船载AIS的发展与困局

张力夫　徐增泉

船舶自动识别系统（Automatic identification system， AIS）技术是由军舰、战斗机使用的“敌我识别器”概念发展而成的。虽然，现在AIS技术主要应用于商船保安和商業物流跟踪领域，但是该技术最早应用于商船的主要目的是为了提升船舶雷达避碰功能的作用。随着科技的发展，AIS技术概念进一步延伸和拓展，成为数字航海的关键技术之一。

一、AIS技术的出现

（一）采用传统雷达避碰的弊端

在AIS技术出现之前，辨识他船是否存在，以及判断他船操船意图往往只能依赖于雷达显示屏上的一个物体光点或驾驶员的视觉。此刻，他船的船舶信息尤其是船名在雷达显示屏上无法显示。这种情况预示着当两船处于相遇局面时，已有不安全隐患。在船舶海上碰撞事故中，有许多案例是因为船载雷达和甚高频（VHF）设备不能及时解决船与船之间有效沟通，以及相互掌握对方船舶信息与操船意图而引发的。最初研发AIS技术仅仅是为了解决船舶之间信息有效识别的问题，以及起到帮助岸基船舶交通服务（VTS）指挥员准确甄别船舶雷达目标的作用。

传统雷达的弊端在2003年5月31日发生的“富山海”轮与“GDYNIA”轮船舶碰撞事故中暴露无遗。经调查分析，若两船保持既有航速，“GDYNIA”轮将从“富山海”轮船艏通过。碰撞发生前，直行船“富山海”轮采取减速操作，意图使“GDYNIA”轮从本船船艏通过，但“GDYNIA”轮雷达显示屏没有立即显示“富山海”轮航速变化。此外，雷达自动标绘仪（ARPA）对两船最近会遇距离（CPA）计算延时约1～2分钟，作为让路船的“GDYNIA”轮采取了试图从“富山海”轮船艉通过的转向操纵措施。误判最终导致两船发生严重的碰撞事故。

研究表明，由于船舶传统雷达提供不充足、不完整或不明确的信息而发生的“雷达辅助碰撞”事故时有发生。

（二）AIS技术在船舶避碰方面的优势

船载AIS能够识别目标船，对目标进行跟踪，具有接近实时跟踪、对地稳定性、丢失目标可能性小等传统雷达所不具备的优点。当目标船的航向发生变化时，船载AIS动态图标能立即给予指示，AIS将以2秒的间隔发送采集来自目标船罗经的航向变化（最大误差为2度）。驾驶员因此能借助AIS图标判断两船是否存在碰撞危险。船载AIS同时可发送船舶的回转速率和目标船的其他运动数据，能够使船舶驾驶员和VTS操作员对目标的准确运动路径提前30～90秒预测，帮助船舶尽快决定避让行动。

实际上，船载AIS技术原理是通过VHF无线电频率信道，连续对其信号涵盖范围内接收目标发送船舶识别码、船位、航速，以及手动录入的原始数据（如船名、呼号、货物类）等船舶数据信息的。这些数据实时采集自船舶的各种传感器和计算单元，数据通过VHF频率信道并传送给他船。数据在短时间内进行刷新，刷新后的新数据重新发送以替代旧数据。在他船上，这些数据被接收、破译、转换成值班驾驶员可以在海图上观察的船舶信息。他们可以通过船载AIS设备向这些船舶发送文本信息。

二、AIS技术发展历程

（一）历史沿革

20世纪90年代末期，国际海事组织（IMO）立足于倡导全面提升船舶的助航能力和海上搜寻救助系统能力建设的研发理念，船载AIS设备因此被确定为船舶要强制配备安装的设备之一。

AIS技术的发展经历了两个重要阶段：一是早期的以数字选择呼叫（DSC）技术为基础的DSC-AIS；二是现在广泛使用的基于自组织时分多址技术（STDMA）技术的STDMA-AIS。因后者具有强大的自动操作能力，可用于船舶之间和船岸之间的信息交换。IMO基于“一个在将来不能满足需要的国际标准将会成为技术发展障碍”原则，淘汰了DSC-AIS并确立了STDMA-AIS的主导地位。自1995年IMO航行安全委员会（NAV）第41次会议上瑞典和芬兰联合首次提出采用STDMA 技术的船舶4S（SHIP to SHIP、SHIP to SHORE）转发器即船载AIS设备开始，至2001年国际电工委员会（IEC）通过船载AIS设备测试标准为止，采用STDMA技术的船载AIS设备仅用了6年时间就完成了国际标准化进程。

