小型船舶“互联网+AIS系统”通信技术的研究

董勇

（交通运输部东海航海保障中心福州航标处 福州 350005）

摘要：为切实解决长期以来由于小型船舶因受船舶电源、安装环境等诸多条件制约至今未能配备有效通信设施，导致碰撞事故等安全生产问题，本文提出“互联网+AIS系统”技术的研究构想，通过融合AIS和互联网技术，实现传统船载AIS终端具有的作用和功能，并在某些方面拓展并延伸了传统AIS 的应用功能，以适合小型船舶日常应用的有效通信手段，避免碰撞事故发生，从而保障小型船舶的航行安全，为提升小型船舶安全生产管理水平奠定坚实基础。

关键词：互联网；AIS；智能手机；APP；安全

A study on Communication Technology of Online AIS System for Small Vessels

Dong Yong

(Donghai Navigation Safety Administratuion， Fuzhou 350005)

Abstract: Owing to lack of adequate power supply and poor installation condition， small vessels are usually not equipped with proper communication equipment， which leads to outstanding issues threatening the safety of navigation. Online AIS， which integrates the technologies of both AIS and internet， suggests a perfect solution for such vessels. Online AIS will enables the vessels with the same ability as shipborne AIS and extra benefits which traditional AIS cannot provide. The new system will surely enhance the safety for both the vessels and waters by reducing collision accident at sea or in river.

Keywords: AIS， Online， Smartphone， APP， Marine Safety

1 引言

我国是一个海洋大国，小型船舶在航运业中是不可或缺的组成部分，船舶数量多、种类杂，其安全问题较为突出，海上交通事故频发，已对航运业的发展造成威胁。如何减少或避免小型船舶安全事故的发生，有效的船上通信设备将起到积极作用。小型船舶受船舶电源、安装环境等诸多条件的制约，无法安装AIS终端设备，现仅能采用配置功能单一的手机进行定位，长期以来存在较大的安全隐患。特别是乡镇级管理的船舶缺乏最基本的通信设施，碰撞事故等安全生产问题比较突出，同时也直接影响政府对小型船舶的日常监管和应急处置能力。小型船舶的安全生产不仅关系财产和生命安全，也牵系着千家万户，因此解决小型的船舶通信措施、保障安全已成为亟待解决的问题。随着近几年科技的发展和AIS助航服务拓展功能的成熟，本文结合小型船舶实际状况和需求提出“互联网+AIS系统”技术的理念构想，即拟通过融合AIS和互联网技术，利用“三防”智能手机终端装载APP的方式，实现小船与小船、小船与大船之间信息互通的有效通信手段，达到防碰撞目的。该项技术融合创新解决了小型船舶通信的痛点，并将事后救助转变为事前预警，有效提高了船舶安全通信的可靠性，减少船舶碰撞事故的发生，提高防灾减灾能力。

2 系统总体设计研究

“互联网+AIS系统”是整合实体的AIS数据和智能手机APP数据，实现在实体AIS终端能显示智能手机APP端目标数据，并且让移动互联端的智能手机的APP中能够实时查看到周边AIS船舶的数据。该系统由 AIS 船台、AIS 基站、基站控制管理系统、数据交换系统、系统监控平台、智能手机终端、APP端电子海图和APP软件等构成（图1），并可实现以下功能：

① 大船AIS终端→数据交换系统→小船智能手机APP端；

② 小船智能手机APP端→数据交换系统→大船AIS终端；

③ 小船智能手机APP端→小船智能手机APP端；

④ 综合监控、显示包括大船AIS终端和小船智能手机APP端的各类AIS目标。

3 系统技术路线设计

“互联网+AIS 系统”设计采用 AIS 基站+智能手机（APP 端+电子海图）+云端管理与交换平台三种方式提供服务，操作系统及数据软件依托于云服务器端，从而实现对所有数据进行运算存储和多方终端互相之间的数据通信交换（图2）。数据流大致分为以下四类：

大船AIS到小船APP端：大船AIS终端→AIS基站→云服务器（基站控制与交换系统）→小船智能手机APP端；

小船APP端到大船AIS：小船智能手机APP端→云服务器（基站控制与交换系统）→AIS基站→大船AIS终端；

小船APP端到小船APP端：小船智能手机APP端→云服务器→小船智能手机APP端；

辅助软件平台：云服务器→各类辅助平台。

3.1 系统架构

系统架构采用分布式处理方式，应能满足三级管理的模式。第一级结构由基于TCP/IP协议的以太网构成系统核心管理层；第二级结构是由TCP/IP协议构成控制及接口层；第三级结构是由现场设备组成的执行层。可以全部实现监控的远程集中管理、维护及远程升级，便于监控规模的扩展及管理维护的需求。

3.2 系统通信传输结构

“互联网+AIS系统”的硬件链路如图3所示。

① AIS基站通过传统的AIS无线方式，接收AIS船台的位置等报告信息，再通过有线或无线网络传输，将相关信息汇总到数据服务器。

② 智能手机APP端通过3G/4G网络将自身GPS定位信息传输到数据服务器后，通过数据解析成AIS信息，再通过有线或无线网络传输给指定的AIS基站，AIS基站将接收到的智能手机APP端信息广播给海上船舶用户（包括装载实体AIS终端和智能手机APP端）。

