Система автоматической идентификации - Automatic identification system

Специалист береговой охраны США, использующий АИС и радар для управления движением судов.
Система, оснащенная AIS на борту корабля, отображает пеленг и расстояние до ближайших судов в формате отображения, подобном радару.
Графическое отображение данных AIS на борту корабля.

Система автоматической идентификации ( AIS ) - это система автоматического слежения, которая использует приемопередатчики на судах и используется службами управления движением судов (VTS). Когда спутники используются для обнаружения сигнатур AIS, используется термин Satellite-AIS (S-AIS). Информация AIS дополняет морской радар , который продолжает оставаться основным методом предотвращения столкновений для водного транспорта. Несмотря на то, что система ADS-B отличается технически и функционально, она аналогична AIS и выполняет аналогичную функцию для воздушных судов.

Информация, предоставляемая оборудованием AIS, такая как уникальный идентификатор, местоположение , курс и скорость, может отображаться на экране или в электронной системе отображения карт и информации (ECDIS). АИС предназначена для помощи дежурным офицерам судна и позволяет морским властям отслеживать и контролировать движения судов. AIS объединяет стандартизированный приемопередатчик VHF с системой позиционирования, такой как приемник глобальной системы позиционирования , с другими электронными навигационными датчиками, такими как гирокомпас или указатель скорости поворота . Суда, оснащенные приемопередатчиками AIS, могут отслеживаться базовыми станциями AIS, расположенными вдоль береговых линий, или, если они находятся вне зоны действия наземных сетей, через растущее число спутников, оснащенных специальными приемниками AIS, способными устранять конфликты большого количества сигнатур.

Международная морская организация «s Международная конвенция по охране человеческой жизни на море требует АИС для установки на борту международных рейсовых судов с 300 или более  валовой вместимости  (GT), и все пассажирские суда независимо от размера. По разным причинам корабли могут отключать свои приемопередатчики AIS.

Просмотр и использование данных AIS

AIS предназначена, в первую очередь, для того, чтобы позволить судам наблюдать за морским движением в своей зоне и быть замеченным этим движением. Для этого требуется специальный УКВ-приемопередатчик AIS, который позволяет просматривать местный трафик на картплоттере с функцией AIS или на мониторе компьютера, одновременно передавая информацию о самом судне другим приемникам AIS. Администрация порта или другие береговые сооружения могут быть оборудованы только приемниками, чтобы они могли видеть местное движение без необходимости передавать свое местоположение. Таким образом можно очень надежно наблюдать за трафиком, оборудованным всеми приемопередатчиками AIS, но он ограничен диапазоном УКВ , примерно 10–20 морских миль.

Если подходящий картплоттер недоступен, локальные сигналы приемопередатчика AIS можно просмотреть с помощью компьютера с помощью одного из нескольких компьютерных приложений, таких как ShipPlotter и Gnuais. Они демодулируют сигнал от модифицированного морского УКВ радиотелефона, настроенного на частоты AIS, и преобразуют его в цифровой формат, который компьютер может считывать и отображать на мониторе; затем эти данные могут быть совместно использованы через локальную или глобальную сеть по протоколам TCP или UDP , но все равно будут ограничены коллективным диапазоном радиоприемников, используемых в сети. Поскольку компьютерные приложения для мониторинга AIS и обычные радиоприемопередатчики VHF не имеют приемопередатчиков AIS, они могут использоваться береговыми объектами, которым нет необходимости передавать, или в качестве недорогой альтернативы выделенному устройству AIS для небольших судов для наблюдения за местным движением, но, конечно, пользователь останется невидимым для другого трафика в сети.

Вторичное, незапланированное и появляющееся использование данных AIS - сделать их общедоступными, в Интернете, без необходимости использования приемника AIS. Глобальные данные приемопередатчиков AIS, собранные как со спутниковых, так и с подключенных к Интернету береговых станций, объединяются и становятся доступными в Интернете через ряд поставщиков услуг. Данные, агрегированные таким образом, можно просматривать на любом устройстве с подключением к Интернету, чтобы обеспечить почти глобальные данные о местоположении в реальном времени из любой точки мира. Типичные данные включают название судна, детали, местоположение, скорость и курс на карте, доступны для поиска, имеют потенциально неограниченный глобальный диапазон, а история архивируется. Большая часть этих данных предоставляется бесплатно, но спутниковые данные и специальные услуги, такие как поиск в архивах, обычно предоставляются за отдельную плату. Данные доступны только для чтения, и пользователи не будут видны в самой сети AIS. Береговые приемники AIS, передающие информацию в Интернет, в основном обслуживаются большим количеством добровольцев. Мобильные приложения AIS также доступны для использования с устройствами Android, Windows и iOS. См. Внешние ссылки ниже для получения списка поставщиков услуг AIS в Интернете. Судовладельцы и грузовые диспетчеры используют эти услуги для поиска и отслеживания судов и их грузов, в то время как морские энтузиасты могут пополнять свои коллекции фотографий.

История развертывания

Судовые приемопередатчики АИС

Соглашение IMO SOLAS 2002 года включало в себя требование, согласно которому большинство судов более 300GT в международных рейсах должны иметь приемопередатчик AIS типа A. Это был первый мандат на использование оборудования АИС, затронувший примерно 100 000 судов.

В 2006 году комитет по стандартам AIS опубликовал спецификацию приемопередатчика AIS типа B, разработанную для создания более простого и недорогого устройства AIS. Недорогие приемопередатчики класса B стали доступны в том же году, что вызвало одобрение мандата во многих странах и сделало коммерчески целесообразным крупномасштабную установку устройств AIS на судах всех размеров.

С 2006 года комитеты по техническим стандартам AIS продолжали развивать стандарт и типы продуктов AIS, чтобы охватить широкий спектр приложений, от самых больших судов до малых рыболовных судов и спасательных шлюпок. Параллельно правительства и власти инициировали проекты по оснащению судов различных классов устройством AIS для повышения безопасности. Большинство мандатов сосредоточено на коммерческих судах, а прогулочные суда выборочно подходят для них. В 2010 году большинство коммерческих судов, работающих на европейских внутренних водных путях, должны были соответствовать классу A, сертифицированному для внутреннего водного транспорта, все рыболовные суда ЕС длиной более 15 м должны будут иметь класс A к маю 2014 года, а в США давно ожидается продление срока их действия. существующие правила соответствия AIS, которые, как ожидается, вступят в силу в течение 2013 года. По оценкам, по состоянию на 2012 год около 250 000 судов установили приемопередатчик AIS того или иного типа, и еще 1 миллион судов потребуется для этого в ближайшем будущем и даже больше. проекты на рассмотрении.1

Спутниковая АИС (S-AIS)

AIS была разработана в 1990-х годах как высокоинтенсивная сеть идентификации и слежения на близком расстоянии, и в то время не предполагалось, что ее можно будет обнаружить из космоса. Тем не менее, начиная с 2005 года, различные подразделения экспериментировали с обнаружением передач AIS с использованием спутников на основе приемников и, начиная с 2008 года, такие компании, как exactEarth , ORBCOMM , Spacequest , Spire а также государственных программ раскрывали приемников АИС на спутниках. Схема радиодоступа с множественным доступом с временным разделением (TDMA), используемая системой AIS, создает значительные технические проблемы для надежного приема сообщений AIS от всех типов приемопередатчиков: класса A, класса B, идентификатора, AtoN и SART. Однако отрасль стремится решить эти проблемы путем разработки новых технологий, и в ближайшие годы текущее ограничение спутниковых систем AIS сообщениями класса A, вероятно, значительно улучшится с добавлением сообщений класса B и идентификатора.

