船载AIS静态信息精度及误差预警

公安海警学院船艇指挥系 常会振

大连海事大学航海学院 刘 彤

船载AIS静态信息精度及误差预警

公安海警学院船艇指挥系 常会振

大连海事大学航海学院 刘 彤

AIS设备自诞生以来，就以其巨大的优势在航运界得到广泛的应用，但也有其自身缺陷。针对这些问题，提出通过在SQL Server 2008数据库平台上建立样本数据库对接收到的解码后的AIS静态信息进行检索比对来分析其精度的方法，并对不符合精度要求的AIS信息向驾驶员或VTS工作人员等AIS设备使用人员发出预警并纠错。

AIS；静态信息；精度分析；纠错；预警

一、前言

最近十几年来，依托卫星定位技术、信息技术、通信技术和计算机网络技术等发展而来的船载自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）因其巨大的优势在航运界得到了广泛的应用。SOLAS公约第V章规定，航行于国际航线的300总吨以上船舶和缔约国航行于国内航线的500总吨以上船舶在2002年7月1日至2008年7月1日期间，分段执行配备船载AIS设备。

在通常情况下，AIS设备能够自动按照一定的时间间隔广播本船的静态信息，以供装备有AIS设备的船舶识别，同时也可以接收他船的静态信息，以识别他船。因此，静态信息的正确输入可以保证船与船以及船与岸之间关键信息的有效识别，有利于VTS的有效监控和管理。AIS的静态信息如船名、呼号、MMSI、IMO编号等信息是在设备安装时由专业技术人员根据船舶国籍证书输入的，但是有些工程师在安装时不严肃，没有严格按照相关规则设置静态信息，而且船舶操作人员在使用时也不是时时严格遵守相关规则，这就会造成船舶静态信息识别错误，甚至会严重影响AIS设备的正常使用，给海上交通运输带来不应有的隐患。[1]针对这些问题，本文提出了在接收端对AIS静态信息的精度进行分析并对不符合标准的信息进行预警的方法，利用SQL Server 2008数据库平台建立静态信息的样本数据库，依托VC++运用MFC编程实现AIS数据的解码并将其与样本数据库中的标准信息进行检索比对来分析静态信息的精度，最后对不符合精度要求的信息发出预警。

二、AIS静态信息错误种类分析

AIS静态信息中对船与船以及船与岸之间的有效识别影响最大的主要有MMSI没有输入或输入不正确、船名输入不正确、船舶呼号没有输入或输入不正确以及IMO编号没有输入或输入不正确这四种错误。[2]

1.MMSI没有输入或者输入不正确

船舶MMSI由9位数字组成，是船载AIS设备的ID码，即使船舶被买卖或者移交，只要国籍不变，MMSI也不会发生变更。

在航海实践中，有的AIS设备发送的MMSI是555555555、888888888、123456789等9位数字，还有的甚至不是9位数字，其中最常见的就是0，这明显是错误的。MMSI的错误会严重影响船与船以及船与岸之间的有效识别，在同一海域中，当两艘或多艘船舶使用同一个MMSI时，AIS设备显示的数据就会在这两艘或多艘船舶之间不停交换，很难对其进行有效的跟踪和管理。在船舶距离较远或有其他原因影响时，在船舶的静态信息中，AIS设备首先显示的是MMSI，其次才是船名、呼号和IMO编号，这也彰显了MMSI的重要性。[2]

2.船名输入不正确

AIS设备的首要功能是能够使用静态信息有效地识别对方，然后通过VHF海上频段进行目的性的通话，交流双方关心的航行安全相关信息。但是船名的错误却可能使双方的交流出现问题。船名的输入错误主要有以下几种：[2]

（1）船名前后随意添加特殊标记，比如船名为“XIN YAN TIAN”，但是显示的时候却是“XIN YAN TIAN ^_^”，船名为“JIN GE18”，显示的时候是“JIN GE 18（^_^）”。还有如“M/V FEGN TAI”“MT XINGCHI”“==SHENG SONG2==”“GUANG HUA 3#”“BAO.HANG.118”等。据统计，在船名前后任意加特殊标记、标点符号等不符合规定的情况在AIS设备中日益增多，这对于船舶的自动识别和VTS的有效监控管理是非常不利的。

