内容提要:VTS是船舶交通服务系统,在增进船舶交通安全和效率及保护环境方面发挥着重要的作用。为了更好地发挥VTS的效能,扩展VTS的管辖范围,引入了基于船用雷达和AIS设备的移动VTS的概念。文章论述了该系统的组成、工作原理及其实现的方法。

关键词:VTS 雷达 AIS

0前言

随着VTS的普及以及技术上的不断更新和发展,VTS在增进船舶交通安全和效率及保护环境方面发挥着重要的作用。然而VTS所管辖的水域有限。现在VTS中都引入了AIS其作用主要是进行船、岸之间的联系及对船舶的识别并通过岸台AIS网络可以接收更远处船舶的信息,是VTS的一种近岸扩展功能。但是,对于海岸环境太差无法建设AIS网站,或者离岸较远船舶,或者没有安装AIS的船舶,VTS无法发挥这种近岸扩展功能。为了能更大限度地发挥VTS和AIS的功能,笔者引人移动VTS的概念。

利用海上船舶的雷达和AIS设备构建移动雷达基站,将船舶雷达上所发现的目标参数通过船载AIS设备传输到岸台AIS经过处理后将目标显示在岸上VTS中心,也就是将船舶中的雷达设备通过AIS设备和岸上的VTS中心链接起来从而扩展了VTS的管辖范围。由于船舶的机动性船舶作为雷达基站不是固定的,可以临时设在所需水域,如突发海事事故水域为VTS中心提供现场信息f战争中作为前线侦察站为指挥中心提供交战水域敌我双方舰艇的分布等。显然移动雷达基站具有固定雷达基站的功能,且更灵活、更方便。下面具体介绍移动VTS的系统组成、工作原理及实现方法。

1系统组成

移动VTS系统由VTS中心、岸台AIS、移动雷达基站组成。移动雷达基站由船舶雷达和AIS组成。船舶雷达作为目标信息的传感器,将船舶周围的目标录取锁定并采集相关距离方位参数经编码处理后送船载AIS发射出去；岸台AIS接收到信息后,经过相关解码处理,最后将固定VTS所不能发现的目标显示在VTS中心。通常AIS的传输距离为几十海里,再加上船载雷达的作用距离几十海里使用移动VTS可以比固定VTS的有效作用距离得到进一步扩展。系统组成框图如图1所示:

2移动VTS工作原理

在固定VTS上发现不了的目标,通过移动雷达基站的中继，在移动VTS上能够发现目标并测量目标到VTS中心的距离和真方位。其距离、真方位转换原理图如图2所示：

图2中O点为VTS中心经纬度可以通过岸台AIS得到(l0、j0)；O¢为移动雷达基站位置,经纬度可以通过船载AIS得到(l0¢、j0¢)；M为目标,R和C¢为船载雷达上测得的目标的距离和真方位,经转换后得到:

DX=RsinC¢,DY=RcosC¢ (1)

在低纬度和中纬度海区且航程不长时使用中分纬度算法计算移动基站到VTS中心的距离S和真方位C:

(2)

结合(1)(2)可以算出目标到VTS中心的距离:

X=X0+DX，即X=SsinC+RsinC¢

Y=Y0+DY，即Y=ScosC+RcosC¢

转换为极坐标后的距离、真方位为:

D=（X2+Y2）1/2B=arctan（X/Y） (3)

由此可知,只要船载AIS将目标的距离数据R和真方位数据C¢以及船舶雷达所在位置的经纬度数据(l0¢、j0¢)传输到岸台AIS,经计算处理后即可在VTS中心显示出目标的真实位置。

3实现方法

从移动雷达基站上发现目标到VTS中心显示目标,整个过程必须自动完成,才能适时、有效地发挥移动VTS的功能,因此必须在移动雷达基站和VTS中心分别开发相关应用程序来完成中间的衔接工作。

3.1移动雷达基站的应用程序

移动雷达基站要完成从雷达上对目标数据的采集工作,提取目标的距离、方位参数,经过编码之后送AIS发射出去。

现代航海仪器都有数据的输入输出接口,其数据输出规则遵循NMEA0183协议,具体可参考雷达使用说明书,例如利用KelvinHughesNucleus35000型雷达,其目标参数的输出格式为图3所示:

