IEC TS 62773:海上导航——内河航道AIS应用

将自动识别系统(AIS)技术适配于内河航道导航需求的技术规范
IEC TS 62773 于2014年发布,定义了将海上自动识别系统(AIS)适配到内河航道导航特定需求的技术要求。海上AIS是为远洋船舶设计的,而内河导航面临着独特的挑战,包括更窄的航道、船闸和桥梁、变化的水位以及不同的船型,需要修改的消息结构和额外的数据元素。

该标准由IEC TC 80(海上导航和无线电通信设备与系统)与莱茵河航行中央委员会(CCNR)以及内河航行标准制定欧洲委员会(CESAR)密切合作制定。它支持欧洲内河水道上的内河信息服务(RIS)实施,并与世界其他内河水道系统(包括密西西比河和长江水系)上的类似倡议兼容。

AIS在内河水道的适配

IEC TS 62773 规定了标准AIS消息结构的修改,以适应内河导航要求。关键的适配是使用应用特定消息(ASM)来传输标准海上AIS消息集中未包含的内河特定数据。这些扩展消息包括与航程相关的信息,如船舶的欧洲船舶识别号(ENI或CESAR号)、尺寸和类型、吃水、货物信息和船队组成。

IEC TS 62773 内河AIS消息类型和数据内容
消息类型 内容 更新速率 内河特定功能
内河船舶静态和航程数据 ENI/CESAR号、船名、尺寸、船型、货物、船队信息 每6分钟或变更时 蓝板状态、船队编组、危险货物指示
内河EMMA警告消息 水位信息、船闸状态、桥梁净高、航道警告 按当局要求 上/下游水位、受限区域
内河水位消息 实际和参考水位、水位站信息 定期更新 水位趋势、浅水警告
内河信号状态消息 交通信号状态、船闸/桥梁运行状态 实时变更时 优先请求状态、预计开启时间
内河船长通知 航行警告、天气警报、关闭信息 按需要 地理参考、有效期

最重要的内河特定数据元素之一是蓝板状态,它指示载运危险品的船舶是否满足通过隧道或桥梁下的要求。在欧洲水道上广泛使用的蓝板系统已集成到内河AIS消息结构中,使船舶状态自动传输给船闸操作员、桥梁管理员和附近的其他船舶。

内河航道导航要求AIS设备在不同的射频环境中运行。船舶靠近桥梁、船闸和城市区域会造成多径传播条件,可能降低AIS接收质量。IEC TS 62773 通过接收机灵敏度和消息处理算法来解决这一问题,这些算法比标准海上AIS规范在高多径环境中更加鲁棒。

显示要求与用户界面

该标准规定了内河AIS设备的最低显示要求,与海上AIS显示有显著不同。内河导航需要显示水深信息、船闸和桥梁状态、航道尺寸以及以公里/小时(而非节)为单位的限速。显示器必须支持ENI/CESAR号与MMSI号同时显示,并且在船舶以顶推或拖带编队运行时必须显示船队信息。

显示符号包括内河特定的标记,如闸室、桥梁净高标尺、水位站和受限区域。标准还要求能够显示内河水道电子航行图,其数据模型和要素目录与海上电子航行图不同。用户界面必须支持本地语言要求,欧洲的显示器通常支持多种语言,以便在国际水道上的跨境操作。

将水位信息集成到内河AIS中是一项关键的安全功能。一艘吃水2.5米的船舶在以快速下降的水位航行时,需要实时水位数据以避免搁浅。IEC TS 62773 实现了船舶吃水与水位计数据的自动关联,在船底富余水深变得危险时提供警告报警。这一能力对于在受调控水道上安全航行至关重要,在这些水道上,由于船闸操作或降雨,水位可能在数小时内变化数米。

