Назначение и использование Автоматической Идентификационной Системы (АИС)

Одесская Национальная Морская Академия

Кафедра Технической Эксплуатации Флота

Предмет: Современные методы экспериментальных исследований и обработки данных

Реферат

Тема: «Назначение и использование Автоматической Идентификационной Системы АИС

Одесса 2007

Содержание

1. Назначение, принцип действия и сферы использования ЛИС

Назначение и основные функции

Принцип действия

2. Международная стандартизация ЛИС

Появление и международное признание АИС

Требования, стандарты и рекомендации

АИС и Глава 5 Конвенции SOLAS

3. Информационно - технические особенности АИС

Основные компоненты, виды информации и режимы работы

Канал связи АИС

Судовая аппаратура

Береговой сегмент

4. Основы использования АИС

Отображение информации АИС

Использование АИС на судах

Список литературы

1. Назначение, принцип действия и сферы использования ЛИС 1.1. Назначение и основные функции

Назначение и основные функции Автоматической идентификационной системы (АИС) официально определены в Резолюции IMO MSC.74(69) от 12 мая 1998 г.:

ЛИС должна улучшить безопасность судовождения, защиту окружающей среды и эффективность использования VTS посредством выполнения следующих функций;

предупреждение столкновений в режиме работы «судно -- судно»;

получение прибрежными государствами информации о судне и грузе, а также использование в качестве технического средства VTS в режиме работы «судно- берег».

В определении применен термин VTS (Vessel Traffic Services), практически аналогичный русскоязычному термину СУДС (Системы управления движением судов). Назначение, цели и основные функции АИС приведены также, с некоторыми вариациями, в Правиле 19 Главы 5 Конвенции SOLAS и в Резолюции IMO А. 917(22) «Руководство по использованию АИС на судах». На основании трех упомянутых документов можно дать следующее определение для АИС и ее основных функций.

АИС -- многофункциональная информационно-техническая система, оборудование которой устанавливается на судах и в береговых службах в целях обеспечения безопасности мореплавания и автоматизации обмена навигационной информацией. АИС обеспечивает:

-автоматическую и регулярную передачу судном другим судам и береговым службаминформации, включающей сведения о судне, координаты, курс, скорость и другие данные;

автоматический прием, обработку и отображение аналогичной информации от другихсудов и береговых служб;

автоматическое сопровождение (прокладку движения) судов, оборудованных. АИС, в целях предупреждения столкновений, а также контроля и регулирования судоходства;

автоматизированный обмен сообщениями, связанными с безопасностью мореплавания, между судами и береговыми службами.

Принцип действия

Принцип действия АИС поясняется на рис. 1.1. Суда, оборудованные аппаратурой АИС, находясь в открытом море или в прибрежных районах, регулярно передают в диапазоне ОВЧ (УКВ) морской подвижной радиослужбы стандартные сообщения, содержащие информацию о судне, его координатах, курсе, векторе скорости, опасном грузе на борту, порте назначения, времени прибытия и другую.

Одновременно каждым судном, оборудованным АИС, принимается аналогичная информация от других судов, находящихся в радиусе действия, ограниченном распространением радиоволн ОВЧ (УКВ) диапазона (20 - 30 миль). Принятая информация автоматически обрабатывается и отображается на одном из судовых навигационных дисплеев.

Синхронизация работы всех станций АИС (судовых и береговых) обеспечивается глобальной навигационной спутниковой системой (ГНСС), которая также является источником передаваемой информации о координатах и векторе скорости.



В прибрежных районах, где установлены базовые станции АИС, информация, передаваемая судами, принимается базовыми станциями и поступает в распоряжение береговых служб (СУДС) и системы судовых сообщений, службы поиска и спасения, службы экологического контроля и ликвидации последствий загрязнения, пограничные и таможенные власти, различные портовые службы). Обычно, для получения целостной картины судоходства в контролируемом районе, базовые станции АИС объединяются в сети, позволяющие интегрировать информацию от отдельных базовых станций между собой, а также с информацией, получаемой в СУДС и в обязательных системах судовых сообщений. В прибрежных районах точность определения координат судов с помощью ГНСС и, следовательно, эффективность АИС могут быть повышены посредством береговых опорных станций и радиомаяков, передающих для судов дифференциальные поправки. Базовые (береговые) станции АИС могут действовать в активном режиме, управляя режимом работы судовых станций и передавая им информацию, связанную с безопасностью мореплавания (местные навигационные предупреждения, дифференциальные поправки для ГНСС, данные о судах, сопровождаемых СУДС, и другую). При нахождении судов вне районов действия береговых базовых станций и в открытом море АИС может действовать в режиме дальней связи через Инмарсат-С В этом режиме обеспечивается автоматическая передача информации от судов в адрес береговых служб в целях мониторинга судоходства в территориальных водах, исключительных экономических зонах и районах ответственности морских спасательно-координационных центров (МСКЦ).

Аппаратура АИС может также устанавливаться на летательных аппаратах, участвующих в поисково-спасательных операциях на море, и на средствах навигационного оборудования (СНО) морских путей (плавучих и стационарных). Лоцманские службы могут использовать портативную аппаратуру АИС, доставляемую на борт судна и работающую автономно или с подключением к судовому оборудованию АИС. Принцип взаимного получения и использования информации АИС двумя судами, находящимися в «радиовидимости» друг друга, поясняется рисунком 1.2.

Судовая аппаратура каждого судна упрощенно представлена тремя блоками: приемник ГНСС, контроллер (управляющее устройство на основе микропроцессора) и приемопередатчик ОВЧ (УКВ) диапазона. Обмен информацией между аппаратурой двух судов осуществляется через специальный канал связи АИС, выделенный в диапазоне ОВЧ морской подвижной службы.