标识字为$RATIM,①为目标的编号数据,②为目标的距离数据,③为目标真方位。所以只要通过雷达的输出串口和PC机连接在应用程序中提取②和③的相关参数就可得到目标的距离、真方位参数。

AIS基于TDMA通信技术将目标的动态和静态信息以一定的数据格式通过VHF的方式播发、接收。同时提供输出数据的接口以便输出本船以及目标船的动态和静态信息。AIS系统可以用22种不同的数据报文发送,为了将目标的距离和真方位发送出去,可以借助报文1(船位报告)来完成。在报文1中含有本船的航速、航向信息。通常AIS是通过输入、输出接口与计程仪、罗经连接,自动采集本船的航速、航向信息发送出去。因此,可以利用串口与AIS连接,将目标的距离和真方位数据代替本船的航速、航向数据发送。当然,要使用符合NMEAO183协议的数据格式来进行编程。航速、航向的数据格式见图4所示:

其中①为航迹向，⑤为对地速度。在应用程序中将目标的距离数据代人⑤中,真方位数据代入①中,通过串口输出给AIS发送出去。

3.2VTS中心的应用程序

该应用程序的作用是将岸台AIS接收到的信息经过解码后,提取目标的距离、方位参数以及移动船舶的经纬度参数。VTS中心的经纬度是固定不变的可以从岸台AIS中直接读取以简化编程,上述参数代人公式(1)、(2)、(3)得到目标距离VTS中心的距离、真方位数据,最后将其以一定形式显示出来。

以下面的一句报文为例,对实际采集的AIS信息解码过程进行分析:

!AIVDM,1,1,,A,169JGUgP017pm1<；MFucTOvH00Se,0*63

由!AIVDM可知该信息为船舶的动态和静态暗码信息。其中169JGUgP017pm1<；MFucTOvH00Se是数据部分,每一位字符都为8bitASCII码,首先必须逐一将其转换为6bit二进制码,转换参考表如图5所示:

第一位字符1转换后即为000001,字符6转换后即为000110,依次类推,转换后见图6的左半部分。第一行的6个bit代表消息识别码，000001转换为十进制的1,由此可知本句报文是1(船位报告消息)。

报文1的二进制bit一共有6×28=168位,由其bit信息分配(请参见ITU-RM.1371一1§3.3.8.1),可知第8位后的30位bits(9-38)(011000100101101001011110010110)分配给了用户ID(MMSI),将其转换为十进制后(412522390)即可解码得出MMSI。用相同的方法可以解码出SOG船舶对地速度(bits51-60)、Longitude(bits62-89)、Latitude(bits90-116)船舶所在地经纬度(二进制码转换为十进制后除以10000,所得结果是以分为单位的经纬度)、COG船对地航向(bits117-128)(二进制码转换为十进制后除以10)等信息(见图6的右半部分)。

经过解码后得到目标的距离为0.1nmile、真方位为296.1°,船基站经度为110.28°(E)、纬度为20.03°(N),通过AIS达到了将船舶雷达上目标数据传输到VTS中心的目的。

有了目标数据后,可以将目标以多种方式显示出来:一种是直接显示到VTS中心雷达上,优点是效果逼真,缺点是实现较困难,需要硬件支持；另一种是在PC机上显示,以软件的形式实现容易,但视觉稍差；在电子海图上显示所有目标是一种不错的选择。

4结束语

文章介绍的一种新型的系统一移动VTS,是将雷达的目标探测性能与AIS的通信功能结合起来扩展VTS的服务范围的一种尝试,希望能得到人们的认可,共同研究其实际使用价值。

参考文献

l孙文力.孙文强.船载自动识别系统.大连海事大学出版社,2004

2吴建华.自动船舶识别系统的信息解码技术研究武汉理工大学学报2007年第4期

3広野康平レーダ映像に基づいた船舶動靜情報の同定と陸上での利用に關する考察日本航海学会2002.9

作者：吴建华 牟学东  来源：航海技术