Основной проблемой для операторов спутников AIS является возможность одновременного приема очень большого количества сообщений AIS из-за большой зоны приема спутников. В стандарте AIS есть неотъемлемая проблема; Схема радиодоступа TDMA, определенная в стандарте AIS, создает 4500 доступных временных интервалов в каждую минуту, но это может быть легко преодолено из-за большой зоны обслуживания спутникового приема и увеличения количества приемопередатчиков AIS, что приводит к конфликтам сообщений, которые спутниковый приемник не может обработать . Такие компании, как excEarth, разрабатывают новые технологии, такие как ABSEA, которые будут встроены в наземные и спутниковые приемопередатчики, которые помогут надежно обнаруживать сообщения класса B из космоса, не влияя на производительность наземных AIS.

Добавление спутниковых сообщений классов A и B может обеспечить действительно глобальное покрытие AIS, но, поскольку ограничения спутникового TDMA никогда не будут соответствовать характеристикам приема наземной сети, спутники будут дополнять, а не заменять наземную систему.

Судовые приемопередатчики AIS имеют горизонтальный диапазон, который сильно варьируется, но обычно не превышает 74 километров (46 миль). Они достигают гораздо большего по вертикали - до 400 км орбиты Международной космической станции (МКС).

Видео НАСА, демонстрирующее преимущества норвежской спутниковой программы AIS, на примере приемопередатчика AIS на борту Международной космической станции .

В ноябре 2009 года космический челнок STS-129 прикрепил две антенны - антенну AIS VHF и антенну любительской радиосвязи - к модулю Columbus на МКС. Обе антенны были построены в сотрудничестве между ЕКА и командой ARISS (любительское радио на МКС). Начиная с мая 2010 года Европейское космическое агентство испытывает приемник AIS от Kongsberg Seatex (Норвегия) в рамках консорциума, возглавляемого Норвежским научно-исследовательским институтом обороны, в рамках демонстрации технологий для мониторинга кораблей из космоса. Это первый шаг к спутниковой службе AIS-мониторинга.

В 2009 году ORBCOMM запустила спутники с поддержкой AIS в сочетании с контрактом с береговой охраной США, чтобы продемонстрировать способность собирать сообщения AIS из космоса. В 2009 году компания Luxspace , базирующаяся в Люксембурге , запустила спутник RUBIN-9.1 (AIS Pathfinder 2). Спутник эксплуатируется в сотрудничестве с SES и REDU Space Services. В конце 2011 - начале 2012 года ORBCOMM и Luxspace запустили микроспутники AIS Vesselsat, один на экваториальной орбите, а другой - на полярной ( VesselSat-2 и VesselSat-1 ).

В 2007 году США испытали космическое слежение AIS с помощью спутника TacSat-2 . Однако полученные сигналы были искажены из-за одновременного приема множества сигналов из зоны покрытия спутника.

В июле 2009 года SpaceQuest запустила AprizeSat -3 и AprizeSat-4 с приемниками AIS. Эти приемники были успешно смогло получить тестовые РЕЛИ маяки береговой охраны США прочь Гавайи в 2010 г. В июле 2010 года SpaceQuest и exactEarth Канады объявили соглашение , согласно которому данные AprizeSat-3 и AprizeSat-4 будет включен в exactEarth систему и доступны по всему миру как часть их услуги точного AIS (TM).

12 июля 2010 г. на полярную орбиту успешно выведен норвежский спутник AISSat-1 . Назначение спутника - улучшить наблюдение за морской деятельностью на Крайнем Севере . AISSat-1 - это наноспутник размером всего 20 × 20 × 20 см с приемником AIS производства Kongsberg Seatex. Он весит 6 килограммов и имеет форму куба.

20 апреля 2011 года Индийская организация космических исследований запустила Resourcesat-2, содержащий полезную нагрузку S-AIS для мониторинга морского движения в зоне поиска и спасания (SAR) в Индийском океане. Данные AIS обрабатываются в Национальном центре дистанционного зондирования и архивируются в Индийском центре данных по космическим наукам .

25 февраля 2013 г. - после годичной задержки запуска - Университет Ольборга запустил AAUSAT3 . Это кубический спутник высотой 1U и весом 800 граммов, разработанный исключительно студентами факультета электронных систем. На нем установлено два приемника AIS - традиционный приемник и приемник на базе SDR . Проект был предложен и спонсирован Управлением морской безопасности Дании . Он имел огромный успех и за первые 100 дней загрузил более 800 000 сообщений AIS и несколько необработанных образцов радиосигналов с частотой 1 МГц. Он принимает оба канала AIS одновременно и принимает сообщения класса A, а также класса B. Стоимость с учетом запуска составила менее 200 000 евро.

Спутниковая сеть AIS, расположенная в Канаде, обеспечивает глобальное покрытие с помощью 8 спутников. В период с января 2017 года по январь 2019 года эта сеть была значительно расширена за счет партнерства с L3Harris Corporation с 58 размещенными полезными нагрузками в созвездии Iridium NEXT . Кроме того, precisionEarth участвует в разработке технологии ABSEA, которая позволит ее сети надежно обнаруживать большую часть сообщений типа B, а также класса A.

ORBCOMM управляет глобальной спутниковой сетью, которая включает 18 спутников с поддержкой AIS. Спутники ORBCOMM OG2 ( ORBCOMM Generation 2 ) оснащены полезной нагрузкой автоматической системы идентификации (AIS) для приема и передачи сообщений с судов, оборудованных AIS, для отслеживания судов и других мер морской навигации и обеспечения безопасности, а также загрузки на шестнадцать существующих земных станций ORBCOMM вокруг глобус.

В июле 2014 года ORBCOMM запустила первые 6 спутников OG2 на борту ракеты SpaceX Falcon 9 с мыса Канаверал, Флорида. Каждый спутник OG2 несет полезную нагрузку приемника AIS. Все 6 спутников OG2 были успешно выведены на орбиту и вскоре после запуска начали отправлять телеметрию в ORBCOMM. В декабре 2015 года компания запустила 11 дополнительных спутников OG2 с поддержкой AIS на борту ракеты SpaceX Falcon 9. Этот специальный запуск ознаменовал собой вторую и последнюю миссию OG2 ORBCOMM по завершению создания спутниковой группировки следующего поколения. По сравнению с нынешними спутниками OG1, спутники ORBCOMM OG2 предназначены для более быстрой доставки сообщений, большего размера сообщений и лучшего покрытия в более высоких широтах при одновременном увеличении пропускной способности сети.