Отображение принятой и обработанной информации производится на экране судового навигационного графического дисплея (РЛС/САРП, электронная картографическая система, интегрированная навигационная система). Символ встречного судна (треугольник) и метка истинного курса ориентированы по данным гирокомпаса. Вектор скорости, получаемый по данным ГНСС, может не совпадать с курсом (острым углом треугольника) при наличие дрейфа (сноса). При наведении на символ встречного судна маркера в дополнительном окне дисплея выдаются данные по судну, включающие название или позывной, координаты или пеленг/дальность, курс и скорость, Дкр и Ткр, тип судна, его навигационный статус (например, ограничено осадкой), данные о наличии опасного груза, порт назначения, ЕТА и т.д. Для обеспечения одновременной работы многих судовых и береговых станций АИС на одном частотном канале используется метод множественного доступа с временным разделением (TDMA- Time Division Multiplied Access), поясняемый рисунком 1.3. Рис. 1.3. Принцип множественного доступа с временным разделением (ТОМА)

Благодаря обшей синхронизации всех станций ЛИС по сигналам ГНСС, минутный кадр передачи - приема информации делится на 2250 временных интервалов (слотов). Каждая станция АИС выбирает для передачи своей информации один слот или несколько последовательных слотов, не занятых другими станциями. Кроме того, в передаваемые сообщения включается служебная информация о слотах, которые каждая станция АИС резервирует для передачи следующего сообщения. Таким образом, все станции АИС, находящиеся в радиусе «радиовидимости» друг друга, автоматически взаимно синхронизируются, не создавая помех общей работе. Период передачи информации станциями АИС определяется типом станции (судовая, базовая, установленная на СНО) и состоянием судна (неподвижное, на ходу, маневрирующее). Для большинства движущихся судов период передачи изменяется от 10 до 2 секунд, то есть, соизмерим с периодом обновления радиолокационной информации (2-4 секунды), определяемым частотой вращения антенны РЛС. Это позволяет осуществить постоянное слежение за движением ;удов, аналогичное автоматическому сопровождению с помощью РЛС/САРП.

2. Международная стандартизация АИС

Появление и международное признание АИС

Первые исследования и разработки в области автоматической идентификации и обмена информацией относятся к середине 50-х - началу 60-х годов минувшего века и связаны с интенсивным внедрением РЛС и радиотелефонной связи в диапазоне ОВЧ (УКВ) на судах морского флота. В качестве одной из мер повышения эффективности использования судовых РЛС была выдвинута идея идентификации эхосигналов судов в целях дальнейшего установления радиосвязи и обмена информацией, необходимой для безопасного расхождения. Дополнительно, ставилась задача автоматического получения информации о курсе судна (его ракурсе или относительном курсе) для быстрой оценки опасности столкновения и выбора маневра расхождения, а также другой информации, позволяющей судам лучше понять намерения друг друга и использовать соответствующие правила маневрирования. Несмотря на многочисленные опытно-экспериментальные разработки и изобретения, не было найдено приемлемого технического решения. Тем не менее, именно в этот период появились первые радиолокационные транспондеры (приеме-ответчики), которые на морском транспорте нашли практическое применение в двух видах: береговой маяк - ответчик типа РАКОН и аварийный приемоответчик для судовых спасательных средств.

Помимо технологических возможностей и экономической целесообразности, появление современных АИС обусловлено стремлением прибрежных государств к установлению контроля над судоходством в территориальном море и прилежащих водах в интересах безопасности мореплавания, защиты окружающей среды, соблюдения пограничных и таможенных режимов и правил рыболовства. Основные инструменты контроля судоходства в прибрежных водах (СУДС, системы судовых сообщений и другие) имеют определенные недостатки, главные из которых - ограниченные возможности береговых РЛС и необходимость в радиотелефонном обмене в целях идентификации судов и получения от них необходимой информации.

Разработка и внедрение современных АИС осуществляется под руководством Международной Морской Организации (IMO) при активном участии Международной Ассоциации маячных служб и навигационных средств (IALA/MAMC) и других международных организаций. Первые исследования и подготовка базовых требований к эксплуатационно-техническим характеристикам Автоматической Идентификационной Системы - АИС (Automatic Identification System -- AIS) были выполнены в рамках IALA в 1988-1991 г.г.

Определение «идентификационная» отражает традиционную функцию опознавания судов, хотя эта функция уже была дополнена функциями обмена информацией, связанной с предупреждением столкновений и обеспечением безопасности мореплавания. В начале 90-х годов принципы построения АИС и соответствующей судовой аппаратуры (транспондеров) развивались на основе цифрового избирательного вызова (ПИВ) в ОВЧ диапазоне морской подвижной службы, по аналогии с ЦИВ в морских районах А ГМССБ. В 1992 г. Международным Союзом Электросвязи (МСЭ/TTU) были изданы Рекомендаций ITU-R M.825 по АИС с использованием ЦИВ. Несмотря на существенные недостатки АИС, использующей ПИВ (низкая скорость передачи информации, возможность перегрузки канала 70, невозможность работы судовых станций в автономном режиме в открытом море), некоторые страны приступили к опытно-практическому внедрению локальных систем контроля движения судов на основе АИС с ЦИВ. В тоже время, другие страны продолжили активный поиск альтернативных технических решений по созданию более эффективной АИС, внедрение которой можно было бы осуществить на всемирной основе.

В 1994 - 1995 г. Подкомитет IMO по безопасности мореплавания (NAV) рассмотрел предложения Швеции и Финляндии, поддержанные группой других стран, о внедрении транспондеров с использованием нового метода доступа к радиоканалу - множественного доступа с временным разделением (TDMA - Time Division Multiplied Access). В качестве прототипа была представлена аппаратура АИС, разработанная компанией GP&C (Швеция). В результате дальнейшего изучения аппаратуры GP&C в рамках IALA были подготовлены «Рекомендации и предварительный эксгутационный стандарт по универсальной судовой Автоматической идентификационной системе (АИС), использующей ТОМА», рассмотренные и одобренные Подкомитетом NAV в 1997 г. На этой основе, в мае 1998 г. Комитет IMO по безопасности на море принял Резолюцию MSC.74(69) и «Рекомендации по эксплуатационным характеристикам судовой универсальной АИС» в качестве приложения к ней. Резолюция MSC.74(69) является первым официальным документом по современным АИС и лежит в основе дальнейшей разработки международных требований, стандартов и рекомендаций. Дополнительное определение «универсальная» означает, в первую очередь, что АИС является многофункциональной системой, и ее назначение не исчерпывается задачей автоматической идентификации. Характерной особенностью универсальной АИС является автономный («вещательный») режим работы, обеспечивающий взаимный обмен информацией в направлениях «судно-судно» и «судно-берег». Эта информация, принятая судами и береговыми станциями, может быть использована как для предупреждения столкновений между судами, так и для контроля и регулирования движения судов береговыми службами. При этом сохраняется некоторая возможность управления работой судовой аппаратуры со стороны береговых станций в режиме ЦИВ, а также добавляется возможность обмена информацией через «Инмарсат-С».

