AIS信息范文

AIS信息范文（精选11篇）

AIS信息 第1篇

随着我国经济建设的不断进步, 水运物流业得到了长足的发展。各大沿海和内河港口船舶往来极为频繁、交通流密集, 加之船舶趋于大型化, 增加了海事监管难度。目前, 在海事管理中主要依赖VTS与AIS系统对内河的船舶、货物、航道、桥梁、船闸、港口、码头等重点对象进行信息探测, 然而2个系统间没有很好的信息交互, 基本处于独立工作的状态。当船舶通过一些有环境因素干扰或者信号较弱的地区时, 2个系统的信号传输与获取难度增加, 想要获得准确的船舶状态信息更为困难。运用信息融合技术将AIS与VTS的底层数据互相结合, 当某个信息源受到干扰或者单一网络不稳定的时候, 可以通过其他信息源提供信息, 增强了系统的鲁棒性与可信度, 扩展空域与时域的覆盖范围, 改善探测的性能。这对于内河航运船舶航行的控制与管理, 以及全流域的交通出行信息服务有十分重要的作用和意义。

1 AIS与VTS系统概述

1.1 AIS系统

船舶自动识别系统 (automatic identification system, AIS) 是整个海事管理中最为重要的系统之一。AIS几乎涵盖了船舶行驶时的所有信息, 并能在电子海图上显示所有船舶的航向、航线、船名等[1]。

AIS的主要特点如下。

1) AIS的信号是甚高频信号, 可以在船与船之间形成信息网络, 显示周围船舶的信息。

2) AIS系统中包含了船载GPS的定位信息。

3) AIS的位置信息采用经纬度表示法。

4) AIS随着目标的运动状态改变 (如航向或航速变化) 而采样时间也会发生变化, 一般为2~180s, 见表1。

5) AIS对于位置信息的采集精度比雷达高1个数量级, 但是对于航速的采集比雷达要差。

6) AIS上有船舶惟一的9位码标示, A类的AIS还会有海图的显示。

1.2 VTS系统

船舶交通服务 (vessel traffic services, VTS) 是旨在增进船舶交通安全、效率和环境保护的, 由主管当局实施的1种服务。该服务应具有与交通管理系统相互配合并对VTS区域内产生的交通状况进行响应的能力[1,2]。

VTS是由若干先进的电子设备组成的信息系统。它主要包括:VHF通信子系统、雷达子系统、雷达数据处理子系统、信息传输子系统、交通显示及操作控制子系统、信息管理子系统等。其中, 雷达系统是VTS的核心部分, 用于探测重点区域内船舶的信息, 雷达子系统的主要特点如下。

1) 所获取的目标信息主要是动态数据、因此对于目标航速的测量更加准确。

2) 位置信息采用极坐标表示法。

3) 信息的采样时间间隔一般为3s。

2 融合模型的研究与设计

2.1 模型结构设计

针对长江航道通信信息管理系统以及航道内船舶通信的现状, 采用分布式的融合结构模型, 对VTS与AIS分别得到的航迹信息进行融合, 其结构见图1。

首先, 来源于AIS和VTS的原始信号, 通过Kalman滤波器进行信号的预处理, 得到相对准确的目标航迹跟踪信息。跟踪信息进入融合中心中, 先进行数据的时空对准, 把不同时空域下的信息转化到同一坐标系下, 再进行多条航迹信息的关联, 寻找出彼此相对应的信息。最后, 将关联信息通过融合算法进行航迹融合, 得到更为准确的航迹数据。

2.2 信号的预处理

VTS雷达信号和AIS信号中, 会掺杂一定的杂波, 一般通过滤波算法对信号进行预处理, 来获得较为准确的目标航迹跟踪信息。

Kalman滤波技术最先是由R.E.Kalman于1960年提出, 通过无偏最小方差为最优准则, 用状态方程为数学工具, 采用递推公式从而得到最优估计值的1种线性滤波理论。Kalman滤波技术也是状态估计技术的1种, 状态估计的目的是对目标过去的运动状态进行平滑、对目标现在的运动状态进行滤波和对目标的未来运动状态进行预测, 这些运动状态包括目标位置、速度和加速度等[3]。

对于线形时不变离散系统的一般状态方程和量测方程为

式中:X (k+1) 是k+1时刻的系统状态, Z (k+1) 是观测值。Φ (k) , Г (k) 为系统参数;Φ (k) 为状态转移矩阵;Г (k) 为输入控制加权阵;u (k) 为控制信号;G (k) 和V (k) 分别为过程噪声分布与高斯白噪声序列。

由上述方程衍生出的Kalman滤波方程, 即状态更新方程和量测更新方程:

1) k+1时刻的状态预测。

2) k+1时刻的协方差预测。

3) 滤波器的增益为

式中:S (k+1) 为观测的预测误差的协方差;R (k+1) 为量测误差的协方差。

4) 滤波更新值。

5) 滤波误差的协方差矩阵

在式 (3) 、 (4) 中通过k时刻的状态、协方差完成对k+1时刻的状态和协方差进行先验估计预测。在前2式的基础上得到滤波器的Kalman增益, 即式 (5) 、 (6) 。在获取到Z (k+1) 后, 将前面的先验估计与之结合得到改进的后验估计, 即滤波的更新值方程 (7) 和滤波误差的协方差矩阵方程 (8) 。根据上述Kalman算法原理, 对带有随机性噪声信号的VTS与AIS数据进行预处理, 从而就可以得到较为准确的航迹跟踪数据。

2.3 时空对准

融合中心分别获得了预处理后的AIS与VTS的航迹跟踪信息, 但2路信号属于不同坐标系, 且采样时间各异, 无法实现航迹关联与融合。因此, 需要通过时域和空域的对准转化到同一个参考系中, 并用相同的采样时刻进行描述。

2.3.1 时域对准

由表1和雷达子系统的采样特点可知, AIS与VTS的航迹信息序列在时间上是不一致的。笔者在采用时间插值校准方法时考虑到了航速和航向是随机变化的情况, 其主要思想是:船舶在航行过程中, 但是在相对较短的一段时间内还是可以视其为匀速直线运动, 从而得到所需时刻的船舶航行信息[4]。公式如下。

式中:T1<T<T2;T1和T2时刻的位置信息为 (λ1, φ1) , (λ2, φ2) 。

2.3.2 空域对准

在空域方面, AIS采用的是WGS-84坐标系的经纬度表示[4], 而VTS雷达信息采用的是极坐标表示, 二者处于不同的参考系中。空域对准就是将它们统一于同1个参考系中。

1) 对于AIS的经纬度信息, 需要使用高斯-克吕格投影公式[5]转化到平面坐标系中。

式中:λ为从中央经线起算表示精度;θ为纬度;S为由赤道至纬度φ处的子午线弧长;N为纬度φ处的卯酉圈曲率半径;η为地球的第二偏心率;a、b则分别为地球椭球体的长短半轴。

2) 对于VTS雷达信息, 则可以直接通过极坐标转换为直角坐标的方法进行:

式中:R为距离;θ为方位角。

2.4 航迹关联

由于航道内可能同时存在多条船舶, 同一区域内会探测到大量的AIS与VTS雷达信号, 且这些信号还会彼此重叠。因此, 需要通过航迹关联来一一确定信号归属。模糊双门限关联法是基于模糊数学的通过关联隶属度函数来判断数据序列彼此间相似程度的1种典型航迹关联算法[6,7], 其过程主要分为三步:

1) 构成单因素集合。模糊因素级分为3类, 第1类处于相对位置空间, 第2类处于直角坐标空间, 最后1类则是处于三维空间。笔者采用相对位置来进行描述, 选取的AIS与VTS信息的模糊因素, 如式 (13) 中所示。

式中:a1为t时刻的位置间的欧氏距离;a2为t时刻的方位角间隔;a3为t时刻的船舶行驶速度差值;a4为t时刻的船首像位置差, 它们共同构成模糊集A={a1, a2, a3, a4};rp、Aq分别表示任意取第p个雷达序列和第q个AIS序列, 而d、θ、V、G分别为欧氏距离、方位角、速度和船舶。特别的是, dAq和θAq在时空对准中已经进行了相关的坐标转换与单位匹配。

2) 计算综合评判矩阵。构造评价集合Q={1, 0}, 集合中分别用1和0表示二者信息的相关与否, 则单一隶属度评判矩阵R就是集合A与Q的模糊关联阵。R可以表示为:

矩阵中, rs1pq (t) 为t时刻, 因素s (s={1, 2, 3, 4}) 的关联隶属度, 一般视其为正态分布且τs={0.01 0.01 0.1 0.1}[6], 见式 (15) , 而非关联度rs2pq (t) =1-rs1pq (t) 。

得到单一隶属度评判矩阵R后, 经过加权矩阵运算就可以得到综合评判矩阵Wpq。其运算过程如下。

式中:Add=[x1x2x3x4]为权重矩阵, 其取值为{0.45, 0.2, 0.25, 0.1}[6];w1pq (t) 、w2pq (t) 分别为所选AIS与VTS信息的关联度和非关联度。

3) 模糊双门限评判。以所取得的某个雷达信息为固定值, 依次取t时刻n个AIS的坐标序列并通过上述步骤1) 、2) 获得n个综合评判矩阵, 取它们中最大的w1pq (t) 。设第一门限值F1和累计参数H (t) , 并使H (0) =0。若max[w1pq (t) ]≥F1 (一般取值为0.75) , 则H (t) =H (t-1) +1。通过时间逐点对门限值进行判断, 当H (t) ≥F2 (一般取值为10) 时, 所选的这组信息序列为相互匹配的对应序列, 从而达到了航迹关联的目的。

2.5 航迹融合

经时空对准和航迹关联后, 融合中心得到了在同一坐标系下相互关联的船舶航迹信息。根据2.2节中系统k+1时刻的后验估计方程 (7) 与量测方程 (2) , 结合式 (5) , (8) 以及AIS与VTS系统间的数据相关关系就可以构建Kalman融合公式

式中:S为样本误差的方差;N为传感器个数;X为实际的测量值;A为融合结果。

如式 (17) 中所示, 每个传感器所测得的数值在融合信号中占有的比例, 由其样本误差的方差所决定, 即样本误差的方差越大, 信息的可信度就越低, 权重就越小, 反之则影响度越大。根据上述融合算法原理, 进行鲁棒性测试设计, 见图2。

图2中, 在同时模拟了3个信号后, 让其中2个出现故障, 使得滤波估计信号严重失真, 只有1个信号正常工作。测试表明, 通过上述算法对信号进行融合, 最终获得总的滤波信号并没有受到过多影响, 依然十分接近于标准信号, 达到了融合的效果, 增强了系统的鲁棒性。

3 融合模型的仿真与分析

3.1 AIS与VTS信息融合的仿真设计

以Matlab作为仿真工具, 针对内河航运船舶的具体情况, 通过分布式的融合模型与算法对AIS和VTS雷达信号进行航迹融合的设计与仿真。由于Kalman滤波器噪声滤除效果良好, 仿真设计时可以直接对预处理后的跟踪信号进行模拟。

