浅谈物联网及AIS技术在船舶靠港中的应用

摘 要 随着经济全球化的发展，船舶向着大型化和自动化发展的趋势明显，本文研究了物联网技术及AIS技术在船舶靠港中的应用，本技术对于提高船舶停靠速度，减小船舶碰撞几率，保证船舶自动化靠港有重要的意义。

关键词 物联网 AIS 船舶靠港

1物联网的定义

当今，有关物联网世界上尚未有一个统一的标准定义。物联网的原型于1999年由麻省理工学院的艾诗顿提出，其中心思想是以电脑互联网为基础，借助射频电子标签技术，建立一个所有实物信息实时显示共享的实物互联网。

ITU认为物联网是把近距离信息收发器融入到日常生活中，从而可以在物——物、物——人、人——人之间建立一种新的交流方式（信息互动方式），且无论对任何物体来讲，都可以在任何需要的时候，在任意的地方进行互联。

物联网并不是一项新出现的技术，而是互联网技术的一种延展，通常我们可以将其理解为：将互联网技术从计算机领域延伸到任何现有的技术领域，采用射频辨识等技术，从而完成实物信息数据的智能快速提取，进而达到物物信息实时交互与共享的目的。

从根本上来讲，物联网技术可以说是一种聚合性先进技术，它融合各种先进技术为一体，包括人工智能处理技术、网络感知识别技术、信息采集技术、信息传输技术等，达到物与物之间不分时间地点的信息互通与共享的目的，从而让我们生活的家园变成“智慧地球”。物联网技术几乎涵盖了信息技术的方方面面，本技术普及以后，将大大改变人们的生活。其主要有三个方面的技术优势：一是信息自动识别，二是互联网网络支撑，三是快速与智能化。

在这里，将物联网定义为：“一种可以通过射频识别技术和其他识别设备，遵循一定的协议准则，让互联网和任何实物相关联，完成信息采集和交换，从而实现生活中物——物、物——人、人——人方便快捷交流的网络”。

2物联网的关键技术——RFID

无线电频率识别，一般称呼RFID，它的英文全称是Radio Frequency Identification，是物联网的关键技术，被称之为新世纪最有发展潜力的信息技术之一，对物联网的发展起着特别重要的作用，是一种利用无线电信号传输完成较近距离非接触式双向通信的技术，该技术可以明确某一目标并跟踪该目标同时读写该目标所带相关信息数据。目前该技术应用领域较广阔，主要包括大型停车厂、大型超市、政府财政管理、物流传输、城市安全等。该系统包括电子标签、读卡器、计算机数据管理系统三部分 ，该系统可以实现信息的快速读写，使其保存在计算机数据管理系统中便于管理。

3 RFID系统的工作原理

RFID技术的运用首先是通过阅读器发出合适频率射频信号，当进入有效感应区域的船只带有电子标签时，岸台设备感应电流发出设备工作时所需要的能量并快速激活电子标签。激活电子标签之后，电子标签携带的信息通过射频天线传输到泊位旁的数据读取装置。港口数据读取装置感应到这些编码信息后，会自动完成这些信息的转码，转码过后的可用信息将会被发送到港口信息处理中心，港口信息处理中心将通过对这些信息的读取确定电子标签上带有的船舶基本信息，从而确定船舶身份。

4 AIS 船舶自动识别系统

4.1 AIS系统介绍

船舶自动识别系统简称AIS系统，囊括了口岸设备和船载设备几部分组成，是一种新型的的航行信息提供系统，它涵盖了网络技术、数字通信技术、卫星接收技术、定位技术等好几种前言技术。装有AIS系统的船舶可向其他船和岸上部门自动发送本船的静态信息（船名、呼号、船长、船寬、船舶种类等） ，动态信息（船位、在航状态对地航向等）、航程信息和安全讯息等有关的海上船舶信息，它也能够自动接收其它舰船和其它口岸的资讯。港口则依靠所获取的信息随时关注船舶动态，了解船舶安全状况，掌握海上天气情况等。AIS系统成为船与船、船与岸之间的通信交流桥梁，为完成海上船只航行安全的信息化管理以及港口泊位的自动化管理搭建了关键平台。

4.2 AIS系统的功能

（1）自主向具备AIS功能的岸台以及其它带有该系统的船只和飞机发送信息，包括静态信息、动态信息、航次信息以及其他涉及安全的信息；

（2）自主接收他船和岸基发过来的相关信息；

（3）联系周围船舶避免碰撞发生；

（4）与港口部门通信；

（5）简化信息流并提供相关信息以避免船只间的碰撞。

4.3系统功能简述

在港口船舶调度系统中，必须先由相关船只的管理公司或者代理公司递交靠泊申请，被申请的船只需分别在三天、两天、一天的时候提供抵港预确报，在申请及预确报中船名、性质、长度 、宽度、吃水深度等信息以及所运输的货品种类等信息。

在船只即将抵港的时候，将利用船只发送的AIS信息进行身份确认，在泊船管理系统中查找此船只前期申请的泊位信息，同时系统在现有的码头的泊位中寻找最适合抛锚的泊位，既不会造成泊位过大而产生的泊位浪费，又能保证所在的泊位不会小于所靠船泊。