В августе 2017 года Spire Global Inc. выпустила API, который предоставляет данные S-AIS, усовершенствованные с помощью машинного обучения (Vessels и Predict), при поддержке более чем 40 групп наноспутников.

Корреляция источников данных

Корреляция оптических и радиолокационных изображений с сигнатурами S-AIS позволяет конечному пользователю быстро идентифицировать все типы судов. Большой силой S-AIS является легкость, с которой ее можно сопоставить с дополнительной информацией из других источников, таких как радары, оптические системы, ESM и другие инструменты, связанные с SAR, такие как GMDSS SARSAT и AMVER . Спутниковый радар и другие источники могут способствовать морскому наблюдению, обнаруживая все суда в конкретных морских районах, представляющих интерес, что особенно полезно при попытке координировать спасательные операции на большом расстоянии или при решении проблем с СУДС.

Приложения

Отображение только текста AIS судна со списком дальности действия ближайших судов, пеленгов и названий

Первоначальная цель AIS заключалась исключительно в предотвращении столкновений, но с тех пор были разработаны и продолжают развиваться многие другие приложения. В настоящее время АИС используется для:

Избежание столкновения
АИС была разработана техническими комитетами ИМО как технология, позволяющая избежать столкновений крупных судов в море, которые не находятся в пределах досягаемости береговых систем. Технология идентифицирует каждое судно индивидуально, а также его конкретное положение и движения, что позволяет создавать виртуальную картину в реальном времени. Стандарты AIS включают множество автоматических вычислений, основанных на этих отчетах о местоположении, например, о ближайшей точке сближения (CPA) и сигналах о столкновении. Поскольку AIS используется не всеми судами, AIS обычно используется вместе с радаром. Когда корабль движется в море, информация о движении и идентификации других кораблей в окрестностях имеет решающее значение для навигаторов, чтобы принимать решения, чтобы избежать столкновения с другими кораблями и опасностями ( мелководье или камни). Для этой цели исторически использовались визуальное наблюдение (например, без посторонней помощи, в бинокль и ночное видение ), звуковой обмен (например, свисток, гудок и УКВ-радио), а также радар или автоматическое средство радиолокационного построения изображений. Эти превентивные механизмы иногда не работают из-за задержек по времени, ограничений радара, просчетов и неисправностей дисплея и могут привести к столкновению. Хотя требования AIS заключаются в отображении только самой базовой текстовой информации, полученные данные могут быть интегрированы с графической электронной картой или радиолокационным дисплеем, обеспечивая консолидированную навигационную информацию на одном дисплее.
Мониторинг и контроль рыболовного флота
AIS широко используется национальными властями для отслеживания и мониторинга деятельности своих национальных рыболовных флотилий. AIS позволяет властям надежно и экономично контролировать деятельность рыболовных судов вдоль их береговой линии, обычно на расстоянии до 100 км (60 миль), в зависимости от местоположения и качества береговых приемников / базовых станций с дополнительными данными из спутниковых сетей.
Морская безопасность
AIS позволяет властям идентифицировать конкретные суда и их деятельность в пределах или вблизи исключительной экономической зоны страны . Когда данные AIS объединяются с существующими радиолокационными системами, власти могут легче различать суда. Данные AIS могут автоматически обрабатываться для создания нормализованных моделей активности для отдельных судов, которые при взломе создают предупреждение, тем самым выделяя потенциальные угрозы для более эффективного использования средств безопасности. AIS повышает осведомленность о морской сфере и обеспечивает повышенную безопасность и контроль. Кроме того, АИС может применяться к пресноводным речным системам и озерам .
Средства навигации
Стандарт продукции AIS aids to navigation (AtoN) был разработан с возможностью транслировать положения и названия объектов, отличных от судов, таких как навигационные средства и позиции маркеров, а также динамические данные, отражающие окружающую среду маркера (например, течения и климатические условия). Эти средства могут быть размещены на берегу, например, в маяке , или на воде, на платформах или буях . США береговая охрана предположила , что АИС может заменить Racon (радиолокационные маяки) в настоящее время используется для электронных навигационных средств. СНО позволяют властям удаленно контролировать состояние буя, например, состояние фонаря, а также передавать данные в реальном времени с датчиков (таких как погода и состояние моря), расположенных на буе, обратно на суда, оснащенные приемопередатчиками AIS, или местным властям. . СНО будет транслировать свое местоположение и личность вместе со всей другой информацией. Стандарт СНО также разрешает передачу положений «виртуального СНО», посредством чего одно устройство может передавать сообщения с «ложным» положением, так что маркер СНО появляется на электронных картах, хотя физический СНО может не присутствовать в этом месте.
Поиск и спасение
Для координации ресурсов на месте проведения морских поисково-спасательных операций (SAR) обязательно иметь данные о местоположении и навигационном статусе других судов, находящихся поблизости. В таких случаях AIS может предоставить дополнительную информацию и повысить осведомленность о доступных ресурсах, даже если дальность действия AIS ограничена диапазоном радиосвязи VHF. Стандарт AIS также предусматривал возможное использование на самолетах SAR и включал сообщение (AIS Message 9), чтобы воздушные суда сообщали о своем местоположении. Для облегчения поиска и спасания судов и летательных аппаратов в поиске людей, терпящих бедствие, спецификация (IEC 61097-14 Ed 1,0) для АИС на основе SAR передатчика (AIS-SART) был разработан в МЭК рабочей группы TC80 АИС. AIS-SART был добавлен в правила Глобальной системы безопасности при бедствии на море, вступившие в силу 1 января 2010 года. AIS-SART доступны на рынке по крайней мере с 2009 года. Недавние правила предписывают установку систем AIS на всех системах безопасности человеческой жизни на море (СОЛАС). ) суда и суда более 300 тонн.
Расследование несчастного случая
Информация AIS, полученная VTS, важна для расследования авиационных происшествий, поскольку она предоставляет точные исторические данные о времени, идентичности, местоположении на основе GPS, направлении по компасу, курсе относительно земли, скорости (по журналу / SOG) и скорости поворота, а не менее точная информация, предоставляемая радаром. Более полную картину событий можно было бы получить с помощью данных регистратора данных рейса (VDR), если они доступны и хранятся на борту, для получения подробной информации о движении судна, голосовой связи и радиолокационных изображениях во время происшествий. Однако данные VDR не хранятся из-за ограниченного двенадцатичасового хранения в соответствии с требованиями IMO .
Оценки океанских течений
Оценки поверхностных течений океана, основанные на анализе данных AIS, предоставляются французской компанией e-Odyn с декабря 2015 года.
Защита инфраструктуры
Информация AIS может использоваться владельцами морской инфраструктуры морского дна, такой как кабели или трубопроводы, для отслеживания действий судов, находящихся рядом с их активами, в режиме, близком к реальному времени. Затем эту информацию можно использовать для запуска предупреждений, чтобы проинформировать владельца и потенциально избежать инцидента, когда может произойти повреждение актива.
Отслеживание флота и грузов
АИС, распространяемая через Интернет, может использоваться менеджерами флота или судов для отслеживания глобального местоположения своих судов. Грузовые диспетчеры или владельцы товаров в пути могут отслеживать продвижение груза и прогнозировать время прибытия в порт.
Статистика и экономика
Статистический отдел Организации Объединенных Наций организовал Неделю данных САИ, чтобы поэкспериментировать с анализом данных САИ и предоставить статистические данные для Глобальной платформы ООН. Он охватывал ряд примеров использования, проведенных различными статистическими управлениями, и был разработан Справочник AIS, чтобы уловить опыт этого эксперимента:
  • Более быстрые экономические показатели: время в порту и портовые движения
  • Морские индикаторы
  • Официальная морская статистика: посещение портов
  • Заполнение статистики по внутренним водным путям
  • Картирование промысловой деятельности
  • Корабли, терпящие бедствие
  • Выбросы парниковых газов с судов (расчет NOx, SOx и CO2)
  • Прогнозирование торговых потоков в режиме реального времени
  • Экспериментальная статистика суточного количества судов
  • Данные о морских навалочных грузах в режиме реального времени

