北海航海保障中心大连航标处 大连 116O21
摘要：随着我国AIS航标系统建设的不断完善，覆盖区域不断扩大，AIS航标发挥着越来越重要的作用。AIS航标以航标为载体，扩展了传统航标的视觉和听觉范围，可提供航标当前位置和状态。本文就AIS航标在综合水文气象以及防碰撞预警系统等方面的创新以及推广应用进行探讨，以促进AIS航标管理工作和应用推广的发展。
关键词：AIS航标；综合水文气象；防碰撞预警系；创新
引言
航标船舶是一种特殊类型的功能性船舶，主要负责航标的布设、巡检、补给和维护工作，在港口建设和海事管理方面起着重要的支撑作用，而随着航运业对港口要求的不断发展，重点水域航标的调整和整改工作的不断深入，对于航标船舶的要求也是越来越高，尤其在技术创新方面，因为航标船舶的作用主要是完成对航标的建设和维护，因此细致良好的技术投入和先进的设备配置对航标船舶的工作有着重要的支撑作用。
1AlS航标概述
1.1主控制电路
AIS航标的航标灯基本信息采集电路主芯片采用意法半导体公司的STM32F103ZET6工作频率为高达72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口，并包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，2个I2C接口、3个SPI接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。工作温度-40℃至+85℃的温度范围，电压2.0V至3.6V，并拥有一系列的省电模式保证低功耗应用的要求，在外设不开、1Mhz工作频率条件下工作电流仅0.4mA。
1.2系统供电电路
电源设计上主要采用的是各模块分立式供电，由于多功能航标终端的电源稳定性受灯器蓄电池、太阳能充电的影响，闪光灯的脉冲瞬间电流、太阳能充电时电压的变化、通信模块发送数据时瞬间大电流都会给航标终端的精密A/D测量带来干扰，采用独立式供电、大电容放电电路和电源滤波加上分时工作模式及其他保护电路的设计保证了多功能航标终端具有较强的抗干扰性。电源管理系统设计采用的是高效率低压差的稳压电源LDO的方式来实现。LDO的电源芯片具有压降低、动态性能好等优点，为了把航标灯的电池上4V～10V的电压降到监控系统所需要3.3V电压的目的，在本次工程系统中采用的是由美国TI公司的TPS56065芯片组成电源电路，4V输入电源的变换效率高达92%以上，同时还可以实现系统的宽供电，在本设计中，电压的适应范围为4V～10V，可以适用于绝大多数工作电压范围的航标灯。
1.3碰撞检测电路设计
在本系统中，采用加速度传感器检测航标是否碰撞。传统的加速度传感器一般为模拟输出，用户需要A/D采样后，将模拟量转换为数字量，再进行数据处理。MMA7455L提供数字接口（I2C和SPI），用户可直接读取MMA7455L的寄存器得到输出数字量，方便用户的数据处理，在没有A/D接口的MCU上照常使用。总线通讯可以使用MCU硬件单元，也可以使用IO模拟通讯，对MCU的支持更加广泛。
2AlS航标创新措施
2.1基于AIS航标的海洋水文气象观测系统在不断的探索
内置的水文气象传感器的AIS航标能将采集到的附近水域信息：如涌浪情况、风速、风向、流速、流向及能见度通过AIS系统传输给过往船舶和海事管理部门。2017年12月7日上午，福建省海洋预报台、东海航海保障中心福州航标处以及国家海洋技术中心联合研制的基于AIS航标的海洋水文气象观测系统在福州顺利通过专家验收，布放在平潭跨海大桥水域南、北侧两侧，正式投入业务化试运行。该系统是我国首个海洋与交通部门联合研发并投入业务化试运行的多功能航标系统，是共同维护海上船只安全生产的重要举措。
