目前，在船舶監管領(lǐng)域，AIS系統和GPS公網(wǎng)監控系統作為VTS系統中的輔助系統，相互共存并發(fā)揮著(zhù)重大作用。與VTS系統相比，它們能夠準確確定監管船舶的各種動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息，而不需要人為進(jìn)行呼叫就能夠自動(dòng)識別。其中AIS系統中，classA主要應用于IMO公約規定的大于300總噸以上的船舶，AIS classB和GPS公網(wǎng)監控系統則應用于小型內河或沿海船舶。
        現有的AIS系統是基于甚高頻（VHF）通信手段，采用自組織式時(shí)分多址（SOTDMA）或載波敏感時(shí)分多址（CSTDMA）通信模式，其通信距離有限，只能在40公里左右的范圍內進(jìn)行船舶識別，因此在內河等狹長(cháng)水道特別是山區河流中，很難保障船舶航行的安全性。而GPS公網(wǎng)監控系統中船舶數據實(shí)時(shí)性傳輸、集中管理、價(jià)格便宜和易于維護的優(yōu)勢，使其在內河船舶監管中被越來(lái)越廣泛的應用。

AIS-Ⅱ系統物理結構總體設計

1、系統物理結構設計

AIS-Ⅱ系統主要業(yè)務(wù)功能

1、系統管理功能

圖3 AIS-II顯示主界面

    系統管理功能主要提供AIS-Ⅱ船舶終端的在線(xiàn)注冊、審核、船舶識別和在線(xiàn)管理功能。它能管理和記錄該船舶的靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)信息和航次信息，并將上述信息記錄到系統數據庫。
    船舶首先將靜態(tài)信息在系統中注冊后，才能接入該系統并通過(guò)審核，之后通過(guò)執行AIS-Ⅱ系統提供的各種服務(wù)，因此保證了船舶信息的安全性。當船舶需要進(jìn)行自動(dòng)識別服務(wù)時(shí)，AIS-Ⅱ系統將周?chē)暗母黝?lèi)信息（動(dòng)態(tài)信息、靜態(tài)信息和航次信息）發(fā)送給該船舶終端設備。如執行會(huì )將上述信息發(fā)送給需要識別該船舶的其他船舶。同時(shí)，系統還提供船舶終端設備實(shí)時(shí)在線(xiàn)管理功能，可以檢測異常在線(xiàn)終端設備，以確保系統的安全性和實(shí)時(shí)在線(xiàn)的可靠性。

2、船舶自動(dòng)識別功能
    船舶登錄系統識別中心后，可在系統識別中心的輔助下，由識別中心計算出該船舶需要識別的其他船舶，并將其他船舶的基本信息（網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接IP、端口號、船舶靜態(tài)信息、當前動(dòng)態(tài)信息和認證標識等）發(fā)送給該船舶，同時(shí)將該船舶的基本信息發(fā)送給其他船舶，以完成系統船舶的自動(dòng)識別。當船舶識別完成后，可通過(guò)AIS-Ⅱ S-S模式或AIS-Ⅱ S-C模式進(jìn)行后續動(dòng)態(tài)信息的交換。

3、AIS協(xié)議數據交換功能
    船舶終端設備登錄到系統中心后，自動(dòng)識別的船舶之間和船舶與系統識別中心之間通過(guò)AIS協(xié)議進(jìn)行數據的更新和信息的交換。其中，互相識別的船舶之間信息的交換在A(yíng)IS-Ⅱ S-S模式下按照ITU-M. 1371標準規定的Message18和Message19條信息進(jìn)行船舶各類(lèi)信息的更新；在A(yíng)IS-Ⅱ S-C模式下按照ITU-M. 1371標準Message1，3，5和Message17的模式將船舶各類(lèi)信息上傳至系統識別中心，再由系統識別中心按照Message18和Message19的信息格式發(fā)送給各船舶終端設備。
    同時(shí)，由于A(yíng)IS-Ⅱ系統采用了基于IP的數據通信方式，因此，對每一個(gè)終端設備還需要進(jìn)行在線(xiàn)保持和身份驗證識別等數據交換協(xié)議。

