基于AIS的過橋助航系統探究范文

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摘要：近年來，我國沿海、內河橋梁數量增長迅速，橋區水域通航環境也隨之發生變化，給船舶航行帶來一定的限制和不利影響，與此同時，水路運輸的繁榮，船舶數量不斷增加，船舶日益大型化，船舶碰撞橋梁事故時有發生。本文根據船橋避碰現狀研究，利用AIS系統的特點和優勢，探索一種新的橋梁防碰撞助航手段，以改善橋區水域的航行安全。

關鍵詞：橋區水域；防碰撞；AIS；助航系統

引言

近年來，隨著我國城市基礎設施建設速度加快，我國沿海、內河橋梁數量增長迅速，橋區水域通航環境也隨之發生變化，給船舶航行帶來一定的限制和不利影響，與此同時，水路運輸的繁榮，船舶數量不斷增加，船舶日益大型化，船舶碰撞橋梁事故時有發生，給人命安全和國家財產造成巨大損失。因此，橋梁防碰撞是我國海事、航運管理部門亟待解決的一個實際問題。本文通過利用AIS系統的特點和優勢，研究一種基于ais的過橋助航系統，來降低船舶碰撞橋梁事故的幾率。

一、船橋避碰問題研究

橋區水域是指橋軸線上下游一定距離范圍內的水域，橋區水域范圍的劃定可以從兩個角度考慮，從橋梁對航道的影響范圍來看，橋區水域是橋梁對航道水流（流速、流向等）的影響范圍；從船舶操縱的角度來看，橋區水域是指保證船舶安全通過橋梁所需要的最小水域范圍。研究表明，船舶碰撞橋梁事故的原因，可主要歸結為3類：人為失誤，如違反航行交通規則、操縱失誤、錯誤的估計水流和風速等；自然環境因素，如能見度不良等；船舶機械故障，如舵機失靈等。在所有的事故原因中，人為失誤是最主要的原因，其次是惡劣的自然環境。例如，2013年8月6日，一艘河北籍滿載砂石的噸級貨船“茂韻1號”撞上椒江大橋護橋墩，導致貨船前船破損進水沉沒，橋墩受損。此類事故一旦發生，將對生命財產安全造成巨大損失。為了減少甚至避免此類事故的發生，有必要對船橋避碰問題進行研究。船橋避碰問題的研究包括船舶撞橋事故研究、橋墩防撞裝置研究、橋區通航安全管理機制研究、船橋碰撞監測技術研究、船橋碰撞風險評估研究等方面，重點是在預防預警，海事、航運管理部門多年來一直在探索，采取了多種手段預防船舶碰撞橋梁事故的發生，例如加強船舶和船員的監管，采用視頻、雷達等監控手段，通過移動短消息提醒，通過VHF提醒等等，但監管成本高，且效果有限。AIS技術的成熟和船舶普遍安裝AIS，為解決船橋避碰問題提供了新的思路。

二、AIS過橋助航系統總體設計

AIS過橋助航系統是一套安裝在橋區的AIS設備和軟件管理平臺的統稱，能夠模擬小型AIS基站連續向橋區航行船舶播發航標管理部門根據橋區水域環境配布的多個虛擬AIS航標信息，幫助船舶安全通過橋區水域；能夠通過軟件管理平臺對偏離航向，可能碰撞橋梁的船舶及時發送語音預警信息，避免船舶碰撞橋梁事故的發生；能夠根據橋區環境變化情況，及時對虛擬AIS航標配布進行調整，以滿足船舶安全航行需要；能夠實時采集AIS過橋助航系統的各種工作狀態信息，傳輸回軟件管理平臺，幫助航標管理部門對系統的監管，保證系統工作的穩定可靠。AIS過橋助航系統以AIS虛擬航標技術為核心，結合北斗授時和窄帶通信技術、移動網絡高速通信技術和VHF模擬通信技術，實現橋區船舶的智能助航。

三、AIS過橋助航系統功能設計

1．虛擬AIS航標播發AIS過橋助航系統可以模擬小型AIS基站同時播發最多50個虛擬AIS航標信息，以滿足橋區水域航道邊界、禁航水域的充分標識；同時，系統AIS設備發送功率≤3W，有效接收范圍≤3海里，既能保證覆蓋橋區水域，又能避免給橋區水域外航行船舶造成不必要的助航信息冗余。AIS過橋助航系統的虛擬AIS航標信息播發，采用FATDMA模式，利用AIS時隙保留技術，解決了AIS岸基站覆蓋范圍外的時隙沖突問題，保證AIS過橋助航系統在AIS岸基站覆蓋水域和非覆蓋水域都可以有效進行虛擬AIS航標信息播發。

2．虛擬AIS航標設置調整航標管理部門根據橋區船舶航行情況，水域情況，天氣狀況等變化，在AIS過橋助航系統中，遠程實時調整虛擬AIS航標播發數量、位置，調整發送時隙、發送周期等參數，為橋區船舶提供動態、精準的助航服務。AIS過橋助航系統程控制包括：（1）偵聽數據：通過映射的端口偵聽遙測及參數等數據；（2）數據解析：按照規定的通信協議進行數據解析；（3）數據回應：在收到遙測及參數數據時需要進行回應；（4）遙控命令及回應：虛擬AIS航標參數設置命令及激活命令，每個命令發送成功后需要收到回應。AIS過橋助航系統在進行虛擬AIS航標播發調整時，端口通過北斗衛星下發AIS設置信息加密密鑰，并通過無線網絡下發AIS設置信息加密密文，通過密文和密鑰的分別傳送，確保虛擬AIS航標信息設置調整的安全性。

3．系統工作狀態實時監測AIS過橋助航系統還可通過軟件管理平臺，查詢數據庫中存儲的橋區虛擬AIS航標數據及虛擬AIS航標參數。AIS過橋助航系統的數據查看包括：AIS最新數據查看；AIS歷史數據查看；虛擬AIS航標參數查看。同時，AIS過橋助航系統還能夠定時采集過橋助航系統的蓄電池電壓、電流數據信息，太陽能充電數據信息，通過北斗或移動網絡信號向軟件管理平臺發送AIS過橋助航系統工作信息，對AIS過橋助航系統進行實時遠程監控。

4．碰撞預警信息推送海事、航運管理部門可以利用AIS過橋助航系統，實時監控船舶通過橋區水域的航行情況，如果船舶有偏離航線的趨勢，軟件管理平臺將發出報警，海事、航運管理部門通過人工或數學模型自動評估后，向AIS過橋助航系統發出指令，系統會自動將數據指令轉換為語音信號，通過VHF公共頻道，向橋區水域船舶播發語音預警信息，提醒船舶加強安全航行。并可根據需要，向船舶推送實時的氣象、水文信息，便于船舶掌握過橋時的多方面信息，有利于船舶安全過橋。

四、結束語

經濟的穩定發展，離不開安全的保障，本文通過我國橋梁防碰撞研究現狀和AIS技術發展分析，從助航服務提供角度，提出了一種基于AIS的過橋助航系統的設計方法，以較低的成本建設和運行，作為我國海事、航運管理部門監管的輔助技術手段，比較有效的減少和緩解橋梁防碰撞問題。

參考文獻

[1]朱飛祥，梁雄耀，張英俊等.AIS在橋梁防撞中的應用研究[A].船舶航泊實踐研究論文集[C].廣州：中國航海學會，2010：171-173.

[2]張文娟.橋區船舶航行風險預警系統研究[D].武漢：武漢理工大學，2013.

作者：蔣見宇1；金楓2 單位：1．東海航海保障中心溫州航標處，2．溫州萊特豪斯電子科技有限公司