当船舶到达港口的时候找到所分配泊位后，每个泊位上所安装的RFID读写器会自动感应船身上安装的RFID标签，同时自动发送给系统一个该船靠泊成功的信息，同时自动改变系统中的泊位状态，即可完成一次船只的靠泊。框架的构造图如图1所示：

4.4系统功能流程

运用船载AIS系统，港口可以自动获得船舶舶身份信息，同时获得相关船只的AIS信息中的航向和航速信息，进而分析出该船只在其相关航道上的航行信息。港口当局根据船舶状态，自动分配与其对应的泊位停靠。泊船成功以后，岸基借助船泊上安装的RFID标签与岸基RFID天线进行通信，系统识别出RFID信息后自动通知泊位管理中心，管理中心大屏幕显示某个船已安全停靠某泊位。

在船泊停靠期间，系统会定时与船上的RFID标签进行通信，当通信失败时，泊位管理中心的计算机会自动报警，通知管理人员船泊停靠状态异常，因RFID标签与天线的通信距离很短，因此船泊只要离开岸一定的距离，便会报警，从而使因恶劣天气等原因导致的走锚事件可以提前知晓，防止发生更大的损失。

当船泊离港后，管理中心在系统中将靠泊计划中的状态改为离港，系统会根据RFID的通信情况自动将泊位释放，并自动记录此次停泊的详细信息。泊位是港口的基本设施，它的作用是供到港作业的船舶停靠，泊位长度应符合船舶安全系泊和作业的要求，深度应符合船舶的吃水要求。泊位资源对于港口企业来说非常珍贵，它直接影响到港口的发展状况及经济效益。泊位的基本作用是为到达港口的船舶提供码头岸壁线使其可以完成船舶在港作业 。当船舶抵达港口以后，要及时为船舶安排合适的泊位，以便船舶停泊。所以要提高港口效益就要加强对港口泊位管理系统的研究。当前国内港口受技术限制等各种原因大多仍然采用流水线模式，各部门利用对讲机或手机完成泊位分配。这种模式的特点是无法全面协调管理泊位资源，可能会导致泊位资源利用不充分。港湾泊船管理系统的引进可以合理安排泊位资源，降低港口运营成本，扩大港口业务范围，增加港口经济效益。

（1）大大减少船舶停靠时间。在目前泊位管理系统中，如果某一确定泊位计划的船舶改变泊位计划时，必须人工操作，泊位分配者利用对讲机或手机将取消泊位计划的船舶告知系统管理中心，然后系统管理中心再把消息通知给其他泊位分配者和其他相关部门。在整个过程中消息传递的可靠性无法保证，这使得消息传递不能实时完成。如果有的泊位分配者未能掌握最新的泊位计划信息，那么他在下一次分配船舶的时候，就会耽误时间，影响工作效率。由于部门之间缺乏完善的协调制度，彼此沟通较少，缺乏先进的获取船舶状态信息的方法， 每个调度系统都按照自己的业务开发，原来的总系统与部门之间连通性差，他们之间都自成一派，相互独立，无法保质保量的共同作业，船只的作业申请方式大多数仍然采用传统的电话或者对讲机。在这种情况下，船舶信息无法共享，信息输入输出可能会漏掉或重复，信息格式不一致；，港口工作准备时间被加长，而且不能及时提供详细准确的船舶基本信息，这加大了部门作业的难度，导致港口整体工作效率低下。

因为港口的业务种类多、船舶来往较多，目前常用的泊位分配模式不仅增加了工作人员的劳动强度，而且还容易出错。因此，港口需要一种先进的智能化泊船管理系统来代替人工系统，以此提高港口作业的效率，增加港口经济效益。

（2）合理設置港口的装卸流程。泊位分配方式直接影响到港口装卸效率，从而进一步影响到港口经济效益。港口装卸流程的合理布置将减少港口建设的投资，提高港口泊位利用率。

泊位资源分配就是通过对到达港口船舶安排合适的停靠位置，最小化某一时间段内所到达港口的船舶总成本，以此来提高港口作业效率，从而吸引更多的船舶停靠。

一般港口泊位分配流程为船只抵港后，先在锚地等待，若有空闲泊位且符合船只的长度和吃水深度，则安排进入泊位，靠泊后需要等待装卸设备准备好之后才可以开始装卸作业。

5结语

当前我国大部分港口码头泊位资源分配主要是靠操作人员的经验完成的，他们分配泊位时考虑的主要影响因素是船舶的自身条件（长度、水深）和先后顺序。在部分港企，把泊位情况和到港船舶情况输入自己的调度系统，在世界各个港口企业竞争如此激烈的今天，如果船舶靠泊时间过长，肯定会大大影响港口的发展。本系统中利用AIS系统自动发送船舶信息，港口泊位系统自动分配合适的泊位。可以优化港口泊位利用率，提高港口效益。

参考文献

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[2] 刘丽.基于物联网的船舶监控系统的设计[J].长春教育学报，2013.

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[4] 陶源.基于AIS的船舶自动避碰系统的应用研究[D].上海：上海海运大学，2011.

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