Требования, стандарты и рекомендации

Статус АИС, как обязательного навигационного оборудования согласно Конвенции SOLAS, требует разработки на международном уровне детальных технико-эксплуатационных требований, вплоть до методов контроля и испытаний производимой аппаратуры АИС Только наличие таких детальных стандартов и требований может гарантировать функциональную и техническую совместимость аппаратуры АИС, выпускаемой разными производителями и устанавливаемой на судах и в береговых службах разных стран. Основные требования к техническим характеристикам Универсальной АИС разрабатывались специальной рабочей группой IALA по АИС (с декабря 1999 - Комитет IALA по АИС). В 1997 г. Всемирной Конференцией по радиосвязи для использования исключительно в целях АИС выделены два канала в диапазоне ОВЧ морской подвижной службы: канал AIS-1 (87В 161,975 МГц) и канал AIS-2 (88В - 162,025 МГц), что было отражено в Международном Регламенте Радиосвязи.

В 1998 г. Международный Союз Электросвязи (МСЗЯТЦ) приступил к подготовке предварительной редакции Рекомендаций ITU-R М. 1371 «Технические характеристики Универсальной судовой АИС, использующей TDMA в диапазоне морской подвижной службы». Этот документ устанавливает основные требования к принципам построения и техническим характеристикам универсальной АИС, к организации канала связи, содержанию и форматам информационных сообщений, процедурам обмена сообщениями. В 1999 - 2001 Международная Электротехническая Комиссия (МЭКЛЕС) по представлению IMO разработала Стандарт МЭК 61993-2, в котором устанавливаются требования к техническим параметрам судовой аппаратуры АИС класса А, а также методы испытаний. Подготовка Стандарта МЭК 61993-2, адресованного производителям аппаратуры АИС и органам сертификации, позволяет начать процесс официального внедрения АИС на судах. При подготовке новой редакции Главы 5 «Безопасность мореплавания» Конвенции SOLAS в нее были включены требования по обязательному оснащению аппаратурой АИС основных типов судов. В окончательном виде новая Глава 5 утверждена IMO 5 декабря 2000 г. Резолюцией MSC.99(73) и вступила в действие с 1 января 2002 г. (см. п. 2.3). Международные требования, стандарты и рекомендации служат основой для разработки национальных нормативных документов, регламентирующих внедрение АИС на морском флоте государств - членов IMO. Наиболее полным информационно-рекомендательным документом по АИС является «Руководство МАМС по АИС» (IALA Guidelines on AIS), первая редакция которого подготовлена в 2001 г. В качестве фрагмента данного «Руководства» подготовлено «Руководство по использованию АИС в качестве средства Служб движения судов» (IALA Guidelines on AIS as VTS Tool). Кроме того, МАМС разработаны и включены новые разделы по АИС в такие известные документы как «Руководство по навигационным средствам» (IALA Aids To Navigation Guide) и «Руководство по Службам движения судов» (IALA VTS Manual). Разрабатываемые в настоящее время «Разъяснения IALA к Рекомендациям ITU-R М. 1371» (IALA Clarification on Recommendation ITU-R M1371) служат комментарием и информационным приложением к соответствующему документу МСЭ/TTU. Планируется разработка «Рекомендаций МАМС по сети береговых станций АИС» (IALA Recommendation on AIS Networking), а также «Руководства по установке АИС на судах» (Shipboard Installation Manual for AIS). Резолюцией IMO A.917(22) от 29 ноября 2001 г. принято «Руководство по эксплуатации АИС на судах», в котором кратко описывается общий принцип работы АИС, содержание информации и порядок использования аппаратуры АИС судоводительским составом. Структура и взаимосвязь нормативных и информационно-рекомендательных документов по АИС показана на рис. 2.1



АИС и Глава 5 Конвенции SOLAS

Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море (SOLAS) является основополагающим документом международного морского права, устанавливающим обязательные требования к конструкции и оборудованию морских судов, к другим методам и средствам обеспечения безопасности на море. Глава 5 «Безопасность мореплавания» устанавливает требования к навигационному оборудованию морских судов, конструкции ходового мостика, а также к береговым службам и организационным мерам, обеспечивающим безопасность мореплавания.

В Правиле 1 «Применение» устанавливается, что Глава 5 распространяется на все суда, совершающие любые рейсы, если это не оговорено особо в тексте данной главы. Правило 1 устанавливает право морских Администраций государств определить, в каком объеме требования Главы 5 будут применяться к судам, эксплуатируемым исключительно во внутренних морских водах прибрежных государств. Морские Администрации государств также должны определить, в каком объеме Правила 15- 28, включая требования к установке АИС, будут применяться к следующим категориям судов:

суда валовой вместимостью менее 150, совершающие любые рейсы;

суда валовой вместимостью менее 500, не совершающие международные рейсы;

рыбопромысловые суда (предназначенные для добычи рыбы и морепродуктов).

Суда, построенные до 1 июля 2002 г., могут продолжать нести оборудование, предписанное Правилами 11, 12 и 20 прежней редакции Главы 5, за исключением требований, относящихся к приемнику ГНСС и к оборудованию .ЛИС. Требования к срокам оборудования судов АИС изложены следующим образом:

Все суда валовой вместимостью 300 и более, совершающие международные рейсы, грузовые суда валовой вместимостью 500 и более, не совершающие международные рейсы, а также пассажирские суда независимо от их размера, должны быть оборудованы АИС в следующие сроки:

суда, построенные 1 июля 2002 г. и позднее -- с даты постройки;

суда, построенные до 1 июля 2002 г. и совершающие международные рейсы:

пассажирские суда - не позднее 1 июля 2003 г.;

танкеры -- не позднее первого освидетельствования после 1 июля 2003 г.;

суда, за исключением пассажирских и танкеров:

валовой вместимостью 50000 и более -- не позднее 1 июля 2004 г.;

валовой вместимостью 300 и более, но менее 50000 -- не позднее первого освидетельствования оборудования безопасности после 1 июля 2004 г. или не позднее 31декабря 2004 г. в зависимости от того, что раньше;

c)суда, построенные до 1 июля 2002 г. и не совершающие международные рейсы --не позднее 1 июля 2008 г.

Сроки оснащения АИС указаны с учетом решения, принятого в декабре 2002 г. На 76 Сессии Комитета ИМО по безопасности на море (КБМ) об ускорении внедрения АИС, связанного с эффективностью их применения в рамках мероприятий по борьбе с терроризмом На 76 Сессии КБМ были одобрены соответствующие поправки к правилу 19 Главы 5 Конвенции COJIAC. Указанные поправки были приняты Конференцией договаривающихся Правительств стран -- участников Конвенции СОЛАС.

В соответствии с этими поправками все суда валовой вместимостью 300 и выше, совершающие международные рейсы, должны быть оборудованы АИС не позднее 31 декабря 2004 г.

По решению морской Администрации государства флага могут быть освобождены от установки АИС суда двух следующих категорий: суда, выводимые из эксплуатации в течение 2 лет после оговоренной даты установки АИС; суда местного плавания, эксплуатируемые в районах, где интенсивность судоходства не требует установки АИС, Требования Главы 5 являются минимальными, так что морские Администрации государств вправе установить более жесткие требования к установке АИС на судах под их юрисдикцией, как по срокам, так и по категориям судов.

Таким образом, оснащенность судов АИС, особенно в период внедрения, в значительной степени зависит от технической политики национальных морских Администраций. Морские Администрации ряда государств уже пришли к мнению, что из судов, прямо не попадающих под требования Правила 19, целесообразно в минимальные сроки оборудовать АИС лоцманские суда, портовые буксиры, бункеровщики - то есть те виды вспомогательных судов, которые активно взаимодействуют с транспортными судами, подлежащими оборудованию АИС. Еще одним видом судов, для которых решение национальных морских Администраций о первоочередной установке АИС не вызывает сомнений, являются пассажирские суда и паромы местного плавания..

В «Положении о порядке предоставления изъятий и эквивалентных замен из требований Главы 5 Конвенции SOLAS» предусмотрено только одно основание для предоставления изъятий в отношении АИС - вывод судна из эксплуатации в течение двух лет после предписанных сроков установки АИС.

«Руководством по применению Правил 15-28 новой Главы 5 Конвенции SOLAS к рыболовным судам России» от 25 марта 2002 г. установлено, что все рыбопромысловые суда валовой вместимостью 500 и более, совершающие международные рейсы и эксплуатируемые в неограниченных районах плавания, должны быть оборудованы АИС в сроки от 1 июля 2002 г. (для новостроящихся судов) до 1 июля 2007 г. (для ранее построенных судов валовой вместимостью 500 и более).

Таким образом, оснащенность судов АИС, особенно в период внедрения, в значительной степени зависит от технической политики национальных морских Администраций. Морские Администрации ряда государств уже пришли к мнению, что из судов, прямо не попадающих под требования Правила 19, целесообразно в минимальные сроки оборудовать АИС лоцманские суда, портовые буксиры и бункеровщики, ледоколы, - то есть те виды вспомогательных судов, которые активно взаимодействуют с транспортными судами, подлежащими оборудованию АИС. Еще одним видом судов, для которых решение национальных морских Администраций о первоочередной установке АИС не вызывает сомнений, являются пассажирские суда и паромы местного плавания.

Категории судов, на которых следует ожидать установку оборудования АИС согласно требованиям и рекомендациям Главы 5 Конвенции SOLAS, представлены на рис. 2.2.



При внедрении АИС на судах следует принимать во внимание требования Правила 19 к навигационному оборудованию, сопрягаемому с АИС. Приемник ГНСС (или наземной радионавигационной системы), обеспечивающий в любое время в течение предполагаемого рейса автоматическое определение координат судна, является обязательным для установки на всех судах независимо от размера. Таким образом, обеспечивается ввод координат судна в АИС от датчика местоположения, используемого в судовождении. При выходе из строя основного приемника ГНСС (внешнего по отношению к АИС) АИС переключается на работу от внутреннего приемника ГНСС, данные которого могут использоваться в судовождении. Суда валовой вместимостью более 300, а также все пассажирские суда, независимо от размера, должны оборудоваться РЛС. При этом на судах от 300 до 500 РЛС должны дополняться средством электронной прокладки для оценки опасности столкновения, а яа судах от 500 до 3000 - средством автоматического сопровождения радиолокационных целей. Суда более 3000 должны оснащаться второй РЛС и вторым средством автоматического сопровождения. Суда более 10000 должны оборудоваться полнофункциональными средствами автоматической радиолокационной прокладки (САРП). Существенно обновлены и технические требования к радиолокационному оборудованию, предусматривающие, в частности, стандартный обмен информацией с другими навигационными приборами. Практически все радиолокационные индикаторы нового поколения автоматизированы, имеют встроенные микропроцессоры и способны отображать дополнительную навигационную информацию, включая данные АИС. Таким образом, индикаторы новых РЛС с функциями автоматической радиолокационной прокладки могут служить наиболее эффективным средством для отображения информации АИС. Однако в настоящее время значительная часть действующих судов оборудована РЛС старых типов, не способных принимать и отображать информацию АИС. Поэтому, для таких судов приемлемым может оказаться комплексное решение одновременная установка АИС и модернизация радиолокационного оборудования.

Возможным средством для отображения информации .АИС являются электронные картографические системы (ЭКС). Однако здесь имеются две проблемы. Первая проблема заключается в том, чтс эффективное и безопасное применение АИС возможно только при одновременном отображении информации от РЛС/САРП и АИС. Вторая проблема состоит в том, что ЭКС является довольно дорогостоящим средством и не входит в состав обязательного навигационного оборудования, предусмотренного Главой 5 Конвенции SOLAS.

Гирокомпас, как обязательное навигационное оборудование, устанавливается на судах валовой вместимостью более 500. На судах меньшей вместимости обязательным является магнитный компас, причем на судах более 300 предусматривается устройство для передачи магнитного курса в РЛС (со средством электронной прокладки) и в аппаратуру АИС. Следовательно, при установке АИС на судах валовой вместимостью менее 300 может не выполняться требование о вводе и передаче информации о курсе. Датчики угловой скорости обязательны для установки на судах валовой вместимостью более 50000.При отсутствии таких датчиков на судах меньшей вместимости АИС может вырабатывать и передавать информацию об изменении курса по данным гирокомпаса.

3. Информационно - технические особенности АИС

Основные компоненты, виды информации и режимы работы

АИС является информационно-технической системой, обеспечивающей автоматический обмен навигационной и иной информацией, связанной с безопасностью мореплавания, между судовыми и другими станциями АИС по специальному каналу радиосвязи. Системная структура и основные компоненты АИС представлены на рисунке 3.1.

В состав АИС входят следующие основные компоненты:

Мобильные станции (транспондеры), устанавливаемые на судах, а также на других объектах(поисково-спасательные летательные аппараты, средства навигационного оборудования СНО).

Канал связи АИС. обеспечивающий обмен информацией между мобильными и береговыми станциями АИС.

Цепь береговых станций АИС, включающая базовые станции, симплексные и дуплексные репитеры.

Информационная сеть АИС, связывающая базовые станции АИС с береговыми службами.

*Оборудование АИС, устанавливаемое в береговых службах (СУДС, системы судовых сообщений, береговая охрана, портовый контроль, МСКЦ, гидрографическая служба и другие).



Цепь станций АИС. информационная сеть и оборудование, устанавливаемое в береговых службах, объединяются понятием береговой сегмент АИС (см. п. 3.4). Мобильные судовые станции АИС сопрягаются с навигационным приемником ГНСС/ДГНСС, гирокомпасом, датчиком угловой скорости, другими источниками информации, а также с одним или с несколькими навигационными дисплеями, где отображается информация АИС (РЛС/САРП, электронная картографическая система или навигационный комплекс). Кроме того, АИС активно взаимодействует с системами радионавигации и связи, такими как ГНСС (GPS/ГЛОНАСС), дифференциальные опорные станции и радиомаяки ДГНСС, система морской спутниковой связи Инмарсат-С. Первостепенное значение в АИС имеет информация, передаваемая и принимаемая судовой аппаратурой, которая подразделяется на следующие виды:

статическая (идентификаторы, тип. длина и ширина судна, положение антенны ГНСС, высота над уровнем киля);

рейсовая (осадка, наличие опасного груза, порт назначения, ЕТА, план перехода, количество людей на борту);

*динамическая (координаты судна, признак точности и время определения координат; вектор путевой скорости, курс, статус судна; угловая скорость).

Содержание статической, рейсовой и динамической информации приведено в таблице 3.1.



Первая строка таблицы 3.2 учитывает практический факт, что приемник ГНСС для судна, стоящего у причала или на якоре, может вырабатывать вектор движения со скоростью до 1 -2 узлов. Вторая строка предусмотрена для случаев, когда судно снялось с якоря или отошло от причала, но при этом навигационный статус (судно на якоре) не был изменен судоводителями. Для мобильных судовых станций класса В и прочих станций АИС интервалы передачи информации приведены в таблице 3.3.

Особенность передачи информации судовыми станциями -класса В состоит также в том, что с интервалом 6 минут одновременно со статической и рейсовой информацией передается и динамическая информация в составе так называемого «расширенного позиционного сообщения» (Приложение 1). Особенности судовых станций классов А и В подробнее рассматриваются в параграфе 3.3. Кроме регулярно передаваемой статической, рейсовой и динамической информации, в АИС предусмотрены эпизодические (нерегулярные) информационные сообщения, передаваемые по мере возникновения необходимости: текстовые сообщения, связанные с безопасностью мореплавания и бинарные сообщения, служащие для передачи дополнительной информации.

Передача текстовых сообщений, связанных с безопасностью мореплавания, осуществляется в случаях, предусмотренных Правилом 31 Главы 5 Конвенции SOLAS. Текстовые сообщения передаются циркулярным (всем станциям) или адресным (станции с указанным MMSI) методом. В последнем случае требуется подтверждение получения сообщения. Текстовые сообщения, связанные с безопасностью мореплавания, составляются в свободной форме и имеют длину до 161 символа (до 966 бит полезной информации), что требует для их передачи от 1 до 5 слотов.

Бинарные (двоичные) сообщения для передачи дополнительной информации, также как и текстовые сообщения, связанные с безопасностью, передаются циркулярным или адресным методом. В последнем случае от станции - получателя требуется передача подтверждающих сообщений. Главное отличие бинарных сообщений состоит в том, что их перечень и формат строго стандартизованы, а подготовка автоматизирована На международной основе определено и зарезервировано на будущее 64 типа бинарных сообщений (International Function Messages - IFM). Бинарные сообщения занимают от 1 до 5 слотов и подразделяются на следующие группы:

*сообщения общего назначения;

Особенность передачи информации судовыми станциями класса В состоит также в том, что с интервалом 6 минут одновременно со статической и рейсовой информацией передается и динамическая информация в составе так называемого «расширенного позиционного сообщения» (Приложение 1). Особенности судовых станций классов А и В подробнее рассматриваются в параграфе 3.3.

Кроме регулярно передаваемой статической, рейсовой и динамической информации, в АИС предусмотрены эпизодические (нерегулярные) информационные сообщения, передаваемые по мере возникновения необходимости: текстовые сообщения, связанные с безопасностью мореплавания и бинарные сообщения, служащие для передачи дополнительной информации. Передача текстовых сообщений, связанных с безопасностью мореплавания, осуществляется в случаях, предусмотренных Правилом 31 Главы 5 Конвенции SOLAS. Текстовые сообщения передаются циркулярным (всем станциям) или адресным (станции с указанным MMSI) методом. В последнем случае требуется подтверждение получения сообщения Текстовые сообщения, связанные с безопасностью мореплавания, составляются в свободной форме и имеют длину до 161 символа (до 966 бит полезной информации), что требует для их передачи от 1 до 5 слотов.

Бинарные (двоичные) сообщения для передачи дополнительной информации, так- же как и текстовые сообщения, связанные с безопасностью, передаются циркулярным или адресным методом. В последнем случае от станции - получателя требуется передача подтверждающих сообщений. Главное отличие бинарных сообщений состоит в том, что их перечень и формат строго стандартизованы, а подготовка автоматизирована. На международной основе определено и зарезервировано на будущее 64 типа бинарных сообщений (International Function Messages - IFM) Бинарные сообщения занимают от 1 до 5 слотов и подразделяются на следующие группы:

сообщения общего назначения;

сообщения, связанные с деятельностью СУДС;

сообщения, связанные с работой СНО;

сообщения, связанные с поисково-спасательными операциями.

К сообщениям общего назначения относятся так называемые «текстовые телеграммы», а также стандартные запросы на получение дополнительной информации и соответствующие ответы. Из бинарных сообщений, связанных с деятельностью СУДС, наибольший интерес представляет сообщение, используемое для циркулярной передачи Центром СУДС информации о судах, не оборудованных АИС, но сопровождаемых береговыми РЛС в составе СУДС. Такое сообщение содержит данные по нескольким (от 1 до 7) судам, включающие:

идентификатор судна (MMSI, IMO номер, или позывной сигнал);

координаты (широта и долгота):

вектор путевой скорости (курс и скорость относительно грунта - COG/SOG),

время, прошедшее с момента определения координат судна.

Другой тип сообщений, связанных с деятельностью СУДС, используется для передачи информации о путевых точках или маршруте движения судна. Такая информация может передаваться судном в адрес Центра СУДС в качестве плана перехода, если таковой предусмотрен правилами плавания в районе действия СУДС или системы судовых сообщений. Аналогично, Центр СУДС может передать на судно предлагаемый план перехода В одном таком сообщении может быть передана информация о маршруте, включающем до 14 путевых точек.

Используя бинарные сообщения, СУДС может запросить от судовой станции данные о высоте судовых конструкций (мачт) над уровнем киля, что очень важно при прохождении судна под мостами или линиями электропередачи. При организации спасательных операций МСКЦ может аналогичным образом запросить у судовой станции количество людей на борту судна. Процедуры обмена информацией по каналу АИС жестко регламентированы в Рекомендациях ITU-R М. 1371-1. Для передачи и приема информации станциями АИС любого вида предусмотрено 22 возможных сообщения. Для передачи информации станции АИС используют три основные режима работы:

1.Автономный (независимый) режим работы является основным, используется как в открытом море, так и «по умолчанию» в прибрежных районах. Передача динамической информации судовыми станциями осуществляется с интервалом, указанным в таблицах 3.2 и3.3.

Назначенный (зависимый) режим работы используется в прибрежных районах под управлением базовых станций, которые могут назначить для мобильных станций интервал передачи и номера используемых слотов. Например, для судна, заходящего в гавань со скоростью 8 узлов, по инициативе Центра СУДС устанавливается интервал передачи динамической информации 3 с взамен стандартного интервала 10с. Однако, мобильные станции должны игнорировать назначения интервала передачи, превышающие его стандартное значение.

Запросный режим работы используется в комбинации с автономным или назначенным. В этом режиме сообщение мобильной станции формируется и передается в ответ на запрос базовой или другой мобильной станции. Запросный режим работы может использоваться, например, для получения от судовой станции внеочередного сообщения со статической и рейсовой информацией.

Канал связи АИС

Канал связи АИС организуется в диапазоне ОВЧ/VHF (УКВ) морской подвижной радиослужбы (частота 156,25 - 162,25 МГц, средняя длина волны 1,8 м). Канал связи АИС, включающий передающее устройство, среду распространения радиоволн и приемное устройство, в нормативных документах получил условное название VDL (VHF Data Link -канал передачи данных). В канале связи АИС используется частотная модуляция с Гауссовской минимизацией сдвига (FM/GMSK - Frequency Modulation/Gaussian Minimum Shift Keying). В упрощенном представлении это означает, что на время передачи одного бита информации излучаемая частота несколько понижается, если передается «нуль», или несколько повышается, если передается «единица». Кодировка передаваемых символов (букв, цифр и других знаков, из которых формируется сообщение) осуществляется по шести битовому коду AS СП, в котором каждый из 64 возможных символов кодируется последовательной серией из шести «нулей» и «единиц». Радиоволны в канале связи АИС практически распространяются в пределах видимого горизонта с учетом высоты установки передающей и приемной антенн. Так, в открытом море для двух судов с высотами установки антенн до 20 м дальность действия АИС составляет 20 миль. Дальность действия береговой (базовой) станции АИС с высотой установки антенны 100 м при высоте установки судовых антенн до 20 м лежит в пределах 30 миль. В прибрежных районах радиоволны АИС распространяются не только прямолинейно, но и с учетом эффектов огибания небольших препятствий и отражений от береговых массивов Потому, работа АИС возможна при отсутствии прямой видимости между приемной и передающей антеннами, например, в архипелагах, извилистых проливах, фиорда или на реках

В целях обеспечения унификации и стандартизации АИС в Международном Регламенте Радиосвязи закреплено для использования в целях АИС два канала: AIS-1 (87В 161,975 МГц) и AIS-2 (88В - 162,025 МГц), которые должны использоваться повсеместно, за исключением регионов с особым частотным регулированием. В ряде регионов (стран) каналы 87В и 88В традиционно используются другими радиослужбами и их освобождение для работы АИС практически невозможно. В подобных регионах предусматривается использование для работы АИС иных частот (региональных каналов АИС), выделенных для этой цели национальными или международными органами в области радиосвязи. Например, в США для целей АИС выделены канал 88В (международный канал AIS-2) и канал 87А (региональный канал с частотой 157,375 МГц в отличие от международного канала 87В с частотой 162,025 МГц). Региональные каналы АИС могут выделяться с разносом частот между соседними каналами 25 кГц и 12,5 кГц. Соответственно, каналы с разносом частот 12,5 кГц должны иметь более узкую полосу пропускания, которая определяет скорость передачи данных. Отсюда вытекает необходимость иметь в аппаратуре АИС приемники и передатчик с переключением рабочих частот и обеспечить стандартизованные способы управления частотными каналами АИС с переходом от международных к региональным и обратно.

При входе в регион с особыми каналами, судовая станция АИС должна переключиться на региональные каналы, а при выходе из такого региона - на международные каналы или на каналы смежного региона. В целях исключения потери информации при пересечении границ регионов, предусмотрены так называемые транзитные зоны, примыкающие с обеих сторон к границам регионов. При работе в транзитных зонах станция АИС передает поочередно на каналах, принадлежащим разным регионам, одновременно и параллельно принимая информацию на этих каналах.

Управление каналами АИС обеспечивается тремя способами: передачей береговыми станциями АИС специального сообщения, командой с цифровым избирательным вызовом (ЦИВ), передаваемой базовыми станциями морского района А1 ГМССБ, и ручным переключением в судовой аппаратуре. Очевидно, что региональные каналы должны быть внесены в память судовой аппаратуры. Правительства государств, вводящих региональные частоты АИС, должны предоставить соответствующую информацию в ЕМО и в МСЭ/ITU до 1 апреля 2002 г.

Работа каждой станции АИС (мобильной или базовой) жестко синхронизирована по всемирному координированному времени (UTC) с погрешностью не более 10 мкс от встроенного приемника ГНСС (синхронизация АИС, используемых в Российской Федерации, осуществляется по сигналам встроенного комбинированного приемника ГНСС ГЛОНАСС/GPS) В случае отказа встроенного приемника ГНСС используются резервные варианты синхронизации по сигналам других станций АИС, обычно - базовых. Для передачи информации используются непрерывно повторяющиеся кадры длительностью 1 минута, которые разбиваются на 2250 слотов (временных интервалов) длительностью по 26,67 мс.

Судовая аппаратура

Мобильные станции АИС в зависимости от назначения и места установки подразделяется на следующие виды:

судовые станции класса А;

судовые станции класса В,

портативные (носимые) станции, используемые лоцманами на борту судна;

станции, устанавливаемые на средствах навигационного оборудования (СНО).

станции, устанавливаемые на воздушных судах, участвующих в поисково-спасательных операциях.

Судовые станции класса А полностью соответствуют международным требованиям и стандартам и устанавливаются на судах согласно требований Главы 5 Конвенции SOLAS. Структурная схема судовой станции класса А приведена на рис. 3.4. В состав судовой станции (транспондера) АИС класса А входят: - два приемника каналов AIS-1 и AIS-2, обеспечивающие переключение на региональные каналы (частоты); - передатчик, переключаемый на каналы AIS-1 и AIS-2 и на региональные каналы;



Рис. 3.4 Структура судовой станции класса А

приемник с цифровым избирательным вызовом (канал 70);

антенный переключатель (АЛ);

антенна ОВЧ (УКВ);

антенна ГНСС (ДГНСС),

встроенный приемник ГНСС (ДГНСС);

декодеры (декодирующие устройства) сигналов ПИВ и TDMA;

кодеры (кодирующие устройства) сигналов ЦИВ и TDMA;-микропроцессорный контроллер, управляющий работой аппаратуры;

минимальный дисплей и клавиатура;

встроенное устройство интегрального контроля работоспособности (ВОТ - Built In IntegrityTest);

блок питания.

Для сопряжения оборудования АИС с судовыми навигационными приборами (датчиками и дисплеями) предусмотрены следующие порты:

порт 1 - для подключения к судовому (внешнему) навигационному приемнику ГНСС или ДГНСС (или наземных радионавигационных систем);

порт 2 - для подключения к гирокомпасу;

порт 3 - для подключения к датчику угловой скорости;

порты 4 и 6 - для подключения к судовому навигационному дисплею(РЛС/САРП, ЭКС или интегрированная навигационная система);

порт 5 - для подключения вспомогательного оборудования или портативного лоцманского прибора;

порт 8 - для подключения к терминалу Инмарсат - С;

порт 9 - для ввода поправок ДГНСС во внутренний приемник от внешнего источника, а также для вывода поправок ДГНСС, принятых по каналу связи АИС, на внешний навигационный приемник;

порт 10 -- для подключения к системе тревожной сигнализации на мостике.

Порты 6 и 9 являются необязательными и могут отсутствовать в отдельных видах судовой аппаратуры. Порты 1-8 должны соответствовать требованиям Стандарта МЭКЛЕС 61162 к интерфейсам обмена информацией. Минимальный (текстовый) дисплей и клавиатура обеспечивают возможность ввода в аппаратуру АИС статической и рейсовой информации, а также ввода и отображения текстовых сообщений, связанных с безопасностью мореплавания.

Конструктивно минимальный дисплей и клавиатура объединяются с основным прибором АИС, либо выполняются в виде отдельного малогабаритного прибора. Минимальный дисплей должен отображать данные не менее, чем по трем судам, включая пеленг, дальность и название судна-цели. Другие данные о судне могут быть отображены с помощью горизонтальной «прокрутки» текста. При этом данные о пеленге и дальности сохраняются на экране. Путем вертикальной «прокрутки» можно отобразить данные о других судах-целях.

При сопряжении аппаратуры АИС с судовым навигационным дисплеем все функции ввода и отображения информации реализуются на сопрягаемом дисплее. Устройство контроля работоспособности обеспечивает обнаружение ошибок в передаваемой информации и в принимаемых данных. Если данные какого-либо датчика (например, гирокомпаса) не поступают в аппаратуру АИС, то выдается сигнал «нет данных». При неисправности оборудования АИС выдается тревожный сигнал и прекращается передача данных.

Встроенный приемник ГНСС или ДГНСС обеспечивает временную синхронизацию аппаратуры АИС и является резервным источником информации о местоположении судна. Основным источником информации о местоположении судна в АИС является внешний судовой приемник ГНСС или ДГНСС, используемый в навигационных целях и сопрягаемый с АИС. Дифференциальные поправки, передаваемые береговыми опорными станциями ДГНСС в радиомаячном диапазоне, могут транслироваться от внешнего приемника ДГНСС во внутренний приемник ГНСС. Дифференциальные поправки могут также передаваться по каналу связи АИС, приниматься судовой аппаратурой АИС и транслироваться во внутренний и внешний приемники ГНСС.

При передаче информации о местоположении судовая станция АИС автоматически выбирает доступный источник информации с высшим приоритетом (таблица 3.4).

Судовые станции класса В представляют собой упрощенную аппаратуру, устанавливаемая на прогулочных, спортивных и других судах, не попадающих под требования Конвенции SOLAS, например, на речных судах, выходящих в прибрежные морские воды. Использование мобильных станций класса В на соответствующих судах позволяет уменьшить загруженность канала связи АИС, а также затраты судовладельцев на оборудование судов. Основными отличиями судовых станций класса В являются:

меньшая частота передачи динамической информации (период от 30 до 5 секунд);

использование стандартных сообщений, отличающихся по формату от сообщений станций класса А (см. Приложение 1);

использование внутреннего приемника ГНСС, как в целях АИС, так и в навигационных целях;

*возможное отсутствие части режимов работы и функций (режим дальней связи через Инмарсат-С, режим управления частотными каналами, назначенный режим работы и другие).

Береговой сегмент

Полная реализация всех функциональных возможностей АИС возможна только при развертывании в районах интенсивного судоходства берегового сегмента АИС, в состав которого входят.

цепь береговых станций АИС, включающая базовые станции, симплексные и дуплексные репитеры;

сеть передачи данных АИС (AIS Network), связывающая базовые станции и береговые службы;

оборудование, установленное в береговых службах в целях отображения информации АИС, а также формирования сообщений, передаваемых через базовые станции и канал связи АИС.В отдельных регионах береговой сегмент АИС может выполнять различные функции - от пассивного режима работы (только получение информации от судов) до выполнения в полном объеме всех следующих функций:

получение береговыми службами информации о судах, их местоположении и движении;

*двусторонний обмен береговых служб с судами навигационной и иной информацией, связанной с безопасностью мореплавания;

*передача на суда поправок ДГНСС по каналу связи АИС;

*передача на суда информации о местоположении и движении судов, не оборудованных АИС и сопровождаемых РЛС в составе СУДС;

*контроль за местоположением и состоянием плавучих средств навигационного оборудования (СНО);

*управление режимами работы мобильных судовых станций (назначение региональных частотных каналов АИС, интервала передачи сообщений и слотов для их передачи)

*обеспечение резервной временной синхронизация судовых станций.

Цепь береговых станций проектируется таким образом, чтобы обеспечить максимальное покрытие прибрежных морских вод, акваторий портов и подходов к ним рабочими зонами. В частном случае, цепь береговых станций может состоять из одной базовой станции, устанавливаемой в небольшом порту, расположенном на малоосвоенном побережье с низкой интенсивностью судоходства. В большинстве случаев цепь береговых станций состоит из нескольких базовых станций и репитеров, перекрывающих рабочими зонами участок побережья протяженностью 60 - 300 и более миль.

Радиус действия береговых станций (в режиме «судно-берег») при высоте установки антенн от 100 до 250 м составляет 30-45 миль и значительно превышает радиус действия судовых станций (в режиме «судно-судно»). Следовательно, в радиусе действия береговой станции могут оказаться суда (или группы судов), которые не имеют «радиоконтакта» друг с другом и выбирают для передачи своих сообщений те же самые слоты. Кроме того, в районах интенсивного судоходства при перегрузке канала связи АИС (см. п. 3.2) судовые станции часть своих сообщений передают в слотах, где также передают сообщения наиболее удаленные судовые станции. В этом случае береговая станция будет принимать наложенные друг на друга сообщения и часть информации от судов будет потеряна.

Чем больше радиус действия базовой станции и выше интенсивность судоходства, тем больше вероятность такой ситуации. Для предотвращения потери информации береговыми службами в районах интенсивного судоходства цепь береговых станций конфигурируется с использованием следующих мер или их комбинаций:

радиус действия береговых станций ограничивается путем установки антенн на сравнительно небольшой высоте;

береговые станции располагаются со значительным (до 50%) перекрытием зон действия с соответствующим увеличением числа станций;

участки акватории с наиболее интенсивным судоходством одновременно перекрываются рабочими зонами 2-3 береговых станций;

на части береговых станций применяют направленные антенны, обеспечивающие работу станций в заданном секторе,

на одном объекте устанавливают две базовые станции, работающие в смежных секторах;

используется комбинация из увеличенного числа станций, работающих только на прием (с небольшим радиусом действия или в заданном секторе) и меньшего числа станций с увеличенным радиусом действия, работающих на передачу.

Важной функцией базовой станции является передача дифференциальных поправок ГНСС через канал АИС. Необходимость данной функции объясняется сильным влиянием атмосферных и промышленных помех на длинноволновый диапазон, в котором работают радиомаяки ДГНСС (средняя длина волны 1000 м, частота 300 КГц). Особенно сильно это влияние на акваториях портов при крупных городах, где также возможны эффекты экранирования поля радиомаяка береговыми сооружениями или рядом находящимися судами. В результате, судовая станция может «терять» принимаемый сигнал радиомаяка ДГНСС, что приводит к мгновенному смещению на 15 - 30 метров символа АИС этого судна, наблюдаемого на экранах других судов или береговых служб. В подобных случаях базовые станции и канал связи АИС могут служить резервным средством обеспечения судов дифференциальными поправками ГНСС.