Automatisk identifikationssystem

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Udtrykket Automatic Identification System ( AIS ; på tysk: Automatic Identification System ) eller Universal Automatic Identification System ( UAIS ) beskriver et radiosystem, der forbedrer sikkerheden og kontrollen med skibstrafik ved at udveksle navigation og andre skibsdata. Det blev vedtaget som en bindende standard den 6. december 2000 af Den Internationale Søfartsorganisation (IMO).

Grafisk visning af AIS -data (her på et websted)

Fordele, begrænsninger

I henhold til præstationsstandarden for Den Internationale Søfartsorganisation (IMO) tjener AIS følgende formål:

  • kollisionsforebyggelse mellem skibe
  • som et middel for kyststater til at indhente oplysninger om skibe og deres last
  • at overvåge ulovligt fiskeri
  • som en hjælp til den landbaserede overvågning og kontrol af trafikken ved trafik kontrolcentre (Vessel Traffic Service, VTS).

AIS forbedrer planlægning og beslutningstagning om bord, da ikke kun position, kurs og hastighed på de omkringliggende skibe overføres, men også skibsdata (skibsnavn, MMSI- nummer, radiokaldesignal osv.). Dette letter z. B. Aftaler mellem skippere via radio. AIS fungerer uanset begrænsninger i det optiske udsyn og udbredelse af radarbølger (f.eks. Tilsløring eller skygger), så skibe, der er bag en kappe eller bag en flodkurve, også kan detekteres, forudsat at signalerne udsendes i VHF -frekvensområdet trænge ind.

AIS kaldes et kooperativt system. En aktiv, teknisk funktionel enhed er en forudsætning for dens anvendelse, i modsætning til radar som et selvforsynende system.

Ud over de oprindeligt tilsigtede mål er der nu tjenester, der behandler AIS -data kommercielt og også tilbyder dem til offentligheden. De mest kendte udbydere af sådanne AIS -tjenester omfatter MarineTraffic og Vesseltracker [1] samt VesselFinder. [2] Desuden var Des AIS fra Greenpeace til forskning i ulovligt fiskeri, der blev brugt. [3]

Afgrænsning

Når man overvejer AIS, skal der skelnes mellem selve AIS-systemet (den radiounderstøttede dataoverførsel) og præsentationen af ​​oplysninger, der blev transmitteret via AIS. En repræsentation om bord kan f.eks. B. i et ARPA -system eller i et elektronisk søkort (ECDIS) disse enheder er dog ikke en del af AIS -systemet. For AIS-indbyggede enheder kræves kun et såkaldt "Minimum Keyboard and Display" (MKD) som display- og kontrolelement. En meningsfuld brug af AIS -data kræver en brugbar repræsentation i et tilsvarende display sammen med andre navigationsrelevante oplysninger.

Udstyrspligt

Udstyrskravet til skibe i internationale rejser er reguleret i den internationale konvention om sikkerhed for liv til søs (SOLAS) . Siden 31. december 2004 er alle kommercielle skibe over 300 GT på internationale sejladser og siden 1. juli 2008 også de over 500 GT på nationale rejser forpligtet til at betjene et AIS -system. Udstyrskravet blev indført for nye skibe den 1. juli 2002 og for eksisterende skibe fra 2004. Krigsskibe falder ikke ind under reglerne i SOLAS, men de fleste krigsskibe er udstyret med en AIS-indbygget enhed, hvor senderen kan slukkes. Nationale undtagelser kan gælde for traditionelle skibe.

