AIS Alusten automaattinen tunnistusjärjestelmä. Meriliikenteen ohjaus - Telematiikka Rolf Bäckström

Transkriptio

1 AIS Alusten automaattinen tunnistusjärjestelmä Meriliikenteen ohjaus - Telematiikka Rolf Bäckström

2 Kauhun hetki? On yö, huono näkyvyys ja paljon liikennettä, ahdistunut ääni VHF:ssä: Ship on my port, ship on my port, this is M/S Polar King, I now turn starboard Tutkakuvan aluksista yrität kuumeisesti päätellä: kuka kutsui, ketä hän kutsuu ja kuinka paljon hän aikoo kääntyä? Ahdistus jatkuu kunnes joku alus näyttää kääntyvän, mutta oliko se sittenkään se?

3 Mitä tarkoittaa AIS? Automatic Ship Identification System IMO:n, eli Kansainvälisen meriturvallisuusjärjestö, mukaan kaikki yli 300 brt kauppa-alukset ja kaikki matkustajaalukset on varustettava AIS-laitteella EU:n 2002/59 direktiivin mukaan kaikkien jäsenvaltioiden on valvottava meriliikennettään AIS- maa-asemaverkon avulla HELCOM on sopinut AIS-tilastotietojen keräämisestä Itämerenalueella

4 AIS - toimintaperiaate Jokainen aikahahlo vastaa 26,6 ms Lähetysjakso 1 min, jossa 2250 aikahahloa Jokainen alus lähettää sijaintisanomansa yhdessä hahlossa. Jokainen sanoma sisältää tietoja missä seuraava sanoma sijaitsee Alus A Alus B Alus C

5 AIS-skenaariot Toistinasema Toistinasema Ship Ship --Ship Ship (Törmäyksen (Törmäyksen esto) esto) Ship Ship --Shore Shore (Raportointi (Raportointi VTS:lle) VTS:lle) Korkea maaston kohta Toistinasema Shore Shore --Ship Ship (Ohjeita (Ohjeita alukselle) alukselle) VTS keskus Tukiasema

6 AIS-sanoman sisältö:itu M.1371, sanomat 1-3 Parameter No.of Description Bits MSG ID 6 Identifier for this message (1, 2 or 3) DTE 1 Data Terminal Ready (0= Available; 1= Nor Available) DATA Indicator 1 0 = No Data Available for Transmission 1 = Data Available for Transmission User ID 30 MMSI number. Unique Identification. (Unit serial number as substitute) Navigational Status 2 0 = Underway, 1 = At Anchor, 2 = Not Under Command 3 = Restricted Manoeuvrability Rate of Turn 8 ±127 degrees/min. (-128 indicates not available) external sensor SOG 10 Speed Over Ground in 1/10 knot steps ( knots) Position Accuracy 1 1 = High (<10m. Differential mode of DGNSS receiver); 0 = Low (> 10m; Autonomous mode of GNSS receiver) Longitude 28 Longitude in 1/ minute (180 degrees, East = positive, West = negative) Latitude 27 Latitude in 1/ minute (90 degrees, North = positive, South = negative) COG 12 Course Over Ground in 1/10 degree (0-3599) Heading 9 degrees (0-359) (511 indicates not available) external sensor Time stamp 6 UTC second when the report was generated (0-59, or 62 if positioning unit operating in estimated [dead reckoning] mode, or 63 if the Positioning system is inoperative, or if positioning system is in manual input mode). Spare 9 Not used Comm State 18 STDMA status Total No. of Bits 168

