內容提要:VTS是船舶交通服務系統(tǒng),在增進船舶交通安全和效率及保護環(huán)境方面發(fā)揮著重要的作用。為了更好地發(fā)揮VTS的效能,擴展VTS的管轄范圍,引入了基于船用雷達和AIS設備的移動VTS的概念。文章論述了該系統(tǒng)的組成、工作原理及其實現(xiàn)的方法。

關鍵詞:VTS 雷達 AIS

0前言

隨著VTS的普及以及技術上的不斷更新和發(fā)展,VTS在增進船舶交通安全和效率及保護環(huán)境方面發(fā)揮著重要的作用。然而VTS所管轄的水域有限。現(xiàn)在VTS中都引入了AIS其作用主要是進行船、岸之間的聯(lián)系及對船舶的識別并通過岸臺AIS網(wǎng)絡可以接收更遠處船舶的信息,是VTS的一種近岸擴展功能。但是,對于海岸環(huán)境太差無法建設AIS網(wǎng)站,或者離岸較遠船舶,或者沒有安裝AIS的船舶,VTS無法發(fā)揮這種近岸擴展功能。為了能更大限度地發(fā)揮VTS和AIS的功能,筆者引人移動VTS的概念。

利用海上船舶的雷達和AIS設備構建移動雷達基站,將船舶雷達上所發(fā)現(xiàn)的目標參數(shù)通過船載AIS設備傳輸?shù)桨杜_AIS經(jīng)過處理后將目標顯示在岸上VTS中心,也就是將船舶中的雷達設備通過AIS設備和岸上的VTS中心鏈接起來從而擴展了VTS的管轄范圍。由于船舶的機動性船舶作為雷達基站不是固定的,可以臨時設在所需水域,如突發(fā)海事事故水域為VTS中心提供現(xiàn)場信息f戰(zhàn)爭中作為前線偵察站為指揮中心提供交戰(zhàn)水域敵我雙方艦艇的分布等。顯然移動雷達基站具有固定雷達基站的功能,且更靈活、更方便。下面具體介紹移動VTS的系統(tǒng)組成、工作原理及實現(xiàn)方法。

1系統(tǒng)組成

移動VTS系統(tǒng)由VTS中心、岸臺AIS、移動雷達基站組成。移動雷達基站由船舶雷達和AIS組成。船舶雷達作為目標信息的傳感器,將船舶周圍的目標錄取鎖定并采集相關距離方位參數(shù)經(jīng)編碼處理后送船載AIS發(fā)射出去；岸臺AIS接收到信息后,經(jīng)過相關解碼處理,最后將固定VTS所不能發(fā)現(xiàn)的目標顯示在VTS中心。通常AIS的傳輸距離為幾十海里,再加上船載雷達的作用距離幾十海里使用移動VTS可以比固定VTS的有效作用距離得到進一步擴展。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示:

2移動VTS工作原理

在固定VTS上發(fā)現(xiàn)不了的目標,通過移動雷達基站的中繼，在移動VTS上能夠發(fā)現(xiàn)目標并測量目標到VTS中心的距離和真方位。其距離、真方位轉換原理圖如圖2所示：

圖2中O點為VTS中心經(jīng)緯度可以通過岸臺AIS得到(l0、j0)；O¢為移動雷達基站位置,經(jīng)緯度可以通過船載AIS得到(l0¢、j0¢)；M為目標,R和C¢為船載雷達上測得的目標的距離和真方位,經(jīng)轉換后得到:

DX=RsinC¢,DY=RcosC¢ (1)

在低緯度和中緯度海區(qū)且航程不長時使用中分緯度算法計算移動基站到VTS中心的距離S和真方位C:

(2)

結合(1)(2)可以算出目標到VTS中心的距離:

X=X0+DX，即X=SsinC+RsinC¢

Y=Y0+DY，即Y=ScosC+RcosC¢

轉換為極坐標后的距離、真方位為:

D=（X2+Y2）1/2B=arctan（X/Y） (3)

由此可知,只要船載AIS將目標的距離數(shù)據(jù)R和真方位數(shù)據(jù)C¢以及船舶雷達所在位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)(l0¢、j0¢)傳輸?shù)桨杜_AIS,經(jīng)計算處理后即可在VTS中心顯示出目標的真實位置。

3實現(xiàn)方法

從移動雷達基站上發(fā)現(xiàn)目標到VTS中心顯示目標,整個過程必須自動完成,才能適時、有效地發(fā)揮移動VTS的功能,因此必須在移動雷達基站和VTS中心分別開發(fā)相關應用程序來完成中間的銜接工作。