Механизм

Обзор системы от береговой охраны США

Базовый обзор

Приемопередатчики AIS автоматически передают информацию, такую ​​как их местоположение, скорость и навигационный статус, через регулярные интервалы через передатчик VHF, встроенный в приемопередатчик. Информация поступает от судовых навигационных датчиков, как правило, от приемника глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) и гирокомпаса . Другая информация, такая как название судна и позывной VHF, программируется при установке оборудования и также регулярно передается. Сигналы принимаются приемопередатчиками AIS, установленными на других судах или в наземных системах, таких как системы VTS. Полученная информация может быть отображена на экране или картплоттере, показывая положение других судов во многом так же, как на экране радара. Данные передаются через систему отслеживания, которая использует самоорганизующийся множественный доступ с временным разделением каналов (SOTDMA), разработанный шведским изобретателем Хоканом Лансом .

Стандарт AIS включает несколько подстандартов, называемых «типами», которые определяют отдельные типы продуктов. Спецификация для каждого типа продукта содержит подробную техническую спецификацию, которая обеспечивает общую целостность глобальной системы AIS, в которой должны работать все типы продуктов. Основными типами продуктов, описанными в стандартах системы AIS, являются:

Класс А
Установленный на судне приемопередатчик AIS, работающий с использованием SOTDMA. SOTDMA, предназначенная для крупных коммерческих судов, требует, чтобы приемопередатчик поддерживал в своей памяти постоянно обновляемую карту слотов, чтобы заранее знать слоты, доступные для передачи. Затем приемопередатчики SOTDMA заранее объявят о своей передаче, эффективно резервируя свой слот передачи. Поэтому передачи SOTDMA имеют приоритет в системе AIS. Это достигается за счет 2-х приемников, работающих в непрерывном режиме. Класс A должен иметь встроенный дисплей, передавать на 12,5 Вт, иметь возможность взаимодействия с несколькими судовыми системами и предлагать сложный набор функций и функций. Скорость передачи по умолчанию - каждые несколько секунд. Устройства, совместимые с типом AIS класса A, получают все типы сообщений AIS.
Класс B

В настоящее время существуют две отдельные спецификации IMO для приемопередатчиков класса B (нацеленные на более легкие коммерческие и развлекательные рынки): система множественного доступа с временным разделением каналов (CSTDMA) и система, использующая SOTDMA (как в классе A).

В исходной системе на основе CSTDMA, определенной в ITU M.1371-0 и теперь называемой Class B «CS» (или неофициально как Class B / CS), трансиверы прослушивают карту слотов непосредственно перед передачей и ищут слот, в котором «шум» в слоте такой же (или подобный) фоновому шуму, что указывает на то, что слот не используется другим устройством AIS. «CS» класса B передает на 2 Вт и не требует наличия встроенного дисплея: устройства «CS» класса B могут быть подключены к большинству систем отображения, где полученные сообщения будут отображаться в списках или накладываться на диаграммы. Скорость передачи по умолчанию обычно составляет каждые тридцать секунд, но она может изменяться в зависимости от скорости судна или инструкций от базовых станций. Стандарт «CS» класса B требует наличия встроенного GPS и определенных светодиодных индикаторов. Оборудование класса B «CS» принимает все типы сообщений AIS.

Более новая система SOTDMA класса B "SO", иногда называемая классом B / SO или классом B +, использует тот же алгоритм поиска временных интервалов, что и класс A, и имеет тот же приоритет передачи, что и передатчики класса A, что помогает гарантировать, что это будет всегда уметь передавать. Технология «SO» класса B также изменит свою скорость передачи в зависимости от скорости движения судна, вплоть до каждых пяти секунд на скорости 23 узла, вместо постоянной скорости каждые тридцать секунд в «CS» класса B. Наконец, «SO» класса B также будет транслировать с мощностью 5  Вт вместо прежних 2  Вт «CS» класса B.

Базовая станция
Приемопередатчик AIS на берегу (передача и прием), работающий с использованием SOTDMA. Базовые станции имеют сложный набор характеристик и функций, которые в стандарте AIS могут управлять системой AIS и всеми устройствами, работающими в ней. Возможность опрашивать отдельные трансиверы на предмет отчетов о состоянии и / или передавать изменения частоты.
Средства навигации (СНО)
Приемопередатчик на берегу или на буях (передача и прием), который работает с фиксированным доступом множественного доступа с временным разделением каналов (FATDMA). Предназначен для сбора и передачи данных, связанных с морскими и погодными условиями, а также для ретрансляции сообщений AIS для расширения зоны покрытия сети.
Поисково-спасательный приемопередатчик (SART)
Специализированное устройство AIS, созданное как аварийный радиомаяк, работающее с предварительным объявлением множественного доступа с временным разделением каналов (PATDMA), или иногда называемое «модифицированной SOTDMA». Устройство случайным образом выбирает слот для передачи и будет передавать пакет из восьми сообщений в минуту, чтобы максимизировать вероятность успешной передачи. SART требуется для передачи до пяти миль и передачи специального формата сообщения, распознаваемого другими устройствами AIS. Устройство предназначено для периодического использования и только в экстренных случаях из-за его работы по типу PATDMA, которая создает нагрузку на карту слотов.
Специализированные приемопередатчики AIS
Несмотря на то, что ИМО / МЭК опубликовали спецификации AIS, ряд властей разрешили и поощряли разработку гибридных устройств AIS. Эти устройства стремятся сохранить целостность основной структуры передачи и конструкции AIS для обеспечения эксплуатационной надежности, но при этом добавить ряд дополнительных функций и функций, соответствующих их конкретным требованиям. Приемопередатчик AIS «Идентификатор» является одним из таких продуктов, в котором базовая технология CSTDMA класса B предназначена для обеспечения того, чтобы устройство передавало данные в полном соответствии со спецификациями IMO, но был внесен ряд изменений, позволяющих работать от аккумулятора при низком уровне заряда. стоимость и простота установки и развертывания в больших количествах. Такие устройства не будут иметь международной сертификации по спецификации IMO, поскольку они будут соответствовать части соответствующей спецификации. Обычно органы власти проводят свою собственную подробную техническую оценку и испытания, чтобы убедиться, что основная работа устройства не наносит ущерба международной системе AIS.