4、系統聯(lián)網(wǎng)功能
    由于GPRS/CDMA系統在內河和沿海區域是無(wú)縫覆蓋的蜂窩系統，而AIS-Ⅱ系統又是基于該系統的船舶自動(dòng)識別系統，因此船舶的自動(dòng)識別范圍也是全區域的。同時(shí)，AIS-Ⅱ系統在基于IP數據傳輸方式的基礎上，可以實(shí)現系統的多級聯(lián)網(wǎng)，使整個(gè)國家或區域的船舶監管納入一個(gè)聯(lián)網(wǎng)識別平臺中，使船舶識別范圍無(wú)限擴展。同時(shí)，該系統可以與現有的AIS系統、VTS系統或衛星通信系統進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，使整個(gè)系統能夠對全球范圍內的船舶進(jìn)行有效監管和識別，并對任意一個(gè)水域能夠進(jìn)行全時(shí)態(tài)、全部船舶物標的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監管。

5、終端設備的船舶標繪功能
    AIS-Ⅱ系統終端設備開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)單的船舶標繪功能，利用AIS自動(dòng)識別的其他船舶數據信息，可以完成船舶航路點(diǎn)設置、避碰預測等功能，并實(shí)時(shí)給出船舶的航向、航速等功能。該功能可以對船舶進(jìn)行導航和避碰，有效提高船舶航行安全性。

6、增值服務(wù)功能
    在系統聯(lián)網(wǎng)的基礎上，基于該系統可以提供各種增值服務(wù)功能，如船舶搜救協(xié)調、生產(chǎn)調度、物流運輸、航路警報、安全預警等各種增值服務(wù)?？梢匀轿惶岣叽暗暮叫邪踩蜕a(chǎn)運營(yíng)效率。

AIS-Ⅱ系統軟件設計

1、AIS-Ⅱ系統軟件邏輯結構設計
    AIS-Ⅱ系統軟件主要包括船載終端設備接入服務(wù)軟件、動(dòng)靜態(tài)信息轉發(fā)服務(wù)軟件、AIS-Ⅱ自動(dòng)識別計算和數據轉發(fā)服務(wù)軟件、調度管理控制服務(wù)軟件以及前端顯示操作軟件。其中，前兩個(gè)軟件為AIS-Ⅱ系統終端設備的接口軟件，負責終端設備的接入和數據傳輸管理；隨后兩個(gè)服務(wù)軟件是AIS-Ⅱ系統核心識別服務(wù)軟件，負責實(shí)現AIS-Ⅱ系統的船舶自動(dòng)識別功能和系統增值服務(wù)管理；前端顯示操作軟件是人機交互接口，負責將系統的各種信息數據展現在系統識別中心監管人員面前，并負責接收監管人員的各種指令控制和轉發(fā)給系統各軟件或船載終端設備。
    AIS-Ⅱ系統船載終端設備登錄、認證和信息傳輸過(guò)程中都存在對數據庫的讀取操作，因此，系統核心船舶數據庫主要與AIS-Ⅱ系統接口服務(wù)軟件和AIS-Ⅱ系統核心識別軟件相關(guān)聯(lián)。當前端顯示操作軟件需要數據服務(wù)時(shí)，由AIS-Ⅱ系統核心識別軟件提供所必需的各類(lèi)數據，而前端顯示操作軟件不直接與系統核心船舶數據庫建立連接，保證了系統的數據安全。

