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摘要：在当前水域交通密度不断增大的形势下，现代航海对AIS数据的需求越来越大，但AIS的发展正面临一系列困境和挑战。本文将对目前AIS发展中出现的困境进行梳理归纳，并给出应对策略建议。
关键词：船载AIS；AIS基站；卫星AIS；VDES系统
一、AIS的发展过程
可靠的海事通信是保障船舶正常航行和海上生命安全的必要条件。由原始的旗语、灯光信号到无线电报、无线电话，发展为现在的立体化无线通信网络。船舶自动识别系统（AIS）诞生于上世纪90年代，AIS作为最先引入船舶的无线电通信数字技术，它的出现满足了与日俱增的船舶间以及船岸间的通信需求，并扮演着举足轻重的角色。
由于AIS基站的有效作用半径为20-30海里，所以当船舶处于基站作用半径以外时，船舶的AIS信息将无法被基站获取，后来，卫星AIS的出现实现了远距离船舶侦测，AIS的应用也由原来监控船舶安全的系统升级为“互联网+大数据”全球化的船舶跟踪系统。
二、AIS的工作原理和设备类型
1.AIS的工作原理
由上面的介绍可知AIS的数据来源包含两部分：一部分是分布在内河、沿海的AIS基站接收的AIS数据，另一部分是卫星AIS收集的数据（低轨道卫星收集的海上AIS数据）。最终AIS的数据利用分布式采集技术通过互联网汇聚到一起。船舶安装了AIS后，就会通过VHF（VeryHighFrenquency）无线电波向周围20-30海里内的船舶和岸台定时发送本船的动、静态信息，并可以接收其他船舶发来的信息，对周围的船只进行识别，避免碰撞，还可支持低速的数据传输业务，实现船舶之间以及船舶、岸台之间的信息通信。
2.AIS的设备类型
目前船载AIS设备分为A级和B级，A级满足IMO关于AIS性能标准的要求，适用于SOLAS公约ChapterV/R.19的船舶配备，B级主要为非商船和休闲娱乐船舶等非公约船舶所使用。B级与A级相比，使用功率较低，功能少，不能完全满足IMO关于AIS性能标准要求。B级AIS不发送船舶航行动态、船舶转向率、艏艉吃水等信息，但是必须具有能够被公约船舶雷达发现、识别或具有在雷达上显示待识别的AIS目标的功能。
三、当前AIS发展过程中的困境
1.频段压力和数据交换需求的提升
随着船岸数据通信任务的逐年增加。但由于AIS的信息承载量有限，而非安全业务的信息数量又不断增加，此外，由于现今的AIS技术采用了STDMA通信制式的开放式系统，任何船舶均可以无限制选择空闲信道发送信息。这些因素均导致AIS系统在VHF频段通信链路开始拥挤，在许多繁忙港口已经达到50%以上的频段占用率，国际航标组织（IALA）提出当AIS数据链路负载超过50%时，将会导致信息阻塞等严重问题的发生，威胁船舶航行安全。因此，频段的压力和数据交换需求的提高要求AIS系统进行升级。
2.AIS工作原理产生的监控局限性
首先，岸基AIS的覆盖范围易受影响。由于AIS的有效半径还可能受天气因素、岛屿遮挡等的影响而减小。即便是在有效接收范围内，若该区域船舶数量超过监控通道上限，也会造成AIS信息缺失，尤其是在渔船密集的海域用的B级AIS设备，占用了大量通道资源，也会造成AIS信息的缺失。
其次，卫星AIS监控船舶会受到通信时隙的制约，在船多的区域可能会产生信号丢失状况。由于船载AIS在其VHF作用范围内的船舶数量有限，一般海上船载AIS之间通信占用的时隙总数不会超过AIS信道理论时隙数量。但是AIS卫星的覆盖范围一般远大于船载AIS的作用范围，即卫星在海面上会覆盖到多个VHF作用范围，会接收到不同SOTDMA区域但占用相同时隙的AIS信息，从而产生时隙冲突，导致船舶AIS信息缺失。