Приемники AIS не указаны в стандартах AIS, потому что они не передают. Основная угроза целостности любой системы AIS - это несовместимые передачи AIS, следовательно, тщательная спецификация всех передающих устройств AIS. Однако следует отметить, что все приемопередатчики AIS передают по нескольким каналам, как того требуют стандарты AIS. Таким образом, одноканальные или мультиплексированные приемники не будут получать все сообщения AIS. Только двухканальные приемники будут получать все сообщения AIS.

Типовые испытания и одобрение

AIS - это технология, которая была разработана под эгидой ИМО ее техническими комитетами. Технические комитеты разработали и опубликовали серию спецификаций продуктов AIS. Каждая спецификация определяет конкретный продукт AIS, который был тщательно создан для точной работы со всеми другими определенными устройствами AIS, что обеспечивает совместимость систем AIS во всем мире. Сохранение целостности спецификации считается критически важным для работы системы AIS и безопасности судов и органов власти, использующих эту технологию. Таким образом, в большинстве стран требуется, чтобы продукты AIS проходили независимые испытания и сертификацию в соответствии с конкретной опубликованной спецификацией. Продукты, которые не были протестированы и сертифицированы компетентным органом, могут не соответствовать требуемым опубликованным спецификациям AIS и, следовательно, могут не работать должным образом в полевых условиях. Наиболее широко признанными и признанными сертификатами являются Директива R & TTE, Федеральная комиссия по связи США и Министерство промышленности Канады , каждая из которых требует независимой проверки квалифицированным и независимым испытательным агентством.

Типы сообщений

Существует 27 различных типов сообщений верхнего уровня, определенных в ITU M.1371-5 (из возможных 64), которые могут быть отправлены приемопередатчиками AIS.

Сообщения AIS 6, 8, 25 и 26 предоставляют «сообщения для конкретных приложений» (ASM), которые позволяют «компетентным органам» определять дополнительные подтипы сообщений AIS. Существуют как «адресные» (ABM), так и «широковещательные» (BBM) варианты сообщения. Адресованные сообщения, содержащие номер MMSI пункта назначения , не являются частными и могут быть декодированы любым приемником.

Одним из первых применений ASM было использование на морском пути Святого Лаврентия бинарных сообщений AIS (тип сообщения 8) для предоставления информации об уровнях воды, приказах блокировки и погоде. Панамский канал использует тип АИС 8 сообщений для предоставления информации о дожде вдоль канала и ветра в замках. В 2010 году Международная морская организация выпустила циркуляр 289, определяющий следующую итерацию ASM для сообщений типов 6 и 8. Александр, Швер и Зеттерберг предложили, чтобы сообщество компетентных органов работало вместе для ведения регионального реестра этих сообщений и мест их использования. Международная ассоциация морских средств навигации и маячный (IALA-AISM) в настоящее время разработала процесс сбора региональных приложений конкретные сообщений.

Подробное описание: блоки класса А

Каждый приемопередатчик AIS состоит из одного VHF-передатчика, двух VHF TDMA- приемников, одного VHF-приемника цифрового избирательного вызова (DSC) и связан с судовыми системами индикации и датчиков через стандартные морские электронные средства связи (такие как NMEA 0183 , также известный как IEC 61162). Синхронизация жизненно важна для правильной синхронизации и отображения слотов (планирования передачи) для устройства класса A. Следовательно, каждый блок должен иметь внутреннюю временную базу, синхронизированную с приемником глобальной навигационной спутниковой системы (например, GPS ). Этот внутренний приемник также может использоваться для информации о местоположении. Однако положение обычно предоставляется внешним приемником, таким как GPS , LORAN-C или инерциальной навигационной системой, а внутренний приемник используется только в качестве резервного для информации о местоположении. Другая информация, передаваемая AIS, если таковая имеется, получается в электронном виде с судового оборудования через стандартные морские каналы передачи данных. Информация о курсе, местоположении (широте и долготе), скорости относительно земли и скорости поворота обычно предоставляется всеми судами, оснащенными АИС. Также может быть предоставлена другая информация, такая как пункт назначения и расчетное время прибытия.

Приемопередатчик AIS обычно работает в автономном и непрерывном режиме, независимо от того, работает ли он в открытом море, прибрежных или внутренних районах. Приемопередатчики AIS используют две разные частоты, морские каналы УКВ 87B (161,975 МГц) и 88B (162,025 МГц), и используют модуляцию с минимальной гауссовой манипуляцией (GMSK) 9,6 кбит / с по каналам 25 кГц с использованием высокоуровневого управления каналом передачи данных (HDLC). ) пакетный протокол. Хотя необходим только один радиоканал, каждая станция передает и принимает по двум радиоканалам, чтобы избежать проблем с помехами и позволить переключать каналы без потери связи с другими судами. Система обеспечивает автоматическое разрешение конфликтов между собой и другими станциями, а целостность связи сохраняется даже в ситуациях перегрузки.

Чтобы гарантировать, что передачи VHF разных приемопередатчиков не происходят одновременно, сигналы мультиплексируются по времени с использованием технологии, называемой самоорганизующимся множественным доступом с временным разделением каналов (SOTDMA). Конструкция этой технологии запатентована, и вопрос о том, был ли этот патент отменен для использования судами СОЛАС, является предметом споров между производителями систем AIS и патентообладателем Хаканом Лансом . Кроме того, 30 марта 2010 г. Управление по патентам и товарным знакам США (USPTO) аннулировало все претензии в исходном патенте.

Чтобы максимально эффективно использовать доступную полосу пропускания, суда, которые стоят на якоре или движутся медленно, осуществляют передачу реже, чем те, которые движутся быстрее или маневрируют. Частота обновления составляет от 3 минут для стоящих на якоре или пришвартованных судов до 2 секунд для быстро движущихся или маневрирующих судов, причем последнее аналогично таковому у обычных морских радаров.

Каждая станция AIS определяет свой собственный график передачи (интервал) на основе истории трафика канала передачи данных и осведомленности о возможных будущих действиях других станций. Отчет о местоположении от одной станции помещается в один из 2250 временных интервалов, устанавливаемых каждые 60 секунд на каждой частоте. Станции AIS постоянно синхронизируются друг с другом, чтобы избежать перекрытия передач временных интервалов. Выбор слота станцией AIS осуществляется случайным образом в пределах определенного интервала и помечается случайным таймаутом от 4 до 8 минут. Когда станция меняет назначение своего слота, она объявляет и новое местоположение, и тайм-аут для этого местоположения. Таким образом, новые станции, в том числе станции, которые внезапно попадают в зону действия радиосвязи вблизи других судов, всегда будут приниматься этими судами.