在1998年召开的IMO NAV第69次会议上采纳了“基于自组织时分多址技术（STDMA）的通用船载自动识别系统（AIS）性能标准”，并在1999年的NAV会议上通过了强制安装船载AIS的决议。 该决议要求所有国际航行的公约船舶必须在限定期限内安装具有自动发送本船信息给他船以及沿岸国船舶航行管理当局的符合标准要求的AIS设备，国际海上人命安全公约（SOLAS）2000修正案采纳了该决议并写入SOLAS第V章。

之后，船载AIS配套文件连续公布实施。2002年，IMO采纳了船载AIS设备船上操作导则（A.917（22））；2003年，采纳了船载AIS设备安装指南（SN/CIRC.227）；2004年底，IMO公布了MSC.191（79）和MSC.192（79）两个决议，规定2008年7月1日以后装船的雷达应能够处理和显示船舶AIS信息，这意味着船舶AIS信息将与雷达信号信息将有效结合，显示在船舶新配备的雷达或电子海图显示与信息系统（ECDIS）上。海上实践表明，船载AIS设备的推广与应用极大地提高了驾驶员识别海上船舶目标的能力，促进了船舶海上航行安全，尤其是有效地解决了传统雷达的存在的数据分析延迟、信号失真以及狭水道弯头盲区等问题。

正值船载AIS设备强制配备要求纳入SOLAS公约2000修正案与该修正案尚未正式生效之际，美国纽约发生了“9·11恐怖袭击事件”。美国政府为了防止来自海上的潜在恐怖袭击，向IMO提出了加速船载AIS装船进程的提案，此提案随即获得通过。AIS研发方向由主要侧重于发展海上助航和避碰功能却因此被“截胡”，转为主攻帮助政府监管部门提升对全世界船队实施全方位实时监管能力，并以船舶监控功能作为首要功能。为此，美国在其海岸及沿海NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）浮标上布置安装了AIS信号传输基站，实现了对航行于美国沿海的船舶实时跟踪与目标识别。虽然后来研发出的船舶远程跟踪与识别系统（LRIT）替代了船载AIS此时的角色，但在当时，船载AIS系统被广泛认为足可以监控商船船队。

（二）船载AIS配备要求

SOLAS公约要求300总吨及以上的国际航行船舶、不从事国际航行的500总吨及以上的船舶，以及不论尺度大小的客船应分阶段配备安装船载AIS设备。在2004年12月31日前，300总吨及以上的国际航行船舶已全部强制配备安装船载AIS设备。

公约要求船载AIS设备通常情况下应始终保持该设备运行状态，除非在国际协议、规则或标准允许情况下，船舶出于保护航行信息的前提下可以关闭设备，这缘于船载AIS设备的设计初衷是为了使之成为保障船舶安全的工具之一。船载AIS可以与本船航行设备系统集成：为船载雷达系统中的目标船标注AIS“电子标签”；为船载航行数据记录仪（VDR）设备提供重要的数据来源，AIS数据信息可以实时与其他数据同步记录在船载VDR中，为后期回放数据并做进一步分析研究打下基础。

（三）船载AIS设备分类与功能

当前，供船舶使用的船载AIS设备主要分为 CLASS A 和 CLASS B两种。CLASS A AIS满足IMO关于AIS性能标准要求，适用于SOLAS公约 Chapter V/R.19 的船舶配备。CLASS B AIS主要为非商船和休闲娱乐船舶等非公约船舶所设计而使用。CLASS B AIS具有较低的使用功率和精简过的功能，不能完全满足IMO关于AIS性能标准的要求。CLASS B AIS不发送船舶航行动态、船舶转向率、艏艉吃水等信息，但是必须具有能够被公约船舶雷达进行目标信息识别或具有在雷达上显示待识别的AIS目标的功能。

SOLAS公约要求船载AIS设备须具有如下功能：

（1）自动发送船舶信息：包括船舶识别号（MMSI）、船舶类型、船位（带有精度指示）、航线、船速、航行状态（参照COLREG制定）和其他安全相关数据信息。这些数据能自动发送给AIS基站、飞行器和其他船舶。

