阮 林 黃 煌

（1.廣船國際技術(shù)中心；2.廣船國際公司辦公室）

船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）在10米快艇上的應(yīng)用

阮 林1黃 煌2

（1.廣船國際技術(shù)中心；2.廣船國際公司辦公室）

本文通過對船舶自動識別系統(tǒng)AIS進(jìn)行介紹，并對其在10米快艇上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，為今后AIS在該類艇的應(yīng)用提供參考。

AIS 多功能顯示屏 適應(yīng)性改進(jìn)

0 前言

我司引進(jìn)的10米快艇，其通導(dǎo)設(shè)備中并沒有配置船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）。根據(jù)用戶的要求，需在10米快艇上加裝一套船舶自動識別系統(tǒng)。一般的船舶自動識別系統(tǒng)都自帶有專用顯示屏，該顯示屏需要安裝在10米快艇的駕控臺儀表板位置。由于10米快艇的儀表板已沒有多余空間能安裝該顯示屏，大大增加了設(shè)備布置的困難。因此，初步設(shè)想取消船舶自動識別系統(tǒng)的自帶顯示屏，這樣既可以不用考慮其自帶顯示屏的安裝，又可以降低購買設(shè)備的成本。10米快艇配置的多功能顯示屏為進(jìn)口設(shè)備，而需要加裝的船舶自動識別系統(tǒng)為國產(chǎn)設(shè)備，兩種不同設(shè)備的硬件接口是否匹配，采用的通訊協(xié)議是否一致，10米快艇的供電電源是否滿足國產(chǎn)船舶自動識別系統(tǒng)的電源要求等，為此，針對船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）在10米快艇上的應(yīng)用展開研究。

1 船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）

船舶自動識別系統(tǒng)通過本船與其它臨近安裝有AIS的船舶交換航行狀態(tài)，接收其它船舶AIS所發(fā)送的信息，通過分析、過濾各類數(shù)據(jù)，預(yù)防與其它船舶碰撞，從而保障10米快艇在預(yù)知的環(huán)境下安全航行，達(dá)到提升安全等級的目的。系統(tǒng)使用甚高頻廣播方式來處理與周邊地區(qū)的信息交換工作，諸如其它船舶、浮標(biāo)及其它助航設(shè)施。AIS數(shù)據(jù)包括目標(biāo)位置，航向和對地速度，允許預(yù)見特定目標(biāo)的航向變化。AIS目標(biāo)即使在濃霧或黑夜中同樣持續(xù)可見，或即使目標(biāo)隱藏在山后，海灣或是其它障礙物后也同樣不受影響。

1.1 工作原理

設(shè)備主機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)后，射頻模塊切換到接收狀態(tài)，通過VHF天線接收船舶發(fā)射的射頻信號，然后將該射頻信號進(jìn)行二次變頻，處理后輸出兩路差分I/Q信號送至信號處理模塊。信號處理模塊對兩路差分I/Q信號完成解調(diào)、解碼及解包處理后送至協(xié)議處理模塊，協(xié)議處理模塊提取有效數(shù)據(jù)后進(jìn)行解析，使其符合協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，并通過數(shù)據(jù)接口輸出到外部顯示屏進(jìn)行顯示。

1.2 主要功能

⑴ 接收船舶的靜態(tài)信息，包括船名、IMO呼號、船型、船長和船寬；

⑵ 接收船舶的動態(tài)信息，包括船舶目前位置（經(jīng)緯度）、U T C時(shí)間、COG、SOG、航向、轉(zhuǎn)向率、航行狀態(tài)；

⑶ 接收船舶的航次相關(guān)信息，包括船舶吃水深度、載貨物類型、目的地和預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間等；

⑷ 只接收其它船舶的AIS信息，禁止發(fā)送10米快艇的AIS信息；

⑸ 將接收到的AIS信息通過接口輸出到外部顯示屏上顯示。

1.3 主要參數(shù)

電源接口：AC220V

對外接口：2個串行數(shù)據(jù)口：一個RS232、一個RS422

1.4 系統(tǒng)組成

主要由主機(jī)、外部顯示屏、VHF天線等組成。

其系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 系統(tǒng)組成圖

⑴ 主機(jī)

主機(jī)負(fù)責(zé)手工和自動輸入信息的處理、收發(fā)信機(jī)的收發(fā)信息的編碼、解碼和校錯、應(yīng)答處理和控制等工作。

⑵ 外部顯示屏

外部顯示屏負(fù)責(zé)AIS的船舶信息數(shù)據(jù)的輸入、系統(tǒng)狀態(tài)顯示和系統(tǒng)控制，以及船舶動態(tài)顯示。為了獲得良好的人機(jī)界面，一般采用PC機(jī)作為的輸入控制和用戶界面顯示。外部顯示屏通過標(biāo)準(zhǔn)的連接接口和主機(jī)單元連接。

2 多功能顯示屏

多功能顯示屏的主要功能就是通過接收GPS、雷達(dá)、AIS等設(shè)備輸出的信息，并進(jìn)行顯示，同時(shí)向AIS輸出定位信息。

其有兩個備用數(shù)據(jù)接口，通信協(xié)議為通用NMEA 0183,可以滿足外接兩個設(shè)備。數(shù)據(jù)接口參數(shù)為：

端口1：輸入和輸出接口，4800或38400波特率

端口2：輸入接口，4800或38400波特率

3 適應(yīng)性改進(jìn)