Требуемая мощность судовых сообщений в соответствии со стандартом IMO составляет минимум 2000 временных интервалов в минуту, хотя система обеспечивает 4500 временных интервалов в минуту. Режим широковещательной передачи SOTDMA позволяет перегрузить систему на 400–500% за счет совместного использования слотов и по-прежнему обеспечивает почти 100% пропускную способность для судов, находящихся на расстоянии менее 8–10 морских миль друг от друга в режиме «корабль-корабль». В случае перегрузки системы только более удаленные цели будут исключены, чтобы отдать предпочтение более близким целям, которые вызывают большее беспокойство у операторов судов. На практике пропускная способность системы практически неограничена, что позволяет одновременно размещать большое количество кораблей.

Дальность действия системы аналогична другим приложениям VHF. Дальность действия любого УКВ-радио определяется множеством факторов, основными из которых являются: высота и качество передающей антенны, а также высота и качество приемной антенны. Его распространение лучше, чем у радара, из-за большей длины волны, поэтому его можно охватить изгибами и за островами, если суша не слишком велика. Расстояние обзора в море номинально составляет 20 морских миль (37 км). С помощью ретрансляторов зона покрытия судовых станций и станций СУДС может быть значительно улучшена.

Система обратно совместима с системами цифрового избирательного вызова, что позволяет береговым системам GMDSS без больших затрат устанавливать рабочие каналы AIS, а также определять и отслеживать суда, оборудованные AIS, и предназначена для полной замены существующих систем приемопередатчиков на базе DSC.

В настоящее время по всему миру создаются береговые сетевые системы AIS. Одна из крупнейших полностью работающих систем реального времени с полной возможностью маршрутизации находится в Китае. Эта система была построена между 2003 и 2007 годами и поставлена ​​Saab TranspondereTech. Вся береговая линия Китая покрыта приблизительно 250 базовыми станциями в конфигурациях горячего резервирования, включая семьдесят компьютерных серверов в трех основных регионах. Сотни береговых пользователей, в том числе около 25 центров службы управления движением судов (СУДС), подключены к сети и могут видеть морскую картину, а также могут связываться с каждым судном, используя SRM (сообщения о безопасности). Все данные в реальном времени. Система была разработана для повышения безопасности судов и портовых сооружений. Он также разработан в соответствии с архитектурой SOA с подключением на основе сокетов и с использованием стандартизированного протокола IEC AIS на всех этапах до пользователей VTS. Базовые станции имеют блоки горячего резервирования (IEC 62320-1), а сеть представляет собой сетевое решение третьего поколения.

К началу 2007 года был утвержден новый всемирный стандарт для базовых станций AIS - стандарт IEC 62320-1. Старая рекомендация IALA и новый стандарт IEC 62320-1 несовместимы по некоторым функциям, поэтому необходимо обновить подключенные сетевые решения. Это не повлияет на пользователей, но сборщики систем должны обновить программное обеспечение для соответствия новому стандарту. Долгождался стандарт для базовых станций AIS. В настоящее время существуют специальные сети с мобильными устройствами класса А. Базовые станции могут контролировать трафик сообщений AIS в регионе, что, как мы надеемся, уменьшит количество конфликтов пакетов.

Информация о трансляции

Приемопередатчик AIS отправляет следующие данные каждые 2-10 секунд в зависимости от скорости судна на ходу и каждые 3 минуты, когда судно стоит на якоре:

  • Идентификатор морской мобильной службы судна (MMSI): уникальный девятизначный идентификационный номер.
  • Статус навигации: например, «стоит на якоре», «выполняется с использованием двигателя (ов)», «не под командованием» и т. Д.
  • Скорость поворота: вправо или влево, от 0 до 720 градусов в минуту.
  • Скорость относительно земли : 0,1 узла (0,19 км / ч), разрешение от 0 до 102 узлов (189 км / ч)
  • Позиционное разрешение:
    • Долгота: до 0,000 1 угловой минуты
    • Широта: до 0,000 1 угловой минуты
  • Курс относительно земли : относительно истинного севера до 0,1 °
  • Истинный курс: от 0 до 359 ° (например, от гирокомпаса )
  • Истинный азимут в собственном положении: от 0 до 359 °
  • Секунды UTC: Поле секунд времени UTC, когда были созданы эти данные. Полная отметка времени отсутствует.

Кроме того, каждые 6 минут транслируются следующие данные:

  • Идентификационный номер судна ИМО : семизначное число, которое остается неизменным при передаче регистрации судна в другую страну.
  • Радиопозывной : международный радиопозывной, до 7 знаков, присваиваемый судну страной регистрации.
  • Название: 20 символов для обозначения названия судна.
  • Тип корабля / груза
  • Размеры корабля с точностью до метра
  • Расположение антенны системы позиционирования (например, GPS) на борту судна: в метрах на корме от носа и в метрах по левому или правому борту.
  • Тип системы позиционирования: например, GPS , DGPS или LORAN-C .
  • Осадка корабля: 0,1–25,5 метра.
  • Назначение: макс. 20 символов
  • ETA (расчетное время прибытия) в пункт назначения: UTC месяц / число час: минута
  • Необязательно: запрос точного времени, судно может запросить у других судов высокоточное время и дату в формате UTC.

Подробное описание: блоки класса B

Трансиверы класса B меньше, проще и дешевле, чем трансиверы класса A. Каждый из них состоит из одного VHF-передатчика, двух VHF- приемников множественного доступа с временным разделением (CSTDMA), работающих попеременно как VHF- приемник цифрового избирательного вызова (DSC), и активной антенны GPS. Хотя формат вывода данных поддерживает информацию о курсе, обычно устройства не связаны с компасом, поэтому эти данные передаются редко. Вывод - это стандартный поток данных AIS со скоростью 38,400 кбит / с в форматах RS232 и / или NMEA. Чтобы предотвратить перегрузку доступной полосы пропускания, мощность передачи ограничена до 2 Вт, что дает диапазон примерно 5–10 миль.

Для блоков класса B определены четыре сообщения:

Message 14
Сообщение, связанное с безопасностью: это сообщение передается по запросу пользователя - некоторые трансиверы имеют кнопку, которая позволяет его отправлять, или оно может быть отправлено через программный интерфейс. Он отправляет заранее определенное сообщение безопасности.
Message 18
Стандартный отчет о местоположении CS класса B: это сообщение отправляется каждые 3 минуты, если скорость относительно земли (SOG) составляет менее 2 узлов, или каждые 30 секунд для более высоких скоростей. MMSI, время, SOG, COG, долгота, широта, истинный курс
Message 19
Расширенный отчет о положении оборудования класса B: это сообщение было разработано для протокола SOTDMA и слишком длинное для передачи как CSTDMA. Однако береговая станция может опросить приемопередатчик для отправки этого сообщения. MMSI, время, SOG, COG, долгота, широта, истинный курс, тип корабля, размеры.
Message 24
Отчет о статических данных CS класса B: это сообщение отправляется каждые 6 минут, тот же интервал времени, что и для транспондеров класса A. Из-за своей длины это сообщение разделено на две части, отправляемые с интервалом в одну минуту. Это сообщение было определено после исходных спецификаций AIS, поэтому некоторым устройствам класса A может потребоваться обновление прошивки, чтобы иметь возможность декодировать это сообщение. MMSI, название лодки, тип корабля, позывной, размеры и идентификатор поставщика оборудования.

