船舶交通管理系統(tǒng)VTS5(130910)課件

船舶交通管理電子系統(tǒng)

(第五章)

第五章AIS子系統(tǒng)§5.1概述一、AIS（AutoIdentificationSystem）的作用和功能1、作用為船舶安全航行和避碰提供必要的信息。2、功能1）可在無(wú)需人工介入的情況下，主動(dòng)連續(xù)地向具有適當(dāng)配備的主管當(dāng)局的岸臺(tái)和其他船舶（飛機(jī)）提供與安全有關(guān)的信息。2）能接收、處理船位、航向、航速等傳感信息，自動(dòng)接收來(lái)自具有相同配備的船舶、管理當(dāng)局及其他來(lái)源的上述信息。4）以適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ胶蜁r(shí)隙與其他AIS臺(tái)交換數(shù)據(jù)。6）具有設(shè)備自檢功能（BITE）。7）系統(tǒng)提供國(guó)際海事標(biāo)準(zhǔn)界面，并有輸入和輸出數(shù)據(jù)的接口。3）以適當(dāng)?shù)母滤俾侍峁┐缓筒倏v信息以便于管理當(dāng)局和其他船舶精確跟蹤和監(jiān)視船舶動(dòng)態(tài)。5）具有準(zhǔn)確的定時(shí)功能。二、AIS的發(fā)展過(guò)程1992年：IALA向IMO,ITU提議使用DSC應(yīng)答器系統(tǒng).并以ITU-RM.825號(hào)建議內(nèi)容作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。1994—1995年：瑞典、芬蘭首次提出“無(wú)線電AIS”的概念。1995.7：瑞典芬蘭聯(lián)合在IMONAV41會(huì)議上首次提出將自組織時(shí)分多址技術(shù)（SOTDMA）應(yīng)用于船舶間和船岸間海上轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的建議（草）提案。1996.12：IMOMSC67會(huì)議，同意將廣播式信息交換方案引入AIS。1997：IMONAV43會(huì)議通過(guò)通用船載AIS性能標(biāo)準(zhǔn)建議草案1997.6：IMOMSC68會(huì)議，制定通報(bào)容量大的AIS性能標(biāo)準(zhǔn)。1997.10：ITU-R大會(huì)審議M.825號(hào)建議修正案，用AIS擴(kuò)大VTS信息，增加VTS用高速AIS的技術(shù)特性提案。1998.5：IMOMSC69會(huì)議采納了AIS性能標(biāo)準(zhǔn)草案。1998.7：IMONAV44會(huì)議建議2002年起300總噸及以上新船和客輪必須安裝AIS.1998：ITU-R通過(guò)全球AIS專(zhuān)用兩個(gè)VHF頻道：CH87Bf=161.975MHz；CH88Bf=162.025MHz，從而滿(mǎn)足了AIS需求的頻率條件。1998.11：ITU-R通過(guò)“在VHF海上移動(dòng)頻段上使用時(shí)分多址的船用自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）的技術(shù)特性”建議案ITU-RM.1371。1999：IMONAV45次會(huì)議通過(guò)AIS強(qiáng)制性安裝決定：2000.5：IMOMSC會(huì)議未通過(guò)上述強(qiáng)制性安裝AIS的議案。2000.12：IMOMSC73會(huì)議通過(guò)AIS強(qiáng)制性安裝議案。1、分類(lèi)AIS可分為移動(dòng)站和固定站兩大類(lèi)。移動(dòng)站包括：1)完全符合IMO規(guī)范的A類(lèi)船載AIS（ShipbornClassAAIS）;2)不完全符合IMO規(guī)范的B類(lèi)船載AIS（ShipbornClassBAIS）;3)裝備在搜救飛機(jī)上的機(jī)載搜救AIS（AirbornClassBAIS）。三、AIS的基本構(gòu)成和工作模式固定站包括：1)AIS基站；2)AIS單工轉(zhuǎn)發(fā)站；3)AIS雙工轉(zhuǎn)發(fā)站；4)裝在航標(biāo)上的航標(biāo)AIS?；疽话悴华?dú)立工作，而是采用聯(lián)網(wǎng)工作方式。CPUVHF-TXVHF-RXVHF-RXVHF-RXGNSS-RXBITE報(bào)警最小顯示器和鍵盤(pán)船首向設(shè)備測(cè)速裝置GNSS-RX轉(zhuǎn)向率AIS圖像顯示器AIS2、移動(dòng)站基本構(gòu)成2、主要參數(shù)

