AIS是什么？

自动识别系统（Automatic Identification System, AIS）是一种船舶导航设备，由IMO与2004年引入。通过AIS使用能增强船舶间避免碰撞的措施，能加强ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，能在电子海图上显示所有船舶可视化的航向、航线、航名等信息，达到改进海事通信的功能和提供一种船舶进行语音和文本通信的方法，增强了船舶的全局意识。AIS采用MMSI码作为识别手段。

AIS系统的组成

一个典型的AIS 系统由两大分系统组成：岸基AIS 系统和船用AIS 系统。

岸基AIS 系统的组成

岸基AIS系统比较复杂，典型的AIS岸基系统是由一定数量的AIS 基站和AIS 中心组成。系统通过各种方式船舶交通服务中心（vessel traffic service,VTS）、船舶报告系统、港口信息网、海事系统以及船舶调度等网络相连接，同时也可以与相关航运公司联系，提供相应的信息服务，使上述主管部门及时得到所有船舶的动态，使航运公司了解到本公司船舶的位置。AIS 中心也可以与互联网相连,使用户范围进一步扩大，通过设置一定的权限范围，各用户可以在自己的权限范围内查看相应的船舶信息，得到相应的服务。

AIS 中心之间可以相互连接，进行信息交换，各AIS 中心连接成网，在一个国家和地区范围内，就可以实时了解沿岸所有船舶的动态，这对船舶航行管理、船舶追踪以及防止海洋污染具有非常重要的意义。

船用AIS系统的组成

一个典型的船用AIS系统所使用的频段为海事频段中的甚高频（Very High Frequency，以下简称VHF）,其频段介于156.025MHz至162.025MHz之间。利用时分多址接续（Time Division Multiple Access，TDMA）的广播方式。系统运行时不停的检测TDMA信道的活动状态，根据信道的占用情况预约本台的发射时隙。进入TDMA网络的AIS设备一般采用自组织的时分多址（SOTDMA）协议进行工作，采用这个方式传输的AIS设备可以自主解决发射冲突，自主接收其他台站的信息。在AIS网络中，一帧60s被分为2250个时隙，每个时隙长度为26.67ms,每个时隙可以发送一条256bit的信息，当信息长度大于256bit时，将占用2个或多个时隙。理论上在同一区域能同时容纳200-300艘船舶信息，当船只数大于系统容量时，远距离的目标就会被忽略，以此保证AIS系统对近距离目标的优先权。

船用AIS系统是由一台VHF发射机、二台VHF-TDMA接收机、一台VHF-DSC接收机、一台内置GPS接收机（作为备用）以及AIS信息处理器、电源和各种必要的外围设备接口组成。

VHF收发由系统信息处理器控制，用VHF CH 87B、88B两个国际专用频道自动发射本船的相关信息以及接收周围其它船舶的AIS信息，频带为25KHZ。AIS同时在这两个频率上接收信息，而发射信息一般是在这两个频率上交替进行，在人工的干预下，也可以用其它的方式发射。此外，主管部门还可以指配AIS的区域性频率，AIS 设备应在指定的区域性频率上工作。

VHF DSC接收机的主要目的是接收岸台的频率控制信息，实现AIS工作频率在不同区域的自动切换，当接收到岸台的频率信息后，AIS 设备将自动地将频率转换到岸台的工作频率上。例如，当我们到达美国水域时，AIS 设备就在DSC信息的控制下，自动地将工作频率从通用频道转换到28B频道。

船舶AIS的GPS 信号通常情况下是由船舶GPS 接收机提供，AIS 设备自带的GPS 接收机主要是作为备用设备接收GPS 信号，当船舶GPS由于其它原因不能提供信号时，AIS 设备自带的GPS 接收机才开始工作，其主要作用是确定本船船位，同时接收GPS 时钟信号，而使每个AIS设备时间一致，实现帧同步。