SOLAS -reglerne gælder heller ikke for fartøjer på indre vandveje; her kan der være en forpligtelse til at udstyre på grundlag af bestemmelser fra Den Europæiske Union, Centralkommissionen for Navigation på Rhinen eller nationale forskrifter. For eksempel har siden 1. juli 2008 været påkrævet, at indre skibe (undtagen småfartøjer) er udstyret med AIS -modtagere på land på den østrigske del af Donau mellem flodkilometer 1880,2 og 2199,3 og nogle tilstødende farvande. [4]

Den 23. december 2016 blev brugen af ​​Inland AIS gjort obligatorisk på indre vandveje inden for rammerne af Inland Waterways Regulations , for hvilke elektroniske navigationskort for indre vandveje ( IENC ) allerede er blevet offentliggjort, og på den føderale vandvej i Donau . [5]

Investeringer

Klasse A transceiver

Klasse A -transceivere er beregnet til kommercielle fartøjer. De er obligatoriske på alle køretøjer over 300 GT på internationale rejser og på visse passagerskibe, der er omfattet af SOLAS -konventionen . Transmissionseffekten for klasse A -transceivere på op til 12,5 W [6] er højere end for klasse B -enheder, så de kan modtages af skibe, der er længere væk. Senderen justerer gentagelsesfrekvensen for transmissionen af ​​kørehastigheden og manøvreringsstatus og sender hyppigere end med klasse B -enheder.

Indlands AIS transceiver

Inland AIS-transceivere er obligatoriske for skibe udstyret med AIS-transceivere på Rhinen , medmindre de er havgående fartøjer. [7] Enhederne svarer til klasse A -transceivere med udvidelser til indlandssejlads. [8.]

Klasse B transceiver

Klasse B -transceivere kan sammenlignes med klasse A -transceivere på mange måder, men er normalt billigere på grund af mindre strenge ydelseskrav. Klasse B -transceivere sender med en lavere transmissionseffekt på maksimalt 2 W og en lavere rapporteringshastighed. Du kan fra alle skibe, der ikke kræver udstyr, f.eks. B. bruges i fritidssektoren og i fiskeri.

Klasse B -transceivere sender færre data på tværs af skibet end klasse A -transceivere. Specielt sender B-sendere ikke nogen information om lasten eller rejsens destination. Dette gør også betjeningen lettere: Efter at skibets navn og dimensioner er blevet programmeret en gang, skal der ikke foretages flere indstillinger på en klasse B -transceiver, og de er derfor straks aktive efter tænding.

AIS -basestationer

AIS-basestationer er en del af den landbaserede AIS-infrastruktur og bruges f.eks. B. bruges af trafikkontrolcentre (Vessel Traffic Service, VTS). På den ene side bruges de til at registrere trafikken i det havområde, de dækker; på den anden side kan disse enheder specifikt styre transmissionen af ​​AIS-transceivere om bord (herunder såkaldt "polling" eller forøgelse af rapporteringshastigheden) .

AtoN -transceiver (hjælpemidler til navigation)

Aten er transceivere, der på tonsvis kan installeres og andre hjælpemidler til navigation og til information. B. sende om skiltets type, betegnelse og position. Den virtuelle (tilsyneladende) AtoN er en særlig form; i princippet et "forfalsket" (fysisk ikke-eksisterende) forsendelsesmærke ved at overføre de tilsvarende meddelelser. Denne teknik bruges hovedsageligt til at markere begrænsede områder eller hydrauliske konstruktioner med en arealudvidelse: en spand med en aktiv AIS -sender er ikke placeret på hver hjørneposition (normalt markeret med kardinalbøjer eller forsendelsesbøjer), men den er snarere kun placeret på en spand en sender, der også transmitterer positionerne for de andre afgrænsningsbøjer.

AIS -transceiver til eftersøgnings- og redningsfly

En særlig type mobilenhed er beregnet til brug om bord på fly, der er involveret i eftersøgnings- og redningstjenesten til søs (SAR) .

AIS modtager

AIS -modtagere modtager transmissioner fra AIS -modtagere i nærheden, men sender, som navnet modtageren antyder, ikke data.