首先, 假设在一段时间 (0~50s) 内, 在VTS雷达子系统和AIS系统的覆盖范围内一共出现了4条船舶, 分别用代号A, B, C, D来表示, 见图3。它们中B, D装有船载AIS终端, 而A, C作为对照组, 仅仅能够获取到其雷达信息。其中船舶A一直处于停泊状态, 用“五角星”来表示它的航迹位置探测信息。船舶B先做匀速直线运动并逐渐远离雷达站, 而后在保持航向不变的情况下做匀加速运动, 用“星号”和“圆圈”分别表示其AIS与VTS雷达获取的位置信息。船舶C作为航迹关联的干扰项, 其运动趋势与B相类似, 它的位置数据在图像中用“菱形”表示。船舶D与B, C方向相反, 且随着与雷达站距离的减小, 它的速度也不断地变慢, 图中用“方形”和“x号”分别表示其雷达和AIS探测数据。此外, 系统中雷达的位置和航速探测精度分别为±10m与±1m/s, 而AIS的是±5m与±3m/s。

根据分布式特征级融合模型, 通过Matlab仿真程序, 把AIS与VTS的初始信号数据依次经过时空对准、航迹关联与数据融合的处理, 得到仿真结果见图4, 5。

图4中, 融合模型系统成功地选择了与B, D信号的AIS数据实际对应的VTS航迹, 这与最初的设计结果相吻合, 说明模糊双门限算法是可行的。

图5中, 十分清晰地显示了使用融合算法之后的AIS与VTS的融合航迹结果, 即图中的融合信号曲线, 十分接近于实际标准信号, 说明融合模型设计是成功的。

3.2 融合效果比较和分析

通过将B, D 2船的AIS, VTS和融合信号分别与标准信号值做差, 来对仿真设计模型与算法的融合效果进行分析, 见图6。

从图中不难看出, 通过Kalman融合所获得的B、D 2船的数据无论是在速度还是位置方面相对原始的AIS和VTS雷达信号其精确度均有提升, 说明融合模型设计是有效的。

4 结束语

针对我国内河航运AIS和VTS系统的现状, 设计了分布式信息融合模型。原始带噪信号通过kalman滤波后, 达到了去噪的预期效果。通过时空对准、模糊关联和kalman融合完成了在多条船舶航迹信息下的AIS与VTS雷达信息的配对和融合, 仿真结果表明, 位置和速度的探测精确度均有不同程度的提升, 并且使得系统的鲁棒性大大提高。AIS与VTS中关于航道水文气象, 船舶内部状态等信息的融合问题是下一步的研究重点。

参考文献

[1]Changchuan L, Hai L, Lina L, et al.Development of the integrated target information system of the marine radar and AIS based on ECDIS[C]∥Beijin:Wuhan university, Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, 2009.WiCom&apos;09.5th International Conference on.IEEE, 2009:1-4.

[2]Wawruch R.Quality of information about tracked vessel in VTS centre[C]∥2004.Proceedings Elmar2004.46th International Symposium.IEEE, Zadar, croatia:Tankerska Plovidba Zadar, Electronics in Marine, 2004:95-100.

[3]曲春晓, 陈伟.卡尔曼滤波在飞行器姿态获取系统中的实现[J].交通信息与安全, 2011, 29 (6) :139-142.

[4]李维运.VTS中雷达和AIS信息融合算法探讨[J].中国水运, 2006, 6 (7) :116-118.

[5]罗素云.AIS与雷达目标位置数据融合方法的研究[D].武汉:武汉理工大学, 2003.

[6]王停停.AIS与雷达动态信息融合算法的研究[D].大连:大连海事大学, 2012.

AIS与水上交通安全长效管理 第2篇

AIS与水上交通安全长效管理

船舶自动识别系统(AIS)是一种新型的船用助航设备,其主要目的是通过为船舶操纵人员提供更加精确、详细的航行环境信息,使之能够更好地监视和控制船舶航行,加强海上航行的`安全性.AIS的迅速普及与应用将极大地提高船舶航行安全,保障水上交通安全的长效管理.

作 者：王涛 作者单位：台州海事局,浙江,台州,318000刊 名：中国水运(下半月)英文刊名：CHINA WATER TRANSPORT年，卷(期)：9(5)分类号：U692关键词：AIS 水上交通安全 海上交通流观测

AIS二进制信息区域标准探讨 第3篇

关键词：二进制 报文 船台 识别码 标准

1 背景

AIS，即通用船舶自动识别系统（Universal Automatic Identification System），是一种实现船舶身份远程识别，航行状态动态监控，航讯信息即时传递的综合性导航设备。其通过工作在VHF海上通讯频段的船载台，向其他船只和沿岸台站发送诸如船舶识别码、位置、方向、船长、船宽、类型、吃水以及是否载有危险货物等动、静态信息，从而实现船-船，船-岸之间的数据传递与信息交换。AIS的特性和功能使它成为增强船舶航行安全和提高船舶交通管理效率的新型重要工具。

随着AIS船台的大量普及，越来越多的船舶开始安装。同时，海事系统也建立了完善的沿海AIS岸基网络系统和内河AIS岸基网络系统。如何利用AIS岸基网络系统为船舶提供更优良的助航服务，是AIS应用的重要研究方向。

而传统AIS二进制信息的应用主要有两种，一种是船与船或船与岸进行类似手机短信的信息传输；另外一种是海事系统利用AIS岸基设备播发水文、气象、潮汐、航行通告等应用信息。由于缺少相应的标准，播发的信息在AIS船台上的显示形式是以英文文本的方式，给我国的航海用户造成阅读困难。同时非标准化的AIS二进制信息冗余大，传输的有效信息量小。因此，有必要根据我国实际情况建立我国区域的应用信息协议标准。

2 应用局限性

在AIS信息应用方面，主要用于船舶识别、航行安全信息、气象水文等信息的接收，随着我国AIS岸基网络的逐步完善，AIS系统已经从最初的船舶避碰发展成为保障航行安全的基础设施和助航系统，同时在船舶调度、水域监管、企业管理等方面发挥了一定的作用。今后AIS系统将逐步成为我国水路运输重要的数字化、信息化交互平台。但是由于AIS系统发展时间较短，各类应用标准还不完善，在AIS信息应用中还存在信息内容不规范、语言阅读困难、显示不直观等问题，造成有些小型船舶放弃使用AIS信息，甚至产生不愿意使用AIS设备的情况。

2.1 AIS应用信息不规范、不全面、不及时

各信息发布单位根据自身情况发布航行安全信息、水文气象信息，信息内容千差万别，信息格式也各不一样，信息时效性不强，这样一方面传输了大量无效信息，还占用大量的AIS信道资源，给航海用户带来很多不便，参与调研的大部分航海用户都认为接收到的有用信息较少，时间长了，便不再关注AIS接收到的信息，甚至不去查看AIS信息，这对AIS系统的推广带来了不利影响。

2.2 AIS信息阅读不方便

由于目前我国AIS二进制信息播发采用的是国际通用的1371中所定义的英文文本传输显示方式，且英文字母中只按照大写字母传输，大部分用户存在阅读困难，几乎所有参与调研的专家都认为即便是专业人员在读取英文文本信息时，也不是很方便，有个别用户提出，每次识别这些信息时需要先把英文文本记录下来，转换成小写英文字母后再翻译，给实际工作带来很大不便。

2.3 电子海图系统不能及时更新

目前大部分船舶都已安装电子海图系统，但由于我国没有针对AIS系统电子海图的安装还没有制定相关标准，且航海用户对电子海图的认识不足，现有船舶电子海图系统大都采用的是纸质海图经过扫描处理后的海图系统，在海图更新方面存在困难，而受沿海区域基础建设、航道修整等多方面的影响，现有使用的海图与实际海图有较大差别，在电子海图中显示的航行安全信息也往往有较大出入，导致现有电子海图系统被闲置，造成资源浪费。

2.4 AIS岸基中心软件中船舶信息显示滞后

现有AIS岸基中心软件显示船舶的位置信息有明显的滞后，主要有：1、软件中看到的船舶一直停留不动，但实际上船舶已经移动；2、在软件中显示的船舶信息不全，有些船舶在软件中没有显出出来，但通过系统回放查看时，又可以显示出船舶的轨迹。另外在软件使用中还存在以下问题：1、网络版信息与试用版信息显示不一致；2、监控时会出现掉线现象，需要重启；3、查询功能不方便，以前版本具有鼠标右键显示船信息的功能，现有版本却没有；4、短信功能操作不方便，没有使用起来。

2.5船舶录入信息不规范

在北方海区调研时，有专家提出现有船舶在录入船舶信息时不规范，造成港口管理上的不便。

3 现状

目前播发的AIS信息主要以AIS二进制信息和AIS安全相关信息，播发方式采用点对点和广播两种方式，播发的内容格式基本一致。AIS二进制信息通过6号寻址报文和8号广播报文播发；AIS安全相关信息通过12号寻址报文和14号广播报文播发。其报文格式如下：

报文6

参 数比特数说 明

报文识别码6报文6的识别码为6

转发信号2转发器用以指示该报文已被转发的次数，< 0…3 > 系统预置于0；3：= 不再转发

源站识别码30原发报文台站的MMSI号码

序列号码2<0…3>

目的站识别码30目的台站的MMSI号码

重发标志1重发标志： 0：= 未重发

（系统预置）； 1：= 重发的

备用码1不用。应设为零

二进制数据最多936应用识别码16比特

应用数据最多920比特，应用数据

nlc202309032121

总的比特数最多1008根据子字段报文内容的长度而不同，占据1…5个时间槽。

报文8

参数比特数说 明

报文识别码6

转发信号2

源站识别码30

备用码2

二进制数据最多968

总的比特数最多1008占用1…5个时间槽

报文12

参 数比特数说 明

报文识别码6报文12的识别码为12

转发信号2转发器用以指示该报文已被转发的次数，< 0…3 > 系统预置于0；3：= 不再转发

源站识别码30原发报文台站的MMSI号码

序列号码2<0…3>

目的站识别码30目的台站的MMSI号码

重发标志1重发标志： 0：= 未重发 （系统预置）； 1：= 重发的

备用码1不用。应设为零

安全相关数据最多936应用识别码16比特

应用数据最多920比特，应用数据

总的比特数最多1008根据子字段报文内容的长度而不同，占据1…5个时间槽。

报文14

参数比特数说 明

报文识别码6报文14的标识符；始终为14

转发信号2转发器用于显示报文已被重发的次数；<0…3>；预设：= 0；3：= 不再转发。

源站识别码30源站的MMSI号码

备用码2不用。应设为零。

安全相关数据最多968应用识别码16比特

应用数据最多952比特；应用数据

总的比特数最多1008占用1…5个时间槽

根据ITU 1371标准，这四类信息中负责记录应用数据的数据项包括应用识别码和应用数据，应用识别码由DAC（指定区域码）和FI（功能识别码0～63）构成，而应用数据部分只对部分二进制信息格式进行了规定。第55次国际海事组织航行安全分委会提出了新的AIS二进制信息的国际格式标准（DAC为001）。该标准对水文气象、潮位、船员人数等20类应用的二进制信息格式、播发模式、播发间隔以及船台对二进制信息的显示进行了要求。一些国外厂家根据该标准，已经研发出AIS辅助设备，成功实现了AIS二进制信息由文本向图形化的转变。如下图所示：

图1 潮汐显示界面

图2 水文气象显示界面

我国这项应用目前基本处于空白阶段。因此有必要根据我国的实际情况建立我国的AIS二进制信息区域标准（DAC为412、413）。

4 思路

由于我国DAC为412、413，同时FI为0～63，因此我国可以定义的二进制信息类型为2×64类，资源量十分丰富。因此有必要做好前期规划。此次方案将我国的AIS二进制信息分为两类应用：一类为水文、气象、潮汐、助航指南等可以实现在AIS船台显示终端上通过电子海图进行图形化显示的应用，DAC为412；一类为通过特定编码实现在AIS船台显示终端上显示海事局播发的报警、提示类的中文文字信息，DAC为413。