2、AIS-Ⅱ終端設備軟件邏輯結構設計
    AIS-Ⅱ終端設備軟件邏輯結構設計，GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)軟件模塊是AIS-Ⅱ系統船舶自動(dòng)識別的通信鏈路驅動(dòng)程序，負責與系統識別中心和其它船舶終端設備之間建立通信鏈路，該軟件模塊將收到的信息轉交給AIS-Ⅱ協(xié)議解析軟件模塊進(jìn)行解析，并將AIS-Ⅱ協(xié)議封裝軟件模塊提交的信息包發(fā)送出去。而AIS-Ⅱ系統識別船舶管理軟件模塊負責對解析后的周?chē)靶畔⑦M(jìn)行存儲、更新和管理操作，并響應終端設備應用管理核心軟件模塊的控制指令提交必要的信息給LCD顯示模塊、船舶標繪軟件模塊進(jìn)行顯示操作；同時(shí)，接收來(lái)自終端設備應用管理核心軟件模塊的本船更新的動(dòng)靜態(tài)信息，按照規定AIS-Ⅱ系統標準規定發(fā)送給AIS-Ⅱ協(xié)議封裝軟件模塊，再由AIS-Ⅱ協(xié)議封裝軟件模塊封裝成系統標準傳輸協(xié)議包提交給GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)軟件模塊發(fā)送出去。
    終端設備應用管理核心軟件模塊是整個(gè)船載終端設備軟件的核心模塊，該模塊除了完成上述工作外還負責GPS定位處理軟件模塊、flash存儲管理軟件模塊、鍵盤(pán)操作軟件模塊等模塊之間的數據傳遞和溝通協(xié)調工作。

基于VHF的AIS系統與AIS-Ⅱ系統優(yōu)劣比較

    ITU-R M.1371規定的AIS系統船載終端設備和岸站都是基于VHF通信，并采用SOTDMA方式進(jìn)行數據傳輸，數據傳輸速率為9600bit/second AIS-Ⅱ系統相對于VHF， AIS系統具有如下優(yōu)勢：
    1、安全。AIS-Ⅱ系統數據傳輸基于GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸，系統傳輸過(guò)程中需要身份認證，因此避免了現有AIS系統的數據信息不確定性。由于A(yíng)IS系統基于VHF信道的SOTDMA傳輸方式很容易被恐怖分子利用，只要在某一區域設置一個(gè)全時(shí)態(tài)（占用所有發(fā)射時(shí)隙）的AIS系統干擾器，同時(shí)發(fā)送大量的垃圾數據或虛假數據，就會(huì )造成周?chē)F有AIS系統無(wú)法正常工作，同時(shí)會(huì )造成該干擾器一定范圍內的所有船舶都無(wú)法執行AIS自動(dòng)識別功能。因此，在數據傳輸安全性上，AIS-Ⅱ系統具有絕對的優(yōu)勢。
    2、可靠。AIS-Ⅱ系統基于GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)IP數據傳輸實(shí)現船舶自動(dòng)識別，內河或沿海區域基本實(shí)現了無(wú)縫覆蓋，因此數據傳輸能夠得到保障。而基于VHF的AIS系統很難在內陸峽谷河流中實(shí)現穩定的數據傳輸。同時(shí)，AIS-Ⅱ系統基于IP網(wǎng)絡(luò )的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸，保證了數據的正確到達，而基于VHF的AIS系統則存在信道沖突而使傳輸數據丟失。另外，AIS-Ⅱ系統數據傳輸帶寬>115.2kbps，系統容量和數據傳輸實(shí)時(shí)性遠遠大于基于VHF的AIS系統。
    3、較高性?xún)r(jià)比。AIS-Ⅱ系統（包括系統識別中心和船載終端設備）建造價(jià)格遠遠低于基于VHF的AIS系統終端設備，而功能和數據傳輸效率則遠高于基于VHF的AIS系統。雖然AIS-Ⅱ系統數據傳輸需要繳納一定的網(wǎng)絡(luò )傳輸費用，但相對于沿內河網(wǎng)絡(luò )布設AIS基站后的維護費用要低得多。AIS-Ⅱ系統易于維護，易于擴展，容易拓展系統的各種增值服務(wù)。
    由AIS-Ⅱ系統的特點(diǎn)和優(yōu)勢可知，本系統對船舶監管系統是一個(gè)有力的補充，特別是對偏遠山區和峽谷河流具有普遍的應用優(yōu)勢，在內河船舶自動(dòng)識別和導航避碰領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢，使現存VTS系統和基于VHF的AIS系統能夠得有力補充，具有十分廣闊的應用空間和市場(chǎng)發(fā)展前景。

作者：中國交通通信信息中心 李晉 大連海事大學(xué) 胡青  來(lái)源：中國船檢