Teknologi, tekniske standarder

Synkronisering af tidsvinduerne

Den grundlæggende tekniske standard for AIS kaldes ITU-R M.1371 "Tekniske egenskaber for et automatisk identifikationssystem ved hjælp af tidsinddeling multiple access i VHF maritime mobilfrekvensbånd" og udgives af International Telecommunication Union . Version 5 af dokumentet er gyldig fra februar 2014. [6]

AIS sender skiftevis på to kanaler i VHF marine radioområdet: [9]

AIS 1 - 161,975 MHz (kanal 87B)
AIS 2 - 162.025 MHz (kanal 88B)

Overførslen af ​​AIS -dataene finder sted inden for en fast tidsramme. 4500 tidsrum er tilgængelige pr. Minut, 2250 pr. Kanal, hvortil en AIS -transceiver er synkroniseret via den integrerede GNSS -modtager. Klasse A -transceivere koordinerer automatisk tildeling af slots med andre inden for radioområdet (SOTDMA = Self Organizing Time Division Multiple Access), mens klasse B -transceivere bruger ledige tidsslots til at sende deres data (CSTDMA = Carrier Sense Time Division Multiple access).

Enhver antenne, der er indstillet til VHF marine radiobånd, kan bruges som antenne. Særlige kombinerede VHF / GPS -antenner er særligt velegnede til AIS, som indeholder begge antenner, der kræves til en AIS -transceiver i en samling.

AIS -transceiveren modtager den dynamiske skibsdataposition (LAT, LON), kurs (COG), hastighed ( SOG ) og tid (UTC) fra den integrerede GPS -modtager, i klasse A også fra skibets navigationssystem. Overskriften kan indføres som en HDG -dataregistrering fra kompasset via en NMEA 0183 -grænseflade.

Pilothavn

Skibe, der kræver udstyr, skal have klasse A-systemer med en pilotport, en standardiseret datagrænseflade i overensstemmelse med EIA-422 på et let tilgængeligt sted. B. Tillader piloter at få adgang til trafiksituation og navigationsdata med deres eget udstyr. Fejl i stikets tildeling af stikket, der opstår på grund af forkert installation, kan normalt rettes ved hjælp af kommercielt tilgængelige adaptere uden at forstyrre den indbyggede installation.

Beskedtyper, AIS -telegrammer

For at sikre den globale anvendelighed af de data, der sendes med AIS, har International Telecommunication Union specificeret i alt 22 meddelelsestyper eller telegrammer i sin standard ITU R M.1371 [6] , hvis struktur er blevet standardiseret ned til sidste bid. Hver AIS -enhed skal kunne modtage og sende disse telegrammer, forudsat at dette telegram er "tilladt" for den respektive enhedstype (se ovenfor under "Systemer"). De vigtigste telegramtyper er:

  • ID # 1: regelmæssig positionsrapport for en klasse A -transceiver
  • ID # 4: Besked fra en basestation
  • ID # 5: regelmæssig rapportering af skibs- og sejladsdata fra en klasse A -transceiver
  • ID # 9: Positionsrapport for et SAR -fly
  • ID # 12: sikkerhedsrelateret meddelelse - adresseret
  • ID # 14: sikkerhedsrelateret besked - til alle
  • ID # 18: regelmæssig positionsrapport for en klasse B -transceiver
  • ID # 21: Position og statusrapport for en AtoN -transceiver

Andre telegramtyper:

  • ID # 24: Statiske skibsdata sendt af klasse B, C, S tranceivers

Ud over de ovennævnte telegrammer kan yderligere telegramtyper med et udvidet formål (f.eks. Vejrmeldinger) defineres internationalt eller regionalt ved hjælp af den såkaldte "International Application Identifier" (IAI) eller "Regional Application Identifier" (RAI). Det standardiserede telegram for den binære meddelelse (binær meddelelse, ID # 6, # 8) bruges som beholder til meddelelsesindholdet, der transmitteres ved hjælp af denne metode.

