基于AIS的过桥助航系统探究范文

摘要：近年来，我国沿海、内河桥梁数量增长迅速，桥区水域通航环境也随之发生变化，给船舶航行带来一定的限制和不利影响，与此同时，水路运输的繁荣，船舶数量不断增加，船舶日益大型化，船舶碰撞桥梁事故时有发生。本文根据船桥避碰现状研究，利用AIS系统的特点和优势，探索一种新的桥梁防碰撞助航手段，以改善桥区水域的航行安全。

关键词：桥区水域；防碰撞；AIS；助航系统

引言

近年来，随着我国城市基础设施建设速度加快，我国沿海、内河桥梁数量增长迅速，桥区水域通航环境也随之发生变化，给船舶航行带来一定的限制和不利影响，与此同时，水路运输的繁荣，船舶数量不断增加，船舶日益大型化，船舶碰撞桥梁事故时有发生，给人命安全和国家财产造成巨大损失。因此，桥梁防碰撞是我国海事、航运管理部门亟待解决的一个实际问题。本文通过利用AIS系统的特点和优势，研究一种基于AIS的过桥助航系统，来降低船舶碰撞桥梁事故的几率。

一、船桥避碰问题研究

桥区水域是指桥轴线上下游一定距离范围内的水域，桥区水域范围的划定可以从两个角度考虑，从桥梁对航道的影响范围来看，桥区水域是桥梁对航道水流（流速、流向等）的影响范围；从船舶操纵的角度来看，桥区水域是指保证船舶安全通过桥梁所需要的最小水域范围。研究表明，船舶碰撞桥梁事故的原因，可主要归结为3类：人为失误，如违反航行交通规则、操纵失误、错误的估计水流和风速等；自然环境因素，如能见度不良等；船舶机械故障，如舵机失灵等。在所有的事故原因中，人为失误是最主要的原因，其次是恶劣的自然环境。例如，2013年8月6日，一艘河北籍满载砂石的吨级货船“茂韵1号”撞上椒江大桥护桥墩，导致货船前船破损进水沉没，桥墩受损。此类事故一旦发生，将对生命财产安全造成巨大损失。为了减少甚至避免此类事故的发生，有必要对船桥避碰问题进行研究。船桥避碰问题的研究包括船舶撞桥事故研究、桥墩防撞装置研究、桥区通航安全管理机制研究、船桥碰撞监测技术研究、船桥碰撞风险评估研究等方面，重点是在预防预警，海事、航运管理部门多年来一直在探索，采取了多种手段预防船舶碰撞桥梁事故的发生，例如加强船舶和船员的监管，采用视频、雷达等监控手段，通过移动短消息提醒，通过VHF提醒等等，但监管成本高，且效果有限。AIS技术的成熟和船舶普遍安装AIS，为解决船桥避碰问题提供了新的思路。

二、AIS过桥助航系统总体设计

AIS过桥助航系统是一套安装在桥区的AIS设备和软件管理平台的统称，能够模拟小型AIS基站连续向桥区航行船舶播发航标管理部门根据桥区水域环境配布的多个虚拟AIS航标信息，帮助船舶安全通过桥区水域；能够通过软件管理平台对偏离航向，可能碰撞桥梁的船舶及时发送语音预警信息，避免船舶碰撞桥梁事故的发生；能够根据桥区环境变化情况，及时对虚拟AIS航标配布进行调整，以满足船舶安全航行需要；能够实时采集AIS过桥助航系统的各种工作状态信息，传输回软件管理平台，帮助航标管理部门对系统的监管，保证系统工作的稳定可靠。AIS过桥助航系统以AIS虚拟航标技术为核心，结合北斗授时和窄带通信技术、移动网络高速通信技术和VHF模拟通信技术，实现桥区船舶的智能助航。

三、AIS过桥助航系统功能设计

1．虚拟AIS航标播发AIS过桥助航系统可以模拟小型AIS基站同时播发最多50个虚拟AIS航标信息，以满足桥区水域航道边界、禁航水域的充分标识；同时，系统AIS设备发送功率≤3W，有效接收范围≤3海里，既能保证覆盖桥区水域，又能避免给桥区水域外航行船舶造成不必要的助航信息冗余。AIS过桥助航系统的虚拟AIS航标信息播发，采用FATDMA模式，利用AIS时隙保留技术，解决了AIS岸基站覆盖范围外的时隙冲突问题，保证AIS过桥助航系统在AIS岸基站覆盖水域和非覆盖水域都可以有效进行虚拟AIS航标信息播发。

2．虚拟AIS航标设置调整航标管理部门根据桥区船舶航行情况，水域情况，天气状况等变化，在AIS过桥助航系统中，远程实时调整虚拟AIS航标播发数量、位置，调整发送时隙、发送周期等参数，为桥区船舶提供动态、精准的助航服务。AIS过桥助航系统程控制包括：（1）侦听数据：通过映射的端口侦听遥测及参数等数据；（2）数据解析：按照规定的通信协议进行数据解析；（3）数据回应：在收到遥测及参数数据时需要进行回应；（4）遥控命令及回应：虚拟AIS航标参数设置命令及激活命令，每个命令发送成功后需要收到回应。AIS过桥助航系统在进行虚拟AIS航标播发调整时，端口通过北斗卫星下发AIS设置信息加密密钥，并通过无线网络下发AIS设置信息加密密文，通过密文和密钥的分别传送，确保虚拟AIS航标信息设置调整的安全性。

3．系统工作状态实时监测AIS过桥助航系统还可通过软件管理平台，查询数据库中存储的桥区虚拟AIS航标数据及虚拟AIS航标参数。AIS过桥助航系统的数据查看包括：AIS最新数据查看；AIS历史数据查看；虚拟AIS航标参数查看。同时，AIS过桥助航系统还能够定时采集过桥助航系统的蓄电池电压、电流数据信息，太阳能充电数据信息，通过北斗或移动网络信号向软件管理平台发送AIS过桥助航系统工作信息，对AIS过桥助航系统进行实时远程监控。

4．碰撞预警信息推送海事、航运管理部门可以利用AIS过桥助航系统，实时监控船舶通过桥区水域的航行情况，如果船舶有偏离航线的趋势，软件管理平台将发出报警，海事、航运管理部门通过人工或数学模型自动评估后，向AIS过桥助航系统发出指令，系统会自动将数据指令转换为语音信号，通过VHF公共频道，向桥区水域船舶播发语音预警信息，提醒船舶加强安全航行。并可根据需要，向船舶推送实时的气象、水文信息，便于船舶掌握过桥时的多方面信息，有利于船舶安全过桥。

四、结束语

经济的稳定发展，离不开安全的保障，本文通过我国桥梁防碰撞研究现状和AIS技术发展分析，从助航服务提供角度，提出了一种基于AIS的过桥助航系统的设计方法，以较低的成本建设和运行，作为我国海事、航运管理部门监管的辅助技术手段，比较有效的减少和缓解桥梁防碰撞问题。

参考文献

[1]朱飞祥，梁雄耀，张英俊等.AIS在桥梁防撞中的应用研究[A].船舶航泊实践研究论文集[C].广州：中国航海学会，2010：171-173.

[2]张文娟.桥区船舶航行风险预警系统研究[D].武汉：武汉理工大学，2013.

作者：蒋见宇1；金枫2 单位：1．东海航海保障中心温州航标处，2．温州莱特豪斯电子科技有限公司