DAC为412的图形化信息，主要需要调研了解用户所需的助航服务以及AIS信息播发所涉及的政策、法律等因素。制定信息类别，比如水文、气象、潮位等，对每一类信息中数据位进行标准定义来表示不同的数据内容。比如气象信息（实例）：

参数比特数说 明

指定区域码10412

功能识别码61

经度24气象信息的区域

纬度25

时间16采用年-月-日-时-分，气象数据时间

平均风速7按照风速的表示情况输入

最大风力7

风向9

阵风风向9

温度11

气压7

DAC为413的汉字信息，需要了解海事系统播发的文本模板，在终端集成不同类型的文本格式，对特定的数据进行定义实现在AIS船台显示中文的功能。

同时，由于大部分船舶在选择AIS设备时没有对电子海图的维护更新引起足够重视，且我国电子海图管理部门还没有建立完善的维护更新机制，造成现有大部分船舶电子海图系统不能更新，由此带来在电子海图中各类信息显示不准确的问题，给航行安全带来不利影响，因此应统一协调安排，建立一条快速、有效的AIS电子海图更新维护机制，在沿海各地设立电子海图更新服务网络。

5 结束语

e航海概念的提出、现代通信技术的发展，AIS岸基网络系统的不断成熟，为解决目前AIS系统在使用中存在的各类问题，规范AIS二进制信息应用，提高我国航海用户对AIS系统的使用效率，提供了越来越便利的条件。将AIS应用信息进行分类，以达到更高的资源利用率，为船舶远洋航行提供更加可靠的技术保障服务，将会有更加广阔的发展前景。

参考文献

[1]《IHO/IMO WORLD-WIDE NAVIGATIONAL WARNING SERVICE GUIDANCE DOCUMENT Special Publication No.53》（国际海道测量组织/国际海事组织全球航行警告业务指导文件特别出版物第53号）

[2]《中华人民共和国航行警告标准格式》（GB17577.2-1998）

星载AIS技术及其应用发展 第4篇

关键词：船舶自动识别,AIS,星载AIS,海洋监视

1 卫星AIS技术

卫星AIS探测技术依托现有船载AIS终端设备形态和性能, 利用卫星技术覆盖范围广的优势, 利用低轨道小卫星, 通过星上高灵敏度AIS信号探测转发设备, 对连续、自动发射的AIS信号进行探测和传输, 以实现远距离、大范围船舶的自动跟踪监视。同时, 该技术可运用多普勒频移处理技术对探测到的AIS信号进行分析, 验证AIS信号中船舶位置的真实性。该类小卫星因其设备复杂程度低、通信时间延迟短、功能和抗毁性强、安全性高、应急能力与灵活性强、实用性和可靠性高、具有系统建设周期短、投资和发射与营运成本低等特点。如何在现有船载AIS设备性能基础上, 对AIS信号进行远距离高灵敏度捕获和对信号密集区的重叠冲突信号进行识别, 是该技术的主要瓶颈[21]。

卫星AIS对卫星平台的要求比较低, 微卫星或纳卫星即可满足要求。在AIS卫星上安装标准AIS接收器和全向天线, 就可以接收AIS信息。也可作为附加载荷, 在其他大中型卫星上安装AIS接收器和全向天线来实现卫星平台[17]。

卫星AIS技术就是为了弥补岸基AIS系统的覆盖限制, 拓展数据接收范围, 进而实现船舶全球监控。卫星AIS技术通过在卫星上面搭载AIS收发机来接收和解码AIS报文并将信息转发给相应的地面站, 从而让陆地管理机构掌握船舶的相关动态信息[25]。

2 卫星AIS应用现状与前景

卫星AIS属于非实时通信系统, 它对船舶位置的覆盖并不是一直持续的, 要实现系统全球范围的覆盖, 应使用存储转发技术传输AIS数据。即用户发送的报文在卫星上解调/解码, 若信宿站就在当前卫星覆盖范围内, 文件就被立即转发到信宿站, 否则文件将由卫星固态存储器保存, 等待卫星飞经信宿站上空时再被转发[25]。

近些年来, 随着卫星AIS技术的快速发展, 其应用领域越来越广泛, 并且逐渐持续朝向纵深层面发展。它可以提高船舶监测能力, 加强船舶交通监管[18];打击海上恐怖主义[18];协助海上搜寻救援[18]。

除上述基础应用外, 可将卫星AIS数据与岸基A I S数据进行融合, 有利于全面和完整的收集船舶A IS数据, 实现对船舶的全程跟踪与监控。同时, 可使电子海图系统上显示的船舶航迹等信息更加连贯, 融合数据在利用过程中的效率和效益都将大幅提高。

3 卫星AIS发展趋势与展望

3.1 基于小卫星的星载AIS的海洋监视技术[20]

现有的船载和岸基AIS是一种陆/海基站系统, 受天线高度的限制, 其最大作用距离通常小于离岸50海里以内, 从而导致其在大范围甚至全球海洋监视中的重要作用与地位并未得到完全体现。随着航天技术, 特别是小卫星系统技术的快速发展, 基于小卫星载AIS实现大范围甚至全球海洋监视已成为现实与可能。

国防科技大学电子科学与工程学院的计科峰等对基于小卫星的星载AIS的海洋监视技术开展了研究, 在参考文献[20]中进行了较为全面深入的阐述和分析探讨。

与传统的船载和岸基AIS系统相比, 基于小卫星的星载AIS系统是具有卫星探测能力的新型海洋监视系统, 它通过使用一颗或多颗低轨 (轨道高度600~1, 000k m) 小卫星构成小卫星星座或小卫星编队接收船舶发出的AIS信号, 并将其转发到地面站进行分析、处理, 从而实现大范围甚至全球海域的舰船监视。

星载AIS系统由船载AIS信号发射器、低轨小卫星和地面站三部分构成。其中船载AIS信号发射器对应于现有船载、岸基AIS系统中的船载AIS信号发射器。低轨小卫星装载有一个或者多个AIS信号接收天线, 通过这些天线接收监视区域内所有船舶A I S信号, 并对其采样、打包形成A I S数据流, 然后再将其与AIS信号的接收时间、接收增益等其他参数进行加密, 下传至地面站。最后, 地面站再对接收到的数据流进行解密、解调、解码等处理, 最终得到监视区域内所有船舶的移动服务编码、船名等静态信息, 船位、航速、航向等动态信息以及航次信息和安全短消息等。

与现有的船载和岸基AIS系统相比, 星载AIS通过实现AIS信号的卫星接收, 可大大提高AIS系统的覆盖范围, 实现大范围甚至全球海洋监视。由于星载AIS可充分利用现有船载AIS信号发射器, 再加之小卫星快速、低廉的特点, 因此, 星载AIS已成为一种非常有前途的大范围甚至全球海洋监视系统。

3.2 基于星载SAR与AIS信息融合的海洋监视技术

高分辨率SAR图像为舰船类型识别提供了可能, 但舰船类型识别结果难以有效验证。若SAR与A IS覆盖相同范围, 匹配二者信息, 则可利用A IS提供的信息对SAR舰船目标探测结果进行有效验证。具体来说, 就是利用AIS提供的高精度的先验已知目标信息, 配合SAR开展高分辨率舰船目标检测识别[6]。

船舶尾迹形状特征与船舶航速、船体轮廓密切相关, 故可通过船舶尾迹特征来研究船体及其活动特征。船舶只要处于运动中, 就会留下尾迹, 并且在一段时间内不会消失, 容易被SAR成像, 通过观测船舶尾迹间接估测航速, 对于船舶航向, 则直接根据船舶尾迹特征进行判断。

在海洋战场, 利用SAR进行舰船的监视、检测和类型识别, 可以有效地提取舰船目标的位置、长宽、航向及航速等重要参数, 可以及时地获得敌对目标的重要军事情报, 对于确保我军掌握海上战场主动权和取得军事行动的成功都将起到重要的作用, 同时对于实现我国海军从浅蓝走向深蓝的战略也具有十分重要的意义[24]。

国防科技大学电子科学与工程学院的赵志等对基于星载SAR与AIS信息融合的海洋监视技术开展了研究, 在其参考文献[22]中对星载SAR与AIS多目标数据关联以及信息融合的数据模型进行了较为全面深入的阐述和分析探讨。

虽然星载SAR与AIS在海洋监视应用中具有显著的优点, 但是, 受到技术发展水平的限制, 比如A IS数据存在一定的错误和漏检率, SA R图像解译算法还不成熟等。因此, 通过将星载SAR与AIS进行信息融合, 使其优势互补, 已成为目前海洋监视领域的研究热点之一[22]。

基于星载SAR与AIS信息融合的海洋监视技术作为海洋监视领域新兴技术, 越来越受到各个国家的重视。随着星载SAR与AIS技术的不断进步, 极大程度地推动基于二者信息融合的海洋监视技术的发展, SAR与AIS信息融合技术的发展将会有更广阔的应用前景[22]。

基于星载SAR与AIS信息融合的海洋监视技术存在的主要技术难点和挑战包括:

(1) 系统误差的控制难度大, 造成数据精度的先天性缺陷, 例如SAR成像的近似处理、SAR图像校正精度以及AIS GPS定位精度等, 这就对信息融合算法提出了高的要求[22]。

(2) 基于星载SAR与AIS信息融合的海洋监视技术研究基本上停留在基于位置特征的多目标数据关联的层面, 尤其在复杂海况以及船舶密集航行条件下, 此关联算法稳定性能不够, 关联精度有待提高[22]。

浅谈AIS虚拟航标命名规则 第5篇

关键词：AIS虚拟航标 命名 规则

中图分类号： U 644.2

1 引言

目前，AIS虚拟航标[1]已经成为一种新型的助航手段为广大航海者使用，其应用技术已经成熟，设置数量逐年递增，在保障通航安全上起到了重要作用，但是有关于AIS虚拟航标的命名即在电子海图上显示的名称合适与否，能否为广大航海者认知这一问题却鲜有研究。目前，AIS虚拟航标在电子海图上显示的一般是航标设置行政许可决定书上批复的名称或其简称，其命名主观因素较大，各海区、各港口AIS虚拟航标的命名并不统一。鉴于此，本文着重讨论AIS虚拟航标的命名规则即在电子海图上AIS虚拟航标的名称如何显示的问题。

2 AIS虚拟航标命名原则

鉴于航海者识别AIS虚拟航标信息根据的是其在电子海图或船载AIS显示终端上所显示的名称，AIS虚拟航标的命名应简明、扼要、直观，使航海者从字面可第一时间识别名称中所包含的助航信息并快速做出反应[2]。因此，AIS虚拟航标的命名应遵循以下原则：