Skibsdata

AIS-enheden sender skibsspecifikke data i form af ovenstående telegrammer, som kan modtages og evalueres af enhver AIS-modtager inden for rækkevidde:

Statiske skibsdata
IMO -nummer
Skibets navn
Kaldesignal
MMSI -nummer
Skibstype (fragtskib, tankskib, slæbebåd, passagerskib, SAR , lystbåde osv.)
Skibets dimensioner (afstanden til GPS -antennen fra foren, agterstævn, babord og styrbord side)
Dynamiske skibsdata
Navigationsstatus (under maskine, under sejl, for anker, fortøjet, ude af stand til at manøvrere osv.)
Skibsposition (LAT, LON, i WGS 84 )
Skibets positionstid (kun sekunder)
Kursus over jorden (COG)
Hastighed over jorden (SOG)
Forjustering (HDG)
Kursus ændringsrate (RØD)
Rejsedata
nuværende maksimale statiske dybgang i dm
Lastklasse for farligt gods (IMO)
Destination ( UN / LOCODE ) [10]
estimeret ankomsttid (ETA)

For indlands AIS er der også:

ENI nummer
Foreningsdata (type ERI, længde, bredde)
Lastklasse for farligt gods
Dybgang i cm
Indlæser tilstand
Fairway side venstre / højre (blå tavle)
maks. højde over vand
Antal besætningsmedlemmer
Antal passagerer
Antal besætningsmedlemmer

Navigationsstatus og rejsedatoer skal opdateres manuelt af vagten . Det er dog ikke alle data, der skal sendes. Især i tilfælde af klasse B -sendere, der bruges til fritidsfart, transmitteres ofte kun skibets navn, MMSI, position, kurs og skibsstørrelse.

Afsendelse af AIS -data

AIS -signalerne transmitteres på to VHF marine radiokanaler (normalt på AIS1 og AIS2, dvs. VHF kanalerne 87B og 88B med frekvenserne 161.975 MHz og 162.025 MHz) med HDLC -dataprotokol i en fast tidsramme. Ved passende software eller enheder afkodes dataene og z. B. grafisk repræsenteret som tekstinformation eller lignende i et radarbillede .

De intervaller, hvormed et skib sender sine data, afhænger af skibets hastighed og ændringshastighed samt dets manøvreringsstatus (i gang, forankret eller fortøjet): [6]

køretøj Send interval
Klasse A, for anker eller fortøjet, ikke hurtigere end 3 knob 3 min
Klasse A, forankret eller fortøjet, hurtigere end 3 knob 10 s
Klasse A, op til 14 kn 10 s
Klasse A, op til 14 kn ved kursskift 3 1/3 af sek
Klasse A, 14 til 23 kn 6 s
Klasse A, 14 til 23 kn ved kursskift 2 s
Klasse A, mere end 23 kn 2 s
Klasse B, op til 2 kn 3 min
Klasse B, 2 til 14 kn 30 s
Klasse B, 14 til 23 kn 15 s (30 s med højfrekvent udnyttelse)
Klasse B, mere end 23 kn 5 s (15 s med høj frekvensudnyttelse)

Brug af AIS -data om bord

AIS skærm

Som forklaret i kapitlet “Afgrænsning” er AIS et datatransmissionssystem. En foreskrevet komponent i AIS-systemet om bord er et såkaldt "Minimum Keyboard and Display" (MKD). De følgende forklaringer vedrører brugen af ​​AIS -data i forbindelse med navigationssystemer som f.eks B. i et ARPA -system eller i et elektronisk søkort (ECDIS) . Disse er ikke en del af det egentlige AIS -system.

Den aktuelle trafiksituation vises dynamisk, hver bevægelse af skibet er synlig på skærmen. Derudover vises det, når præcis to skibe, der møder hinanden, har den korteste afstand til hinanden, hvor stort det vil være, og hvor lang tid det vil tage indtil da (CPA = nærmeste tilgangspunkt / TCPA = tid til CPA).