為了使AIS能夠在10米快艇上得到應(yīng)用，通過研究AIS和多功能顯示屏的硬件接口和數(shù)據(jù)接口的通信協(xié)議等，采取了以下的改進(jìn)措施：

3.1 AIS電源改進(jìn)

由于1 0米快艇的系統(tǒng)供電電源為DC12V，并沒有AC220 V的電源提供給AIS，所以取消原AIS電源AC/DC直流輸入模塊，把AIS供電電源設(shè)計(jì)為DC12 V，并設(shè)計(jì)了電源保護(hù)電路。

3.2 AIS硬件接口方面

取消原AIS自帶的顯示屏，通過AIS主機(jī)輸出的RS422串口，把數(shù)據(jù)電纜連接至多功能顯示屏的端口2。

3.3 AIS軟件部分

⑴ 為了能夠向多功能顯示屏傳輸信息，通過重新設(shè)計(jì)AIS協(xié)議處理模塊串口標(biāo)準(zhǔn)的NMEA0183通訊協(xié)議，使其滿足多功能顯示屏輸入數(shù)據(jù)接口要求的通訊協(xié)議。

⑵ 通過修改AIS設(shè)計(jì)軟件的設(shè)置，使AIS只能接受其他船舶的AIS信息，并禁止發(fā)送10米快艇的AIS信息。

⑶ 為了使傳輸波特率與多功能顯示屏的數(shù)據(jù)接口匹配，將波特率由原來的115200改為38400。

3.3.1 通信約定

為了使多功能顯示屏與AIS設(shè)備能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此進(jìn)行了如下通信約定：

⑴ 采用RS-422串行接口；

⑵ 采用串行、單向通信工作方式；⑶ 通信波特率：38400 bit/s；

⑷ 字符碼制為A S C I I碼：起始位1位，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗(yàn)。

3.3.2 通信格式

目標(biāo)信息輸出符合NMEA0183、IEC61662、IEC61993等信息格式，具體如下：

!AIVDM，〈1〉，〈2〉，〈3〉，a，s…s，〈4〉*hh〈CR〉，〈LF〉

〈1〉需要傳送信息語句總數(shù)，1到9；

〈2〉語句數(shù)，1到9；

〈3〉連續(xù)信息標(biāo)識，0到9；

a，信道，A或B；

s…s，ITU-R M1371數(shù)據(jù)包；

〈4〉填充位數(shù)，0到5；

*hh 校驗(yàn)和

3.4 多功能顯示屏端口設(shè)置

通過給多功能顯示屏上電后，進(jìn)入操作界面后，按如下步驟進(jìn)行端口設(shè)置：設(shè)置→系統(tǒng)設(shè)置→NM E A配置→端口2→38400波特率。

3.5 系統(tǒng)組成

經(jīng)過適應(yīng)性改進(jìn)后的AIS系統(tǒng)由多功能顯示屏、VHF天線、AIS信息接收處理設(shè)備及配套電纜組成。

將接收到的AIS信息按照民用消息格式通過數(shù)據(jù)接口，輸出到多功能顯示屏進(jìn)行顯示。其系統(tǒng)組成框圖見圖2。

圖2 系統(tǒng)組成框圖

圖3 安裝示意圖

3.6 AIS的安裝

考慮到AIS信息接收處理設(shè)備本身并不具備防水性能，不能直接安裝在露天的位置；同時(shí)考慮其安裝位置不能離多功能顯示屏太遠(yuǎn)，否則數(shù)據(jù)線過長，電纜損耗過大，易造成數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定；因此，將其水平放置在駕駛臺的空腔內(nèi)，通過減震螺栓固定在艇的甲板上。

如果將其自帶的VHF天線安裝在駕駛臺處，天線與AIS主機(jī)的連接電纜就可以比較短，但駕駛臺所處的位置不高，天線信號的接收就沒有安裝在桅桿架上的信號強(qiáng)。因此，把VHF天線安裝在桅桿架上，并盡可能遠(yuǎn)離雷達(dá)天線。采用可倒式天線支架，這樣比較方便10米快艇通過較低的位置時(shí)，而不用放倒整個桅桿架。安裝示意圖見圖3。

4 結(jié)束語

通過采取上述的改進(jìn)措施，并進(jìn)行現(xiàn)場的聯(lián)機(jī)調(diào)試，AIS接收到附近船舶的信息能夠在多功能顯示屏上正確顯示，滿足用戶的使用要求。因此，根據(jù)安裝在實(shí)艇上的使用效果，證明AIS在10米快艇上的應(yīng)用是可行的，為我司對該類型艇加裝AIS系統(tǒng)提供了比較好的參考方案。

[1] AIS廠家資料

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.04.004

2016-4-18）

阮 林（1977--），男，高級工程師，船舶電氣。

黃 煌（1987--），男，助理工程師，能源動力系統(tǒng)及自動化。