3.AIS的人为因素影响监控效果
首先，AIS的ID——MMSI和船舶的唯一ID——IMO都需要手动在AIS设备中输入，所以均存在错误输入或缺失的可能，错误输入将导致监控船只与AIS信息无法匹配，从而导致AIS信号的缺失。此外，还会发生同一时间两艘船的MMSI相同或同一MMSI显示的经纬度相差甚远的情形。例如在2019年4月份，我国北方海区就曾发生过渔船冒用其他船只MMSI码的情形，当时是“鲁荣渔50078”冒用“海巡152”轮MMSI码。再者，AIS船载设备可以人为关掉，设备被关掉时AIS信号也会中断。
四、缓解AIS通信压力的对策建议：
1.建议提高AIS基站的配置合理性
通过不断提高AIS基站的合理配置，扩大AIS基站网络覆盖，从而充分利用AIS基站采集AIS数据。
2.建议统一B类船载AIS设备类型
由于B类船载AIS有两种协议，分别是SOTDMA（自组织时分多址）和CSTDMA（载波侦听时分多址），目前我国渔船安装的B类AIS设备既有SOTDMA型，也存在CSTDMA型。B类SOTDMA型AIS与A类AIS通信协议相同，不会与A类AIS发生时隙冲突，但会加大AIS网络负担，B类CSTDMA型AIS采用先侦听后发送技术，对AIS网络负载影响非常小。所以，建议在中小型船舶（例如渔船）较多的地方，统一采用B类CSTDMA型AIS船载设备，减少对AIS网络负载的影响。
3.建议加速我国AIS卫星技术等相关自主技术的研发
增加AIS低轨道卫星数量，卫星交织组成了监控的“星座”系统，而卫星采集船舶位置取决于卫星与船舶相遇的时刻，理论上系统内卫星数量越多，相遇并采集到数据的概率也会越大。目前，市场上已经出现了第二代AIS卫星系统，相比较于第一代AIS系统，第二代AIS卫星系统在数据覆盖的范围、数据传输速度和服务类型及范围三方面都有了质的突破，但目前国外公司主导着全球AIS卫星数据服务市场，随着国内对AIS卫星数据的需求不断增加，必须加速我国AIS卫星技术的研发。另外，我国的大部分AIS基站设备从国外采购，这说明我国AIS自主技术研发有待加强。
4.建议积极研发具有自主优势的VDES系统研究
针对上文提到的AIS系统需要解决的问题，ITU、IALA和IMO积极响应，分别从频点、应用和规则层面对现有AIS系统进行“升级”的可行性进行研究，并在2013年由IALA首次提出了VDES的概念。VDES是针对AIS加强和升级的系统，它的产生和发展都与AIS密切相关，VDES的产生能有效缓解AIS数据通信压力。VDES集成了AIS、特殊应用报文（ASM）和宽带甚高频数据交换（VDE）三项功能，VDES有三方面功能的显著改变，首先是系统辟专用频段保障信息传输，对船舶位置报告和安全性相关信息给予最高优先级别；其次是系统使用更灵活，与过去只能被动接受信息不同，VDES的使用者可根据需要主动向其他船舶、港口、海图信息中心等推送或者索取信息；最后是依托信道调整使得信息传输速度大幅提升。
五、结语
无论是海上通航安全、航行效率，还是智能航运发展，都对AIS数据服务有着巨大需求。将来，随着AIS基站网络的扩大，AIS卫星系统的升级，AIS设备标准和使用日趋规范化以及VDES系统的研究、发展，会使AIS的数据通信压力得到缓解，AIS数据的质量也会越来越高，更好的服务于改善海上交通秩序、确保船舶航行安全。
参考文献：
［1］张力夫，徐增泉.船载AIS的发展与困局[J]；航海；2018，（4）：31-33.