內容提要:VTS是船舶交通服務(wù)系統,在增進(jìn)船舶交通安全和效率及保護環(huán)境方面發(fā)揮著(zhù)重要的作用。為了更好地發(fā)揮VTS的效能,擴展VTS的管轄范圍,引入了基于船用雷達和AIS設備的移動(dòng)VTS的概念。文章論述了該系統的組成、工作原理及其實(shí)現的方法。

關(guān)鍵詞:VTS 雷達 AIS

0前言

隨著(zhù)VTS的普及以及技術(shù)上的不斷更新和發(fā)展,VTS在增進(jìn)船舶交通安全和效率及保護環(huán)境方面發(fā)揮著(zhù)重要的作用。然而VTS所管轄的水域有限?，F在VTS中都引入了AIS其作用主要是進(jìn)行船、岸之間的聯(lián)系及對船舶的識別并通過(guò)岸臺AIS網(wǎng)絡(luò )可以接收更遠處船舶的信息,是VTS的一種近岸擴展功能。但是,對于海岸環(huán)境太差無(wú)法建設AIS網(wǎng)站,或者離岸較遠船舶,或者沒(méi)有安裝AIS的船舶,VTS無(wú)法發(fā)揮這種近岸擴展功能。為了能更大限度地發(fā)揮VTS和AIS的功能,筆者引人移動(dòng)VTS的概念。

利用海上船舶的雷達和AIS設備構建移動(dòng)雷達基站,將船舶雷達上所發(fā)現的目標參數通過(guò)船載AIS設備傳輸到岸臺AIS經(jīng)過(guò)處理后將目標顯示在岸上VTS中心,也就是將船舶中的雷達設備通過(guò)AIS設備和岸上的VTS中心鏈接起來(lái)從而擴展了VTS的管轄范圍。由于船舶的機動(dòng)性船舶作為雷達基站不是固定的,可以臨時(shí)設在所需水域,如突發(fā)海事事故水域為VTS中心提供現場(chǎng)信息f戰爭中作為前線(xiàn)偵察站為指揮中心提供交戰水域敵我雙方艦艇的分布等。顯然移動(dòng)雷達基站具有固定雷達基站的功能,且更靈活、更方便。下面具體介紹移動(dòng)VTS的系統組成、工作原理及實(shí)現方法。

1系統組成

移動(dòng)VTS系統由VTS中心、岸臺AIS、移動(dòng)雷達基站組成。移動(dòng)雷達基站由船舶雷達和AIS組成。船舶雷達作為目標信息的傳感器,將船舶周?chē)哪繕虽浫℃i定并采集相關(guān)距離方位參數經(jīng)編碼處理后送船載AIS發(fā)射出去；岸臺AIS接收到信息后,經(jīng)過(guò)相關(guān)解碼處理,最后將固定VTS所不能發(fā)現的目標顯示在VTS中心。通常AIS的傳輸距離為幾十海里,再加上船載雷達的作用距離幾十海里使用移動(dòng)VTS可以比固定VTS的有效作用距離得到進(jìn)一步擴展。系統組成框圖如圖1所示:

2移動(dòng)VTS工作原理

在固定VTS上發(fā)現不了的目標,通過(guò)移動(dòng)雷達基站的中繼，在移動(dòng)VTS上能夠發(fā)現目標并測量目標到VTS中心的距離和真方位。其距離、真方位轉換原理圖如圖2所示：

圖2中O點(diǎn)為VTS中心經(jīng)緯度可以通過(guò)岸臺AIS得到(l0、j0)；O¢為移動(dòng)雷達基站位置,經(jīng)緯度可以通過(guò)船載AIS得到(l0¢、j0¢)；M為目標,R和C¢為船載雷達上測得的目標的距離和真方位,經(jīng)轉換后得到:

DX=RsinC¢,DY=RcosC¢ (1)

在低緯度和中緯度海區且航程不長(cháng)時(shí)使用中分緯度算法計算移動(dòng)基站到VTS中心的距離S和真方位C:

(2)

結合(1)(2)可以算出目標到VTS中心的距離:

X=X0+DX，即X=SsinC+RsinC¢

Y=Y0+DY，即Y=ScosC+RcosC¢

轉換為極坐標后的距離、真方位為:

D=（X2+Y2）1/2B=arctan（X/Y） (3)

由此可知,只要船載AIS將目標的距離數據R和真方位數據C¢以及船舶雷達所在位置的經(jīng)緯度數據(l0¢、j0¢)傳輸到岸臺AIS,經(jīng)計算處理后即可在VTS中心顯示出目標的真實(shí)位置。

3實(shí)現方法

從移動(dòng)雷達基站上發(fā)現目標到VTS中心顯示目標,整個(gè)過(guò)程必須自動(dòng)完成,才能適時(shí)、有效地發(fā)揮移動(dòng)VTS的功能,因此必須在移動(dòng)雷達基站和VTS中心分別開(kāi)發(fā)相關(guān)應用程序來(lái)完成中間的銜接工作。