1）工作頻道

ASI1-87B（161.975MHz）ASI2-88B（162.025MHz）

基于DSC：CH70（156.525MHz）

區(qū)域性規(guī)定頻道2）信道帶寬25KHz或12.5KHz3）編碼形式

NRZI(非歸零翻轉(zhuǎn))編碼4）調(diào)試方式高斯最小移頻鍵控（GMSK）5）數(shù)據(jù)發(fā)射比特率9600b/s±50×10-66）發(fā)射穩(wěn)定時(shí)間

1ms7）發(fā)射功率

25W3、通信工作模式

（1）自組織“船對(duì)船”工作模式；（2）自組織“船對(duì)岸”工作模式；（3）自組織“船對(duì)船”和“船對(duì)岸”獨(dú)立或并行工作模式；（4）DSC。AIS岸臺(tái)（岸臺(tái)）GPS衛(wèi)星定位，定時(shí)AIS信息VTS海事管理物流管理……AIS岸臺(tái)網(wǎng)4、操作模式1）自主模式自己決定發(fā)射時(shí)間表，且主動(dòng)解決與其他電臺(tái)間的時(shí)間沖突。2）分配模式使用管轄機(jī)構(gòu)的基站或轉(zhuǎn)發(fā)站分配的時(shí)間表。3）輪詢(xún)響應(yīng)它船或管轄機(jī)構(gòu)的詢(xún)問(wèn)，輪詢(xún)模式的操作與其他兩種模式的操作無(wú)沖突?！?.2AIS信息傳輸

AIS信道每分鐘可傳輸2250個(gè)時(shí)隙。一、通信方式采用SOTDMA（Self-organizedTimeDivisionMultipleAccess，自組織時(shí)分多址）通信方式。……1分鐘（1幀：2250個(gè)）時(shí)隙26.67ms二、AIS信息分類(lèi)與數(shù)據(jù)格式1、信息分類(lèi)1）靜態(tài)信息AIS的海上移動(dòng)服務(wù)標(biāo)識(shí)（MMIS）船舶呼號(hào)船名船舶長(zhǎng)度和寬度船舶類(lèi)型定位天線在船上的位置等船舶龍骨以上高度（擴(kuò)展電文）ABCD2）動(dòng)態(tài)信息船舶位置；UTC（CoordinationUniversalTime，協(xié)調(diào)世界時(shí)）時(shí)間；對(duì)地航速（SOG）；對(duì)地航向（COG）；艏向；航行狀態(tài)；轉(zhuǎn)向率（ROT）等。3）航次相關(guān)信息船舶吃水；危險(xiǎn)貨物（種類(lèi)）；目的港；預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間（ETA）；航行計(jì)劃（轉(zhuǎn)向點(diǎn)）；船上人員（擴(kuò)展電文）等。4）有關(guān)安全的信息。共采用了22種類(lèi)型的電文表示（見(jiàn)教材中表5.7）。2、數(shù)據(jù)格式1）基本數(shù)據(jù)格式

