satellite ais что это
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.
СОДЕРЖАНИЕ
Просмотр и использование данных AIS
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)
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.
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
Приложения
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:
Механизм
Базовый обзор
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:
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.
Типовые испытания и одобрение
Типы сообщений
Существует 27 различных типов сообщений верхнего уровня, определенных в ITU M.1371-5 (из возможных 64), которые могут быть отправлены приемопередатчиками AIS.
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
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 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.
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:
Кроме того, каждые 6 минут транслируются следующие данные:
Подробное описание: блоки класса B
Для блоков класса B определены четыре сообщения:
Подробное описание: приемники AIS
Техническая спецификация
ВЧ характеристики
AIS использует верхнюю часть дуплекса от двух «каналов» УКВ радиосвязи (87B) и (88B).
Большинство передач AIS состоят из пакетов из нескольких сообщений. В этих случаях между сообщениями передатчик AIS должен переключить канал.
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:
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:
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.
Формат сообщения
Каждый слот структурирован следующим образом:
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:
В следующей таблице приводится сводка всех используемых в настоящее время сообщений AIS.
Сообщения, отправленные на другое оборудование на корабле
Стандарт NMEA 0183 использует два основных предложения для данных AIS.
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).
Спуфинг
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.
Что такое AIS и как она работает
Количество транспортных средств постоянно растет не только на дорогах. В последнее время мировой гражданский флот ежегодно пополняют примерно три тысячи судов водоизмещением свыше 100 тонн. На сколько увеличивается поголовье более мелкого мореходного планктона, остается только догадываться, но когда наблюдаешь лес мачт в очередной турецкой марине, запросто можно подумать, что яхты там каждый день размножаются простым делением — как инфузории.
Разумеется, при столь бурном росте мирового флота пути судов будут пересекаться все чаще и чаще.
Математическая статистика прозрачно намекает, что далеко не все эти встречи закончатся благополучным расхождением на безопасном расстоянии, ну а практический опыт показывает, что одними радарами данную проблему не решить.
Главным образом для уменьшения риска столкновений судов в 2000 году и была разработана AIS — Automatic Identification System, то есть Автоматическая Идентификационная Система. Ее функционал оказался настолько удачным, что спустя всего два года Международная морская организация потребовала обязательной установки терминалов AIS на все грузовые суда водоизмещением более 500 регистровых тонн, на «грузовики» свыше 300 тонн, совершающие международные рейсы, и на все корабли для пассажирских перевозок независимо от тоннажа.
В отличие от радаров, способных зафиксировать появление крупных плавучих объектов неподалеку от судна и приблизительно оценить их текущие направление и скорость перемещения, AIS позволяет получить куда более развернутую и точную информацию о навигационной обстановке.
Чтобы лучше понять возможности новой системы, для начала разберемся, как она устроена.
Корабельный модуль AIS представляет собой цифровой УКВ-приемопередатчик, связанный с судовыми навигационными системами. В зависимости от скорости судна, каждые 2–10 секунд (каждые 3 мин на стоянке) он в автоматическом режиме передает следующую оперативную информацию: идентификационный номер MMSI, навигационный статус («на якоре», «в движении под мотором» и т. п.), текущие координаты, истинные курс и скорость, угловую скорость поворота и метку точного времени.
Полученная информация может выводиться на терминал в виде таблицы с информацией о находящихся поблизости судах, а также в виде их символов, наложенных на навигационные карты (например, в картплоттере) — понятное дело, в этом случае куда легче оценить взаимное расположение и динамику движения.
Одним словом, по сообщениям AIS капитан может абсолютно точно оценить текущую навигационную обстановку. Кстати, радиообмен в системе ведется в диапазоне 162 МГц, то есть на гораздо меньшей, по сравнению с излучением радаров, частоте. Более длинные радиоволны способны огибать препятствия вроде крупных судов и невысоких островов, а потому радиус действия AIS приятно впечатляет. При благоприятных условиях он может превышать 40 миль, однако имейте в виду, что высота установки антенны тут, как и в случае других бортовых передатчиков, играет решающую роль.