（2）自动接收已安装船载AIS设备船舶的上述信息；监控和查询船舶轨迹；与AIS基站交换数据。

三、AIS技术在互联网服务的发展与困局

当AIS技术面世之后，一些国际组织和机构在短时间内迅速建立了通过会员订阅或面向公众免费服务的方式，提供船舶AIS信息调阅服务的互联网网站。Lloyds Register-Fairplay和HITT Group 于2004年5月开通了第一个全球性船舶AIS信息提供网站AISLive.com。诸如此类的AIS专业网站以接近实時的方式让公众可以在网站上的地图/海图上查询船舶AIS位置信息，并向会员客户提供船舶详细数据，包含船舶建造信息、船级信息、船公司信息等。鉴于在网上自由发布船舶AIS位置信息可能威胁船舶的安全航行，公布船舶详细信息数据又可能触及航运公司的商业机密，在船舶AIS数据可藉由互联网公布之初，曾引起了航运界的广泛关注与讨论。

由于顾虑世界上一些区域的海盗活动非常猖獗，在2004年12月举行的IMO 海上安全委员会（MSC）第79次会议上，BIMCO、ICS、INTERCARGO 和INTERTANKO 等国际组织联名向MSC提交MSC 79/5/10文件。该文件详细阐述了对于网上自由发布船舶AIS数据的强烈担忧。这些组织担心AIS数据能够被海盗、武装劫持者或者恐怖分子所利用，进而精确锁定袭击目标，威胁船舶、人员和货物安全。由此，在MSC第79次会议上，与会成员国在船舶AIS数据库信息安全利用方面达成共识，即：公众通过互联网渠道查询船舶AIS数据行为应以港口和船舶保安及保障船舶航行安全为前提，国际组织和各成员国基于提高船舶安全航行和维护保安态势保留对互联网上公布船舶AIS数据行为采取紧急措施的权力。海上安全委员会强烈建议IMO各成员国通过国内立法对借助互联网上船舶AIS数据攫取商业利益的行为实施限制和惩罚。

尽管IMO极力谴责不受监管和控制的自由传播船舶AIS数据的行为，但在全世界范围内提供船舶AIS数据和船舶信息服务的网站如雨后春笋般成立，这些网站可以向任何人提供便利，让他们可以对那些正在运行AIS设备的船舶进行远程监控。此外，由于现今的AIS技术采用了STDMA通信制式的开放式系统，任何船舶均可以无限制选择空闲信道发送信息，进而造成信道“拥堵”。开放式系统在网络安全方面存在极大的先天不足，网络“黑客”可以入侵AIS系统网络，对系统恶意破坏从而使系统网络受到干扰和破坏。网路安全问题仍然是AIS技术在现在面临的主要困局之一。

四、卫星AIS技术的发展与困局

近年来，船舶AIS数据传输方式由于一些卫星运营商开始提供AIS传输服务而发展迅速。早期AIS传输数据主要是通过港口和VTS建立的信号传输基站组成的网络完成的，AIS数据传输距离受到当时硬件条件的制约，最大范围仅为50海里。为了解决抵港船舶的数量日益增加而导致航运企业船舶周转效率降低、经营压力持续增加的困局，卫星运营商介入了AIS传输方式的研究，并研发出了通过卫星传输AIS数据的卫星AIS（S-AIS）。船舶“压港”的状况由于那些安装了S-AIS设备的船舶享有实时监控其他船舶的AIS航行轨迹状况的商业服务而正在悄然改变。然而，S-AIS船舶信息服务也与常规船载AIS类似，可以不加甄别地为恐怖分子提供船舶信息。因此，包含一些政府机构的组织倡导应该把互联网AIS数据组打造成国防、保安、海上搜寻救助和环境保护为首要功能的信息服务并且兼具商业服务功能，一些船东和货主可以通过AIS网络查询船舶AIS信息作为其商业信息的来源渠道之一；船舶经营人也可以为船舶代理提供过滤后的船位信息。

船舶经营人对已经通过互联网AIS数据服务商订购了船舶AIS数据信息的海运货物托运人和收货人掌握船舶信息的程度越来越难控制。托运人和收货人并不关心如何持续监控船舶的营运状况，反而在引发贸易争端之时，他们可能利用掌握的AIS数据作为当庭重要证据之一，这可能已经触犯了保护经营人商业隐私的法律并被界定为商业间谍行为。

五、结束语

船舶AIS的发展与困局仍在不断演化，有广阔的前景也并存艰巨的挑战。AIS技术具有巨大的应用潜力，它能为航运实现从传统的经验航海到信息航海的跨越，甚至跃升至数字航海提供支持和帮助。但至少从现阶段所面临的种种困局来看，仍然需要我们谨慎利用，智慧解决AIS技术实践应用过程中所面临的各种问题。