通信狀態(tài)備用

18CommStateSpare報(bào)表產(chǎn)生的UTC（秒）HeadingCOGLatitudeLongitude

9

6

9

122728TimeStamp船首向（0~359°）對(duì)地航向緯度經(jīng)度1位置準(zhǔn)確度（1：高，0：低）10對(duì)地速度8轉(zhuǎn)向速率2航行中，拋錨或限制等30用戶(hù)標(biāo)識(shí)號(hào) 1表示數(shù)據(jù)可發(fā)送 1數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好6本電文信息的標(biāo)識(shí)PositionAccuracySOGRateofTurnNavigationalStatusUserIDDataIndicatorDTEMessageID參數(shù)數(shù)據(jù)位描述 2）數(shù)據(jù)包格式訓(xùn)練序列開(kāi)始標(biāo)志數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)結(jié)束標(biāo)志緩沖24位 8位 168位16位 8位24位圖2-1RF啟動(dòng)和釋放T0=0ms時(shí)：時(shí)隙開(kāi)始；Tx=0.832ms：訓(xùn)練序列開(kāi)始時(shí)刻；T1=1ms：發(fā)射功率和頻率達(dá)到穩(wěn)定；T2=3.328ms：開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)包。即開(kāi)始標(biāo)志；T3=24.128ms：數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，緩沖部分包括位填充，以及用作距離延遲的保護(hù)時(shí)間；T4=T3+1.000ms：發(fā)射功率減小到零；T5=26.67ms：時(shí)隙結(jié)束，下一個(gè)時(shí)隙開(kāi)始傳輸。圖2-1RF啟動(dòng)和釋放3、信息更新速率1）靜態(tài)信息靜態(tài)信息 每6分鐘或者根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)信息 根據(jù)航速和航向變化率而定航次有關(guān)信息 每6分鐘或者根據(jù)需要信息內(nèi)容播發(fā)間隔安全信息根據(jù)需要2）動(dòng)態(tài)信息錨地3分鐘航速14-23節(jié) 6秒

航速0-14節(jié)10秒

船舶狀態(tài) 播發(fā)間隔航速14-23節(jié)且改變航向2秒

航速>23節(jié) 2秒航速>23節(jié)且改變航向 2秒航速0-14節(jié)，且改變航向秒

4、船舶GPS天線位置ABCD比特?cái)?shù)比特域距離（m）A90—8最大511B99—17最大511

C618—23最大63D624—29最大63§5.3AIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案一、系統(tǒng)構(gòu)成1、系統(tǒng)構(gòu)成：數(shù)據(jù)幀(含2250個(gè)時(shí)隙)船A船B船C岸臺(tái)船A發(fā)送船位時(shí)隙船B發(fā)送船位時(shí)隙船C發(fā)送船位時(shí)隙2、設(shè)備構(gòu)成(D)GPS接收機(jī)控制單元TDMA解調(diào)器TDMA接收1TDMA接收2天線共用器TDMA調(diào)制信息顯示處理器其他信息位置時(shí)間（UTC）差分?jǐn)?shù)據(jù)…TX收/發(fā)控制DSC接收TDMA解調(diào)器DSC解調(diào)器DSC調(diào)制二、TDMA技術(shù)方法：將時(shí)間分割成周期性的幀；每一幀又被分割成若干個(gè)時(shí)隙。TDMA技術(shù)的特點(diǎn)：1）節(jié)省頻譜資源，有效避免了互調(diào)干擾；2）不存在頻率分配問(wèn)題，對(duì)時(shí)隙的分配和管理比對(duì)頻率的分配與管理要簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)，AIS采取的信道按需分配，有利于提高系統(tǒng)的容量。3）既發(fā)送信息又可接收其他臺(tái)站的信息，且VTS中心可以發(fā)送VTS廣播信息；4）系統(tǒng)必須精確定時(shí)和同步，UTC時(shí)間可為此提供保證。t111用戶(hù)1t222用戶(hù)2t333用戶(hù)3t幀時(shí)隙123…………n123…………n123…...用戶(hù)n三、AIS頻道分割方案和VTS信息內(nèi)容1、船臺(tái)AIS發(fā)射頻道和接收頻道船臺(tái)：發(fā)射頻道：CH87B/CH88B，或區(qū)域指定船臺(tái)頻道；

接收頻道：CH88B、CH87B或指定。2、VTS利用AIS向船舶發(fā)送的信息內(nèi)容1）未裝備AIS設(shè)備的船舶的信息（主要是靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息）；2）航行警告等。四、時(shí)隙的劃分與選擇1、時(shí)隙劃分AIS數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度：1分鐘，2250個(gè)時(shí)隙。1分鐘26.67ms時(shí)隙2249時(shí)隙1時(shí)隙0當(dāng)前幀時(shí)隙2249時(shí)隙1時(shí)隙0下一幀每個(gè)船舶AIS用戶(hù)或VTS中心可以選擇一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙。2、時(shí)隙的選擇1）自組織TDMA（SOTDMA）

（1）該協(xié)議提供了在沒(méi)有控制臺(tái)介入的情況下，解決尋址沖突的方法。

（2）移動(dòng)用戶(hù)用該協(xié)議進(jìn)行位置廣播以及識(shí)別附近用戶(hù)發(fā)送信息。

（3）傳輸信息：一般為重要的信息或不斷更新的信息。