（2）第一种输入错误就是船名中字与字之间没有空格或加入其他不相干的字母、数字或者有不恰当的缩写，比如“XIANGAN”“DAZHI”“GUYUANHAI”“AN FENG 38CH”“HAI JIN QIAO 01”“SMU”等，这都是非常典型的错误。IMO要求AIS设备输入正确的船名的目的是便于识别，但是船名中没有空格或者有不恰当的缩写很容易给对方造成识别困难，甚至导致识别错误。比如“XING AN（星安）”可以呼叫为“XIN GAN（新干）”，“GU YUAN HAI（固元海）”可能被呼叫为“GU YU AN HAI（固于安海）”；“DAZHI”本应是“大志号”，但是后面的“号”却省略了，容易造成误解；“AN FENG 38CH”后面的CH可能是想说明其国籍，这是没有必要的，只要对方看到正确的船舶呼号和MMSI，自然明白其国籍；“SMU”可能是缩写，很难让人理解船名是什么。

3.船舶呼号没有输入或输入不正确

船舶呼号和MMSI的分配方法相似，都是按照国家分配的，如中国国籍的船舶以B开头，法国国籍的船舶是F开头。正确的输入方法是顶格输入，两个字母、数字以及数字与字母之间不能有空格。但是在航海实践中经常出现船舶呼号没有输入或输入错误的情况，最常见的错误就是呼号中间加入空格（某船正确呼号是BKSPZ，输入BKS PZ是错误的）或随意添加符号（呼号BE-MT-6是错误的，正确的是BEMT6）。[2]

呼号的正确输入是十分必要的，实践中，船员呼叫对方船舶是船名和呼号一起呼叫的，以区别船名同音不同名或同拼音不同名的船舶。

4.IMO编号没有输入或输入不正确

IMO编号是由7位数字组成的船舶永久“身份证”号码，无论船舶买卖、移交，还是国籍变更，此号码都不会变更。一般情况下，远洋船舶都会被分配一个IMO编号，也有部分沿岸或内河船舶没有分配，但是这些船舶绝对不能随意输入一个号码充作IMO编号。IMO编号在实践中最为常见的错误就是随意输入，如有些船舶的IMO编号为123456789、123456、22、111111111等，这明显是错误的。[3]

三、AIS静态信息精度分析及误差预警系统的设计

针对上述问题，IMO航行安全分委会（NAV55）经过长时间讨论后同意就SOLAS/18起草了一份修正案，要求船载AIS设备每年都要通过被认可的检验人员和服务机构的测试，以核实AIS设备中静态信息的准确性。同时，各国在PSC检查中也加强了对AIS信息的设置、检测等方面检查。[4]而且，AIS用户也对如何纠正AIS信息的误差做了许多的研究，如上海引航站的陆悦铭提出应该由官方来制定“AIS设备安装、设置和使用规则”，以期规范公司的管理、航海院校、培训机构以及船员在AIS的安装、设置和使用上的行为。[5]但是这只能在发送端人工纠正船舶信息误差，而对于在接收端如何分析船舶静态信息的精度却没有提出建设性的建议。因此本文在前人的研究基础上提出对接收到的AIS数据与静态信息样本数据库中的信息在接收端进行检索比对的方法来分析AIS静态信息的精度，并对错误的信息发出早期预警，就很有现实意义。

1.建立AIS静态信息样本数据库

设计AIS静态信息误差预警系统的关键是利用SQL Server 2008数据库平台建立静态信息样本数据库。海事部门可以将通过一定途径收集到的正确的船舶静态信息制成样本数据库，然后提供给船载AIS设备生产厂家，在制造AIS设备的时候将其固化在AIS系统中，使AIS设备在接收到船舶静态信息后能够通过查询比对判断发送方静态信息的正确与否。