3.1移動(dòng)雷達基站的應用程序

移動(dòng)雷達基站要完成從雷達上對目標數據的采集工作,提取目標的距離、方位參數,經(jīng)過(guò)編碼之后送AIS發(fā)射出去。

現代航海儀器都有數據的輸入輸出接口,其數據輸出規則遵循NMEA0183協(xié)議,具體可參考雷達使用說(shuō)明書(shū),例如利用KelvinHughesNucleus35000型雷達,其目標參數的輸出格式為圖3所示:

標識字為$RATIM,①為目標的編號數據,②為目標的距離數據,③為目標真方位。所以只要通過(guò)雷達的輸出串口和PC機連接在應用程序中提?、诤廷鄣南嚓P(guān)參數就可得到目標的距離、真方位參數。

AIS基于TDMA通信技術(shù)將目標的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息以一定的數據格式通過(guò)VHF的方式播發(fā)、接收。同時(shí)提供輸出數據的接口以便輸出本船以及目標船的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息。AIS系統可以用22種不同的數據報文發(fā)送,為了將目標的距離和真方位發(fā)送出去,可以借助報文1(船位報告)來(lái)完成。在報文1中含有本船的航速、航向信息。通常AIS是通過(guò)輸入、輸出接口與計程儀、羅經(jīng)連接,自動(dòng)采集本船的航速、航向信息發(fā)送出去。因此,可以利用串口與AIS連接,將目標的距離和真方位數據代替本船的航速、航向數據發(fā)送。當然,要使用符合NMEAO183協(xié)議的數據格式來(lái)進(jìn)行編程。航速、航向的數據格式見(jiàn)圖4所示:

其中①為航跡向，⑤為對地速度。在應用程序中將目標的距離數據代人⑤中,真方位數據代入①中,通過(guò)串口輸出給AIS發(fā)送出去。

3.2VTS中心的應用程序

該應用程序的作用是將岸臺AIS接收到的信息經(jīng)過(guò)解碼后,提取目標的距離、方位參數以及移動(dòng)船舶的經(jīng)緯度參數。VTS中心的經(jīng)緯度是固定不變的可以從岸臺AIS中直接讀取以簡(jiǎn)化編程,上述參數代人公式(1)、(2)、(3)得到目標距離VTS中心的距離、真方位數據,最后將其以一定形式顯示出來(lái)。

以下面的一句報文為例,對實(shí)際采集的AIS信息解碼過(guò)程進(jìn)行分析:

!AIVDM,1,1,,A,169JGUgP017pm1<；MFucTOvH00Se,0*63

由!AIVDM可知該信息為船舶的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)暗碼信息。其中169JGUgP017pm1<；MFucTOvH00Se是數據部分,每一位字符都為8bitASCII碼,首先必須逐一將其轉換為6bit二進(jìn)制碼,轉換參考表如圖5所示:

第一位字符1轉換后即為000001,字符6轉換后即為000110,依次類(lèi)推,轉換后見(jiàn)圖6的左半部分。第一行的6個(gè)bit代表消息識別碼，000001轉換為十進(jìn)制的1,由此可知本句報文是1(船位報告消息)。

報文1的二進(jìn)制bit一共有6×28=168位,由其bit信息分配(請參見(jiàn)ITU-RM.1371一1§3.3.8.1),可知第8位后的30位bits(9-38)(011000100101101001011110010110)分配給了用戶(hù)ID(MMSI),將其轉換為十進(jìn)制后(412522390)即可解碼得出MMSI。用相同的方法可以解碼出SOG船舶對地速度(bits51-60)、Longitude(bits62-89)、Latitude(bits90-116)船舶所在地經(jīng)緯度(二進(jìn)制碼轉換為十進(jìn)制后除以10000,所得結果是以分為單位的經(jīng)緯度)、COG船對地航向(bits117-128)(二進(jìn)制碼轉換為十進(jìn)制后除以10)等信息(見(jiàn)圖6的右半部分)。

經(jīng)過(guò)解碼后得到目標的距離為0.1nmile、真方位為296.1°,船基站經(jīng)度為110.28°(E)、緯度為20.03°(N),通過(guò)AIS達到了將船舶雷達上目標數據傳輸到VTS中心的目的。

有了目標數據后,可以將目標以多種方式顯示出來(lái):一種是直接顯示到VTS中心雷達上,優(yōu)點(diǎn)是效果逼真,缺點(diǎn)是實(shí)現較困難,需要硬件支持；另一種是在PC機上顯示,以軟件的形式實(shí)現容易,但視覺(jué)稍差；在電子海圖上顯示所有目標是一種不錯的選擇。

4結束語(yǔ)

文章介紹的一種新型的系統一移動(dòng)VTS,是將雷達的目標探測性能與AIS的通信功能結合起來(lái)擴展VTS的服務(wù)范圍的一種嘗試,希望能得到人們的認可,共同研究其實(shí)際使用價(jià)值。

參考文獻

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作者：吳建華 牟學(xué)東  來(lái)源：航海技術(shù)