内河AIS实施工程设计要点

从工程角度来看,IEC TS 62773 的几个方面值得特别关注。首先,共享水道上的海上和内河AIS共存需要仔细管理VHF数据链路(VDL)负载。标准规定了传输时隙分配算法,优先处理安全相关消息,并防止在拥挤水道上发生VDL过载。VDL负载管理算法遵循ITU-R M.1371的原则,但进行了修改以适应用内河水道典型的高密度AIS配备船舶。

其次,内河船舶的电源和安装要求与海上安装不同。内河船舶通常以单相交流电系统运行,可能具有有限的备用电源容量。标准定义了功耗限制,并包括在可能无法使用岸电的长时间等待过闸期间运行的要求。设备必须能够在船舶电池供电下至少运行5小时而无需充电,以确保在过闸通过和等待期间连续运行。

第三,内河船舶上的天线安装面临独特挑战。内河船舶频繁经过低矮桥梁,桅杆安装的天线必须放倒,标准要求AIS设备保持运行或在天线重新竖起后优雅恢复。附录A中的安装指南为天线放置提供了具体建议,以尽量减少上层建筑遮挡的影响,特别是在具有高集装箱堆垛或特种货物的船舶上。

内河AIS设备关键技术参数
参数 海上AIS 内河AIS
频率 161.975 / 162.025 MHz 相同(海上VHF频段)
发射功率 2 W / 12.5 W 典型2 W(密集交通时更低)
位置更新率 2-10秒(取决于速度) 2-10秒(相同)
船舶标识 MMSI(9位) MMSI + ENI/CESAR号
速度单位 公里/小时
水深显示 不需要 需要,带水位站关联
船队支持 不支持 顶推/拖带船队数据
语言支持 英语 多语言(本地要求)

第四,数据安全条款通过标准对设备认证和消息完整性验证的要求来解决。虽然海上AIS系统本质上是未加密的广播系统,但内河应用包含额外的数据验证字段,以防止可能造成安全危险的水位、船闸状态和信号状态消息的欺骗。制造商必须实现附录B中规定的消息认证框架,以确保接收设备可以验证当局生成的消息。

内河导航中最重大的安全风险之一是AIS设备未能传输准确的船队信息。由一艘顶推船和多艘驳船组成的顶推船队可能超过200米长,总排水量超过10,000吨。如果船队信息未正确传输,其他船舶和桥梁操作员可能会误判船队的操纵能力和制动距离。因此,标准中关于自动船队配置检测和验证的要求是一项关键的安全特性。
问1:标准海上AIS设备能否用于内河航道?
答:虽然标准海上AIS将提供基本的位置报告,但它缺少完整的内河信息服务兼容性所需的内河特定消息结构。建议内河导航使用符合IEC TS 62773的设备,以确保获取所有安全相关信息,并符合欧洲和其他已采纳该标准的内河水道的法规要求。
问2:ENI号和MMSI号有什么区别?
答:MMSI是分配给海上船舶和岸台用于无线电通信识别的9位数字。ENI是欧洲内河船舶唯一的8位标识符,在船舶整个生命周期内分配一次,无论船旗变更。IEC TS 62773 要求在内河水道上传输两个号码以实现完整的船舶识别。
问3:该标准如何处理国际水道上的跨境操作?
答:该标准支持多语言操作,并包含国际航程信息的数据元素。消息结构设计为与不同的RIS实现兼容,使配备符合IEC TS 62773 AIS的船舶能够在莱茵河、多瑙河、易北河和其他相互连接的欧洲水道上无缝运行。CESAR组织促进跨境互操作性并维护中央船舶数据库。
问4:IEC TS 62773 对欧洲内河水道上的船舶是强制性的吗?
答:对于欧洲内河水道网络的重要部分,是的。关于协调内河信息服务的欧盟指令2005/44/EC强制要求在IV级及以上水道航行的船舶配备符合相关技术标准(包括IEC TS 62773)的内河AIS设备。CCNR法规也要求在莱茵河上配备内河AIS。执法由船旗国和水道当局在船舶检查期间进行。

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