Fordelen ved AIS i forhold til radar er blandt andet, at vagthavende kender andre skibers identitet, og ændringer i kurs og hastighed overføres automatisk under manøvrer. Det betyder, at han også kan tage direkte kontakt via marineradio og diskutere nødvendige manøvrer.

Med AIS kan skibets bevægelser bag større forhindringer også registreres under sejlads gennem området; Radaren er ofte overvældet i sådanne situationer, da skibe ikke opdages i radarskyggen. AIS'ens VHF -signaler når disse skyggeområder meget bedre på grund af den længere bølgelængde. På indre vandveje er transceivere sat op i kurver, der er lukket for radiosignaler, og disse sender AIS -signalerne selv over bjerge.

Skibets data kan integreres direkte i det elektroniske søkort eller behandles med separat AIS -software på computeren for at vise alle skibets bevægelser, herunder ens egen position. En separat software tilbyder ofte en klarere repræsentation, visning af yderligere data, der spredes via AIS (ved test: vejrrapporter, vandstand) og bedre support i tilfælde af kollisionsrisiko.

Mindre fartøjer, der ikke kræver udstyr, kan bruge AIS -dataene passivt med billige AIS -modtagere og vise position, kurs og hastighed på de omgivende udstyrede skibe. De modtagne data kan vises på en lille skærm på modtageren, på en eksisterende kortplotter eller med passende software på en separat bærbar computer / computer. På denne måde kan du starte undvigelsesmanøvrer i god tid, hvis der er risiko for sammenstød, især når sigtbarheden er dårlig.

AIS kan dog ikke erstatte et radarsystem, da militære køretøjer for eksempel ofte ikke sender AIS -signaler, og mange mindre køretøjer ikke er udstyret med en AIS -transceiver . De overførte data er heller ikke altid pålidelige.

Rækkevidde

Ultrakorte bølger har en rækkevidde, der kun en smule overstiger den geodetiske synlighed . Dette afhænger af antennehøjden; man taler her om kvasi-optisk signaludbredelse. For skib-til-skib forbindelser er dette omkring 20 sømil (37 km). Kyststationer modtager signaler fra skibe inden for en radius på 50–100 km, afhængigt af antennehøjden. AIS -basestationer er normalt udstyret med stærkt bundtende antenner (retningskarakteristik) og er monteret højere end muligt om bord, så der opnås større områder her.

Lavflyvende satellitter kan modtage VHF-signalerne, så længe antennerne også er rettet opad (omnidirektionel). Orbcomm og Iridium udstyrer deres nye satellitter med AIS -modtagere. [11] Hvis testen lykkedes, kunne systemet registrere alle skibe verden over. Satellitbaseret AIS gør det muligt for kyststater at overvåge skibsfart i regioner, der i øjeblikket ikke er dækket af landbaseret VHF marine radio .

I november 2009 blev en AIS -modtageantenne installeret på den europæiske del af ISS , Columbus -modulet . Siden 1. juni 2010 er modtagelsesforsøg med forskellige AIS -modtagere blevet udført som en del af en ESA -undersøgelse. Forstyrrende signaloverlejringer på grund af radiohorisontens store afstand imødegås med særlige signalbehandlingsteknikker. [12] [13]

Fly, navigationsmærke, landstation

Udover skibe er følgende også involveret i AIS:

Kort besked, trafikkontrol

Korte beskeder og gratis tekstbeskeder ("sikkerhedsrelaterede meddelelser") angivet af IMO kan også overføres via AIS; dette telegram er internationalt standardiseret (se "Telegrammer" ovenfor). Via mekanismen for IAI / RAI, z. For eksempel spreder de automatiske målestationer på navigationsskilte aktuelt vejr, vandstand og aktuelle data eller ruteinstruktioner sendes til skibe. På floder og kanaler, især inden for låse- og flaskehalse, bruges AIS i stigende grad til at dirigere trafik, f.eks. For at angive åbningen af ​​slusen.