（1）通用原则：AIS虚拟航标的命名规则应适用于各海区、各港口，适用于全球的航海者，不应以地区、国籍划界。

（2）直观原则：AIS虚拟航标的命名规则应简明直观，使航海者能够第一时间识别其所包含的助航信息。

（3）简便原则：AIS虚拟航标的命名规则应简便易懂，使航标管理部门能够根据命名规则方便的确定AIS虚拟航标的名称。

3 AIS虚拟航标命名规则

依据上述的AIS虚拟航标命名原则，同时结合多年的航标管理经验，依据《中国海区水上助航标志》[3]本文认为AIS虚拟航标的命名可遵循以下规则：

（1）侧面标志：包括左侧标、右侧标、推荐左侧标、推荐右侧标。其命名可为（*** 000 L0#），其中，“***”为港口名称缩写，“000”为真方位航道轴向，“L”表示左侧标（右侧标用“R”表示，推荐左侧标用“LL”表示，推荐右侧标用“RR”表示），“0#”为航标编号，各项信息间用空格断开。以秦皇岛港主航道101#灯浮标为例，其用AIS虚拟航标可表示为“QHD 160 L101#”。

（2）方位标志：包括东方位标、南方位标、西方位标、北方位标。其命名可为（**** Safe）。其中，“****”为方位标志标识的象限英文拼写，即East、South、West、North，“Safe”表示安全，即前面标识的方位水域为安全水域。

（3）孤立危险物标志：即标识孤立危险物所在的标志。其命名可为（Isolated Danger）。AIS虚拟航标可直接设置在孤立危险物位置点上，对孤立危险物的标识更加准确。

（4）沉船标志：沉船标志虽一般用于孤立危险物或应急沉船示位标标识，但为更加突出沉船的性质，标识航行危险，沉船标志可单独命名，可为（Wreck Danger）。因航海者关心的是沉船的位置及其危险性，故沉船的名称信息可不在AIS虚拟航标名称中显示。

（5）安全水域标志：即设在航道中央或航道的中线上，标示其周围均为可航行水域的标志。其命名可为（Safe 000），其中“Safe”表示安全，“000”表示以标志为圆心、以显示数字（单位：海里）为半径的安全水域的范围。

（6）新危险物的标示：当航标管理机关认为某一新危险物严重危及船舶航行安全时，应尽快设置标示它的标志。这些标志可以是方位标志或侧面标志，灯光节奏均采用甚快闪或快闪。同时，在这些标志中至少应有一个重复标志，其全部特征要和与它配对的标志相同。新危险物可用雷达应答器来标示，在雷达荧光屏上显示出一个相当于1n mile长度的图像，其编码为莫尔斯信号“D”（—··）。 新危险物重复标志的撤除：航标管理机关在确认新危险物的信息已被充分通告后，其重复标志方可撤除，并恢复正常航标设置。

4 建议

（1）目前AIS虚拟航标的命名因航标管理部门的不同而有所差异，本文只是就AIS虚拟航标的命名提出个人浅显的看法。建议由航标管理部门结合各海区航标管理现状以及AIS虚拟航标应用现状统一制定AIS虚拟航标命名规则。

（2）本文所指的AIS虚拟航标命名规则指的是其在电子海图或船载AIS显示终端上显示的名称。航标管理部门在审批AIS虚拟航标设置申请时批复的行政许可决定书上可同时批复1座AIS虚拟航标以两个名称，一个名称用于航标管理机关统计、管理，一个名称用于在电子海图或船载AIS显示终端上显示。

5 结束语

随着AIS虚拟航标应用的日益广泛，航海者对于AIS虚拟航标认知和使用的迫切需要，关于AIS虚拟航标的命名问题将逐渐引起航标管理者和使用者的日益关注。本文就AIS虚拟航标的命名提出一些浅显的看法，抛砖引玉以供航标管理部门和航标管理者参考。

[参考文献]

[1] 袁安纯.国际航标协会（IALA）A-126建议案AIS在航标上的应用.船用导航雷达，2004年，第4期

[2]周乐，周永凯，陆悦铭.关于虚拟航标设置、命名的建议.世界海运，2012年，第07期

[3]中国海区水上助航标志，GB4696-1999

接口技术在AIS中的应用探讨 第6篇

对于AIS船舶自动设别系统而言,它不仅可以作为单独使用的无线电通信装置,而且能向其他船舶通导设备提供数据并共享,如RADAR雷达和ECDIS电子海图VDR数据记录仪等。这样导航设备就能从模拟向数字化发展,也就能向用户提供友好的图形界面,清晰而准确的静态船舶信息,直观而可靠的动态船舶指示。同时对航行的一些参数分析,如预计的碰撞时间和距离等,就会更加精确,航行也就更安全。

AIS为能更有效地计算数据,还是需要从外部接入信息,如GPS的位置数据、GYRO电罗经的航向数据、SPEED LOG计程仪的船速数据,这些参数必须精确,否则影响计算结果,轻则造成航行偏差浪费燃油,重则碰擦甚至相撞造成人财物的损失。因此,确保航行安全的一个重要因数,就是数据传输的可靠性。

接口技术的发展向船舶通导设备相互间的信息传递提供了这种能力,无例外地,AIS也采用了该技术,这个接口技术之一就是串口技术。以下就串口的传输接口、传输方式和传输特性分别加以讨论,最后给出领航员接口的应用问题,供大家参考。

1 串口种类及分析

为确保数据的有效传输,AIS采用不同的接口类型来实现不同的用途,不同厂家制造的产品也略有差异。当然,对于常见的串行数据传输接口,我们大致可以将其分为九针RS232、RS422等接口,其中RS232采用标准连接器,而RS422使用接线端子。

1.1 RS232九针串口

接口特性为,RS232信号线提供15m以内的单向数据传输,最大数据传输速率为20kb/s。逻辑0电平必须在5~15V之间,逻辑1电平必须在-5~-15V之间。当传输到接口处的电平不在这个区间内,则接口的设备电路将无法准确判读数据,而当传输距离超过这个15m时,传输的有效性也无法保证。

这类接口通常被AIS用于软件升级接口,如果是其他设备(如GPS)用RS232输出到AIS,则这个距离不要超过15m,如果超过就要加分配器以完成信号的驱动。

双向传输示意图如图1所示。

典型的RS232串口集成电路有MAX2332,这种电路实现的重要功能是TTL与232电平转换。

RS232串口连接线有标准化的电缆,当电脑有RS232接口时,可以直接连接电脑和AIS设备,测试用软件可以选择超级终端或专用的串口调试软件。当传输速率设置一致时,可以从数据窗口看到读入的语句,发送语句看不见。

该串口特点是短小精悍且简单、传输速率一般、传输距离近、抗干扰差。

1.2 RS422串口

RS422串口有点类似RS232的接口,采用两线传输,具体线路见图2。

RS-422标准提供单向平衡传输线路传送数据。传输率最大为10Mb/s,传输距离可达120m;如果采用较低传输速率如4800b/s,则最大距离可达1200m,这个标准允许驱动器输出为±2~±6V,接收器可以检测到的输入信号电平可低到200mV。优点非常明显,输入端的要求较低,0.2V电压就能识别。其传输示意图如图3。

基于RS422采用平衡传输技术,这种方式具有优异的共模抑制特性。由于布线总是双线一起走,因此双线上所受的干扰相位相同、幅度也相同,具有共模特性,422电路就可去除这样的干扰。对信号而言,在两根线上相位相反、幅度相同,在接收时为差分输入,不仅不会被抑制而且会被放大。

对比RS232和RS422,我们可以发现,当单向传输时,都是使用两根导线,而当双向传输时,RS232仅使用三根导线来传输数据,共用地线。而RS422在双向传输时,收发分开,要用四根导线来完成数据的传输,不共用地线,且没有真正意义上的地线,只是定义了一个虚拟的地线,只有正和负的概念。从图3中可以看出RS422即用两根线分别对高低电压做推拉动作,两根线上均有信号在传输。

因此RS422的技术要先进得多,RS422具有传输距离远、速率高、抗干扰、连接简单等特性。该技术被广泛应用于现在船舶通导设备中,如AIS连接雷达、AIS连接电子海图、AIS连接VDR船舶数据记录仪、信息采集系统以及领航员接口。其中只有领航员接口应用相对复杂,这里作重点介绍,其他连接较简单不再重复。

1.3 USB接口

USB通用串行总线,是一个电脑的接口技术,大多用于电脑的移动硬盘,也是串行接口,速度极快,但不能远距离传输。2.0版本达到480M的速率,传输距离通常在5m内,0.5m能达到全速传输。USB接口有四个脚,1号脚为电源,2号脚数据正,3号脚数据负,4号脚接地。通信设备的输出端口不使用USB技术,仅用于移动硬盘存储数据。

2 串口的应用

领航员PILOT接口如何连接到电脑的串口和USB口?

AIS的领航员接口应用了RS422串行接口技术,当领航员使用只带USB或232口的本本时,会遇到连接上的问题,即如何才能将笔记本电脑连接到标准的AIS领航员接口上去,并接收到AIS的数据,供海图软件读取,进而帮助领航员航行。首先需要分析AIS的领航员接口。

2.1 AIS的领航员接口

AIS的输出有个领航员接口,英文叫PILOT,这个接口是个标准的5芯接口,当领航员使用专用的领航员电脑时,它有个标准连接线可以直接插入该AIS的PILOT接口,周围的船舶数据就会输入到电脑,显示在电子海图里,而当使用普通笔记本电脑时,会存在接口方面的问题,这往往会困扰驾驶人员。究其原因主要是笔记本电脑的输入接口大多只有USB接口或老式的232接口,这样就无法直接连接AIS,领航员用的电子海图就无法显示船舶信息,在领航作业上存在一定的安全隐患。

PILOT接口的硬件模式如图4所示,这个接口一般为单独的引出接口,被安装在驾驶台前面墙上或驾控台上,有的产品在控制器上也有。这个接口比较特殊,与民用产品USB和9芯232接口有很大不同,他共有9根芯,接口有拇指般大小,每个芯均有意义,定义如下:

脚1为TxD-用于输出数据为输出负极;

脚2为无连接;

脚3为无连接;

脚4为TxD+用于输出数据为输出正极;

脚5为RxD-用于接收数据为输入负极;

脚6为RxD+用于接收数据为输入正极;

脚7为无连接;

脚8为无连接;

脚9为屏蔽线接地;

下面给出具体的连接方案。

(1)对于带232串口的本本

具体连接方法为,使用导线从脚1和脚4接出,直接连接到RS232的标准接口2和5脚中,具体接法如图5所示。

图中我们用了一根RS232标准电缆,这样连接比较方便,一头插入电脑,另一头剪去直接线连线即可。

这样装有电子海图的电脑在设置端口和参数后就可以在海图上看到船舶的AIS数据了。

如果要检测PILOT PLUG的输出信号,这个只要打开电脑的超级终端,在设置端口和速率后就可以查看的AIS的语句,只要有语句就可以认为输出正常。

端口速率为38400,其他默认即可。

(2)对于带USB串口的本本

上述方法,电脑必须含有232串行接口,但现在绝大多数电脑只配USB接口了。还好通信市场上有现成的232转USB转换线,且价格便宜。使用这个转换线,我们就可以直接将转换线插入电脑的USB串口,另一端连接到领航员PILOT接口的脚1和脚4上。实际操作中,我们是先用导线连出到232口,再将转换线的标准232口对连,这样不会破坏整根导线,或者将转换线的232口改成标准的AIS领航员PILOT插口。具体接法如图6所示。

从图中可以发现,我们使用了RS232-USB转换线,用RS422的输出直接连接到转换线的RS232的输入接口,经过实际测试,使用没有问题。当然如果使用RS422-转换器则更好。