Подробное описание: приемники AIS

Ряд производителей предлагает приемники AIS, предназначенные для мониторинга трафика AIS. У них может быть два приемника для одновременного мониторинга обеих частот или они могут переключаться между частотами (тем самым пропуская сообщения на другом канале, но по сниженной цене). Обычно они выводят данные RS232 , NMEA , USB или UDP для отображения на электронных картплоттерах или компьютерах. Помимо выделенных радиомодулей, программно-конфигурируемые радиомодули могут быть настроены для приема сигнала.

Техническая спецификация

ВЧ характеристики

AIS использует глобально распределенные каналы 87 и 88 морского диапазона .

AIS использует верхнюю часть дуплекса от двух «каналов» УКВ радиосвязи (87B) и (88B).

  • Канал A 161,975 МГц (87B)
  • Канал B 162,025 МГц (88B)

Симплексные каналы 87A и 88A используют более низкую частоту, поэтому на них не влияет это распределение, и они по-прежнему могут использоваться в соответствии с назначением частотного плана морской подвижной связи .

Большинство передач AIS состоят из пакетов из нескольких сообщений. В этих случаях между сообщениями передатчик AIS должен переключить канал.

Перед передачей сообщения AIS должны быть закодированы в NRZI .

Сообщения AIS передаются с использованием модуляции GMSK . BT-продукт модулятора GMSK, используемый для передачи данных, должен быть не более 0,4 (максимальное номинальное значение).

Данные в кодировке GMSK должны частотно модулировать передатчик VHF. Индекс модуляции должен быть 0,5.

Скорость передачи данных 9600  бит / с.

Обычные приемники VHF могут принимать AIS с отключенной фильтрацией (фильтрация уничтожает данные GMSK). Однако аудиовыход радиоприемника необходимо затем декодировать. Есть несколько приложений для ПК, которые могут это сделать.

Сигнал может нести максимум 75 километров.

Организация сообщений

Поскольку существует множество автоматических устройств, передающих сообщения AIS, во избежание конфликта радиочастотное пространство организовано в кадры. Каждый кадр длится ровно 1 минуту и ​​начинается на границе каждой минуты. Каждый кадр разделен на 2250 слотов. Поскольку передача может происходить по 2 каналам, доступно 4500 слотов в минуту. В зависимости от типа и состояния оборудования и состояния карты слотов AIS каждый передатчик AIS будет отправлять сообщения, используя одну из следующих схем:

  1. Множественный доступ с инкрементным разделением времени (ITDMA)
  2. Множественный доступ с произвольным доступом и временным разделением (RATDMA)
  3. Множественный доступ с фиксированным доступом с временным разделением (FATDMA)
  4. Самоорганизующийся множественный доступ с временным разделением каналов (SOTDMA)

Схема доступа ITDMA позволяет устройству заранее объявлять о временных интервалах передачи неповторимого характера. Слоты ITDMA должны быть помечены так, чтобы они были зарезервированы для одного дополнительного кадра. Это позволяет устройству заранее объявлять о выделении ресурсов для автономной и непрерывной работы.

ITDMA используется в трех случаях:

  • вход в сеть передачи данных;
  • временные изменения и переходы в периодических отчетных интервалах;
  • предварительное объявление сообщений, связанных с безопасностью.

RATDMA используется, когда устройству необходимо выделить слот, о чем заранее не было объявлено. Обычно это делается для первого слота передачи или для сообщений неповторимого характера.

FATDMA используется только базовыми станциями. Слоты, выделенные FATDMA, используются для повторяющихся сообщений.

SOTDMA используется мобильными устройствами, работающими в автономном и непрерывном режиме. Цель схемы доступа - предложить алгоритм доступа, который быстро разрешает конфликты без вмешательства управляющих станций.

Формат сообщения

Длина слота AIS составляет 26,66 мс. Модуляция данных составляет 9600 бит / с, поэтому максимальная емкость каждого слота составляет 256 бит. Кадрирование происходит из стандарта HDLC , описанного в ISO / IEC 13239: 2002.

Каждый слот структурирован следующим образом: <8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>

  • 24-битная преамбула: это последовательность 0101 ...
  • Флаг запуска: 0x7e
  • 168-битная полезная нагрузка, это тело сообщения AIS. Для сообщений, требующих большего количества данных, необходимо использовать несколько слотов (максимум 5).
  • 16-битный CRC-16-CCITT : 16-битный полином для вычисления контрольной суммы.
  • Флаг остановки: 0x7e
  • 24-битный буфер, используемый для вставки битов , джиттера синхронизации и задержки расстояния.
Модуляция сообщения AIS показана в виде графика времени
Пример сигнала модуляции GMSK сообщения AIS

Обратите внимание, что сигнал на VHF-несущей закодирован NRZI и использует вставку битов, чтобы избежать непреднамеренных стоп-флагов, которые в противном случае могут появиться в данных. По существу, необработанные биты должны быть сначала декодированы, а биты заполнения должны быть удалены, чтобы прийти к фактическому используемому формату сообщения, описанному выше.

Сообщения

Сообщения, отправленные и полученные по радиоканалу

Все сообщения AIS передают 3 основных элемента информации:

  1. Номер MMSI корабля или оборудования, на котором установлен передатчик (базовая станция, буй и т. Д.)
  2. Идентификация передаваемого сообщения (см. Таблицу ниже)
  3. Индикатор повтора, который был разработан для повторения сообщений через препятствия ретрансляционными устройствами.

В следующей таблице приводится сводка всех используемых в настоящее время сообщений AIS.

