浅析AIS发展中的问题及应对策略

浅析AIS发展中的问题及应对策略

摘要：在当前水域交通密度不断增大的形势下，现代航海对AIS数据的需求越来

越大，但AIS的发展正面临一系列困境和挑战。本文将对目前AIS发展中出现的

困境进行梳理归纳，并给出应对策略建议。

关键词：船载AIS；AIS基站；卫星AIS；VDES系统

一、AIS的发展过程

可靠的海事通信是保障船舶正常航行和海上生命安全的必要条件。由原始的

旗语、灯光信号到无线电报、无线电话，发展为现在的立体化无线通信网络。船

舶自动识别系统（AIS）诞生于上世纪90年代，AIS作为最先引入船舶的无线电通

信数字技术，它的出现满足了与日俱增的船舶间以及船岸间的通信需求，并扮演

着举足轻重的角色。

由于AIS基站的有效作用半径为20-30海里，所以当船舶处于基站作用半径

以外时，船舶的AIS信息将无法被基站获取，后来，卫星AIS的出现实现了远距

离船舶侦测，AIS的应用也由原来监控船舶安全的系统升级为“互联网+大数据”全

球化的船舶跟踪系统。

二、AIS的工作原理和设备类型

的工作原理

由上面的介绍可知AIS的数据来源包含两部分：一部分是分布在内河、沿海

的AIS基站接收的AIS数据，另一部分是卫星AIS收集的数据（低轨道卫星收集的

海上AIS数据）。最终AIS的数据利用分布式采集技术通过互联网汇聚到一起。

船舶安装了AIS后，就会通过VHF（Very High Frenquency）无线电波向周围20-30

海里内的船舶和岸台定时发送本船的动、静态信息，并可以接收其他船舶发来的

信息，对周围的船只进行识别，避免碰撞，还可支持低速的数据传输业务，实现

船舶之间以及船舶、岸台之间的信息通信。

的设备类型

目前船载AIS设备分为A级和B级，A级满足 IMO 关于 AIS 性能标准的要求，

适用于SOLAS公约 Chapter V/R.19 的船舶配备，B级主要为非商船和休闲娱乐船

舶等非公约船舶所使用。B级与A级相比，使用功率较低，功能少，不能完全满

足 IMO 关于 AIS 性能标准要求。B级 AIS不发送船舶航行动态、船舶转向率、艏

艉吃水等信息，但是必须具有能够被公约船舶雷达发现、识别或具有在雷达上显

示待识别的AIS目标的功能。

三、当前AIS发展过程中的困境

1.频段压力和数据交换需求的提升

随着船岸数据通信任务的逐年增加。但由于AIS的信息承载量有限，而非安

全业务的信息数量又不断增加，此外，由于现今的 AIS 技术采用了 STDMA 通信制

式的开放式系统，任何船舶均可以无限制选择空闲信道发送信息。这些因素均导

致AIS系统在VHF频段通信链路开始拥挤，在许多繁忙港口已经达到50%以上的

频段占用率，国际航标组织（IALA）提出当AIS数据链路负载超过50%时，将会

导致信息阻塞等严重问题的发生，威胁船舶航行安全。因此，频段的压力和数据

交换需求的提高要求AIS系统进行升级。

工作原理产生的监控局限性

首先，岸基AIS的覆盖范围易受影响。由于AIS的有效半径还可能受天气因素、

岛屿遮挡等的影响而减小。即便是在有效接收范围内，若该区域船舶数量超过监

控通道上限，也会造成AIS信息缺失，尤其是在渔船密集的海域用的B级AIS设

备，占用了大量通道资源，也会造成AIS信息的缺失。

其次，卫星AIS监控船舶会受到通信时隙的制约，在船多的区域可能会产生

信号丢失状况。由于船载AIS在其VHF作用范围内的船舶数量有限，一般海上船

载AIS之间通信占用的时隙总数不会超过AIS信道理论时隙数量。但是AIS卫星的

覆盖范围一般远大于船载AIS的作用范围，即卫星在海面上会覆盖到多个VHF作