由于使用USB转换线在软件上就相对复杂一些,不能直接使用超级终端来查看,需要安装这个产品的专用驱动程序,这样才可以在超级终端上看到从AIS传输过来的数据或在电子海图工作软件中获取AIS数据。端口速率同上。

本方案已经被成功应用于马斯基大型集装箱船舶,解决了领航员的使用需求。

3 结束语

总之,基于上述的串口描述和案例,我们可以看出接口技术对船舶通导设备正常运行的重要性,无论是在安装、维护还是在日常使用中,对接口技术的理解和掌握将有助于确保船舶的航行安全。特别是在航运业蓬勃发展的今天以及更加繁荣的明天,接口技术必将在技术和应用层面上推进船舶通导事业的发展。接口技术实现了船舶通导设备的相互沟通,AIS数据在雷达和电子海图的应用大大降低了发生事故的概率,而AIS与VDR的连接,则提供了事故分析的可能性以及还原事件的真实性。

AIS信息 第7篇

关键词：AIS系统,GIS系统,断路器,对比分析

GIS (gas insulated substation) 是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成, 如图1, 这些设备全部封闭在金属接地的外壳中, 在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体, 故也称SF6全封闭组合电器。GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用, 而且在特高压领域也被使用。与常规敞开式变电站相比, GIS的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强, 维护工作量很小, 其主要部件的维修间隔不小于20年。

1 GIS与AIS对比

(1) 作为传统的敞开式配电设备AIS, 在我国发展已经处于成熟期, 并且具有一定的制造和运行经验。它主要以瓷套作为设备外壳, 从而实现绝缘的功效, 一定程度上节约了成本, AIS的主要技术特点是:设备布局清晰, 有利于相关人员进行日常维护和检修, 整体结构简单, 构架形式清晰, 电气接线分明, 利于操作。缺点在于AIS设备占地面积广, 外露组件多, 容易受到天气因素影响, 不利于设备安全运行。

(2) GIS相比于AIS系统具有占地面积小、元件全部密封不受环境干扰、运行可靠性高、运行方便、检修周期长、维护工作量小、安装迅速、运行费用低、无电磁干扰等优点。缺点在于GIS属于全封闭的设备, 整体造价成本高, 当其出现故障时, 不能通过外部直观察实现快速解除故障的目的, GIS需要借助相关监视仪器进行处理。

2 室外GIS和室内GIS

图2为室外GIS图, 由于室外GIS长期暴露室外, 室外GIS实际运行中, 出现了几类典型问题。

2.1 室外GIS所遇到的情况

(1) 案例1:某电厂在线路由运行改检修的操作过程中, 当按操作步骤, 操作断开220k V该线路开关时开关拒动, 操作人员立即就地检查, 该线路LCP控制柜合闸出口压板在投入位置, 开关分合闸控制电源正常, 联锁条件满足, 开关室SF6气压、密度正常, 分闸弹簧储能正常。当检查到就地二次控制回路辅助触点时发现二次辅助触点接触不良, 接触控制器受潮的现象存在, 从而导致开关拒分。经仔细检查我们发现就地LCP控制柜内有水汽存在, LCP控制柜加热装置并未工作, 进一步检查发现加热装置的恒温控制器损坏, 导致加热器不工作通过进一步分析发现, 直接原因是加热器未工作, 导致LCP柜结露, 引起设备接元件接触不良, 间接原因是该电站所处地带常年多雨, 空气湿度大引起。通过仔细检查还发现GIS多处钢架、信号线管锈蚀严重。对此特别制定整改措施: (1) LCP控制柜加装温湿度表以便工作人员第一时间发现问题。 (2) 每班巡回检查GIS设备是否有腐蚀、结露等情况出现, LCP柜加热器是否正常, 否有结露的情况。通过以上措施, GIS一直稳定运行。未出现异常现象。

(2) 案例2:GIS柜断路器SF6泄漏的信号间断出现时有时无。现象:某日NCS操作员站时有时无发出报警光字牌信号“GIS柜断路器SF6泄漏”的报警。处理:运行人员立即进行就地检查, 发现对应开关就地屏上“断路器气室压力一级报警”报警灯亮。就地检查开关某一相气室密度计指针位于绿色正常区域。用SF6检漏仪详细检查该气室的各密封部件并无泄漏点。通过仔细分析我们发现, 发生这种现象时正处于秋冬之际, 昼夜温差变化较大, 由于SF6气体的热胀冷缩特性, 值此季节早晚和中午温度变化较大, 导致气体密度变化较大。

2.2 室内GIS所遇到的问题

图3为室内GIS布局图, 在实际运行过程中, 出现典型问题及解决方案有:

(1) 案例1:GIS装置内开关气室SF6气体漏气严重, 发出闭锁信号。某日NCS操作员站上发出“GIS断路器SF6闭锁”光字牌。工作人员迅速前往就地GIS母线室进行检查, 进入GIS母线室前, 开启全部排风扇, 保持室内通风良好, 在GIS氧量探测仪探测正常后进入GIS母线室发现对应开关就地屏上“断路器气室压力闭锁”报警灯亮。检查开关某一相气室密度计指针位于红色区域。此时开关合闸及分闸一、分闸二回路均被闭锁。通过上述现象判断发生大量漏气情况, 此时将危及设备安全, 按规程不允许继续运行。经上级允许停役该条线路运行, 工作人员立即将开关改为非自动状态, 将其余运行线路导致另外一条母线运行, 空出该条母线, 暂时使用本系统母联保护临时替代线路保护运行。最后通过母联开关进行串联切断, 将该开关改至检修状态进行处理。经检查发现该开关壳体连接处密封圈存在漏点, 拆开该开关壳体发现密封圈安装位置不符合要求, 判定为安装工艺不合格导致SF6泄漏严重。

(2) 案例2:GIS装置内SF6例行性取样分析发现HF等低氟化物。某日我公司检修例行性对GIS装置SF6气体进行取样分析工作, 经分析发现SF6气体中含有HF气体, 该现象立即引起部门领导的重视, 因为HF的产生意味着SF6气体中含有水分。水分对GIS运行的影响关键在于:如果没有将SF6气体控制在0℃以下, 则在温度变化时绝缘体表面会形成凝露, 所附着的水珠和SF6电弧产物发生反应生成HF等低氟化物, 从而导致沿面的绝缘材料和金属表面劣化。而是什么原因导致SF6中存在水分我们分析可能的原因是: (1) GIS安装过程中水分清除不彻底。 (2) 充入SF6露点不合格。其中第一点可能性更大。我们采取措施是经上级审批允许, 按操作规程将不合格的SF6放出, 充入合格的SF6气体。

3 结论

通过以上案例的对比分析我们发现我们GIS装置相对于传统AIS设备优点很多, 但是其设备成本和维护成本确远远高于户外AIS系统。通过一段时间的运行我们发现影响户外GIS系统的主要因为户外空气的温度和湿度, 所以户外GIS应该制定温度和湿度可能对设备影响的事故预案, 从而尽可能避免因为这两个因素所造成GIS设备故障。室内GIS的故障主要集中于清洁度、密封性。清洁度是GIS总装和现场安装中最首要的任务, 如果GIS安装过程中不够清洁, 有可能导致GIS放电, 而含水在电弧的作用下则有可能产生有害气体不仅对设备造成伤害, 还有可能造成人员中毒。密封性是GIS绝缘的关键, SF6气体泄露会造成GIS致命的故障。因此密封性检查应贯穿于整个制造和安装的始终。密封效果主要取决于罐体焊接质量, 其次是密封圈的制造、安装调整情况。

参考文献

[1]裘吟君, 刘岩, 姜宏仁, 等.220k V GIS SF6 CT气室闪络分析[J].南方电网技术, 2007 (02) :71-74.

[2]朱宝林.SF6断路器技能考核培训教材[M].北京:中国电力出版社, 2003.

内河AIS基站的选址及组网方案 第8篇

中国已经建立了覆盖沿海水域的AIS网络系统, 信号覆盖了中国沿海重要通航水域、港口。随着内河航运业的快速发展, 内河通航水域的船舶数量快速增长。

为了支持辖区内河航运的发展, 已经在全国内河主干航道建立了全国内河船舶自动识别系统 (AIS) 。随着全国内河主干航道开发和航运的发展和繁荣, 必须加强内河船舶的监管手段, 内河AIS系统的建成将对内河海事监管、海事事故调查、VTS管理、船舶避碰、海事救助、内河通航环境分析、港口规划等各个领域发挥重要的不可替代的作用。

二、内河AIS系统建设面临的问题

与沿海建设AIS网络相比较, 内河建设AIS基站有自己的特点。内河航运通航环境不同, 一般都是在水网密集区和河流的主干道。地形情况更为复杂, 在水网密集区以平原居多, 但在内河主干道两侧多为山区。在内河建设AIS网络由于山脉等的阻挡, 对通航水域的覆盖效果一般不如沿海水域, 对基站的选址也提出了新的问题, 合理的基站布局和组网方案可以提高航道的信号覆盖率, 减少基站数量, 减少建设AIS网络的成本和以后日常使用线路的租用成本。因此对基站的布局选址原则和组网方案进行分析将是一件非常有意义的事情。

三、内河A I S基站选址考虑的因素

为了实现内河AIS基站的合理布局, 确保信号在通航航道的全面覆盖, 保证基站运行不受强电磁干扰, 需要对基站选址考虑的因素全面的分析。以达到最好的效果, 总体来说选址过程中间需要充分考虑到下面这些问题。

1、基站地址的选择和布局

AIS基站是AIS系统的窗口, 负责接收船舶发送的A I S报文和对船舶发送消息, AIS基站的工作状况好坏、位置配布是否合理直接影响着AIS系统的性能发挥, AIS基站理论上接收船台报文的范围为忽略天气影响的, 船舶VHF电磁波在中途没有经过电离层或海平面反射而直接被基站接收的覆盖范围。

天线高度和船舶高度单位为米, AIS基站理论接收距离单位为千米, 根据上述公式计算, 假设一个天线高度为50米的AIS基站和VHF天线高度为9米的船舶, 该AIS基站对于接收船舶信号理论接收范围是40km, 但事实上覆盖的范围比理论值要大很多。这是由于AIS信号通过电离层反射再被基站接收, 从而增加了信号传输的距离。从这个理论计算公式可以得知。在船舶VHF天线高度固定的情况下, 基站之间的间隔距离与基站天线的高度有关, 在天线高度都为50米的两个基站之间, 相距60~80千米一般就需要设立1个基站。为扩大单个基站的覆盖范围, 可以增加天线的高度扩大天线的接收范围, 减少基站布局的密度。

2、通信方式的选择

AIS组网的通信方式的选择, 一般考虑最重要的因素就是稳定性的问题。现在AIS的实时数据已经成为VTS数据源的一部分, 是水上交管依赖的最重要的技术手段之一, 对AIS信号的稳定性有着越来越高的要求。AIS基站传输的数据量不大可以选择多种通信方式, 电信运营商提供的SDH和MSTP电路可靠性高。可以满足AIS数据传输的要求。在无线通信中, 3G卡的广泛应用, 为AIS多了一种可选的传输方式。微波也是专用网络中普通应用的传输技术, 可以充分利用基站的设备设施条件, 选择合适的传输方式。

