GPS应用的新领域
时间：2012-11-27浏览： 次责任编辑：四川拓图测绘仪器
船舶在海上利用雷达捕捉和识别周边其他船舶的信号，进行安全行驶已经有很长的历史了。但是雷达不能有效地区分船舶的身份、性质、当前操作的意图，不能发现海堤或港口建筑物背后的隐蔽目标，而且当两个船出现在相距不远的同一方位上时，雷达屏幕上往往产生混淆，特别在夜航、雾航、暴风雨等各种能见度十分恶劣的条件下，是造成许多海难事故的罪魁祸首。根据国际海事组织(IMO)导航安全委员会2000年年底批准的“关于通用船舶自动识别系统(AIS)实施标准的建议”，2002年7月1日起，所有新下水的客运船舶不论其吨位大小，300长吨以上国际货船及500长吨以上非国际航行的货船都必须装载AIS系统以后才允许投入运营。至于此前已经投入运营的船舶也要根据其性质和吨位，分别在相应的期限前完成设备更新。只有那些将在实施新的导航安全保障技术后两年内退役的船舶经有关当局审批后可以免除安装此项设备。AIS是GPS在航海领域里继自主导航、指向标DGPS差分导航之后开发的一个崭新的应用领域，也是有待开发的大市场。
AIS是英文自动识别系统(Automatic Identification System)的首字母缩写词。这种设备能够不断地向附近的船舶和负责海事监督的岸台播发自己的身份识别标志、船舶类型、吨位、载货情况、航线、目的港、估计到达时间、当前船位与速度，同时接收来自岸台的查询和附近船舶的AIS信息，并把有关信息以图形和电文方式显示在自己设备的屏幕上。AIS系统克服了雷达导航的种种弊端，而且免除了频繁的对话、复杂的计算和不确定性很大的推理工作，全部实现自动化，把船舶海上航行和进出港的安全保障提高到一个新的境界。
船载AIS系统的工作原理和核心成分为一台或多台GPS/DGPS接收机，借助于它的精密定位、测速功能，并提供高精度的时间基准，实现由计算机自动控制的时分多路(STDMA)数据通信技术。此外，系统还包含一台带两个VHF信号接收和一个发射机的STDMA无线电发射应答器。除此之外，还要有一个能够连接主机和各种船载外部设备，进行人机对话、数据采集与交换(包括发送信息给海岸及港口管理监督部门，或海事卫星系统)的控制显示单元。徕卡开发并研制的MX420导航仪系统就是集GPS、DGPS及AIS于一体的整体解决方案。
所有有关船舶的静态数据(如船舶的标识、类型、长度、吨位、货物性质和数量、目的港、估计到达时间和航行计划等)可以事先通过键盘输入并驻留在系统的存储器中，各种动态信息分别由GPS接收机和其它船载传感器通过接口实时输入。为了保证信息的时效，系统根据信息的类型，船舶的运动速度和状态，自动选择不同的更新速率进行播发。在时分多路数据通信方案的约定下，每分钟时间被分解为2250个“时间窗口”，每一个需要发送的AIS报告内容被安置在一个或几个这样的时间窗口内。接收和发送信息的时间窗口选择是随机的，并根据作业区中通信的繁忙程度自动调整与完成的。通常采用缩小它的跟踪区半径，忽略远处信号微弱的台站 ，优先接收来自附近台站的信号。
AIS系统不仅可以使每一艘船的船长和值班人员随时随地做到知己知彼，甚至在十分恶劣的条件下，也能为航行安全起到良好的保障作用。同时，AIS系统为国家与地区海岸线，港口与航道的监督管理提供了一个十分重要的工具。例如：
- 海监部门可以有效地监控载有易燃、易爆、有毒、放射性等有害物质的船舶过境和出入港口；
- 港口领航员可以把安装了最新航道信息的便携式计算机登上正在准备进港的外轮，同船载AIS系统相连接，安全、迅速、准确、几乎无须人工干预地将船舶引导到指定的泊位或锚地；
- 海洋渔船和水产管理部门可以借助于AIS系统实现捕捞作业的协调与管理，以及对进入领水范围内的其它商业渔船的捕捞活动进行监控；
- 海事执法部门可以借助于AIS系统的信息记录用于海难事故、油料泄漏和其它海事纠纷的调查；
- 同时AIS系统在海上搜救、打捞、海底考古等等领域发挥全场监督和协调作用；
- 港监部门的AIS系统除了以上种种作用，并对管理范围内的船舶发送查询信息外，还可以发送有关潮汐和当地的天气预报，船舶的注意事项。
国内外专家认为AIS系统在不久的将来，不仅会在海轮上广泛应用，还会迅速地将应用范围推广到内河航行及其它领域。
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