AIS 信息处理器是AIS 的核心部分，用于存储本船识别码、船名、呼号、船型等静态信息与船舶吃水、危险货类、航线等航行相关的信息；处理、存储本船动态信息；将存储的本船最新动态信息、必要的静态信息以及与航行相关的其他信息进行编码后送发射机；对接收来自周围其他船舶的航行数据进行解码并存储解码后的数据；并对接收到的相关数据进行计算得出CPA、TCPA、距离和方位；将本船和其他船舶数据以及计算出的数据信息送信息显示器显示。AIS 的接口主要作用是连接外围设备,目前主要连接的设备有GPS、电罗经、计程仪等设备，目的是获取本船的船位、航向、航速等重要信息，通过接口可以扩充的设备还有电子海图（ECDIS）、雷达、远距离识别和跟踪设备、声光报警设备以及外接计算机，主要是实现综合导航和远距离跟踪和控制等功能，外接计算机主要供引水员使用。

电源部分主要为AIS设备提供所需的电源，目前一般使用直流电源。

工作原理

船舶配备了AIS设备以后，设备一方面需要向外发送本船的相关信息，同时也要接收在VHF有效作用距离之内其他船舶的信息。接收到的信息一方面用文字的方式表示出来，另一方面可以形象地用雷达图表示，AIS船舶全部用三角符号“△”表示，直观地显示船舶的相对位置,和运动方向，在电子海图上，可以用矢量线表示船舶的速度，必要时利用尾迹线表示船舶航行的痕迹，船位数据取自GPS乃至差分GPS，其精度很高。要是在AIS，设备上选择一个目标或者在电子海图中从船舶标志处用鼠标点击一下，便可瞬时显示对应的船名、呼号、MMSI 注册号以及航向、航速、CPA、TCPA 等重要的航行信息，驾驶员了解了这些信息后，就可以非常方便地判断周围其它船舶的运动情况，确保航行安全，同时在进行相互通信可以直呼其船名，信息交流非常方便。

AIS 工作在VHF航海频段，国际电信联盟1997 年无线电大会指定了161.975MHz(87B 频道)和162.025MHz(88B)频道二个VHF 频率作为AIS工作频道。就完成通信而言，一个无线电频道已经足够了，但是为了防止干扰和转换频道时造成通信损失，每个AIS 站均使用二个频道进行收发。

除人工干预外，AIS 应答器都工作在自主连续模式，发射方式是9.6Kb GMSK FM带宽25KHz或者12.5KHz 数据采用HDL 包协议。根据船-船通信这样的实际条件，AIS 使用了自组织时分多址技术（SOTDMA）这一核
心技术。根据IMO的AIS 性能标准对要求船舶报告的容量的要求，系统每分钟应有2000个时隙，但实际上，系统的设计是每分钟4500 时隙，每一帧60秒，即每60 秒钟建立2250个时隙，每个时隙约26.67ms，可传输256bits 的信息，每个AIS站的船舶报告根据信息的容量自动选择一到三个时隙，分一帧和数帧发射或接收AIS信息。系统实时动态地调整信道分配具体工作中，在一个AIS站开始发送之前先要对当时信道的使用状态观察一段时间，搞清时隙使用情况，然后可以选择未占用的时隙，标明需占用的帧数，再发送数据，各AIS站持续
地保持同步，可避免发送时间重叠，新加入AIS站也不会发生冲突。在数据链负荷超过理论值的90%时,新加入的站可以占用距离最远的台所遥的时隙，从而保证系统有很的过载能力。自组织分时多址技术可以自动解决本台与其他台的竞争问题，即使系统过载、通信仍能保持
完好；系统每分钟可以处理2000个以上报告，本船接收到的数据间隔2秒可以更新一次。

AIS对DSC 向下兼容，因此岸基的GMDSS系统可以对装备AIS 的船舶进行识别、跟踪和控制。AIS 采用VHF 频段，它的覆盖距离与其他VHF设备一样，电波直线传播。距离取决于天线的高度，在海上通常为20海里左右。由于其波长较雷达长，波的绕射以及衍射作用较强,所以“可视距离”较雷达要好，在地面上的障碍物不太高的情况下，能“看到”障碍物或岛屿背面的AIS站。借助于中继站，可以显著扩大船台和VTS 站的覆盖范围。

AIS的应用分析：
1、自动发送本船信息。包括本船静态信息、航次信息和动态信息；
2、自动接收装有AIS设备它船或VTS 岸站的AIS 信息；
3、提供本船操纵信息，以提供VTS 或其它船舶追踪或避让；
4、船—船、船—岸之间的短信息交流；
5、提供其它辅助信息以避免碰撞发生；
6、可以与INMARSAT 移动站、INTERNET 连接，实现信息的远距离传输和管理。应当注意到，IMO为了船舶安全，建议最好不要把AIS系统与国际INTERNET连接。