本文拟纠错的船舶静态信息主要是船舶的MMSI、呼号、船名和IMO编号，因为这四项是船与船以及船与岸之间识别的关键信息，如果其中一项出现错误，就有可能导致船舶识别困难甚至错误，以致发生误跟踪或跟踪目标频繁变换的现象。图1是通过SQL Server 2008数据库平台建立的样本数据库的截图。

2.AIS静态信息的纠错

图1 静态信息样本数据库

AIS设备生产厂家可以将海事部门提供的存有正确MMSI、船名、IMO编号和船舶呼号等静态信息的样本数据库在制造船载AIS设备的时候固化在设备中。从全球范围来说，船舶的静态信息是动态变化的，每天都有新的船舶投入使用，也有旧的船舶退出服务，同时船舶也会发生买卖、移交、变更国籍等行为，因此，为了保证样本数据库的有效性，就需要赋予AIS设备的安装人员、检验人员或者驾驶员对数据库进行更新权限，AIS的使用人员能随时根据需要进行更新，从而使样本数据库保持在最新状态。

AIS设备在运行的时候，样本数据库能够近于实时地对接收到的每一条船舶的静态信息进行检索、比对，从而分析发送端静态信息的精度，误差预警流程图如图2所示。在检索时，首先以船舶的MMSI为关键词进行检索，在样本数据库检索到该船正确的静态信息后，再与接收到的静态信息进行比对，以确定发送方静态信息正确与否；若MMSI检索不到，说明样本数据库中没有该船的信息或者MMSI是错误的，则换用船舶呼号进行检索；若船舶呼号也检索不到，就换用船名进行检索；如果船名也检索不到，就说明样本数据库中缺失该船静态信息，或者该船静态信息是错误的，即向AIS使用人员发出预警。预警示意图如图3所示，在预警对话框中显示了静态信息错误船舶的MMSI，以便驾驶员能够确定是哪条船舶有问题，在为协调避碰行动进行交流的时候能够注意有问题的船舶。如果缺失该船静态信息或静态信息是错误的，AIS使用人员应做好记录，以备以后修改样本数据库时及时添加修改，如果条件允许，驾驶员还可以通过VHF设备与有问题的船舶联系，以获得该船正确的静态信息。因为IMO编号不是每艘船舶都有，若没有IMO编号，则AIS设备发送的静态信息中IMO编号一项默认为0，因此本文不提倡使用IMO编号作为样本数据库检索的关键词。

图2 错误的静态信息预警流程图

四、结束语

本文主要研究如何在AIS设备接收端对AIS静态信息进行精度分析并对不符合精度要求的船舶进行预警的问题，提出通过建立样本数据库与接收到的AIS静态信息进行检索、比对以分析发送端静态信息精度的方法，并通过实验确定此方法是可行的。但是，鉴于全球船舶众多，在短时间内建立一个可以覆盖全球所有船舶信息的样本数据库这一设想较难实现，因此，在开始阶段，可以针对某一区域内经常航行的船舶建立一个区域的样本数据库，从而实现AIS静态信息的精度分析及误差预警功能。同时，为了保持样本数据库的有效性，应可以对其进行修改并更新。

图3 错误的静态信息预警示意图

[1]陆悦铭.关于制定“AIS设备安装、设置和使用规则”的建议[M]//中国航海科技优秀论文集.2009:107-114.

[2]陆悦铭,周懿宗.关于国轮在设置、使用AIS设备中存在的问题和一些思考[J].中国海事,2006(7):35-37.

[3]陆悦铭,周懿宗.关于国轮在设置、使用AIS设备中存在的问题和一些思考(续)[J].中国海事,2006(8):31-34.

[4]涂铁昆.AIS实际使用中应注意的事项[J].航海技术,2005(2):31-32.

[5]宋大纲.AIS系统在船舶避碰中的问题及对策[J].天津航海,2010(2):44-45.