3、避免电磁干扰

电磁干扰也是AIS基站选址必须考虑的因素, 如果在建立的AIS基站附近有与AIS信号同频段的甚高频VHF信号, 将严重影响AIS基站对船舶报文的正常接收。无线电委员会已将航空无线电和航海无线电频段安全使用作为重点保障内容之一, 航海使用的无线电频段归海事局管理, 可以充分利用这一优势, 在AIS建站时合理的规划和分配无线电频段资源。减少和避免无线电的无序使用对基站的正常工作造成干扰。

4、评估船舶数量, 控制基站接收主机负载率

随着内河船舶安装AIS设备的数量越来越大。目前已经要求内河300吨级以上的内河船舶都需要安装AIS。在水网密集通航条件好的地区, 特别是内河港口区域船舶数量比较大, 需要充分考虑基站的负荷, 根据已有基站的测试。一般基站接收的船舶保持在400艘, 基站R40主机的工作负荷在40%以下为宜, 否则会应接收船舶数据量过大造成基站负担过重, 造成基站接收主机工作不稳定。

四、内河AIS的组网方案

内河AIS的站点一般都集中于内河航道的两旁, 沿航道的走向分布, 在非水网区的内河航道, 要完成整个航道的信号覆盖, 必须在航道上按基站的信号覆盖范围沿航道建设AIS基站, 为了使基站数据传输到辖区中心, 最终达到各使用用户。通过合理的组网方案, 可以提高稳定性, 降低维护成本和组网的费用。

1. AIS组网的网络结构

AIS系统的建设和组网中, 一般以辖区中心作为管理基站的单位, 一个辖区管理3~8个基站, 通过基站管理服务期对各基站进行管理, 基站可以直接和辖区中心建立连接线路。也可以基站之间互相连接, 数据通过同一条电路至辖区中心。拓扑图如图1, 接收天线接收船舶播发的AIS报文, 发送播发的AIS信息。通过R40主机转为报文编码格式, 无线电信号通过R40主机编码后通过IP网络存储到数据库服务器。数据服务器存储各基站接收的AIS报文数据, 通讯服务器对数据的访问和分发进行管理。

辖区中心数据可以直接送给所需要的用户, 用户接入通信服务器, 实时的接收动态更新的AIS信号, 也可以通过专线传给海区中心, 数据进一步集中, 海区中心汇总各辖区中心数据, 提供集中的数据备份和管理。通过应用推广服务器将数据分发至各使用用户。为保证AIS网络的安全性, 可以通过网络隔离设备对AIS网络和应用推广网络隔离, 将数据从AIS网络导入推广应用网络, 在转发数据。

2. 传输介质的选择

在基站之间或基站辖区之间的电路连接可以采用固定线路传输的SDH、MSTP专线, 具有可靠性高, 稳定性强的特点。在租用电信运营商的基站, 因为电路接入点和基站同址, 租用专线比较适宜。

因为基站地址高度越高, 接收信号效率越好, 基站选址在航道两旁高处, 有利于扩大AIS信号的覆盖面。高处基站之间通常没有阻挡, 在一些可视的基站之间建设微波专线是比较理想的。如图3中, 基站A、基站B、基站C选址在高处时, 可以通过微波的方式传输数据, 基站A、基站B、的数据先传输到C, 在通过专线或微波传输到辖区中心。而且微波只有链路架设的成本, 日后的使用维护中不需要链路的租用费用, 成本相对低廉。

随着电信运营商3G网络的覆盖面逐步扩大, 基于3G的应用越来越多, 3G的带宽达到2M以上, 完全能足AIS数据传输要求, 用3G传输AIS数据也是一种选择, 只要有3G信号的地方, 就可以使用3G卡来传输数据, 用3G作为传输介质, 可以得到广泛的应用, 解决交通不便基站的通信问题。

五、结束语

AIS信息 第9篇

一、事项凭证类别的内涵

(一) 事项法会计流程

在基于事项会计理论的会计流程探讨中, 勾画事项法会计流程如图1所示。

(二) 经济业务事项分类处理

经济业务发生后, 通过事项凭证定义了对经济业务的处理规则、采集经济业务的数据。企业经济活动多种多样, 不同经济活动设计的部门不同, 业务处理规则不同, 采集的数据项目不同, 不可能用一种事项凭证格式来反映各种经济业务活动, 需要对多样的经济业务活动进行分类, 不同类型的经济业务设计不同的事项凭证格式, 多种事项凭证的集合就是事项凭证类别库。当经济业务的起始部门选择事项凭证类别库中的凭证格式, 如果新的经济业务发生, 事项凭证类别库中没有对应的事项凭证格式, 可以通过新增事项类别到库中, 从而对经济业务进行表示。

二、企业一般经济业务的分析过程

(一) 企业业务流程

无论企业提供的商品和服务的种类如何, 每个企业至少有三种类型的业务活动, 即获取/支付业务、转换业务和销售/收款业务。其流程如图2所示。

(二) 企业经济业务分析过程

获取/支付业务是获取、支付和维持企业所需要的资源。这些业务活动的目标:获取企业所需的且能够支付得起的资源 (商品和服务) ;支付获得资源的款项;适当维护获得的资源。可以获得的资源包括:人力资源、资金、存货 (原材料、物料、商品等) 、固定资产 (厂房、设备等) 、无形资产 (新思想、技术、商誉等) 、其他服务 (法律、咨询、财务等) 。转换业务是将获得的资源通过转换变成客户需要的商品和服务。转换业务形式多样, 依赖于所提供商品和服务的类型、使用的技术和资源以及客户和管理者的偏好。对工业企业来说, 转换流程包括将采购的货物转换成企业存货的仓储业务;将材料转换成产品的生产制造业务;将资金转换成固定资产的投资业务。在具体分析转换业务时需结合不同企业的特点。销售/收款业务包括一系列交付商品、提供服务和收取款项的活动, 其目的是将商品和服务提供给客户, 并尽可能及早收回款项。此外, 也可将企业经济业务活动象树形分支一样进行分类, 在分类的基础上, 根据分支的末梢来设计事项凭证类别。

三、事项凭证类别设计以销售/收款业务为例

(一) 销售收款业务

销售业务包含正常销售和销售退货。正常销售业务可从销售报价单开始, 也可从销售订单开始, 本文从销售订单开始, 客户根据报价单提出购买商品, 经购销双方确认形成销售订单, 经销售主管确认提交开票人员开出销售发票。有的企业是先发货再开票, 有的是开票与发货同时进行, 有的是先开票后发货。这里采用先开票后发货。销售发票经确认后, 一联交给客户, 作为提货凭据, 第二联交仓库管理员出库处理, 第三联交由财务部门进行账务处理;管理员收到由销售部门开出的销售发票后, 填写出库单, 经仓库主管确认后可进行出库处理。出库单一联交财务部门进行核算, 第二联用来登记库存台账, 第三联可作为填写发运单的依据。财务人员进行销售收款处理, 确认销售收入和成本, 涉及往来账的核销。销售退货业务, 先由客户填写退货通知单, 交销售部门确认, 填写退货发票, 确认后交仓库管理员填写红字销售出库单进行入库处理。财务部门退款, 填写红字收款单进行付款, 已进行核算处理的, 做红字冲销。

(二) 销售收款业务事项凭证类别设计

销售业务处理过程涉及销售订单、发票、出库单、收款单等单据, 涉及销售部、仓储部、财务部等部门, 经过分析可将销售业务用以下事项凭证类别表示整个业务:首先, 确认销售订单事项凭证。该凭证涉及销售部门的人员和客户之间的关系, 凭证内容主要来自销售订单数据, 如表1所示。其次, 开票出库结算事项凭证。该凭证设计销售部、仓储部、财务部三个部门, 发票数据项目主要数据来自订单事项凭证, 出库数据项目主要来自发票, 财务部门确认以上的事项, 准备生成记账凭证的相关数据, 如表2所示。确认退货单事项凭证:该凭证涉及销售部门的人员和客户之间的关系, 凭证内容主要来自客户退货通知单数据, 如表3所示。再次, 退货票红字出库红字收款事项凭证。该凭证涉及销售部、仓储部、财务部三个部门, 退货发票数据项目主要数据来自“退货单确认”事项凭证, 红字出库数据项目主要来自红字发票, 财务部门确认以上的事项进行退款处理, 准备生成记账凭证相关数据, 如表4所示。最后, 收款单确认事项凭证。该凭证在出纳收到货款时填制, 应找到对应的业务事项凭证, 如果是预收款对应订单确认事项凭证, 如果是现收款或应收款对应开票出库结算事项凭证, 如表5所示。

此外, 还存在着销售业务的4个类别事项凭证的框架格式, 4个类别事项凭证能否完整的记录, 正确反映销售业务的各种情况;事项凭证中事项项目包括的内容;同一事项凭证中以及不同种类事项凭证之间的业务处理规则包含的内容;哪些事项凭证类别要进行价值核算、生成记账凭证;如何生成记账凭证, 各事项凭证对应的会计处理模板的设计;自动生成记账凭证后会计处理流程发生的变化等一系列的问题都需要通过试验、测试等方法, 进行深入研究。

参考文献

AIS信息 第10篇

为比较互见中开阔水域不同船舶领域影响因素的重要性，应用粗糙集理论的相关算法，对船舶领域影响因素之间的依赖关系进行分析，并进行影响因素约简和影响因素重要度计算.以渤海及黄海北部船舶自动识别系统（AutomaticIdentificationSystem，AIS）的数据为基础，应用MATLAB编程计算，得到船舶领域影响因素之间的依赖度、相对约简集和影响因素重要度.结果表明：船舶领域影响因素之间存在不同程度的冗余，其中风、浪或流可约简掉；会遇角度、航速、船舶大小、驾驶员级别、船舶密度、船舶类型和能见度的重要度分别为0.2791，0.2008，0.1794，0.2121，0.2359，0.1229和0.0935.该研究表明：在保证对船舶领域影响分辨性不变的前提下，驾驶员可选择较重要因素对船舶领域进行判断，并采取较恰当的避碰行动，保障航行安全；但在特殊的环境下，某些影响因素需要特别考虑.

关键词：

影响因素；粗糙集理论；属性约简；重要度

中图分类号：U676.1

文献标志码：A 收稿日期：20150818 修回日期：20151201

0引言

船舶领域的影响因素众多，已有对船舶领域的研究中通常只包括船舶领域影响因素中的某个因素或部分因素.例如FUJII（藤井）等[1]对通常航行条件下被追越船舶的领域尺度和狭窄水域的领域尺度进行了研究.GOODWIN[2]在研究船舶领域时得到了4个不同类型海域的船舶领域尺度和在不同船舶交通流密度下的船舶领域尺度.范贤华等[3]在研究水流条件下的船舶领域模型时考虑了船长、航速和潮流速度.PIETRZYKOWSKI等[45]对开阔水域会遇局面、船舶大小和狭窄水域参数等对船舶领域的影响进行了研究.HANSEN等[6]主要研究了水域类型和水域参数对船舶领域的影响.WANG[78]提出了四维船舶领域模型，该模型中涉及的影响船舶领域大小的因素包括船舶长度和速度.随后，WANG[9]给出了船舶领域模型的四维解析框架，它虽包含船舶领域的全部影响因素，但是如何利用模型确定全部影响因素在某数值下的船舶领域仍没有解决.利用基于神经网络[1011]的方法能得到船舶领域与其影响因素的关系，虽然这种方法能同时考虑较多的影响因素，但它是一种黑箱的方法.

