基于AIS的潮位信息播发技术研究及应用

王超 王好平

摘  要：AIS系统能有效辅助船舶航行安全和避碰，是目前海事监管和交通监控中最为常见的技术手段之一。本文主要通过AIS电文结构学习，研究并实现了海洋潮位信息的实时播发和终端解析显示，是对e-航海战略实施的一次有益尝试。

关键词：通信与信息系统;AIS;潮位信息

0 引 言

船舶自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）可通过定期、自动和自主地交换船与岸之间的身份识别、位置、时间、航向和速度等信息，能有效辅助船舶航行安全和避碰，是目前海事监管和交通监控中最为常见的技术手段之一。SOLAS公约也明确要求所有300总吨及以上的国际航行船舶、500总吨及以上的非国际航行货船以及不论尺度大小的客船，应按要求配备1台船载自动识别系统。

鉴于AIS的重要性和普及性，2010年国际海事组织IMO 发布了《AIS适用专用电文应用导则》（SN.1/Circ.289）和《AIS适用专用电文信息表述与显示导则》（SN.1/Circ.290），旨在通过AIS播发海上安全信息（MSI）等专用电文，进一步发挥AIS的船岸数据传输功能，这也是e-航海战略的重要组成部分。

本文的研究对象为潮位信息，潮位信息对于船舶进出港及靠离泊有着重要作用，直接关系到船舶的富裕水深（UKC），因此通过AIS来实时播发潮位信息将有助于保障船舶航行安全。

1 技术原理

AIS是采用VHF海上移动频段通信协议交换航行数据的通信系统。通过AIS设备，可以实现船与船、船与岸之间助航信息的交互，从而实现船舶避碰、AIS航标、二进制信息广播等助航应用[1]。

AIS用于发送信息的电文共26种，其中6号电文（寻址二进制电文）和8号电文（广播二进制电文）具有自主编码能力，IMO将其定义为 AIS 适用专用电文（ASM）。我们可以根据《AIS适用专用电文应用导则》的编码规则来实现海上安全信息播发，包括气象警告、航行警告、水文信息等，用户在收到电文后，可以通过ECDIS等终端解析显示这些电文，从而辅助指导船舶航行。

2 AIS潮位信息播发方案设计

2.1 硬件设计

本文研究内容是将现有的长期水文站点采集的潮位信息，通过AIS设备以广播形式向邻近船舶、AIS基站或其他标准AIS接收设备实时播发，并在ECDIS等终端解析显示。整个播发原理设计如图1所示，主要分为潮位信息采集、AIS电文播发、AIS电文接收、电文解析显示等4个模块。在此设计中，用户无须更换设备，只要进行终端软件升级，就能显示标绘水文站点潮位信息。

2.2 电文编码传输设计

国内厂商通常采用VDM的语句格式封装发送和接收解析电文，所以在本文中也以此为主，通过8号电文广播发送，电文格式如下：

！AIVDM，1，1，1，B，8>h8nkP0Glr=

潮位信息的电文编码规则在《AIS适用专用电文应用导则》中已有明确规定，见表1。IAI码中的指定区域码（DAC）设置为国内电文413、功能识别码（FI）设置为31，潮位数值范围为-10～30 m，以0.01 m为步进，并设计使用了一个转换算法来规避负值潮位无法表示的问题。

在整个数据播发过程中，主要分为三步：

（1）潮位传感器将数据通过串口传送给播发设备，由内置程序提取出UTC时间、潮位、潮位趋势数值。

（2）播发设备将MMSI号、IAI码、经纬度、UTC时间、潮位、潮位趋势等数据按国际标准编码规则封装成8号电文进行广播。本文仅研究播发潮位信息，对于气象、潮流等数据按规则设置为不可用。

（3）用户接收到8号电文后，将电文通过串口传送给终端，终端设备根据规则反向解析，在海图上显示、标绘数据。

3 AIS潮位信息播发技术实现

3.1 播发设备

播发设备以市面成熟产品改制，底板采用STM32G071单片机为控制中心，通过串口与潮位传感器、AIS模组、GPS模组相连。用成熟产品改制，具有技术成熟、接口齐全、符合IEC6112协议标准等优势，可有效降低开发成本和难度，设备架构如图2所示。改制后的播发设备样机如图3所示。

3.2 潮位信息标绘、显示

显示终端是在常规AIS显示终端的基础上进行软件升级，软件能根据IAI码识别解析出含潮位信息的电文，并在终端上标绘、显示，如图4所示。终端整体功能、操作均与常规设备保持一致，延续用户习惯，方便用户快速上手。终端显示实现部分代码见图5。

4 结 语

本文设计并实现了一种用AIS实时播发潮位信息的方法，经实测验证，数据播发稳定可靠，单站覆盖范围可达5 km，能有效地为邻近船舶提供潮位信息服务。整个方案实施成本低，用户无须投入，无须改变操作习惯，应用推广可行性高，可为同类的气象预报、潮流预报等导助航服务提供借鉴。但在测试中也发现以下问题：国内大部分Class B类AIS船载设备并不能解析ASM电文，要由厂家进行软件升级后才能显示潮位信息，需进一步引导推动。

随着 AIS 技术的应用发展，人们日益重视AIS适用专用电文（ASM）在船舶安全导助航服务中的作用，在新一代的VEDS系统中就规划了两个信道专用于ASM交互。在将来，AIS与其他导助航系统之间的技术融合必然会更加充分、全面，也能更好地保障船舶航行安全。

参考文献

[1] 骆莹，姚高乐. 浅谈AIS技术在助航领域的应用[J].天津航海. 2019（03）：40-41.

[2] IMO SN_Circ289 Guidance on the Use of AIS Application-Specific Messages[S]. IMO.2010.2.

[3] 张锋，张杏谷，魏武财.AIS二进制电文中文显示系统的研究与开发[J].中国水运（下半月）.2014（04）：78-80.

作者簡介：

王超，高级工程师，大学本科，主要从事海事测绘研究，（E-mail）30991092@qq.com