AIS是怎么获取船舶各种维度的数据的？

通用船载AIS包括一个船舶运动参数传感器接口。该接口可以与船桥上安装的GPS接收机、电罗经、计程仪和船舶转向计相连，收集它们提供的各种船舶运动信息，供系统广播和显示使用。该接口通常情况下应具有较强的兼容性，以便适应各种不同的设备类型。

AIS的数据收发通道

按照国际标准的要求，通用船载AIS应当能够在两个VHF工作信道上发射信息，并能同时在这两个信道上接受信息。因此，通用船载AIS必须包含两个VHF-TDMA接受通道和一个VHF-TDMA发射通道。

谁来负责数据的收发？

这些收发机/发射机/应答器/转发器(transponders)在默认状态下应当工作在国际电信联盟规定的全球统一的AIS工作信道：海上VHF移动通信频段的87信道和88信道。除此之外，这些收发机也能在当地主管机关的控制下，工作于指定的海上VHF移动通信频段（156.025MHz－162.025MHz）的任何一个信道上。

谁来负责数据展示？

通用船载AIS通常是通过一个显示终端接口与电子海图显示器和信息系统相连。该显示终端接口不仅能够输出本船的运动参数和接收到的周围船舶的信息，也能够接受到来自显示终端的控制指令和发送报文。

通信控制器是通用船载自动识别系统的核心，它通常是一个嵌入式微处理器系统。根据AIS系统的网络协议控制VHF数据通信链路上的信息传输和各接口的数据交换。

如上所述，通用船载AIS应能根据当地主管机关的指令，通过通信控制器控制VHF收发信机的工作信道。这种指令有三种方式通用船载自动识别系统：手工输入方式、AIS报文、DSC报文。

因此，通用船载自动识别系统必须包含一个DSC接收机，用于自动接收机DSC控制指令。

AIS 讯号涵盖范围

AIS使用VHF频段进行无线电通讯收发，其讯号涵盖范围与其他VHF仪器相似。需注意的是，AIS讯号涵盖多寡，与其配备之外接天线高度、天线长度、架设之位置及地球曲面等，有直接的关系。一般而言，AIS讯号涵盖之距离约为12海里左右。

AIS发送哪些数据

本船静态数据（7项）

IMO number（国际海事组织编码）：与船东、船期、船所属国别等无关的，从船建造到船销毁都不会改变的识别船的唯一ID，其结构是“IMOxxxxxxx”即“IMO”后面跟7个数字；
Callsign（通信呼号）：由国家许可机关指定的国际无线电呼号；
Name（船名）：船名，最大20字节；
Type（AIS船舶类型）：AIS船舶类型由2位数字组成。第1个数字表示船只的类别，第2个数字提供有关船只货物类型的信息；
Dimensions*（船舶尺寸）：指明船舶的尺寸大小，单位是米，是个整型，如测量船舶长是32.2米，那么就要四舍五入记录32米；
Location of the positioning system's antenna on board the vessel（定位系统天线在船上的位置）：距船头、船尾、左舷和右舷的距离，单位为米；
Type of positioning system（定位系统类型）：全球定位系统（Global Position System,GPS）, 差分全球定位系统（Differential Global Positioning System,DGPS）, Loran-C（罗兰-C定位系统）, GLONASS（格洛纳斯，俄罗斯卫星导航系统）等；

航次信息（3项）

Draught（吃水深度）：水线和龙骨(船体底部)之间的垂直距离- 0.1到25.5米；
Destination（目的地）：船舶目的地，最大20字节；
ETA（Estimated Time of Arrival，预计到达目的地时间）：UTC时间，月/日 时:分；
装载货物信息