AIS航标在海洋水文气象监测方面的独特优势被越来越多的海事部门所推崇。钱塘江涌浪的监测为船舶通航安全做出了巨大贡献，然而涌浪监测获取数据手段单一，主要以人员观测和报告为主。针对于此，当地海事部门正在积极的探索布局AIS航标的水文气象监测功能。
2.2动力自动化技术
动力自动化技术是随着现代造船技术的发展不断的发展出现的，所谓自动化，指的是通过单元或者机电设备的自动化实现航标船舶自动控制目的，机舱的自动化首先要保证的是机械设备的可靠性，操作的方便性以及设备的便捷维护性，根据航标船舶的特点，机舱自动化的技术发展主要集中在以下几个方面，首先是主机的遥控指挥，指挥是控制的终端，是实现全局自动化的基础，由于航标船舶的动力输出特性，而遥控指挥的实现则可以大大的减少主机方面的人力投入和工作效率，根据航标船舶的需求，其次是电站的自动化，航标船舶的设备离不开相应的电力供应，电站的自动化是机舱自动化的重要基础，航标船舶的电站自动化配置主要是通过3个方面展开，首先是自动控制系统。自动控制系统是电站自动化的核心部分，并且需要能够合理的调整电压，能够自动调节发电机的磁场，从而稳定的输出电压。还需要能够进行自动调频，根据发电机组的频率和负荷使各机电组平稳的运行，能够做到自动分闸和停机，当遇到突然情况的时候，能够自动按照顺序逐个分闸，收到人工的指令也能够迅速停机，从而做到自动同步并车，在机组启动增加之后，能够自动进入同步并车的程序。安全保护系统是电站自动化的另一个主要方面，根据航标船舶电站的特点，安全保护系统则主要分成两个方面，首先是发动机的安全保护，发动机的安全保护主要包括发动机滑油压力过大引起的应急停车，机组超速应急停车以及其他超限时的应急停车等，同时还有电力系统的安全保护，主要包括过载保护、过压保护、过频保护、内部短路保护、外部短路保护、欠压保护、欠频保护以及逆功率保护等。最后是监测报警系统，改系统也是电站自动化未来着眼发展的一个方面，航标船舶工作多在港口内，周围船舶类型较多，如果引起发动机故障或者危险需要及时进行报警，以免引起危险的扩散。
2.3加强各个海区航标管理部门的创新共享和协调机制
随着《南海海区航海保障工作协调机制合作备忘录》、《东海海区航海保障工作协调机制合作备忘录》等一大批协议的签署，我国在航海保障新应用、科技创新及应用等方面取得了显著成绩。根据海事体制改革面临的新形势、航海保障的新要求，唯有进行更深入更广泛的合作，才能促进我国航海保障事业走上新的台阶。
2.4基于通讯网络的监测系统
除了动力系统单独的监测功能之外，航标船舶需要一套全船的监控控制系统来支撑船舶的运营，这种系统主要包括传感器、数据采集单元、触摸屏、驾驶室控制单元、轮机室警报工作站，在基于PLC和触摸屏相结合的基础之上，对航标船舶的整体运转情况进行监测，监测的连接过程依靠通讯来完成，网络传输遵循通讯协议，硬件设计方面，嵌入式的Web服务器和控制现场各路设备的PLC组成，设备和控制终端依靠服务器的动态交互实现信息互联，可以采用OPC的对象链接和嵌入式技术来完成控制方面的整体应用。
2.5鼓励科研机构和相关企业进行AIS航标的创新设计
AIS技术应用于航标有助于提高航标的可靠性和可用性，更好的发挥航标的导航作用，提高航海保障服务质量。近年来海事航标机构不断加强和高校等科研单位的合作，加大对科研单位和相关企业创新方面的鼓励以及各个方面的支持。
结语
AIS航标对于航行船舶的安全航行提供了一大助力。依托AIS、航标、电子海图等为基础的航海保障数据云构架的不断完善发展，航海保障服务的数据化、标准化工作的不断推进，以及航海保障数据服务共享机制的逐步建立都将为我国航运经济的快速发展做出有力的支撑。
参考文献:
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[2]王如政，董效鹏，郭小飞.一种基于航标船舶的移动差分GPS定位设备研究[J].中国海事，2017，（04）：48-52.