用范围，会接收到不同SOTDMA区域但占用相同时隙的AIS信息，从而产生时隙

冲突，导致船舶AIS信息缺失。

的人为因素影响监控效果

首先，AIS的ID——MMSI和船舶的唯一ID——IMO都需要手动在AIS设备中

输入，所以均存在错误输入或缺失的可能，错误输入将导致监控船只与AIS信息

无法匹配，从而导致AIS信号的缺失。此外，还会发生同一时间两艘船的MMSI

相同或同一MMSI显示的经纬度相差甚远的情形。例如在2019年4月份，我国

北方海区就曾发生过渔船冒用其他船只MMSI码的情形，当时是“鲁荣渔50078”

冒用“海巡152”轮MMSI码。再者，AIS船载设备可以人为关掉，设备被关掉时

AIS信号也会中断。

四、缓解AIS通信压力的对策建议：

1.建议提高AIS基站的配置合理性

通过不断提高AIS基站的合理配置，扩大AIS基站网络覆盖，从而充分利用

AIS基站采集AIS数据。

2.建议统一B类船载AIS设备类型

由于B类船载AIS有两种协议，分别是SOTDMA（自组织时分多址）和

CSTDMA（载波侦听时分多址），目前我国渔船安装的B类AIS设备既有SOTDMA

型，也存在CSTDMA型。B类SOTDMA型AIS与A类AIS通信协议相同，不会与

A类AIS发生时隙冲突，但会加大AIS网络负担，B类CSTDMA型AIS采用先侦听

后发送技术，对AIS网络负载影响非常小。所以，建议在中小型船舶（例如渔船）

较多的地方，统一采用B类CSTDMA型AIS船载设备，减少对AIS网络负载的影

响。

3.建议加速我国AIS卫星技术等相关自主技术的研发

增加AIS低轨道卫星数量，卫星交织组成了监控的“星座”系统，而卫星采集

船舶位置取决于卫星与船舶相遇的时刻，理论上系统内卫星数量越多，相遇并采

集到数据的概率也会越大。目前，市场上已经出现了第二代AIS卫星系统，相比

较于第一代AIS系统，第二代AIS卫星系统在数据覆盖的范围、数据传输速度和

服务类型及范围三方面都有了质的突破，但目前国外公司主导着全球AIS卫星数

据服务市场，随着国内对AIS卫星数据的需求不断增加，必须加速我国AIS卫星

技术的研发。另外，我国的大部分AIS基站设备从国外采购，这说明我国AIS自

主技术研发有待加强。

4.建议积极研发具有自主优势的VDES系统研究

针对上文提到的AIS系统需要解决的问题，ITU、IALA和IMO积极响应，分别

从频点、应用和规则层面对现有AIS系统进行“升级”的可行性进行研究，并在

2013年由IALA首次提出了VDES的概念。VDES是针对AIS加强和升级的系统，

它的产生和发展都与AIS密切相关，VDES的产生能有效缓解AIS数据通信压力。

VDES集成了AIS、特殊应用报文（ASM）和宽带甚高频数据交换（VDE）三项功

能，VDES有三方面功能的显著改变，首先是系统辟专用频段保障信息传输，对船

舶位置报告和安全性相关信息给予最高优先级别；其次是系统使用更灵活，与过

去只能被动接受信息不同，VDES的使用者可根据需要主动向其他船舶、港口、海

图信息中心等推送或者索取信息；最后是依托信道调整使得信息传输速度大幅提

升。

五、结语

无论是海上通航安全、航行效率，还是智能航运发展，都对AIS数据服务有

着巨大需求。将来，随着AIS基站网络的扩大，AIS卫星系统的升级，AIS设备标

准和使用日趋规范化以及VDES系统的研究、发展，会使AIS的数据通信压力得

到缓解，AIS数据的质量也会越来越高，更好的服务于改善海上交通秩序、确保

船舶航行安全。

参考文献：

［1］张力夫，徐增泉.船载AIS的发展与困局[J]；航海；2018，（4）：31-33.