Forskning & Udvikling

Mens konventionelle AIS -stationer kun kan modtage signaler nær kysten, kan AIS -satellitter også registrere signalerne over det åbne hav. Ulempen her er, at på grund af satelliternes store modtagelsesområde overlapper individuelle signaler og kan derfor undertiden ikke differentieres. Desuden opnår AIS -satellitterne på grund af deres faste baner ikke fuld dækning af havene. I modsætning hertil bliver 96 procent af alle skibe fløjet over med rutefly i dag. DLR -forskere testede også AIS Plus -modtageren på et fly. På grund af den lavere flyvehøjde er risikoen for signaloverlapning i et fly lavere. I deres flygtest kunne de vise, at det nye AIS-Plus-system kan detektere skibe i det åbne hav mere pålideligt end satellitter fra rummet. Fra DLR-projektet "Research and Development for Maritime Security and Corresponding Real-Time Services" udviklede Simon Plass og hans team et koncept, hvor de modificerede AIS-modtagere er integreret i passagerfly. [14] På denne måde kan billedet af situationen på havet fuldføres. Men Plass tænker allerede fremad: "Vores vision er at bygge et system, hvor fly og skibe udveksler oplysninger for endnu bedre at udnytte disse to transportsystemers kommunikationsmuligheder." [15] [16]

Se også

Individuelle beviser

  1. ^ Fischer Yvonne: Vidensbaseret sandsynlighedsmodellering til situationsanalyse ved hjælp af eksemplet med maritim overvågning . KIT Scientific Publishing, 2016, ISBN 978-3-7315-0460-3 ( google.de [åbnet 26. juni 2018]).
  2. Fartøjsdatabase - VesselFinder. Hentet 2. oktober 2020 .
  3. ^ Stefan Schultz, DER SPIEGEL: Ulovligt fiskeri: dataanalyse viser kontroversielle genopladningsmanøvrer på åbent hav - DER SPIEGEL - Økonomi. Hentet 29. februar 2020 .
  4. Håndbog indenrigsradio 2018. s. 4 , åbnet 18. juni 2018 .
  5. boote-forum.de - Forumet handler om både . ( boote-forum.de [åbnet den 7. maj 2017]).
  6. a b c d Internationale Fernmeldeunion : M.1371: Tekniske egenskaber for et automatisk identifikationssystem ved hjælp af tidsdelende multiple access i VHF maritime mobilbånd. Februar 2014, adgang 27. december 2018 .
  7. ^ Rhinenavigationspolitiets bekendtgørelse. Centralkommission for navigation på Rhinen, §4.07 Inland AIS -enheder (PDF; 1,6 MB).
  8. Indlands AIS - Krav og muligheder ( Memento fra 21. januar 2011 i internetarkivet ). WSV Bund - specialistcenter for trafikstyringsteknologi.
  9. ↑ Transmissionsfrekvenser i VHF -serien af ​​den mobile maritime radiotjeneste og radiotjeneste på indre vandveje (PDF; 44 kB)
  10. Vejledning om brug af UN / LoCode i destinationsfeltet i AIS -meddelelser (IMO SN / Circ. 244). (PDF) IMO / BSH . 2005, uge 31. Adgang til 23. august 2009.
  11. http://cdn2.hubspot.net/hubfs/183611/Collateral_for_Download/exactView_RT_Slick_Sheet.pdf
  12. Rumstationen holder øje med verdens søtrafik , ESA 2010
  13. ^ ESA -satellitmodtager bringer verdensomspændende søtrafiksporing inden for rækkevidde , ESA 2009
  14. EMSec (realtid til maritim sikkerhed - sikring)
  15. ^ Nyt DLR -modtagelsessystem øger sikkerheden i skibsfarten, selv i tung trafik
  16. Sikkerhed ved forsendelse - modtagelsessystemet AIS -Plus (animation)