视员、中国船舶工业协会张广钦会长、CCS孙峰副总裁出席了本次会议。

会上，经全国各省船舶行业管理部门以及中国船舶工业集团、中国船舶重工集团推荐的55名评审专家汇聚一堂，在认真听取了曹钢和张广钦对顺利开展和完成这项工作提出的要求之后，开展了《专家评审工作程序及要求》和《船舶行业规范条件评审细则》的培训和研讨。

“船舶行业规范条件评审专家培训会”是中国船舶行业协会、CCS为做好受工信部委托，开展符合《船舶行业规范条件》企业评审工作的关键工作之一，同时也标志着此项评审工作按计划正式启动。

2013年11月4日，工信部为进一步加强船舶行业管理，化解产能过剩矛盾，加快结构调整，促进转型升级，引导船舶工业持续健康发展，加强技术和管理创新，降低资源和能源消耗，全面建立现代造船模式，发布了《船舶行业规范条件》。该文件从基本条件，生产设施、设备和计量检测，建造技术能力，技术创新和产品，人员，质量保证体系，安全生产、节能环保、职业健康和社会责任共七个方面对船舶建造企业提出规范化的要求。国家对符合规范条件的船舶建造企业实行公告管理，企业按照自愿原则进行申请。

依据工信部的委托，中国船舶行业协会和CCS积极开展了相关工作，组织专家编写了《船舶行业规范条件评审细则》。该细则目前已经工信部审核批准，作为对申报企业初审和终审的重要参考标准。同时，中国船舶行业协会和CCS还携手制定了专家评审程序，建立了评审专家库。

按照工信部《关于开展符合〈船舶行业规范条件〉企业申报工作的通知》的要求，中国船舶工业行业协会、CCS受工信部委托共同组织专家对经初审合格的企业进行评审。此次专家培训会后，中国船舶行业协会、CCS将根据工信部的委托组织专家对经地方初审合格上报的船舶建造企业按照《船舶行业规范条件》的要求进行评审，出具评审意见，并于2014年9月30日前将对全部企业的评审意见上报工信部。

（中国船级社）

Research and Implement of Emergency Position-Indicating System for Person Fallen into Water Based on AIS

HU Cong-chi1, ZHOU Xing-li2
(1.Xiamen Huayang Maritime Limited Company, Xiamen 361000, China; 2.JiMei University, Xiamen 361021,China )

Over the years, drowning accidents occur frequently.If the position of the people in trouble is not confirmed exactly, it will be difficult for the rescuers to take measures.In reaction to this phenomenon, Emergency Position-Indicating system for person fallen into water based on AIS has been researched and implemented.The system which mainly uses the technologies of AIS and GPS can send distress signals to the shore based AIS station and vessels which is equipped of AIS.The signal indicates accurately the position of the people who has trouble and monitors the changes in position.The application of the two technologies makes the system function more quickly and efficiently.It will offer reliable information to rescuers and largely decrease the amount of work.Therefore the incidence of the casualty will be decreased.

AIS technology; GPS technology; drowning accident; emergency position-indicating system

TN957

A

胡从池（1980-），男，工程硕士研究生在读。研究方向：交通运输工程。

周杏利（1989-），女，硕士研究生在读。研究方向：交通运输工程。