确定船舶领域模型时很难同时考虑全部的影响因素.本文利用渤海及黄海北部船舶自动识别系统（AutomaticIdentificationSystem，AIS）的数据，应用粗糙集相关理论对船舶领域影响因素之间的关系、影响因素的重要度进行研究，并对影响因素进行约简.

1属性重要度计算与相对约简

1.1属性依赖度

1.2属性重要度

1.3P的Q约简

2船舶领域与其影响因素

2.1数据来源

目前，AIS数据已成为研究船舶领域的常用数据.本文采用2014年9月26日到2014年10月13日渤海及黄海北部水域的AIS数据.气象数据来自中央气象台的天气预报，水文数据来自国家海洋环境预报中心的预报.

2.2船舶领域

2.2.1船舶领域的选取

根据藤井和GOODWIN对船舶领域的定义，船舶领域是驾驶员为保证航行安全要保持的船舶间的安全距离，其与船舶之间的实际通过距离d直接相关.假设某船遇到一密度均匀的船舶交通流，并采取避碰措施通过.如图1所示，船舶领域由船舶之间的最小安全会遇距离决定，且在中心船O周围同一方向上，船O1的转向幅度必大于船O2和O3的，在船

O1与中心船O的距离为d时，船O1处船舶密度增大最多，即为船舶密度最大处（与藤井定义的领域边界相吻合）.因此，以d作为船舶领域对船舶领域影响因素进行分析.

2.2.2船舶领域样本的获取

利用MATLAB编程计算船舶领域的流程见图2，其中：5000m与3000m参考文献[4]；4.5nmile参考文献[13]，绝大多数会遇船舶在相距4.5nmile时没有采取避碰行动；20s是通过计算得到的（假设航速为14kn，则船舶20s内航行的距离也仅为144m，误差在可接受范围内）.船舶转向时航速越大，AIS数据时间间隔越小，即使存在数据丢失，也是可以接受的.

判断转向的方法为：取任意一段船舶航迹上时间间隔分别为300s和900s的点，计算相邻三点中第

一、第二点与第三点连线的夹角.如图3所示，∠AOB即为判断是否转向的夹角，若∠AOB≥10°，则认为船舶转向，且认为此时船舶的转向行为必考虑到与其实际通过距离小于5000m的船舶.

样本选取的过程中虽不能保证挑选出全部的样本，但能够保证选择的样本均为目标样本.通过计算，选择2107组样本数据.

2.2.3船舶领域的度量

船舶领域不同方位的边界到中心船的距离不同.为比较船舶领域样本的大小，将样本中中心船周围不同方位上的领域大小转换为相同方位上的领域大小.设船舶领域任意方位β上的边界到中心船的距离为dβ，尾部扇区长为l，中心船船首方向为0°，船尾为180°，左右对称.由于本文研究的水域为开阔水域，所以参考GOODWIN[2]开阔水域船舶领域模型中dβ与l的关系.设任意船舶领域样本均满足

2.3船舶领域影响因素

2.3.1船舶领域影响因素的确定

表1为参考文献[4]选取的开阔水域互见中船舶领域影响因素.

2.3.2船舶领域影响因素的离散化度量

离散化度量区间大小的划分直接影响研究的复杂度.不同因素之间划分粗细的不同则影响结果的

准确性，导致对不同船舶领域因素的分析产生误差.

综合考虑，划分影响因素为4个等价类，个别只能划分为3个等价类.影响因素划分规则如下：

（1）能见度.以3km为单位等间隔划分能见度，1=[10km，13km），2=[13km，16km），3=[16km，19km），4=[19km，22km].

（2）流.以1kn为单位等间隔划分流速，1=[1kn，2kn），2=[2kn，3kn），3=[3kn，4kn），4=[4kn，5kn].

（3）浪.以0.6m为单位等间隔划分浪高，1=[1.2m，1.8m），2=[1.8m，2.4m），3=[2.4m，3.0m），4=[3.0m，3.6m].

（4）风.以1级为单位等间隔划分风级数，1=[4级，5级），2=[5级，6级），3=[6级，7级），4=[7级，8级].

（5）会遇角度.会遇角度以本船为对象，左右对称，船头方向为0°，船尾为180°.参考会遇局面划分，1=[0，5°），2=[5°，54°），3=[54°，112.5°），4=[112.5°，180°].

（6）船舶密度.根据所观测的AIS数据，将水域内船舶密度相近的划分为一类，1={丹东、锦州、营口及天津与大连之间的水域}，2={黄骅、东营、潍坊附近水域}，3={大连、烟台、威海、龙口附近水域}，4={天津港附近水域}.

（7）驾驶员级别.1={三副}，2={二副}，3={大副}.

（8）航速.以5.5kn为单位等间隔划分对地航速，1=[0kn，5.5kn），2=[5.5kn，11.0kn），3=[11.0kn，16.5kn），4=[16.5kn，22.0kn].

（9）船舶类型.按照船舶类型的特殊性划分，2={港口作业船和特种船舶}，3={货船}，4={油船和化学品}，1={其他船舶}.

（10）船舶大小.以100m为单位等间隔划分船舶长度，1=[0，100m），2=[100m，200m），3=[200m，300m），4=[300m，400m].

船舶领域大小按照l的大小等间隔划分，1=[0，1250m），2=[1250m，2500m），3=[2500m，3750m），4=[3750m，5000m].

3数据挖掘

3.1船舶领域影响因素与船舶领域信息系统

在信息系统S=（U，R，V，f）中：U为样本空间；R=P∪Q；P为条件属性，对应船舶领域影响因素；Q为决策属性，对应船舶领域；V为U中样本值的集合，由f确定.[14]船舶领域影响因素与船舶领域决策见表2.

表2船舶领域影响因素与船舶领域决策

3.2影响因素之间依赖度和影响因素重要度计算

利用MATLAB对式（1）和（3）编程计算，过程如下：

①计算U/ai（ai∈P）和U/Q，划分规则如2.3.2节.

②计算U/P，即求P的等价类.

影响因素之间的依赖度计算结果见表3，影响因素重要度计算结果见图4.

表3船舶领域影响因素之间的依赖度

表3中第i行第j列的元素为影响因素j对影响因素i的依赖度，保留两位小数.可以看到，C1，C2，C3，C4之间的依赖度较大，A1与A2之间也存在一定程度的依赖关系，其余影响因素之间的依赖度均为0.图4中C1和C2的重要度都为0，C3的重要度近似为0，C4的重要度也较小，仅为0.0166.为进一步分析影响因素之间的依赖度对影响因素重要度的影响，将除去相互之间存在依赖关系的船舶领域影响因素重要度计算结果列于表4.

表4除去依赖关系的船舶领域影响因素重要度

从表4中第一行的结果可以看到，当除去A2时，与A2存在依赖关系的A1的重要度与图4中相比增大.从其他行也可以得到相同结论.比较不同行可以看到，当去掉不同的影响因素时，影响因素重要度排序发生改变，说明某些影响因素之间也是相互影响的，即影响因素之间存在冗余.这也说明利用基于粗糙集的属性重要度计算方法得到的影响因素重要度是每个影响因素相对于其他影响因素的重要度，所以将此重要度定义为相对重要度.因此，有必要针对影响因素之间的冗余进行约简.

3.3影响因素约简

根据属性重要度的定义和相对约简的定义，对任意的影响因素子集P′P，

①当P′的重要度为0时，必有

因此，当P′的重要度为0，P′+a的重要度不为0，且posP（Q）=posP-P′（Q）时，P-P′为P的Q约简；当P′重要度为0，任意影响因素a∈P-P′重要度不为0时，P′+a重要度必不为0.因此，利用船舶领域影响因素重要度求相对约简时，只需考虑重要度为0的因素.由图4，只需考虑C1，C2，C3（近似为0）.图5为包含影响因素C1，C2，C3的可能删掉子集的重要度，其中属性重要度为0或近似为0，且最大子集为{C1}和{C2，C3}.计算可得

）

因此，可删掉C1或C2，C3.船舶领域影响因素的约简集合有两个，分别为R={会遇局面，船舶大小，航速，风，驾驶员级别，船舶密度，船舶类型，能见度}和S={会遇局面，船舶大小，航速，浪，流，驾驶员级别，船舶密度，船舶类型，能见度}.在影响因素中去掉风或去掉浪、流时，只有与其存在依赖关系的影响因素的重要度存在变化（见图6和7），证明了简约结果的有效性与合理性.

综合比较，在船舶领域的影响因素中，可以删掉风或浪、流，必要影响因素中会遇角度、航速、船舶大小、驾驶员级别、船舶密度的重要度分别为0.2791，0.2008，0.1794，0.2121，0.2359，均大于船舶类型和能见度的重要度（0.1229，0.0935）.在保证对船舶领域影响因素分辨性不变的前提下，驾驶员可有重点地选择较重要因素对船舶领域进行判断，并采取较恰当的避碰行动，保障航行安全，但在特殊的环境下，某些影响因素需要特别考虑.

4结论

以渤海及黄海北部开阔水域AIS数据为基础，应用基于粗糙集的数据挖掘方法对互见中船舶领域影响因素进行了系统分析，发现影响因素对船舶领域的影响存在重叠信息.在全部的影响因素中，可删掉风或浪、流，会遇角度、航速、船舶大小、驾驶员级别、船舶密度的重要度分别为0.2791，0.2008，0.1794，0.2121，0.2359，大于船舶类型和能见度的重要度（0.1229，0.0935）.结论可为确定船舶领域模型时选择合理的影响因素提供依据，也可降低驾驶员航行决策时考虑因素的复杂度.

参考文献：

[1]FUJIIY，TANAKAK.Trafficcapacity[J].TheJournalofNavigation，1971，24：543552.

[2]GOODWINEM.Astatisticalstudyofshipdomains[J].TheJournalofNavigation，1975，28：328344.

[3]范贤华，张庆年，周锋，等.水流条件下内河船舶领域模型[J].大连海事大学学报，2013，39（1）：4648.

[4]PIETRZYKOWSKIZ，URIASZJ.Theshipdomainacriterionofnavigationalsafetyassessmentinanopenseaarea[J].TheJournalofNavigation，2009，62：93108.

[5]PIETRZYKOWSKIZ.Shipsfuzzydomainacriterionfornavigationalsafetyinnarrowfairways[J].TheJournalofNavigation，2008，61：499514.

[6]HANSENMG，JENSENTK，LEHNSCHILERT，etal.EmpiricalshipdomainbasedonAISdata[J].TheJournalofNavigation，2013，66：931940.

[7]WANGN.Anintelligentspatialcollisionriskbasedonthequaternionshipdomain[J].TheJournalofNavigation，2010，63：733749.

[8]WANGN.Aunifiedanalyticalframeworkforshipdomains[J].JournalofNavigation，2009，62：643655.

[9]WANGN.Anovelanalyticalframeworkfordynamicquaternionshipdomains[J].TheJournalofNavigation，2013，66：265281.

[10]WANGN，TANY，LIUSM.Shipdomaninindentificationusingfastandaccurateonlineselforganizingparsimoniousfuzzyneuralnetworks[C]∥Proceedingsofthe30thChinesecontrolconference.Yantai，China：ElsevierScience，2011：52715276.

[11]ZHUXL，XUHZ，LINJQ.Domainanditsmodelbasedonneuralnetworks[J].TheJournalofNavigation，2001，54：97103.

[12]张文修，吴伟志，梁吉业，等.粗糙集理论与方法[M].北京：科学出版社，2001：1217.