3.1移動雷達基站的應用程序

移動雷達基站要完成從雷達上對目標數(shù)據(jù)的采集工作,提取目標的距離、方位參數(shù),經(jīng)過編碼之后送AIS發(fā)射出去。

現(xiàn)代航海儀器都有數(shù)據(jù)的輸入輸出接口,其數(shù)據(jù)輸出規(guī)則遵循NMEA0183協(xié)議,具體可參考雷達使用說明書,例如利用KelvinHughesNucleus35000型雷達,其目標參數(shù)的輸出格式為圖3所示:

標識字為$RATIM,①為目標的編號數(shù)據(jù),②為目標的距離數(shù)據(jù),③為目標真方位。所以只要通過雷達的輸出串口和PC機連接在應用程序中提取②和③的相關參數(shù)就可得到目標的距離、真方位參數(shù)。

AIS基于TDMA通信技術將目標的動態(tài)和靜態(tài)信息以一定的數(shù)據(jù)格式通過VHF的方式播發(fā)、接收。同時提供輸出數(shù)據(jù)的接口以便輸出本船以及目標船的動態(tài)和靜態(tài)信息。AIS系統(tǒng)可以用22種不同的數(shù)據(jù)報文發(fā)送,為了將目標的距離和真方位發(fā)送出去,可以借助報文1(船位報告)來完成。在報文1中含有本船的航速、航向信息。通常AIS是通過輸入、輸出接口與計程儀、羅經(jīng)連接,自動采集本船的航速、航向信息發(fā)送出去。因此,可以利用串口與AIS連接,將目標的距離和真方位數(shù)據(jù)代替本船的航速、航向數(shù)據(jù)發(fā)送。當然,要使用符合NMEAO183協(xié)議的數(shù)據(jù)格式來進行編程。航速、航向的數(shù)據(jù)格式見圖4所示:

其中①為航跡向，⑤為對地速度。在應用程序中將目標的距離數(shù)據(jù)代人⑤中,真方位數(shù)據(jù)代入①中,通過串口輸出給AIS發(fā)送出去。

3.2VTS中心的應用程序

該應用程序的作用是將岸臺AIS接收到的信息經(jīng)過解碼后,提取目標的距離、方位參數(shù)以及移動船舶的經(jīng)緯度參數(shù)。VTS中心的經(jīng)緯度是固定不變的可以從岸臺AIS中直接讀取以簡化編程,上述參數(shù)代人公式(1)、(2)、(3)得到目標距離VTS中心的距離、真方位數(shù)據(jù),最后將其以一定形式顯示出來。

以下面的一句報文為例,對實際采集的AIS信息解碼過程進行分析:

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

由!AIVDM可知該信息為船舶的動態(tài)和靜態(tài)暗碼信息。其中169JGUgP017pm1<；MFucTOvH00Se是數(shù)據(jù)部分,每一位字符都為8bitASCII碼,首先必須逐一將其轉換為6bit二進制碼,轉換參考表如圖5所示:

第一位字符1轉換后即為000001,字符6轉換后即為000110,依次類推,轉換后見圖6的左半部分。第一行的6個bit代表消息識別碼，000001轉換為十進制的1,由此可知本句報文是1(船位報告消息)。

報文1的二進制bit一共有6×28=168位,由其bit信息分配(請參見ITU-RM.1371一1§3.3.8.1),可知第8位后的30位bits(9-38)(011000100101101001011110010110)分配給了用戶ID(MMSI),將其轉換為十進制后(412522390)即可解碼得出MMSI。用相同的方法可以解碼出SOG船舶對地速度(bits51-60)、Longitude(bits62-89)、Latitude(bits90-116)船舶所在地經(jīng)緯度(二進制碼轉換為十進制后除以10000,所得結果是以分為單位的經(jīng)緯度)、COG船對地航向(bits117-128)(二進制碼轉換為十進制后除以10)等信息(見圖6的右半部分)。

經(jīng)過解碼后得到目標的距離為0.1nmile、真方位為296.1°,船基站經(jīng)度為110.28°(E)、緯度為20.03°(N),通過AIS達到了將船舶雷達上目標數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/SPAN>VTS中心的目的。

有了目標數(shù)據(jù)后,可以將目標以多種方式顯示出來:一種是直接顯示到VTS中心雷達上,優(yōu)點是效果逼真,缺點是實現(xiàn)較困難,需要硬件支持；另一種是在PC機上顯示,以軟件的形式實現(xiàn)容易,但視覺稍差；在電子海圖上顯示所有目標是一種不錯的選擇。

4結束語

文章介紹的一種新型的系統(tǒng)一移動VTS,是將雷達的目標探測性能與AIS的通信功能結合起來擴展VTS的服務范圍的一種嘗試,希望能得到人們的認可,共同研究其實際使用價值。

參考文獻

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2吳建華.自動船舶識別系統(tǒng)的信息解碼技術研究武漢理工大學學報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學會2002.9

作者：吳建華 牟學東  來源：航海技術