静态和航次信息由船员提供，每6分钟发送一次。静态和航行相关信息的正确性依赖于船员输入的是否正确。

动态信息（7项）

IMO number（国际海事组织编码）；
AIS Navigational Status（AIS导航状态）：由船员手动设置，可能取值有：“正在使用引擎”、“停泊”、“不在指挥下”、“系泊”、“航行中”……
Rate of Turn（转向率，ROT）：向左或向右，每分钟0到720度，如：220/min；
Speed over Ground（对地速度，SOG）：从0到102节(0-189公里/小时)，0.1节误差(0.19公里/小时)，是瞬时速度；
Positional accuracy（位置精度）：有经度和维度构成；
Course over Ground（对地航向，COG）：就是航线，航线是规划好的，航线相对于船舶是固定的。
Heading（船首向，HeaDinG，HDG）：就是航向，指船舶首尾线所指的方向，由于基准不同，存在三种不同的航向：真航向、磁航向、罗航向：

真航向是以真北线为基准定义的航向，即真北线与船首线（航向线）之间的夹角，方向为顺时针方向，从真北线至船首线；真北线（真北向，True North，TN）指地球的北极（即北纬90度）或经圈交汇的地方，又称真北方向，为经过地球上一点只指向地球地理北极的方向。真北方向是大家看地图或地球仪上所有经线的起始点。

磁航向是以磁北向为基准定义的航向。磁北向是指南针所指示的北，，这主要是由于地球的磁场两级与地理上的南北两极不重合，隐藏指南针指示的北为磁北而非真北，磁北会随着时间而变化，磁北方向极度不精确，一般用于旅行。

罗航向是指船首指向的罗盘方向和罗北的夹角，磁罗经所指的方向为罗北 ，0到359度；

在20世纪以前，由于真航向不能直接测出，于是只能先测量出磁航向，并通过计算得到真航向。磁罗盘首先测得罗航向，再经修正得到磁航向，经过计算得到真航向。

动态数据由AIS根据船舶速度和航向自动发送。

船用AIS可分为三大类：

• A类（Class A）AIS：可用于接收与发射AIS信息，安装在符合IMO AIS运输规定下的船只、超过300吨的国际航线商用船只强制安装A级AIS；
• B类（Class B）AIS：可用于接收与发射AIS信息，IMO未强制规范必须安装AIS的船只、适用于休闲用途的船只，要安装B级AIS，用于提高海上航行安装；
• AIS接收器（Receiver Type AIS）：只能接收AIS信息，无法发送AIS信息，用于不需要发送自身船只信息的休闲或其他用途的船只；

A类AIS消息可以分为静态信息、动态信息（点迹信息）、航次相关信息以及与安全有关的短电文等四种信息：
1.静态信息

• IMO：识别编码
• MMSI：海上移动业务识别码
• 呼号和船名
• 船长、船宽及船舶类型
• 定位仪天线在船上的位置
• 船吃水深度
• 装载货物信息

2.动态消息

• 船的经纬度
• UTC时间（GPS接收机设备产生）
• 真航向
• 航向状态（例如抛锚等，人工输入）
• 转向速率
• 船舶横倾角（基本电文中无该数据）
• 纵、横摇 （基本电文中无该数据）

3.航行相关信息

• 航行目的地
• 预计到达时间
• 船只位置
• 世界标准时间

4. 与安全有关的短消息

AIS工作模式：
A类AIS的工作模式有三种：
1.自主模式：该模式为船舶默认的工作态，可以在所有海域使用；
2.分配模式：由沿岸管理部门控制；
3.轮询模式：当响应其他船舶或基站的呼叫时，使用轮询模式。
通常情况下，船载AIS工作在自主模式下。

A类AIS在自主模式下的消息发送标准

a:静态信息：6min以内或接收到发送消息时；
b:动态消息：根据航速不同，发送的时间间隔也不同：
船舶航行状态(船速) 报告间隔
停泊（抛锚） 3min
船速0-14节 12s
船速0-14节且改变航向 4s
船速14-23节 6s
船速14-23节且改变航向 2s
船速>23节 3s
船速>23节且改变航向 2s

对于B类AIS消息发送标准

航行速度低于2海里的船只每隔3分钟 ；
航行速度介于2至14海里的船只每隔30秒 ；
航行速度在14-23海里的间的船只每隔15秒
航行速度高于23海里的船只每隔5秒；

与A类应答器相比，B类应答器发送的数据更少(不包括国际海事组织(IMO)数量、航向、目的地、预计到达时间、转弯率、导航状态)，发送间隔更少。

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