[13]郑中义，吴兆麟.船舶避碰的模糊决策[J].大连海事大学学报，1996，22（2）：58.

AIS大家系的AR突变效应分析 第11篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取AIS家系五代中4名携带者与3名患者、1名可疑患者。所有患者均以原发闭经就诊, 均具有典型的AIS, 染色体核型均为46XY, 经SRY检测均为阳性。患者年龄23~38岁, 平均 (31.2±10.4) 岁;身高161~172 cm, 平均 (166.5±5.4) cm。6例双侧性腺在腹腔内, 2例双侧性腺在双侧腹股沟内。内分泌检查显示:4例血睾酮为16.7~29.7 nmol/L, 正常男性水平为13.0~33.0 nmol/L;2例患者的血睾酮为2.1~2.2 nmol/L, 比正常男性水平低;2例没有测定。所有患者的LH均为12.4~49 IU/L, 比正常男性水平 (2.5~9.8 IU/L) 高。6例接受了双侧性腺切除, 病例检查显示均为发育不良的睾丸, 有多发性支持-间质细胞瘤、发育不良的输卵管组织等存在于其中2例患者的双侧睾丸中;2例还没有接受手术。

1.2 方法

1.2.1 基因组DNA制备

在患者知情同意的情况下将患者的5 m L的外周静脉血取出来, 然后将30μL 0.5 mol/L的EDTA加入其中进行抗凝, 对白细胞进行分离, 经蛋白酶K消化后, 依据常规盐析法将基因组的DNA提取出来。

1.2.2 寡核苷酸引物的设计

依据Lubahn等医学学者设计的引物改良原20~30个碱基的引物, 使其变为18~30个碱基的引物, 并运用计算机软件进行检测, 符合引物的要求。中国科学院微生物研究所运用DNA合成仪将引物合成。PCR引物5’-3’的顺序具体如表1所示。

1.2.3 试剂

从中国科学院遗传研究所购买的10×PCR缓冲液和Taq DNA聚合酶, 从德国Beohringer公司购买4种脱氧三磷酸核苷酸, 运用美国Life Technologies公司提供的药盒进行测序。

1.2.4 聚合酶联反应 (RCR)

在内含10×2.5μL PCR缓冲液的25μL体系中扩增所有外显子, 4种均为2.5 mmol/L的d NTP 1.0μL, 引物、模板、双蒸水、Taq DNA聚合酶分别为0.5μL、0.5μL、20μL、1U。用1滴石蜡油将其覆盖起来。具体反映程序为:第1个循环, 在95℃的温度下进行5 min的变性, 然后将1Utaq酶加入其中, 在55℃的温度下进行1 min的复性, 之后在72℃的温度下进行3 min的延伸。以后, 在94℃的温度下进行1 min的变性, 然后在55℃的温度下进行1 min的复性, 之后在72℃的温度下进行2 min的延伸。共35个循环, 最后在72℃的温度下保温10 min。

1.2.5 扩增结果检测

在2%琼脂糖凝胶中点样4μL的PCR扩增产物, 琼脂糖凝胶中含有微量溴化乙锭, 将电压调整为80 V, 温度调整为室温, 在l×TBE (Tris-碱-EDTA) 缓冲液中进行30 min钟左右的电泳, 在紫外光下对特定的扩增片段的存在情况进行认真细致的观察。

1.2.6 单链构象多态性分析

在l×TBE (Tris-碱-EDTA) 缓冲液中对比例为49:1的丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺的混合物6%的聚丙烯酰胺非变性胶进行1 h的预电泳, 均匀混合5μL PCR扩增产物+3μL单链DNA加样液之后, 在95℃的温度下进行5 min的加热变性, 冰浴中骤冷, 使单链状态得以保持, 以后分别点样电泳。电压、温度、电泳时长分别为600 V、20℃、3~4 h。结束电泳后, 运用硝酸银对胶进行染色, 用照相方法将结果保存下来或移动胶到滤纸上, 将保鲜膜盖在其上, 在真空状态下对其加热, 然后抽干保存。

1.2.7 测序

运用2%琼脂糖凝胶纯化经SSCP筛查出来的突变外显子的PCR产后之后, 将其作为测序模板, 运用双脱氧末端终止法进行直接测序, 该方法的引物为γ-32P标记引物。经放射自显影后, 读片。分别运用5’和3’引物进行测序, 以对发现的突变进行充分的证实。经Lubahn等医学学者的雄激素受体基因序列结果作为参照, 比较其与本研究的测序结果。

2 结果

2.1 PCR及基因测序结果

所选取的8例人员中, 有2例AIS患者缺失AR基因2号外显子 (图1) , 其余6例存在外显子电泳条带 (图2) , 经过基因测序, 发现其符合正常AR基因。AR Exon2 PCR产物凝胶电泳成像如图1所示。

注:1、2为2名患者, 3为疑似患者, 4、5、6为携带者

2.2 AR基因的Exon2及相邻内含子区域碱基序列分析

2例AIS患者2号外显子两侧的内含子有缺失, 内含子缺失的部位为Exon2上游2250 bp到下游3785 bp。依据正常的AR基因设计引物, 在凝胶电泳中对Exon2上下游1400 bp和4000 bp长度的片段进行PCR扩增, 均没有成像 (图3) ;在Exon2d的5’端距离Exon21700 bp、2000 bp、2250 bp、2600 bp处分别对引物进行设计, 凝胶电泳PCR扩增所得产物, 然后与正常的AR基因比较, 发现2600 bp处电泳条带符合正常AR基因, 但是1700 bp、2000 bp、2250 bp处均没有成像 (图4) ;在Exon2d的3’端距离Exon23569 bp、3785 bp、4165 bp、5230 bp、6103bp、7202bp处分别对引物进行设计, 凝胶电泳PCR扩增所得产物, 然后与正常的AR基因比较, 发现4165 bp、5230 bp、6103 bp、7202 bp处电泳条带符合正常AR基因, 但是3569 bp、3785 bp处均没有成像 (图5、6) ;AR基因外显子PCR检测及基因测序显示, 2例AIS患者缺失AR基因2号外显子, 附近内含子缺失碱基, 共缺失碱基6000~7000 bp (图7) 。

注:1、2为2例患者, 3、4、5、6为家族成员

3 讨论

1953年, Morris首次对缺少男性化体征、存在睾丸但表型为女性、染色体核型为46, XY的患者报道了出来, 并将该病命名为“睾丸女性化综合征” (testicular feminization syndrome, TFS) , 就是现在所说的“雄激素不敏感综合征” (Androgen insensitivity syndrome, AIS) [1,2]。AIS属于男性性分化异常的疾病, 在所有新生男婴中, 该病达到了1/20000到1/64000的发病率。该病的患者具有正常的产生和代谢空间, 但由于定位于人类基因组Xq11-12的雄激素受体基因发生基因缺失、剪接位点突变、提前终止密码子或错义突变等改变, 使雄激素活性受损, 致靶器官对睾酮或双氢睾酮无应答, 导致外生殖器男性化异常[3,4,5]。AIS患者的遗传性别、性腺性别和身体性别在其女性表型与染色体核型46, XY的作用下变得不一致, 身份认同存在着严重障碍, 给患者本人及家庭带来一生的痛苦[6,7]。即使有来自家庭成员或专业人士的道德支持及心理支持, 亦可能带来严重心理问题而影响患者健康长大成人及正常生活。

AR突变的数量在2008年已经达到了300种。家族性X连锁隐性遗传是绝大多数AIS患者的AR突变的原因, 占总数的70%[8]。AIS后代中, 50%46, XY为AIS, 50%46, XX为携带者[9]。依据雄激素受体的完全或不完全异常, 可以将AIS分为以下三个类型, 即完全性雄激素不敏感 (CAIS) 、不完全性AIS (部分与轻型) 、脊髓肌肉萎缩症 (Kennedy’s病) , CAIS患者的主要临床表现是具有女性外生殖器, 但是没有女性内生殖器管道, 如子宫、卵巢等, 但是生精功能存在障碍, 机体也有男性化的特征。患者无睾丸发育不良, 常以腹股沟疝或原发性闭经求诊。在青春期前具有较小的睾丸肿瘤发生风险, 可以暂时不将睾丸切除, 使其有足够的雌激素促女性化。但是, 青春期后具有较大的睾丸肿瘤风险, 达到了0.8%~5%的发生率, 需要密切跟踪随访;青春期后应该将睾丸切除, 用给予其小剂量雌激素替代治疗, 以对其女性化进行有效的维持;如果患者有短段阴道, 则可以扩张其阴道, 或在成年后行阴道成形术[10]。不完全性AIS患者的主要临床表现是有一定程度的两性畸形, Wilson等医学学者称该类型患者为不完全性男性假两性畸形Ⅰ型患者;如果病情较轻, 则表型为男性, 但是不育;如果患者缺乏敏感的雄激素, 则会呈现一定程度的男性女性化或女性男性化, 伴隐睾、阴囊分裂等。

总之, 测定AR基因, 特别是在产前进行遗传学诊断, 既能够对临床诊断进行有效的证实, 又能够将携带者和患者有效区分开来。如果携带者处于育龄期, 则对其进行产前诊断或着床前基因诊断, 将胎儿染色体核形及相关AR基因改变明确下来。据此父母可在产前慎重选择, 以利优生[15]。

摘要：目的:分析雄性激素不敏感综合征 (AIS) 大家系的AR突变效应。方法:从AIS患者外周血中将基因组DNA提取出来, 以特异的引物聚合酶联反应 (PCR) 扩张雄激素受体 (AR) 基因, 单链构象多态性分析 (SSCP) 扩增产物, 将突变的外显子筛选出来, 然后对其直接进行PCR产物测序。结果:所选取的8例人员中, 有2例AIS患者缺失AR基因2号外显子, 其余6例存在外显子电泳条带, 经过基因测序, 发现其符合正常AR基因。结论:本研究方法简便实用, 在临床诊断和研究AIS中具有极为有益的应用。

关键词：AIS,大家系,AR突变效应

参考文献

[1]超楚生, 廖二元.激素不敏感综合征[M].长沙:湖南科学技术出版社, 2008:11-12.

[2]郭应禄, 胡礼泉.男科学[M].北京:人民卫生出版社, 2008:1435-1438.

[3]超楚生, 伍汉文.激素不敏感综合征的遗传特点[J].当代医师杂志, 2009, 1 (4) :26-29.

[4]廖二元.激素不敏感综合征的临床诊断及其治疗原则[J].中国实用内科杂志, 2009, 23 (1) :1-4.

[5]应向军, 撒应龙, 徐佑璋, 等.睾丸女性综合征4例[J].现代泌尿外科杂志, 2011, 8 (1) :3-5.

[6]王德娟, 司徒杰, 邱剑光, 等.完全性AIS家系报告并文献复习[J].中华腔镜泌尿外科杂志 (电子版) , 2010, 4 (6) :44-46.

[7]洪伟平, 许达开, 苏劲.男性假两性畸形的诊断与治疗 (附21例报告) [J].中华泌尿外科杂志, 2008, 24 (11) :772-773.

[8]田秦杰, 刘慧, 郎景和.完全型AIS的临床特征与变异[J].中国实用妇科与产科杂志, 2009, 20 (12) :723-725.

[9]崔正慧, 金杭美.睾丸女性化综合征的研究进展[J].中国妇幼健康研究, 2011, 17 (6) :547-549.