③ 智能手机APP端通过3G/4G网络，从数据服务器获取其他船舶的位置信息，显示在装载电子海图的智能手机APP端上，实现船舶间有效的通信并达到防止避碰撞的目的。

4 系统各部分功能设计

4.1 AIS基站

主要实现对智能手机APP端和装载实体AIS设备的船舶动态监控和跟踪，实现大、小船舶间互通AIS 数据信息，能有效预防船舶间的碰撞，更好地保障船舶生产安全，减少生命与财产损失；并借助AIS基站构建智能化网络服务平台，通过“互联网+AIS技术”应用为船舶提供个性化的气象、海况、水文、政务、船舶维修、违章查询等便民利民信息服务。

4.2 基站控制管理系统

基站控制管理系统可通过云服务器获取各个基站接收到的AIS船台数据信息，根据地理区域的划分，决定互联网AIS目标信息由哪一个AIS基站广播；综合AIS基站周边AIS船台的时隙占用情况，决定智能手机APP端上传导数据的发射时隙，以及分析AIS网络的网络负载情况；对每一座基站的数据进行管理查看，远程监测、分析、预警基站运行状态，简化或优化基站运行保障环节，实现对基站及时有效的管理控制，提高基站运行效率。

4.3 数据交换系统

通过数据交换系统的数据分析，实现对目标小船周边一定范围内的AIS目标数据的下发，并对可能出现的险情进行预警信息的下发（图4）。针对大船目标则是将小船目标上传来信息进行处理，然后通过离小船最近的一座或多座基站进行真实AIS数据的下发，由此大船就可通过自身AIS船台终端接收到附近小船目标的相关信息，实现大船对小船的识别。数据交换系统可以通过互联网接收到的小船智能手机 APP 端上传的数据和基站接收到的来自于大船的实体 AIS 数据来对数据进行整合和分析判断，为其他服务平台软件提供强有力的数据支撑。

4.4 系统监控平台

“互联网+AIS系统”监控平台可采用C/S或B/S架构模式开发，主要分为几大模块：电子海图显示模块、电子海图操作及标绘等功能模块、真实AIS目标显示查询模块、小船智能手机APP目标显示查询模块、预警告警提示模块、船舶动态轨迹监控模块等。

系统监控平台可对整个实体AIS目标和智能手机APP端目标进行数据监控、分类显示管理，所有数据源都通过云服务器来获取，高效、便捷，可以根据实际情况对各船舶进行简单的碰撞预警提示，快速搜索查看某一个AIS目标和各船舶一段时间内的轨迹回放等，提醒决策者对可能的预警做出判断。

4.5 智能手机终端

智能手机终端是“互联网+AIS 系统”的重要组成部分，是“互联网+AIS 系统”的应用载体。从传统单一定位功能手机升级为“三防”智能手机终端，接入到“互联网+AIS 系统”，形成互联网条件下的通信、管理平台。在功能特性设计方面，应充分考虑小型船舶的特殊性、实用性、经济性，以及水上作业因素、操作便捷性、作业特点、使用习惯、环境因素、兼容性、经济性、安全性及续航能力等。

4.6 APP端电子海图

“互联网+AIS系统”APP端电子海图数据采用官方出版IHO S57格式的电子海图（ENC）数据及其加密S63数据作为SENC数据源。利用基于云计算服务平台和移动GIS技术，建设一个能够支持大量用户访问、性能可靠、用户体验好的电子海图云服务平台，为广大海上小型船舶用户提供支持智能手机APP端应用的电子海图定位服务。通过“互联网+AIS系统”中云服务器向目标智能手机APP端在线自动更新电子海图数据，当船舶不在移动网络的覆盖范围内海域中航行时，也可以通过已经下载的海图离线包进行定位导航。

4.7 APP软件端

APP 软件是基于安卓操作系统，结合电子海图位置上传和定位导航的多用途应用软件（图 5）。Android版电子海图手机APP软件开发采用了Java语言。为了更好地优化数据传输结构，以期达到系统稳定性，系统可将智能手机APP分为上传数据服务后台APP（包括信息注册上行、位置上报、SOS一键报警、数据补发、版本检测升级、随系统自启动等功能）和接收显示数据前台APP（包括AIS目标区别显示、避碰报警、航线编辑、断网提示、定位显示以及导航等功能）两个部分进行研发。

5 结束语

随着互联网技术与应用的发展，“互联网+”成为应用热点。针对小型船舶安全生产问题的实际状况，提出如何将 AIS 的功能在小型船舶上得以应用，利用运营商 4G 移动公众网络在手机上实现 AIS相应功能即“互联网+AIS 系统”，该系统在小型船舶上的应用必将减少船舶碰撞事故发生，保障小型船舶的生产安全和生命财产安全，为政府安全监管和突发事件应急联动提供信息共享与辅助决策支持，对提高小型船舶安全生产管理的科学化、信息化水平具有十分重要的意义。