Для яхтсменов, по крайней мере тех, чьи суда не фигурируют в чартах журнала Forbes, тонкость использования системы заключается в том, что на корабли водоизмещением менее 300 тонн разрешено устанавливать только терминалы упрощенной версии, обозначаемые «Класс В».
Они отличаются заметно сниженной мощностью передатчика (2 Вт против 12,5 Вт), что ограничивает радиус приема их сообщений примерно пятью милями. Еще одна неприятность — упрощенный алгоритм передачи данных, позволяющий посылать информацию только в том случае, если в эфире остается свободное место в ходе радиообмена старших братьев, оснащенных терминалами класса А. Хитрость тут в том, что в каждый момент времени на любом из двух каналов AIS возможна передача одного единственного блока цифровых данных, и об очередности их выдачи аппараты класса А умеют договариваться меду собой заранее.
Однако согласитесь: несмотря на такую дискриминацию, находясь в ночном неспокойном море, очень приятно сознавать, что на проходящем неподалеку супертанкере вахтенный наверняка знает о присутствии у него под боком вашей 45-футовой яхты.
Есть и еще один способ пользования AIS, и заключается он в установке приемника, не позволяющего отправлять никакие данные вовсе, но зато способного отслеживать перемещения всех судов, оснащенных полноценными терминалами. По большому счету для этого даже отдельное устройство не требуется, поскольку производители вроде Icom и Standard Horizon начали оснащать данной функцией топовые модели монтируемых VHF-радиостанций.
Удобно, компактно, не дорого, однако имеется одно большое «но» — на маленьком экранчике с низким разрешением даже текстовую таблицу разместить проблематично, а уж построить даже самое примитивное подобие карты…
Именно поэтому были разработаны ресиверы AIS, вообще не показывающие графическую информацию, но умеющие конвертировать данные в пакеты стандартного протокола NMEA, понимаемого подавляющим большинством картплоттеров. Плюс к тому некоторые из них могут подключаться к компьютерам по USB, или даже посредством Wi-Fi передавать данные на мобильные гаджеты, работающие под управлением Android или iOS. Подобные девайсы выпускает, к примеру, Weather Dock.
Кстати, при установке аппаратуры AIS даже в дополнительной антенне стопроцентной необходимости нет по причине работы в одном частотном диапазоне с бортовым радио. Однако имейте в виду, что сплиттеры, используемые для подключения к антенне двух разных устройств, как правило немного снижают уровень сигнала, да и в случае проблем с единственной антенной, вы лишитесь сразу двух систем обеспечения безопасности.
Было бы наивно полагать, что такая продвинутая система обмена информацией создавалась исключительно для помощи рулевым в оперативном маневрировании. В задачи AIS также входит глобальный контроль за перемещениями судов в интересах разнообразных судоходных компаний, центров управления движением, а также государственных служб, которым может потребоваться информация о местоположении определенных судов или грузов. По этой причине аппаратура AIS может базироваться не только на кораблях, но и на береговых станциях, многие из которых связаны в глобальную сеть.
Ну, а чтобы эффективнее использовать систему для поиска и спасения моряков в экстренных ситуациях, выпускаются аварийные буи, способные передавать информацию AIS с повышенным приоритетом. Существуют и так называемые виртуальные буи — это единственный тип устройств в системе, чье реальное расположение может не совпадать с координатами в их сообщениях. Как правило, это установленные на берегу передатчики, предупреждающие проходящие суда об опасностях вроде плохо заметных скал или лишенных маяков мысов, выдающихся далеко в море.
Надо сказать, что приемники AIS размещаются даже на спутниках. Это ведь только на поверхности Земли радиус распространения ее сигнала ограничен видимостью до горизонта, а в космосе его без проблем можно принимать и с сотен километров. Сегодня вокруг планеты вращается более десятка космических аппаратов, занятых мониторингом морского траффика.