Сообщение AIS использование Комментарии
Сообщение 1, 2, 3: отчет о местоположении класса A Сообщает навигационную информацию Это сообщение передает информацию, относящуюся к навигации судна: долгота и широта, время, курс, скорость, статус навигации судна (под напряжением, на якоре ...)
Сообщение 4: Отчет базовой станции Используется базовыми станциями для индикации своего присутствия Сообщение сообщает точное местоположение и время. Он служит статической ссылкой для других кораблей.
Сообщение 5: Статические данные и данные о рейсе Предоставляет информацию о корабле и его путешествии Одно из немногих сообщений, данные которых вводятся вручную. Эта информация включает статические данные, такие как длина, ширина, осадка корабля, а также предполагаемый пункт назначения корабля.
Сообщение 6: двоичное адресное сообщение Адресованное двухточечное сообщение с неопределенной двоичной полезной нагрузкой.
Сообщение 7: двоичное сообщение подтверждения Отправлено, чтобы подтвердить получение сообщения 6
Сообщение 8: двоичное широковещательное сообщение Широковещательное сообщение с неопределенными двоичными данными.
Сообщение 9: Стандартный отчет о местоположении поисково-спасательного самолета Используется воздушным судном (вертолетом или самолетом), участвующим в поисково-спасательных операциях на море (т. Е. Поиске и спасении выживших после аварии на море). Отправляет информацию о местоположении (включая высоту) и времени
Сообщение 10: UTC / Дата запроса Получение времени и даты с базовой станции Запрос информации о UTC / дате от базовой станции AIS. Используется, когда на устройстве нет времени и даты локально, обычно по GPS
Сообщение 11: согласованный отклик универсального времени / даты Ответ на сообщение 10 Идентично сообщению 4.
Сообщение 12: Адресованное сообщение, связанное с безопасностью Используется для отправки текстовых сообщений на указанное судно Текстовое сообщение может быть на простом английском языке, коммерческим кодом или даже зашифрованным.
Сообщение 13: Подтверждение, связанное с безопасностью Ответ на сообщение 12
Сообщение 14: широковещательное сообщение, связанное с безопасностью Идентично сообщению 12, но транслируется
Сообщение 15: Допрос Используется базовой станцией для получения статуса до 2 других устройств AIS
Сообщение 16: команда назначенного режима Используется базовой станцией для управления слотами AIS
Сообщение 17: двоичное сообщение широковещательной передачи глобальной навигационно-спутниковой системы. Используется базовой станцией для передачи дифференциальных поправок для GPS
Сообщение 18: Отчет о положении стандартного оборудования класса B Менее подробный отчет, чем типы 1-3 для судов, использующих передатчики класса B Не включает статус навигации и скорость поворота.
Сообщение 19: Расширенный отчет о положении оборудования класса B Для устаревшего оборудования класса B Заменяется сообщением 18
Сообщение 20: сообщение управления каналом передачи данных Используется базовой станцией для управления слотами AIS Это сообщение используется для предварительного распределения слотов TDMA в сети базовых станций AIS.
Сообщение 21: Отчет о средствах навигации. Используется (AtN) помощником для навигационного устройства (буи, маяк ..) Передает точное время и местоположение, а также характеристики AtN
Сообщение 22: Управление каналом Используется базовой станцией для управления каналом УКВ
Сообщение 23: команда группового назначения Используется базовой станцией для управления другими станциями AIS
Сообщение 24: Отчет о статических данных Эквивалент сообщения типа 5 для судов, использующих оборудование класса B
Сообщение 25: двоичное сообщение с одним слотом Используется для передачи двоичных данных от одного устройства к другому
Сообщение 26: многослотовое двоичное сообщение с состоянием связи. Используется для передачи двоичных данных от одного устройства к другому
Сообщение 27: широковещательное сообщение системы автоматической идентификации дальнего действия. Это сообщение используется для обнаружения судов AIS класса A и класса B на большом расстоянии (обычно с помощью спутника). То же, что и сообщения 1, 2 и 3

Сообщения, отправленные на другое оборудование на корабле

Оборудование AIS обменивается информацией с другим оборудованием, используя предложения NMEA 0183 .

Стандарт NMEA 0183 использует два основных предложения для данных AIS.

  • ! AIVDM (получены данные с других судов)
  • ! AIVDO (информация о собственном судне)

Типичное стандартное сообщение AIS NMEA 0183 :!AIVDM,1,1,,A,14eG;o@034o8sd<L9i:a;WF>062D,0*7D

Чтобы:

!AIVDM:        The NMEA message type, other NMEA device messages are restricted  
1              Number of sentences (some messages need more than one, maximum generally is 9) 
1              Sentence number (1 unless it is a multi-sentence message) 
               The blank is the sequential message ID (for multi-sentence messages) 
A              The AIS channel (A or B), for dual channel transponders it must match the channel used 
14eG;...       The encoded AIS data, using AIS-ASCII6 
0*             End of data, number of unused bits at end of encoded data (0-5)
7D             NMEA checksum (NMEA 0183 Standard CRC16)

Безопасность

AIS был разработан как намеренно открытый стандарт, и из-за того, что AIS не аутентифицируется и не зашифрован, в последнее время Balduzzi, Pasta, Wilhoit et al. показали, что AIS уязвима для различных угроз, таких как спуфинг, угон и нарушение доступности. Эти угрозы влияют как на реализацию в онлайн-провайдерах, так и на спецификацию протокола, что делает проблемы актуальными для всех установок транспондеров (по оценкам, более 300 000).

Общедоступные веб-сайты мониторинга судов полагаются в основном на неаутентифицированные потоки данных из управляемой добровольцами сети приемников AIS, чьи сообщения можно относительно легко подделать путем введения пакетов AIS в поток необработанных данных или в эфире с использованием немного более сложного оборудования, такого как SDR . Однако сообщения судно-судно отправляются транспондерами класса B, которые сертифицированы для передачи данных о местоположении GPS только от встроенного приемника, поэтому для обхода этих сообщений потребуется подмена SDR или GPS .

Спуфинг

18 июня 2021 года приемники AIS в Черноморске , Украина, сообщили о том, что HMS Defender и HNLMS Evertsen якобы направлялись к российской военной базе в Севастополе в аннексированном Крыму, в то время как корабли были благополучно пришвартованы в Одессе , согласно многочисленным трансляциям с веб-камер порта и свидетелям, которые подразумевали фальсификацию Данные AIS были введены в систему неизвестной стороной. Несколько дней спустя, 22-23 июня, корабли покинули Одессу и действительно прошли вдоль побережья Крыма, при этом Россия обвинила флот в нарушении ее территории, в то время как британское командование настаивало на плавании кораблей в международных водах.

В марте 2021 года аналогичный инцидент был зарегистрирован шведскими вооруженными силами, чьи корабли были неправильно представлены AIS, как если бы они плыли в российских водах возле Калининграда .

В июле 2021 года исследователь Бьорн Бергман обнаружил почти 100 наборов поддельных данных AIS в период с сентября 2020 года по август 2021 года, причем почти все они были поддельными военными кораблями НАТО и Европы. Он сказал, что данные появились в системе, как если бы они были получены наземными (не спутниковыми) приемниками, что заставило его поверить в то, что данные не вводятся фальшивыми радиопередачами, а скорее вводятся в потоки данных, используемые AIS. веб-сайты. Тодд Хамфрис, директор Лаборатории радионавигации Техасского университета в Остине, заявил: «Хотя я не могу точно сказать, кто это делает, данные соответствуют модели дезинформации, которой обычно пользуются наши российские друзья».

Исследовать

Растет количество литературы о методах использования данных AIS для обеспечения безопасности и оптимизации мореплавания, а именно об анализе трафика, обнаружении аномалий, извлечении и прогнозировании маршрута, обнаружении столкновений, планировании пути, маршрутизации погоды, оценке рефракции атмосферы и многом другом.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки