Système d’identification automatique

Le système d’identification automatique ( AIS ) est un système de suivi automatique qui utilise des émetteurs-récepteurs à bord des navires et qui est utilisé par les services de trafic maritime (VTS). Lorsque des satellites sont utilisés pour recevoir des signatures AIS, le terme Satellite-AIS (S-AIS) est utilisé. Les informations AIS complètent le radar marin , qui continue d’être la principale méthode d’évitement des collisions pour le transport par eau. ^{[ citation nécessaire ]} Bien que techniquement et opérationnellement distinct, le système ADS-B est analogue à l’AIS et remplit une fonction similaire pour les aéronefs.

Un spécialiste des opérations de la Garde côtière américaine utilisant l’AIS et le radar pour gérer le trafic des navires. Un système équipé d’AIS à bord d’un navire présente le relèvement et la distance des navires à proximité dans un format d’affichage de type radar. Affichage graphique des données AIS à bord d’un navire.

Les informations fournies par l’équipement AIS, telles que l’identification unique, la position , le cap et la vitesse, peuvent être affichées sur un écran ou un système d’affichage et d’information sur les cartes électroniques (ECDIS). L’AIS est destiné à assister les officiers de quart d’un navire et à permettre aux autorités maritimes de suivre et de surveiller les mouvements des navires. L’ AIS intègre un émetteur-récepteur VHF standardisé avec un système de positionnement tel qu’un récepteur Global Positioning System , avec d’autres capteurs de navigation électroniques, tels qu’un gyrocompas ou un indicateur de taux de giration. Les navires équipés d’émetteurs-récepteurs AIS peuvent être suivis par des stations de base AIS situées le long des côtes ou, lorsqu’ils sont hors de portée des réseaux terrestres, par un nombre croissant de satellites équipés de récepteurs AIS spéciaux capables de déconflicter un grand nombre de signatures.

La Convention internationale pour la sauvegarde de la vie humaine en mer de l’ Organisation maritime internationale exige que l’AIS soit installé à bord des navires de voyage internationaux d’une jauge brute (GT) de 300 ou plus et de tous les navires à passagers, quelle que soit leur taille. ^[1] Pour diverses raisons, les navires peuvent éteindre leurs émetteurs-récepteurs AIS. ^[2]

Affichage et utilisation des données AIS

L’AIS est principalement destiné à permettre aux navires de visualiser le trafic maritime dans leur zone et d’être vus par ce trafic. Cela nécessite un émetteur-récepteur VHF AIS dédié qui permet de visualiser le trafic local sur un traceur de cartes ou un écran d’ordinateur compatible AIS tout en transmettant des informations sur le navire lui-même à d’autres récepteurs AIS. Les autorités portuaires ou d’autres installations à terre peuvent être équipées uniquement de récepteurs, afin qu’elles puissent visualiser le trafic local sans avoir besoin de transmettre leur propre position. Tout le trafic équipé d’émetteurs-récepteurs AIS peut être visualisé de cette manière de manière très fiable, mais est limité à la plage VHF , environ 10 à 20 milles marins.

Si un traceur de cartes approprié n’est pas disponible, les signaux de l’émetteur-récepteur AIS local peuvent être visualisés via un ordinateur à l’aide de l’une des nombreuses applications informatiques telles que ShipPlotter, Gnuais ou OpenCPN. Ceux -ci démodulent le signal d’un radiotéléphone VHF marin modifié réglé sur les fréquences AIS et le convertissent en un format numérique que l’ordinateur peut lire et afficher sur un moniteur ; ces données pourront alors être partagées via un réseau local ou étendu via les protocoles TCP ou UDP mais seront toujours limitées à la portée collective des récepteurs radio utilisés dans le réseau. ^[3]Étant donné que les applications de surveillance AIS par ordinateur et les émetteurs-récepteurs radio VHF normaux ne possèdent pas d’émetteurs-récepteurs AIS, ils peuvent être utilisés par des installations à terre qui n’ont pas besoin de transmettre ou comme alternative peu coûteuse à un appareil AIS dédié pour les petits navires pour voir le trafic local mais, bien sûr, l’utilisateur restera invisible par le reste du trafic sur le réseau.

Une utilisation secondaire, non planifiée et émergente des données AIS consiste à les rendre visibles publiquement, sur Internet, sans avoir besoin d’un récepteur AIS. Les données mondiales des émetteurs-récepteurs AIS collectées à la fois par satellite et par les stations terrestres connectées à Internet sont agrégées et mises à disposition sur Internet par l’intermédiaire d’un certain nombre de fournisseurs de services. Les données agrégées de cette manière peuvent être visualisées sur n’importe quel appareil compatible Internet pour fournir des données de position quasi mondiales en temps réel depuis n’importe où dans le monde. Les données typiques incluent le nom du navire, les détails, l’emplacement, la vitesse et le cap sur une carte, sont consultables, ont une portée mondiale potentiellement illimitée et l’historique est archivé. La plupart de ces données sont gratuites, mais les données satellitaires et les services spéciaux tels que la recherche dans les archives sont généralement fournis moyennant un coût. Les données sont une vue en lecture seule et les utilisateurs ne seront pas vus sur le réseau AIS lui-même. Les récepteurs AIS terrestres contribuant à Internet sont principalement gérés par un grand nombre de bénévoles.^[4] Les applications mobiles AIS sont également facilement disponibles pour une utilisation avec les appareils Android, Windows et iOS. Voir les liens externes ci-dessous pour une liste des fournisseurs de services AIS basés sur Internet. Les propriétaires de navires et les répartiteurs de fret utilisent ces services pour trouver et suivre les navires et leurs cargaisons tandis que les passionnés de marine peuvent ajouter à leurs collections de photographies. ^[5]

Historique de déploiement

Au niveau le plus simple, l’AIS fonctionne entre des paires d’émetteurs-récepteurs radio, dont l’un est toujours sur un navire. L’autre peut être sur un navire, à terre (terrestre) ou sur un satellite. Respectivement, ceux-ci représentent le fonctionnement de navire à navire, de navire à terre et de navire à satellite et suivent dans cet ordre.

Émetteurs-récepteurs AIS embarqués

L’accord SOLAS de l’OMI de 2002 comprenait un mandat qui exigeait que la plupart des navires de plus de 300 GT effectuant des voyages internationaux soient équipés d’un émetteur-récepteur AIS de classe A. Il s’agissait du premier mandat d’utilisation d’équipements AIS et concernait environ 100 000 navires.

En 2006, le comité des normes AIS a publié la spécification de l’émetteur-récepteur AIS de classe B, conçue pour permettre un appareil AIS plus simple et moins coûteux. Des émetteurs-récepteurs de classe B à faible coût sont devenus disponibles la même année, déclenchant l’adoption de mandats par de nombreux pays et rendant commercialement viable l’installation à grande échelle d’appareils AIS sur des navires de toutes tailles. ^{[ citation nécessaire ]}

Depuis 2006, les comités de normalisation technique AIS ont continué à faire évoluer la norme AIS et les types de produits pour couvrir un large éventail d’applications, du plus grand navire aux petits navires de pêche et canots de sauvetage. En parallèle, les gouvernements et les autorités ont lancé des projets pour équiper différentes classes de navires d’un appareil AIS afin d’améliorer la sûreté et la sécurité. La plupart des mandats sont axés sur les navires commerciaux, les navires de plaisance choisissant sélectivement de s’adapter. En 2010, la plupart des navires commerciaux opérant sur les voies navigables européennes devaient être équipés d’une classe A certifiée pour les voies navigables intérieures, tous les bateaux de pêche de l’UE de plus de 15 m devront avoir une classe A d’ici mai 2014, ^[6]et les É. nécessaire de le faire dans un proche avenir et même des projets plus importants à l’étude. ^{[ citation nécessaire ]} 1

AIS terrestre (T-AIS)

L’AIS a été développé dans les années 1990 en tant que réseau d’identification et de suivi à haute intensité et à courte portée. Les émetteurs- récepteurs AIS embarqués et terrestres ont une portée horizontale très variable, mais généralement jusqu’à environ 74 kilomètres (46 mi). Les limites approximatives de propagation en visibilité directe signifient que l’AIS terrestre (T-AIS) est perdu au-delà des eaux côtières. ^[7] Outre les émetteurs-récepteurs exploités par les autorités portuaires et maritimes, il existe également un vaste réseau d’émetteurs-récepteurs privés.

AIS par satellite (S-AIS)

Dans les années 1990, l’AIS n’était pas censé être détectable depuis l’espace. Néanmoins, depuis 2005, diverses entités ont expérimenté la détection des transmissions AIS à l’aide de récepteurs satellitaires et, depuis 2008, des sociétés telles que exactEarth , ORBCOMM , Spacequest , Spire ainsi que des programmes gouvernementaux ont déployé des récepteurs AIS sur des satellites. L’ accès multiple par répartition dans le temps(TDMA) Le schéma d’accès radio utilisé par le système AIS crée des problèmes techniques importants pour la réception fiable des messages AIS de tous les types d’émetteurs-récepteurs : Classe A, Classe B, Identifiant, AtoN et SART. Cependant, l’industrie cherche à résoudre ces problèmes grâce au développement de nouvelles technologies et, au cours des prochaines années, la restriction actuelle des systèmes AIS par satellite aux messages de classe A devrait s’améliorer considérablement avec l’ajout de messages de classe B et d’identifiant.

Le défi fondamental pour les opérateurs de satellites AIS est la capacité de recevoir simultanément un très grand nombre de messages AIS à partir de la large empreinte de réception d’un satellite. Il existe un problème inhérent à la norme AIS ; le schéma d’accès radio TDMA défini dans la norme AIS crée 4 500 créneaux horaires disponibles par minute, mais cela peut être facilement dépassé par les grandes empreintes de réception satellite et le nombre croissant d’émetteurs-récepteurs AIS, entraînant des collisions de messages, que le récepteur satellite ne peut pas traiter . Des entreprises telles que exactEarth développent de nouvelles technologies telles que ABSEA, qui seront intégrées dans des émetteurs-récepteurs terrestres et satellitaires, qui aideront à la détection fiable des messages de classe B depuis l’espace sans affecter les performances de l’AIS terrestre.

L’ajout de messages de classe A et B par satellite pourrait permettre une couverture AIS véritablement mondiale mais, comme les limitations TDMA par satellite ne correspondront jamais aux performances de réception du réseau terrestre, les satellites augmenteront plutôt que de remplacer le système terrestre.

L’AIS a une transmission verticale (qu’horizontale) beaucoup plus longue – jusqu’à l’orbite de 400 km de la Station spatiale internationale (ISS).

Vidéo de la NASA démontrant les avantages du programme satellite norvégien AIS, illustrée par l’émetteur-récepteur AIS à bord de la Station spatiale internationale .

En novembre 2009, la mission de navette spatiale STS-129 a attaché deux antennes – une antenne VHF AIS et une antenne radio amateur – au module Columbus de l’ISS. Les deux antennes ont été construites en coopération entre l’ESA et l’ équipe ARISS (Amateur Radio on ISS). À partir de mai 2010, l’ Agence spatiale européenne teste un récepteur AIS de Kongsberg Seatex (Norvège) dans un consortium dirigé par le Norwegian Defence Research Establishment dans le cadre d’une démonstration technologique pour la surveillance spatiale des navires. Il s’agit d’un premier pas vers un service de surveillance AIS par satellite. ^[8]

En 2009, ORBCOMM a lancé des satellites compatibles AIS en conjonction avec un contrat de la Garde côtière américaine pour démontrer la capacité de collecter des messages AIS depuis l’espace. En 2009, Luxspace , une société basée au Luxembourg , a lancé le satellite RUBIN-9.1 (AIS Pathfinder 2). Le satellite est exploité en coopération avec SES et REDU Space Services. ^[9] Fin 2011 et début 2012, ORBCOMM et Luxspace ont lancé les microsatellites Vesselsat AIS, l’un en orbite équatoriale et l’autre en orbite polaire ( VesselSat-2 et VesselSat-1 ).

En 2007, les États-Unis ont testé le suivi AIS spatial avec le satellite TacSat-2 . Cependant, les signaux reçus étaient corrompus en raison de la réception simultanée de nombreux signaux provenant de l’empreinte du satellite. ^[dix]

En juillet 2009, SpaceQuest a lancé AprizeSat -3 et AprizeSat-4 avec des récepteurs AIS. ^[11] Ces récepteurs ont réussi à recevoir les balises de test SART de la Garde côtière américaine au large d’Hawaï en 2010. ^[12] En juillet 2010, SpaceQuest et exactEarth of Canada ont annoncé un accord selon lequel les données d’AprizeSat-3 et AprizeSat-4 seraient intégré au système exactEarth et mis à disposition dans le monde entier dans le cadre de leur service exactAIS(TM).

Le 12 juillet 2010, le satellite norvégien AISSat-1 a été lancé avec succès en orbite polaire. L’objectif du satellite est d’améliorer la surveillance des activités maritimes dans le Grand Nord . AISSat-1 est un nano-satellite, mesurant seulement 20 × 20 × 20 cm, avec un récepteur AIS fabriqué par Kongsberg Seatex. Il pèse 6 kg et a la forme d’un cube. ^{[13] [14]}

Le 20 avril 2011, l’Organisation indienne de recherche spatiale a lancé Resourcesat-2 contenant une charge utile S-AIS pour surveiller le trafic maritime dans la zone de recherche et de sauvetage (SAR) de l’océan Indien. Les données AIS sont traitées au National Remote Sensing Center et archivées au Indian Space Science Data Center .

Le 25 février 2013, après un retard de lancement d’un an, l’Université d’Aalborg a lancé AAUSAT3 . Il s’agit d’un cubesat 1U, pesant 800 grammes, développé uniquement par des étudiants du Département des systèmes électroniques. Il transporte deux récepteurs AIS – un récepteur traditionnel et un récepteur SDR . Le projet a été proposé et parrainé par l’ Administration danoise de la sécurité maritime . Il a été un énorme succès et a téléchargé au cours des 100 premiers jours plus de 800 000 messages AIS et plusieurs échantillons bruts de 1 MHz de signaux radio. Il reçoit les deux canaux AIS simultanément et a reçu des messages de classe A ainsi que de classe B. Le coût, lancement compris, était inférieur à 200 000 €.

Le réseau de satellites AIS d’exactEarth basé au Canada offre une couverture mondiale à l’aide de 8 satellites. Entre janvier 2017 et janvier 2019, ce réseau a été considérablement étendu grâce à un partenariat avec L3Harris Corporation avec 58 charges utiles hébergées sur la constellation Iridium NEXT . ^[15] De plus, exactEarth est impliqué dans le développement de la technologie ABSEA qui permettra à son réseau de détecter de manière fiable une forte proportion de messages de type classe B, ainsi que de classe A.

ORBCOMM exploite un réseau mondial de satellites qui comprend 18 satellites compatibles AIS. Les satellites OG2 d’ORBCOMM ( ORBCOMM Génération 2 ) sont équipés d’une charge utile de système d’identification automatique (AIS) pour recevoir et signaler les transmissions des navires équipés d’AIS pour le suivi des navires et d’autres efforts de navigation et de sécurité maritimes, et les télécharger sur les seize stations terrestres existantes d’ORBCOMM autour du globe. ^[16]

En juillet 2014, ORBCOMM a lancé les 6 premiers satellites OG2 à bord d’une fusée SpaceX Falcon 9 depuis Cap Canaveral, en Floride. Chaque satellite OG2 transporte une charge utile de récepteur AIS. Les 6 satellites OG2 ont été déployés avec succès en orbite et ont commencé à envoyer la télémétrie à ORBCOMM peu après le lancement. En décembre 2015, la société a lancé 11 satellites OG2 supplémentaires compatibles AIS à bord de la fusée SpaceX Falcon 9. Ce lancement dédié a marqué la deuxième et dernière mission OG2 d’ORBCOMM pour compléter sa constellation de satellites de nouvelle génération. ^[16] Par rapport à ses satellites OG1 actuels, les satellites OG2 d’ORBCOMM sont conçus pour une livraison de messages plus rapide, des messages de plus grande taille et une meilleure couverture à des latitudes plus élevées, tout en augmentant la capacité du réseau. ^[16]

En août 2017, Spire Global Inc. a publié une API qui fournit des données S-AIS améliorées avec l’apprentissage automatique (Vessels et Predict) soutenu par sa constellation de plus de 40 nano-satellites. ^[17]

Corrélation des sources de données

La corrélation des images optiques et radar avec les signatures S-AIS permet à l’utilisateur final d’identifier rapidement tous les types de navires. Une grande force du S-AIS est la facilité avec laquelle il peut être corrélé avec des informations supplémentaires provenant d’autres sources telles que le radar, l’optique, l’ESM et d’autres outils liés au SAR tels que GMDSS SARSAT et AMVER . Le radar satellitaire et d’autres sources peuvent contribuer à la surveillance maritime en détectant tous les navires dans des zones maritimes d’intérêt spécifiques, un attribut particulièrement utile lorsqu’on essaie de coordonner un effort de sauvetage à longue portée ou lorsqu’on traite des problèmes VTS.

Applications

L’affichage AIS en texte seul d’un navire, répertoriant la portée, les relèvements et les noms des navires à proximité

L’objectif initial de l’AIS était uniquement d’éviter les collisions, mais de nombreuses autres applications ont depuis été développées et continuent d’être développées. AIS est actuellement utilisé pour :

Évitement de collision L’AIS a été développé par les comités techniques de l’OMI en tant que technologie permettant d’éviter les collisions entre les grands navires en mer qui ne se trouvent pas à portée des systèmes basés à terre. La technologie identifie chaque navire individuellement, ainsi que sa position et ses mouvements spécifiques, permettant de créer une image virtuelle en temps réel. Les normes AIS incluent une variété de calculs automatiques basés sur ces rapports de position tels que le point d’approche le plus proche (CPA) et les alarmes de collision. Comme l’AIS n’est pas utilisé par tous les navires, l’AIS est généralement utilisé en conjonction avec le radar. Lorsqu’un navire navigue en mer, les informations sur le mouvement et l’identité des autres navires à proximité sont essentielles pour que les navigateurs puissent prendre des décisions afin d’éviter les collisions avec d’autres navires et les dangers ( haut- fondou rochers). L’observation visuelle (par exemple, sans aide, jumelles et vision nocturne ), les échanges audio (par exemple, sifflet, klaxons et radio VHF) et le radar ou l’aide au pointage radar automatique sont historiquement utilisés à cette fin. Ces mécanismes préventifs échouent parfois en raison de retards, de limites radar, d’erreurs de calcul et de dysfonctionnements de l’affichage, et peuvent entraîner une collision. Alors que les exigences de l’AIS sont de n’afficher que des informations textuelles très basiques, les données obtenues peuvent être intégrées à une carte électronique graphique ou à un affichage radar, fournissant des informations de navigation consolidées sur un seul affichage. Surveillance et contrôle de la flotte de pêche L’AIS est largement utilisé par les autorités nationales pour suivre et surveiller les activités de leurs flottes de pêche nationales. L’AIS permet aux autorités de surveiller de manière fiable et rentable les activités des navires de pêche le long de leur côte, généralement jusqu’à une distance de 100 km (60 mi), en fonction de l’emplacement et de la qualité des récepteurs/stations de base côtiers avec des données supplémentaires provenant de réseaux satellitaires. Sécurité maritime L’AIS permet aux autorités d’identifier des navires spécifiques et leur activité à l’intérieur ou à proximité de la Zone économique exclusive d’un pays . Lorsque les données AIS sont fusionnées avec les systèmes radar existants, les autorités sont en mesure de différencier plus facilement les navires. Les données AIS peuvent être traitées automatiquement pour créer des modèles d’activité normalisés pour les navires individuels, qui, en cas de violation, créent une alerte, mettant ainsi en évidence les menaces potentielles pour une utilisation plus efficace des actifs de sécurité. L’AIS améliore la connaissance du domaine maritime et permet une sécurité et un contrôle accrus. De plus, l’AIS peut être appliqué aux systèmes fluviaux d’eau douce et aux lacs . Aides à la navigation La norme de produit des aides à la navigation (AtoN) AIS a été développée avec la capacité de diffuser les positions et les noms d’objets autres que les navires, tels que les positions des aides à la navigation et des marqueurs et des données dynamiques reflétant l’environnement du marqueur (par exemple, les courants et les conditions climatiques). Ces aides peuvent être situées à terre, comme dans un phare , ou sur l’eau, des plates-formes ou des bouées . La Garde côtière américaine a suggéré que l’AIS pourrait remplacer les racon (balises radar) actuellement utilisées pour les aides électroniques à la navigation. ^[18]Les AtoN permettent aux autorités de surveiller à distance l’état d’une bouée, comme l’état de la lanterne, ainsi que de transmettre des données en direct à partir de capteurs (tels que la météo et l’état de la mer) situés sur la bouée vers les navires équipés d’émetteurs-récepteurs AIS ou les autorités locales . Un AtoN diffusera sa position et son identité ainsi que toutes les autres informations. La norme AtoN permet également la transmission de positions “ Virtual AtoN ” dans lesquelles un seul appareil peut transmettre des messages avec une position “ fausse ” de sorte qu’un marqueur AtoN apparaît sur les cartes électroniques, bien qu’un AtoN physique puisse ne pas être présent à cet endroit. Chercher et sauver Pour coordonner les ressources sur place d’une opération de recherche et de sauvetage (SAR) en mer, il est impératif de disposer de données sur la position et l’état de navigation des autres navires à proximité. Dans de tels cas, l’AIS peut fournir des informations supplémentaires et améliorer la connaissance des ressources disponibles, même si la portée de l’AIS est limitée à la portée radio VHF. La norme AIS envisageait également l’utilisation possible sur les aéronefs SAR et incluait un message (message AIS 9) permettant aux aéronefs de signaler leur position. Pour aider les navires et aéronefs SAR à localiser les personnes en détresse, la spécification (IEC 61097-14 Ed 1.0) pour un émetteur SAR basé sur AIS (AIS-SART) a été développée par le groupe de travail AIS TC80 de l’IEC . AIS-SART a été ajouté à Réglementation du système mondial de sécurité en cas de détresse en mer en vigueur le 1er janvier 2010. ^[19] Les AIS-SART sont disponibles sur le marché depuis au moins 2009. ^[20] Des réglementations récentes ont rendu obligatoire l’installation de systèmes AIS sur tous les appareils Safety Of Life At Sea (SOLAS). ) navires et navires de plus de 300 tonneaux. ^[21] Investigation d’accident Les informations AIS reçues par le VTS sont importantes pour les enquêtes sur les accidents, car elles fournissent des données historiques précises sur l’heure, l’identité, la position basée sur le GPS, le cap au compas, la route au sol, la vitesse (par log/SOG) et les taux de virage, plutôt que les moins informations précises fournies par le radar. Une image plus complète des événements pourrait être obtenue par les données de l’enregistreur de données du voyage (VDR) si elles sont disponibles et conservées à bord pour les détails du mouvement du navire, la communication vocale et les images radar pendant les accidents. Cependant, les données VDR ne sont pas conservées en raison du stockage limité de douze heures par exigence de l’OMI . ^[22] Estimations des courants océaniques Des estimations des courants de surface océaniques basées sur l’analyse des données AIS sont disponibles auprès de la société française e-Odyn depuis décembre 2015. Protection des infrastructures Les informations AIS peuvent être utilisées par les propriétaires d’infrastructures de fonds marins, telles que des câbles ou des pipelines, pour surveiller les activités des navires à proximité de leurs actifs en temps quasi réel. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour déclencher des alertes afin d’informer le propriétaire et d’éviter potentiellement un incident pouvant entraîner des dommages à l’actif. Suivi de la flotte et du fret L’AIS diffusé sur Internet peut être utilisé par les gestionnaires de flottes ou de navires pour suivre l’emplacement global de leurs navires. Les répartiteurs de fret ou les propriétaires de marchandises en transit peuvent suivre la progression du fret et anticiper les heures d’arrivée au port. Statistiques et économie la Division de statistique des Nations Unies a organisé la semaine des données AIS ^[23] pour expérimenter l’analyse des données AIS et fournir des statistiques à la plate-forme mondiale des Nations Unies. Il couvrait un certain nombre d’études de cas d’utilisation par divers bureaux de statistique, et le manuel AIS ^[24] a été développé pour capturer l’expérience de cette expérimentation :

• Indicateurs économiques plus rapides : temps passé au port et trafic portuaire
• Indicateurs maritimes
• Statistiques Maritimes Officielles : Visites des ports
• Compléter les statistiques sur les voies navigables intérieures
• Cartographier les activités de pêche
• Navires en détresse
• Émissions de gaz à effet de serre des navires ( NON_X, AINSI_X, et CO₂calcul)
• Prévision immédiate des flux commerciaux en temps réel
• Statistiques expérimentales du nombre quotidien de navires
• Données en temps réel sur les marchandises sèches en vrac transportées par voie maritime

Mécanisme

Vue d’ensemble du système de la Garde côtière américaine

Aperçu de base

Les émetteurs-récepteurs AIS diffusent automatiquement des informations, telles que leur position, leur vitesse et leur état de navigation, à intervalles réguliers via un émetteur VHF intégré à l’émetteur-récepteur. Les informations proviennent des capteurs de navigation du navire, généralement son récepteur et son gyrocompas du système mondial de navigation par satellite (GNSS). D’autres informations, telles que le nom du navire et l’indicatif d’appel VHF, sont programmées lors de l’installation de l’équipement et sont également transmises régulièrement. Les signaux sont reçus par des émetteurs-récepteurs AIS installés sur d’autres navires ou sur des systèmes terrestres, tels que les systèmes VTS. Les informations reçues peuvent être affichées sur un écran ou un traceur de cartes, montrant les positions des autres navires à peu près de la même manière qu’un affichage radar. Les données sont transmises via un système de suivi qui utilise une liaison de données à accès multiple par répartition dans le temps auto-organisée (SOTDMA) conçue par l’inventeur suédois Håkan Lans .

La norme AIS comprend plusieurs sous-normes appelées “types” qui spécifient les types de produits individuels. La spécification de chaque type de produit fournit une spécification technique détaillée qui garantit l’intégrité globale du système AIS mondial au sein duquel tous les types de produits doivent fonctionner. Les principaux types de produits décrits dans les normes du système AIS sont :

Classe A Émetteur- récepteur AIS monté sur navire qui fonctionne avec SOTDMA. Destiné aux grands navires commerciaux, SOTDMA nécessite qu’un émetteur-récepteur maintienne une carte de créneaux constamment mise à jour dans sa mémoire de sorte qu’il ait une connaissance préalable des créneaux disponibles pour qu’il transmette. Les émetteurs-récepteurs SOTDMA pré-annonceront alors leur transmission, réservant effectivement leur créneau de transmission. Les transmissions SOTDMA sont donc prioritaires au sein du système AIS. Ceci est réalisé grâce à 2 récepteurs en fonctionnement continu. Les appareils de classe A doivent avoir un affichage intégré, transmettre à 12,5 W, avoir une capacité d’interface avec plusieurs systèmes de navire et offrir une sélection sophistiquée de caractéristiques et de fonctions. Le taux de transmission par défaut est toutes les quelques secondes. Les appareils conformes au type AIS Classe A reçoivent tous les types de messages AIS. ^[21] Classe B

Il existe désormais deux spécifications IMO distinctes pour les émetteurs-récepteurs de classe B (destinés aux marchés commerciaux et de loisirs plus légers): un système d’accès multiple par répartition dans le temps à détection de porteuse (CSTDMA) et un système qui utilise SOTDMA (comme dans la classe A).

Dans le système original basé sur CSTDMA, défini dans l’UIT M.1371-0 et maintenant appelé Classe B “CS” (ou officieusement Classe B/CS), ^[25] les émetteurs-récepteurs écoutent la carte des créneaux immédiatement avant la transmission et recherchent un slot où le « bruit » dans le slot est identique (ou similaire) au bruit de fond, indiquant ainsi que le slot n’est pas utilisé par un autre appareil AIS. La classe B “CS” transmet à 2 W et n’a pas besoin d’avoir un affichage intégré : les unités de classe B “CS” peuvent être connectées à la plupart des systèmes d’affichage où les messages reçus seront affichés dans des listes ou superposés sur des graphiques. Le taux de transmission par défaut est normalement toutes les trente secondes, mais cela peut varier en fonction de la vitesse du navire ou des instructions des stations de base. La Classe B “CS”indicateurs. Les équipements de classe B “CS” reçoivent tous les types de messages AIS.

Le nouveau système SOTDMA Classe B “SO”, ^[26] parfois appelé Classe B/SO ou Classe B+, ^{[27] [28]} exploite le même algorithme de recherche de créneaux horaires que la Classe A, et a la même priorité de transmission que la Classe A émetteurs, aidant à garantir qu’il sera toujours en mesure de transmettre. La technologie de classe B “SO” modifiera également son taux de transmission en fonction de la vitesse du navire, jusqu’à toutes les cinq secondes sur 23 nœuds, au lieu du taux constant de toutes les trente secondes en classe B “CS”. ^[29] Enfin la Classe B « SO » diffusera également à une puissance de 5 W au lieu des 2 W précédents de la Classe B « CS ». ^{[27] [30]}

Station de base Émetteur-récepteur AIS basé à terre (émission et réception) qui fonctionne à l’aide de SOTDMA. Les stations de base ont un ensemble complexe de caractéristiques et de fonctions qui, dans la norme AIS, sont capables de contrôler le système AIS et tous les appareils qui y fonctionnent. Possibilité d’interroger des émetteurs-récepteurs individuels pour des rapports d’état et/ou de transmettre des changements de fréquence. Aides à la navigation (AtoN) Émetteur-récepteur à terre ou sur bouée (émission et réception) qui fonctionne à l’aide de l’accès multiple par répartition dans le temps à accès fixe (FATDMA). Conçu pour collecter et transmettre des données relatives aux conditions maritimes et météorologiques ainsi que pour relayer les messages AIS afin d’étendre la couverture du réseau. Émetteur-récepteur de recherche et de sauvetage (SART) Appareil AIS spécialisé créé comme une balise de détresse d’urgence qui fonctionne à l’aide d’un accès multiple par répartition dans le temps de pré-annonce (PATDMA), ou parfois appelé «SOTDMA modifié». L’appareil sélectionne au hasard un créneau à transmettre et transmettra une rafale de huit messages par minute pour maximiser la probabilité d’une transmission réussie. Un SART est nécessaire pour transmettre jusqu’à un maximum de cinq miles et transmet un format de message spécial reconnu par d’autres appareils AIS. L’appareil est conçu pour une utilisation périodique et uniquement en cas d’urgence en raison de son fonctionnement de type PATDMA qui exerce une contrainte sur la carte des fentes. Émetteurs-récepteurs AIS spécialisés Bien qu’il existe des spécifications AIS publiées par l’OMI/CEI, un certain nombre d’autorités ont autorisé et encouragé le développement d’appareils AIS hybrides. Ces appareils cherchent à maintenir l’intégrité de la structure et de la conception de transmission AIS de base pour assurer la fiabilité opérationnelle, mais à ajouter une gamme de caractéristiques et de fonctions supplémentaires pour répondre à leurs besoins spécifiques. L’émetteur-récepteur AIS “Identifier” est l’un de ces produits où la technologie de base CSTDMA de classe B est conçue pour garantir que l’appareil transmet en totale conformité avec les spécifications de l’OMI, mais un certain nombre de modifications ont été apportées pour lui permettre d’être alimenté par batterie, à faible coût et plus facile à installer et à déployer en grand nombre. De tels dispositifs n’auront pas de certification internationale par rapport à une spécification de l’OMI car ils seront conformes à une partie de la spécification pertinente. En règle générale, les autorités procèdent à leur propre évaluation technique détaillée et testent pour s’assurer que le fonctionnement de base de l’appareil ne nuit pas au système AIS international.

Les récepteurs AIS ne sont pas spécifiés dans les normes AIS, car ils ne transmettent pas. La principale menace à l’intégrité de tout système AIS sont les transmissions AIS non conformes, d’où des spécifications minutieuses de tous les appareils AIS émetteurs. Cependant, il est bon de noter que les émetteurs-récepteurs AIS transmettent tous sur plusieurs canaux, comme l’exigent les normes AIS. En tant que tels, les récepteurs à canal unique ou multiplexés ne recevront pas tous les messages AIS. Seuls les récepteurs à double canal recevront tous les messages AIS.

Essais de type et approbation

L’AIS est une technologie qui a été développée sous les auspices de l’OMI par ses comités techniques. Les comités techniques ont élaboré et publié une série de spécifications de produits AIS. Chaque spécification définit un produit AIS spécifique qui a été soigneusement créé pour fonctionner de manière précise avec tous les autres appareils AIS définis, garantissant ainsi l’interopérabilité du système AIS dans le monde entier. Le maintien de l’intégrité des spécifications est jugé essentiel pour les performances du système AIS et la sécurité des navires et des autorités utilisant la technologie. En tant que tels, la plupart des pays exigent que les produits AIS soient testés et certifiés de manière indépendante pour se conformer à une spécification publiée spécifique. Les produits qui n’ont pas été testés et certifiés par une autorité compétente, peut ne pas être conforme à la spécification publiée AIS requise et peut donc ne pas fonctionner comme prévu sur le terrain. Les certifications les plus largement reconnues et acceptées sont la directive R&TTE, la directive américaineFederal Communications Commission , et Industry Canada , qui exigent tous une vérification indépendante par une agence de test qualifiée et indépendante.

Types de messages

Il existe 27 types différents de messages de niveau supérieur définis dans l’UIT M.1371-5 (sur une possibilité de 64) qui peuvent être envoyés par les émetteurs-récepteurs AIS. ^{[31] [32]}

Les messages AIS 6, 8, 25 et 26 fournissent des “messages spécifiques à l’application” (ASM), qui permettent aux “autorités compétentes” de définir des sous-types de messages AIS supplémentaires. Il existe à la fois des variantes “adressées” (ABM) et “diffusion” (BBM) du message. Les messages adressés, bien qu’ils contiennent une MMSI de destination , ne sont pas privés et peuvent être décodés par n’importe quel destinataire.

L’une des premières utilisations des ASM a été l’ utilisation par la Voie maritime du Saint-Laurent des messages binaires AIS (type de message 8) pour fournir des informations sur les niveaux d’eau, les écluses et les conditions météorologiques. Le canal de Panama utilise des messages AIS de type 8 pour fournir des informations sur la pluie le long du canal et le vent dans les écluses. En 2010, l’ Organisation maritime internationale a publié la circulaire 289 qui définit la prochaine itération des ASM pour les messages de type 6 et 8. ^[33] Alexander, Schwehr et Zetterberg ont proposé que la communauté des autorités compétentes travaille ensemble pour maintenir un registre régional de ces messages et de leurs lieux d’utilisation. ^[34] L’ Association internationale des aides à la navigation maritime et des autorités des phares(IALA-AISM) a maintenant établi un processus de collecte de messages régionaux spécifiques à l’application. ^[35]

Description détaillée : Parts de catégorie A

Chaque émetteur-récepteur AIS se compose d’un émetteur VHF, de deux récepteurs VHF TDMA , d’un récepteur d’appel sélectif numérique VHF (DSC) et de liaisons avec les systèmes d’affichage et de capteurs de bord via des communications électroniques marines standard (telles que NMEA 0183 , également connu sous le nom de CEI 61162). La synchronisation est essentielle à la bonne synchronisation et au mappage des créneaux (planification de la transmission) pour une unité de classe A. Par conséquent, chaque unité doit disposer d’une base de temps interne, synchronisée avec un récepteur de système mondial de navigation par satellite (par exemple GPS ). ^[36] Ce récepteur interne peut également être utilisé pour les informations de position. Cependant, la position est généralement fournie par un récepteur externe tel que le GPS ,LORAN-C ou un système de navigation inertielle et le récepteur interne ne sont utilisés que comme sauvegarde pour les informations de position. Les autres informations diffusées par l’AIS, si elles sont disponibles, sont obtenues électroniquement à partir de l’équipement de bord via des connexions de données marines standard. Les informations sur le cap, la position (latitude et longitude), la “vitesse fond” et la vitesse de giration sont normalement fournies par tous les navires équipés de l’AIS. D’autres informations, telles que la destination et l’ ETA peuvent également être fournies.

Un émetteur-récepteur AIS fonctionne normalement en mode autonome et continu, qu’il fonctionne en haute mer ou dans des zones côtières ou intérieures. Les émetteurs-récepteurs AIS utilisent deux fréquences différentes, les canaux maritimes VHF 87B (161,975 MHz) et 88B (162,025 MHz), et utilisent une modulation à décalage minimum gaussien (GMSK) de 9,6 kbit/s sur des canaux de 25 kHz à l’aide du contrôle de liaison de données de haut niveauprotocole de paquets (HDLC). Bien qu’un seul canal radio soit nécessaire, chaque station transmet et reçoit sur deux canaux radio pour éviter les problèmes d’interférence et pour permettre le changement de canaux sans perte de communication des autres navires. Le système permet une résolution automatique des conflits entre lui-même et les autres stations, et l’intégrité des communications est maintenue même en cas de surcharge.

Afin de garantir que les transmissions VHF de différents émetteurs-récepteurs ne se produisent pas en même temps, les signaux sont multiplexés dans le temps à l’aide d’une technologie appelée accès multiple par répartition dans le temps auto-organisé (SOTDMA). La conception de cette technologie est brevetée, ^[37] et la question de savoir si ce brevet a été abandonné pour une utilisation par les navires SOLAS est un sujet de débat entre les fabricants de systèmes AIS et le titulaire du brevet, Håkan Lans . De plus, l’ Office des brevets et des marques des États-Unis (USPTO) a annulé toutes les revendications du brevet original le 30 mars 2010. ^[38]

Afin d’utiliser au mieux la bande passante disponible, les navires ancrés ou se déplaçant lentement transmettent moins fréquemment que ceux qui se déplacent plus rapidement ou qui manœuvrent. Le taux de mise à jour varie de 3 minutes pour les navires ancrés ou amarrés, à 2 secondes pour les navires rapides ou en manœuvre, ce dernier étant similaire à celui du radar marin conventionnel.

Chaque station AIS détermine son propre programme de transmission (créneau), en fonction de l’historique du trafic de liaison de données et d’une prise de conscience des actions futures probables par d’autres stations. Un rapport de position d’une station s’inscrit dans l’un des 2 250 créneaux horaires établis toutes les 60 secondes sur chaque fréquence. Les stations AIS se synchronisent en permanence les unes avec les autres, pour éviter le chevauchement des transmissions de créneaux. La sélection des créneaux par une station AIS est randomisée dans un intervalle défini et étiquetée avec un délai d’attente aléatoire compris entre 4 et 8 minutes. Lorsqu’une station change d’attribution de créneau, elle annonce à la fois le nouvel emplacement et le délai d’attente pour cet emplacement. De cette façon, les nouvelles stations, y compris les stations qui viennent soudainement à portée radio à proximité d’autres navires, seront toujours reçues par ces navires.

La capacité de notification des navires requise selon la norme de performance de l’OMI est d’au moins 2 000 créneaux horaires par minute, bien que le système fournisse 4 500 créneaux horaires par minute. Le mode de diffusion SOTDMA permet au système d’être surchargé de 400 à 500% grâce au partage de créneaux, et fournit toujours un débit de près de 100% pour les navires à moins de 8 à 10 milles marins les uns des autres en mode navire à navire. En cas de surcharge du système, seules les cibles les plus éloignées feront l’objet d’un décrochage, afin de privilégier les cibles les plus proches, qui préoccupent davantage les exploitants de navires. En pratique, la capacité du système est quasiment illimitée, permettant d’accueillir un grand nombre de navires en même temps.

La plage de couverture du système est similaire à celle des autres applications VHF. La portée de toute radio VHF est déterminée par plusieurs facteurs, les principaux facteurs étant : la hauteur et la qualité de l’antenne d’émission et la hauteur et la qualité de l’antenne de réception. Sa propagation est meilleure que celle du radar, en raison de la longueur d’onde plus longue, il est donc possible d’atteindre autour des virages et derrière les îles si les masses terrestres ne sont pas trop élevées. La distance d’anticipation en mer est nominalement de 20 milles marins (37 km). Avec l’aide de stations répéteurs, la couverture des stations de navire et VTS peut être considérablement améliorée.

Le système est rétrocompatible avec les systèmes d’appel sélectif numérique, permettant aux systèmes GMDSS basés à terre d’établir à moindre coût des canaux de fonctionnement AIS et d’identifier et de suivre les navires équipés d’AIS, et est destiné à remplacer entièrement les systèmes émetteurs-récepteurs basés sur ASN existants. ^{[ citation nécessaire ]}

Des systèmes de réseau AIS basés à terre sont en train d’être mis en place dans le monde entier. L’un des plus grands systèmes en temps réel entièrement opérationnels avec une capacité de routage complète se trouve en Chine. Ce système a été construit entre 2003 et 2007 et a été livré par Saab TranspondereTech. ^{[ citation nécessaire ]} L’ensemble du littoral chinois est couvert d’environ 250 stations de base dans des configurations de secours, dont 70 serveurs informatiques dans trois régions principales. Des centaines d’utilisateurs à terre, dont environ 25 services de trafic maritime(VTS), sont connectés au réseau et sont capables de voir l’image maritime, et peuvent également communiquer avec chaque navire à l’aide de SRM (Safety Related Messages). Toutes les données sont en temps réel. Le système a été conçu pour améliorer la sûreté et la sécurité des navires et des installations portuaires. Il est également conçu selon une architecture SOA avec connexion basée sur socket et utilisant le protocole normalisé IEC AIS jusqu’aux utilisateurs VTS. Les stations de base ont des unités de secours (CEI 62320-1) et le réseau est la solution de réseau de troisième génération.

Début 2007, une nouvelle norme mondiale pour les stations de base AIS a été approuvée, la norme CEI 62320-1. L’ancienne recommandation de l’AISM et la nouvelle norme CEI 62320-1 sont incompatibles dans certaines fonctions et, par conséquent, les solutions réseau associées doivent être mises à niveau. Cela n’affectera pas les utilisateurs, mais les constructeurs de systèmes doivent mettre à niveau le logiciel pour s’adapter à la nouvelle norme. Une norme pour les stations de base AIS est attendue depuis longtemps. Actuellement, des réseaux ad-hoc existent avec des mobiles de classe A. Les stations de base peuvent contrôler le trafic des messages AIS dans une région, ce qui, espérons-le, réduira le nombre de collisions de paquets.

Informations diffusées

Un émetteur-récepteur AIS envoie les données suivantes toutes les 2 à 10 secondes en fonction de la vitesse d’un navire en route, et toutes les 3 minutes lorsqu’un navire est au mouillage :

• Vessel Maritime Mobile Service Identity (MMSI) : numéro d’identification unique à neuf chiffres.
• Statut de navigation : par exemple, « au mouillage », « en route avec moteur(s) », « non commandé », etc.
• Taux de virage : droite ou gauche, de 0 à 720 degrés par minute
• Vitesse au sol : résolution de 0,1 nœud (0,19 km/h) de 0 à 102 nœuds (189 km/h)
• Résolution positionnelle :
  • Longitude : jusqu’à 0,000 1 minute d’ arc
  • Latitude : jusqu’à 0,000 1 minute d’ arc
• Cap sur le fond : par rapport au vrai nord à 0,1°
• Cap vrai : 0 à 359° (par exemple à partir d’un compas gyroscopique )
• Relèvement vrai à sa propre position : 0 à 359°
• Secondes UTC : Le champ des secondes de l’heure UTC lorsque ces données ont été générées. Un horodatage complet n’est pas présent.

De plus, les données suivantes sont diffusées toutes les 6 minutes :

• Numéro d’ identification OMI du navire : un numéro à sept chiffres qui reste inchangé lors du transfert de l’immatriculation du navire vers un autre pays
• Indicatif d’appel radio : indicatif d’appel radio international, jusqu’à 7 caractères, attribué au navire par son pays d’immatriculation
• Nom : 20 caractères pour représenter le nom du navire
• Type de navire/cargaison
• Dimensions du navire, au mètre près
• Emplacement de l’antenne du système de positionnement (par exemple, GPS) à bord du navire : en mètres à l’arrière de la proue et en mètres à bâbord ou à tribord
• Type de système de positionnement : tel que GPS , DGPS ou LORAN-C .
• Tirant d’eau du navire : 0,1 à 25,5 mètres
• Destination : max. 20 caractères
• ETA (heure d’arrivée estimée) à destination : UTC mois/date heure:minute
• Facultatif : demande d’heure de haute précision, un navire peut demander à d’autres navires de fournir une heure et un horodatage UTC de haute précision

Description détaillée : Parts de catégorie B

Les émetteurs-récepteurs de classe B sont plus petits, plus simples et moins chers que les émetteurs-récepteurs de classe A. Chacun se compose d’un émetteur VHF, de deux récepteurs VHF Carrier Sense Time Division Multiple Access (CSTDMA), tous deux alternant comme récepteur VHF Digital Selective Calling (DSC), et d’une antenne GPS active. Bien que le format de sortie des données prenne en charge les informations de cap, en général les unités ne sont pas interfacées avec un compas, de sorte que ces données sont rarement transmises. La sortie est le flux de données AIS standard à 38 400 kbit/s, aux formats RS232 et/ou NMEA. Pour éviter une surcharge de la bande passante disponible, la puissance de transmission est limitée à 2 W, ce qui donne une portée d’environ 5 à 10 mi.

Quatre messages sont définis pour les unités de classe B :

Message 14 Message relatif à la sécurité : Ce message est transmis à la demande de l’utilisateur – certains émetteurs-récepteurs ont un bouton qui permet de l’envoyer, ou il peut être envoyé via l’interface du logiciel. Il envoie un message de sécurité prédéfini. Message 18 Rapport de position CS de classe B standard : ce message est envoyé toutes les 3 minutes lorsque la vitesse sur le fond (SOG) est inférieure à 2 nœuds, ou toutes les 30 secondes pour les vitesses supérieures. MMSI, heure, SOG, COG, longitude, latitude, cap vrai Message 19 Rapport de position d’équipement de classe B étendu : ce message a été conçu pour le protocole SOTDMA et est trop long pour être transmis en tant que CSTDMA. Cependant, une station côtière peut interroger l’émetteur-récepteur pour que ce message soit envoyé. MMSI, heure, SOG, COG, longitude, latitude, cap vrai, type de navire, dimensions. Message 24 Rapport de données statiques CS de classe B : Ce message est envoyé toutes les 6 minutes, le même intervalle de temps que pour les transpondeurs de classe A. En raison de sa longueur, ce message est divisé en deux parties, envoyées à moins d’une minute d’intervalle. Ce message a été défini après les spécifications AIS d’origine, de sorte que certaines unités de classe A peuvent nécessiter une mise à niveau du micrologiciel pour pouvoir décoder ce message. MMSI, nom du bateau, type de bateau, indicatif d’appel, dimensions et identifiant du fournisseur d’équipement.

Description détaillée : Récepteurs AIS

Un certain nombre de fabricants proposent des récepteurs AIS, conçus pour surveiller le trafic AIS. Ceux-ci peuvent avoir deux récepteurs, pour surveiller les deux fréquences simultanément, ou ils peuvent basculer entre les fréquences (manquant ainsi des messages sur l’autre canal, mais à prix réduit). En général, ils produiront des données RS232 , NMEA , USB ou UDP pour affichage sur des traceurs de cartes électroniques ou des ordinateurs. En plus des radios dédiées, des radios définies par logiciel peuvent être configurées pour recevoir le signal. ^[39]

Spécifications techniques

Caractéristiques RF

L’AIS utilise les canaux 87 et 88 de la bande marine alloués à l’échelle mondiale.

L’AIS utilise le côté haut du duplex à partir de deux “canaux” radio VHF (87B) et (88B)

• Canal A 161,975 MHz (87B)
• Canal B 162,025 MHz (88B)

Les canaux simplex 87A et 88A utilisent une fréquence inférieure de sorte qu’ils ne sont pas affectés par cette attribution et peuvent toujours être utilisés comme indiqué pour le plan de fréquence mobile maritime .

La plupart des transmissions AIS sont composées de rafales de plusieurs messages. Dans ces cas, entre les messages, l’émetteur AIS doit changer de canal.

Avant d’être transmis, les messages AIS doivent être encodés NRZI .

Les messages AIS sont transmis à l’aide de la modulation GMSK . Le produit BT du modulateur GMSK utilisé pour la transmission des données doit être de 0,4 maximum (valeur nominale la plus élevée).

Les données codées GMSK doivent moduler en fréquence l’émetteur VHF. L’indice de modulation doit être de 0,5.

Le débit binaire de transmission est de 9600 bit/s

Les récepteurs VHF ordinaires peuvent recevoir l’AIS avec le filtrage désactivé (le filtrage détruit les données GMSK). Cependant, la sortie audio de la radio devrait ensuite être décodée. Il existe plusieurs applications PC qui peuvent le faire.

Le signal peut porter un maximum sur 75 Kilomètres ^[39]

Organisation des messages

Comme il existe une multitude d’équipements automatiques transmettant des messages AIS, pour éviter les conflits, l’espace RF est organisé en trames. Chaque image dure exactement 1 minute et commence à chaque limite de minute. Chaque trame est divisée en 2250 slots. Comme la transmission peut se faire sur 2 canaux, il y a 4500 slots disponibles par minute. En fonction du type et de l’état de l’équipement et de l’état de la carte des créneaux AIS, chaque émetteur AIS enverra des messages en utilisant l’un des schémas suivants :

1. Accès multiple par répartition dans le temps incrémentiel (ITDMA)
2. Accès multiple par répartition dans le temps à accès aléatoire (RATDMA)
3. Accès multiple par répartition dans le temps à accès fixe (FATDMA)
4. Accès multiple par répartition dans le temps auto-organisé (SOTDMA)

Le schéma d’accès ITDMA permet à un appareil d’annoncer à l’avance des créneaux de transmission de caractère non répétable, les créneaux ITDMA doivent être marqués de sorte qu’ils soient réservés pour une trame supplémentaire. Cela permet à un appareil de pré-annoncer ses allocations pour un fonctionnement autonome et continu.

ITDMA est utilisé à trois reprises :

• entrée de réseau de liaison de données ;
• changements et transitions temporaires dans les intervalles de déclaration périodique ;
• annonce préalable des messages relatifs à la sécurité.

RATDMA est utilisé lorsqu’un appareil doit allouer un emplacement, qui n’a pas été pré-annoncé. Ceci est généralement fait pour le premier créneau de transmission, ou pour les messages à caractère non répétable.

FATDMA est utilisé uniquement par les stations de base. Les créneaux alloués FATDMA sont utilisés pour les messages répétitifs.

SOTDMA est utilisé par les appareils mobiles fonctionnant en mode autonome et continu. Le but du schéma d’accès est d’offrir un algorithme d’accès qui résout rapidement les conflits sans intervention des stations de contrôle.

Format des messages

Un créneau AIS dure 26,66 ms. La modulation des données est de 9600 bit/s, donc chaque slot a une capacité maximale de 256 bits. Le cadrage est dérivé de la norme HDLC , décrite dans la norme ISO/IEC 13239:2002.

Chaque slot est structuré comme tel : <8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>

• Préambule 24 bits : il s’agit d’une séquence de 0101…
• Indicateur de démarrage : 0x7e
• Charge utile de 168 bits, c’est le corps d’un message AIS. Pour les messages nécessitant plus de données, plusieurs slots (Maximum de 5) doivent être utilisés.
• 16 bits CRC-16-CCITT : polynôme 16 bits pour calculer la somme de contrôle.
• Indicateur d’arrêt : 0x7e
• Tampon 24 bits utilisé pour le bourrage de bits , la gigue de synchronisation et le retard de distance.

Exemple de signal de modulation GMSK de message AIS

Notez que le signal sur la porteuse VHF est codé NRZI et utilise le bourrage de bits pour éviter les drapeaux d’arrêt involontaires qui pourraient autrement se produire dans les données. En tant que tels, les bits bruts doivent d’abord être décodés, et les bits de bourrage supprimés, pour arriver au format de message utilisable réel décrit ci-dessus.

messages

Messages envoyés et reçus par voie hertzienne

Tous les messages AIS transmettent 3 informations de base :

1. Le numéro MMSI du navire ou de l’équipement qui détient l’émetteur (station de base, bouée, etc.)
2. L’identification du message transmis (voir tableau ci-dessous)
3. Un indicateur de répétition qui a été conçu pour être utilisé pour répéter des messages sur des obstacles par des dispositifs de relais.

Le tableau suivant donne un résumé de tous les messages AIS actuellement utilisés.

Message AIS	Usage	commentaires
Message 1, 2, 3 : Rapport de position Classe A	Rapporte les informations de navigation	Ce message transmet des informations relatives à la navigation d’un navire : Longitude et latitude, heure, cap, vitesse, état de navigation du navire (au moteur, au mouillage…)
Message 4 : Rapport de la station de base	Utilisé par les stations de base pour indiquer leur présence	Le message rapporte une position et une heure précises. Il sert de référence statique pour les autres navires
Message 5 : Données statiques et liées au voyage	Donne des informations sur un navire et son voyage	L’un des rares messages dont les données sont saisies à la main. Ces informations comprennent des données statiques telles que la longueur, la largeur et le tirant d’eau d’un navire, ainsi que la destination prévue du navire.
Message 6 : message adressé binaire	Un message point à point adressé avec une charge utile binaire non spécifiée.
Message 7 : message d’accusé de réception binaire	Envoyé pour accuser réception d’un message 6
Message 8 : message de diffusion binaire	Un message de diffusion avec une charge utile binaire non spécifiée.
Message 9 : Rapport de position standard des aéronefs de recherche et de sauvetage	Utilisé par un aéronef (hélicoptère ou avion) ​​impliqué dans une opération de recherche et de sauvetage en mer (c’est-à-dire la recherche et la récupération des survivants d’un accident en mer).	Envoie des informations sur l’emplacement (y compris l’altitude) et l’heure
Message 10 : Demande UTC/Date	Obtenir l’heure et la date d’une station de base	Demande d’informations UTC/Date d’une station de base AIS. Utilisé lorsqu’un appareil n’a pas l’heure et la date localement, généralement à partir du GPS
Message 11 : Réponse heure/date universelle coordonnée	Réponse du message 10	Identique au message 4.
Message 12 : message relatif à la sécurité adressé	Utilisé pour envoyer des messages texte à un navire spécifié	Le message texte peut être en anglais simple, en codes commerciaux ou même crypté
Message 13 : Acquittement lié à la sécurité	Réponse du message 12
Message 14 : message diffusé relatif à la sécurité	Identique au message 12, mais diffusé
Message 15 : Interrogatoire	Utilisé par une station de base pour obtenir le statut de jusqu’à 2 autres appareils AIS
Message 16 : Commande de mode affecté	Utilisé par une station de base pour gérer les créneaux AIS
Message 17 : Message binaire diffusé par le système mondial de navigation par satellite	Utilisé par une station de base pour diffuser des corrections différentielles pour le GPS
Message 18 : rapport de position d’équipement standard de classe B	Un rapport moins détaillé que les types 1-3 pour les navires utilisant des émetteurs de classe B	N’inclut pas le statut de navigation ni le taux de virage
Message 19 : rapport de position d’équipement de classe B étendu	Pour les anciens équipements de classe B	Est remplacé par le message 18
Message 20 : Message de gestion de liaison de données	Utilisé par une station de base pour gérer les créneaux AIS	Ce message est utilisé pour pré-allouer des créneaux TDMA dans un réseau de stations de base AIS
Message 21 : Rapport sur les aides à la navigation	Utilisé par un dispositif d’aide à la navigation (AtN) (bouées, phare..)	Transmet l’heure et l’emplacement précis ainsi que les caractéristiques de l’AtN
Message 22 : Gestion des canaux	Utilisé par une station de base pour gérer la liaison VHF
Message 23 : Commande d’affectation de groupe	Utilisé par une station de base pour gérer d’autres stations AIS
Message 24 : Rapport de données statiques	Équivalent d’un message de type 5 pour les navires utilisant un équipement de classe B
Message 25 : Message binaire à emplacement unique	Utilisé pour transmettre des données binaires d’un appareil à un autre
Message 26 : message binaire à plusieurs emplacements avec état des communications	Utilisé pour transmettre des données binaires d’un appareil à un autre
Message 27 : Message de diffusion du système d’identification automatique à longue portée	Ce message est utilisé pour la détection à longue distance des navires AIS de classe A et de classe B (généralement par satellite).	Identique aux messages 1, 2 et 3

Messages envoyés à d’autres équipements du navire

Les équipements AIS échangent des informations avec d’autres équipements à l’aide de phrases NMEA 0183 .

La norme NMEA 0183 utilise deux phrases principales pour les données AIS

• !AIVDM (données reçues d’autres navires)
• !AIVDO (informations sur le navire)

Message AIS typique de la norme NMEA 0183 :!AIVDM,1,1,,A,14eG;o@034o8sd<L9i:a;WF>062D,0*7D

En ordre:

!AIVDM : Le type de message NMEA, les autres messages de périphérique NMEA sont limités 1 Nombre de phrases (certains messages en nécessitent plusieurs, le maximum est généralement de 9) 1 Numéro de phrase (1 sauf s’il s’agit d’un message multi-phrases) Le blanc est l’ID de message séquentiel (pour les messages multi-phrases) A Le canal AIS (A ou B), pour les transpondeurs à double canal, il doit correspondre au canal utilisé 14eG;… Les données AIS codées, en utilisant AIS-ASCII6 0* Fin de données, nombre de bits inutilisés à la fin des données codées (0-5) Somme de contrôle NMEA 7D (norme NMEA 0183 CRC16)

Sécurité

L’AIS a été conçu comme une norme intentionnellement ouverte ^[40] et en raison de la nature non authentifiée et non cryptée de l’AIS, récemment Balduzzi, Pasta, Wilhoit et al. ont montré que l’AIS est vulnérable à différentes menaces telles que l’usurpation d’identité, le détournement et la perturbation de la disponibilité. Ces menaces affectent à la fois la mise en œuvre dans les fournisseurs en ligne et la spécification du protocole, ce qui rend les problèmes pertinents pour toutes les installations de transpondeurs (estimées à plus de 300 000). ^{[41] [42] [43] [44]}

Les sites Web de surveillance des navires accessibles au public s’appuient sur des flux de données largement non authentifiés provenant d’un réseau de récepteurs AIS exploité par des bénévoles, dont les messages peuvent être relativement facilement falsifiés en injectant des paquets AIS dans le flux de données brutes, ou en direct à l’aide d’équipements légèrement plus complexes tels que SDR . Les communications navire-navire sont cependant envoyées par des transpondeurs de classe B qui sont certifiés pour fournir uniquement la position GPS à partir du récepteur intégré, donc le contournement de ces messages nécessiterait une usurpation SDR ou GPS . ^[40]

Usurpation

Le 18 juin 2021, des récepteurs AIS à Chornomorsk , en Ukraine, ont signalé que le HMS Defender et le HNLMS Evertsen auraient navigué vers la base militaire russe de Sébastopol en Crimée annexée alors que les navires étaient amarrés en toute sécurité à Odessa , selon de nombreux flux de webcams et témoins du port en direct, ce qui impliquait que falsifié Les données AIS ont été injectées dans le système par une partie inconnue. ^[45] Quelques jours plus tard, les 22 et 23 juin, les navires ont quitté Odessa et ont effectivement navigué par la côte de Crimée, la Russie accusant la flotte de violer son territoire tandis que le commandement britannique a insisté pour que les navires naviguent dans les eaux internationales. ^[46]

En mars 2021, un incident similaire a été enregistré par les forces armées suédoises dont les navires ont été incorrectement présentés par l’AIS comme s’ils naviguaient dans les eaux russes près de Kaliningrad . ^[47]

En juillet 2021, le chercheur Bjorn Bergman a trouvé près de 100 ensembles de données AIS falsifiées entre septembre 2020 et août 2021, la quasi-totalité d’entre elles étant de faux navires de guerre de l’OTAN et européens. ^[48] ​​Il a déclaré que les données apparaissaient dans le système comme si elles avaient été reçues par des récepteurs terrestres (et non satellites), ce qui l’a amené à croire que les données n’étaient pas introduites par de fausses transmissions radio, mais plutôt injectées dans les flux de données. utilisé par les sites Web AIS. ^[48] ​​Todd Humphreys, directeur du Laboratoire de radionavigation de l’Université du Texas à Austin, a déclaré que “Bien que je ne puisse pas dire avec certitude qui fait cela, les données correspondent à un modèle de désinformation dans lequel nos amis russes ont l’habitude de se livrer”. .” ^[48]

Rechercher

Il existe de plus en plus de littérature sur les méthodes d’exploitation des données AIS pour la sécurité et l’optimisation de la navigation, à savoir l’analyse du trafic, la détection d’anomalies, l’extraction et la prédiction d’itinéraire, la détection de collision, la planification de trajectoire, le routage météorologique, l’estimation de la réfractivité atmosphérique et bien d’autres ^{[49] [50] [51] [52]}

Voir également

• ADS-B , un système conceptuellement similaire pour les aéronefs
• AIS-SART , un système de recherche et de sauvetage portable
• Système de rapport automatique de paquets
• Identification et suivi à longue distance (navires)
• NMEA 0183
• Gestion du trafic maritime
• Système d’évitement des collisions du trafic (TCAS) pour les aéronefs

Références

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Liens externes

• Ressources de cartographie des courants océaniques AIS Currents & Ocean Dynamics 2.0 par e-Odyn
• ressources de recherche AIS une liste de références
• AllAboutAIS.com une explication générale de l’AIS et des termes
• US Coast Guard une explication générale de l’AIS et des termes
• Informations VTMiS Services d’information sur les navires
• Les systèmes AIS d’aujourd’hui et lesquels choisir pour quel navire Les systèmes AIS d’aujourd’hui quels types de navires ont besoin de l’AIS et lesquels doivent être utilisés.
• AIS Data Monitor un outil gratuit pour inspecter les messages de données AIS
• VesselFinder
• Optima maritime