7 Laajennettu perussanoma no 5 Parameter No.of Description Bits MSG ID 6 Identifier for this message 5 Repeat Indicator 2 Used by the repeater to indicate how many times a message has been repeated 0= default; 3= Don t repeat anymore User ID 30 MMSI number. Unique Identification. (Unit serial number as substitute) AIS version indicator 2 0= station compliant with AIS Edition 0 1-3= Station compliant with future AIS editions 1,2 and 3 IMO Number ; 0 = not available = default Call Sign 42 7x6 bit ASCII = not available = default Name 120 Maximum 20 characters 6 bit = not available =default Type of ship and cargo type 1 0 = not available or no ship = default 1-99 = as defined in spec = preserved, for regional use = preserved, for future use Dimension/refere nce for position 30 Reference point for reported position; Also indicates the dimensions of the ship in metres Type of electronic Position Fixing Device 4 0 = Undefined (default 1 = GPS 2 = GLONASS 3 = Combined GPS/Glonass 4 = Loran C 5 = Chayka 6 = Integrated Navigation System 7 = Surveyed 8-15 = not used ETA 20 Estimated time of arrival; MMDDHHMM UTC Max Present 8 in 1/10 m, 255= draught >=25.5 m, 0= N.A.= default Static Draught Destination 120 Max 20 characters using 6 bit = N.A. Spare 1 Not used DTE 1 Data terminal ready (0=available 1=N.A. = default) Total No. of Bits 424 Occupies two slots

8 Suomen AIS maa-asemaverkko 31 AIS maa-asemaa, ml. järvialue, seuraa meriliikennettä 6 autonomista data noodia Kansallinen AISpalvelin Liitetty Helcom AIS verkkoon Maalit välitetään VTS:ään ja PortNetiin

9 AIS tärkeimmät tehtävät Tulee lisätä kaikkien liikenteen osapuolien liikennetilannetietoisuutta Tulee parantaa tilanteiden kehittymisen ennustettavuutta Tulee parantaa liikennetiedon laatua Toimii automaattisena yhteysvälineenä alus alus ja alus VTS-keskus Ei saa lisätä OOW:n työtaakka, vaan pitää vähentää

10 IMO:n AIS-vaatimukset 1 Tietoliikenne aluksesta alukseen VTS-työkalu, tietoliikenne aluksesta maihin (liikenteen ohjaus) Toimittaa merenkulkumaiden viranomaisille tietoa aluksesta ja sen lastista, ilman miehistön avustusta Priorisoi merenkulun turvallisuuteen liittyvien tietojen siirtoa

11 IMO n AIS-vaatimukset 2 Autonominen ja jatkuva toiminta Säännelty toiminta viranomaisten valvomilla alueilla (VTS, raportointi-tiheyden säätö) Kyselytoimintamuoto Tuettava useita taajuuksia Tuettava sekä kauko- että lähialueen sovelluksia WGS-84, resoluutio DDD MM.XXXXX Tuettava muitakin sensoreita

12 IMO n AIS-vaatimukset 3 Otettava vastaan dataa manuaalisesti Virheen tarkistus Automaattinen sisäinen tekninen tarkistus Ottaa vastaan ja prosessoi tietoja muilta AISosapuolilta Reagoi viipymättä priorisoituihin ja turvallisuuteen liittyviin kutsuihin

13 IMO n AIS-vaatimukset 4 Toimittaa sijainti- ja manööveritietoja niin, että tarkka seuranta on mahdollinen Kapasiteetti 2000 sanomaa/min MMSI-nro, IMO-nro, radiokutsu, nimi Pituus, leveys, alustyyppi Paikannusantennin tarkka sijainti aluksessa Syväys, vaarallisen lastin tyyppi, määräsatama, ETA

14 Dynaaminen raportointiväli Ankkurissa Aluksen status Raporttiväli 3 min 0-14 solmua 12 s 0-14 solmua, muuttaa 4 s suuntaa solmua 6 s solmua, muuttaa 2 s suuntaa > 23 solmua 3 s > 23 solmua, muuttaa suuntaa 2 s

15 IMO n AIS-vaatimukset 5 Reittisuunnitelma (optio) Aluksen paikka, varustettuna sijainnin tarkkuusmerkinnällä Kurssi, COG ja kääntymisnopeus (ROT) Nopeus, SOG Navigointistatus (esim. ankkurissa, NUC,...) Heel, pitch, roll (jos anturit ovat olemassa) Laitteessa IEC 1162 liitin, josta saa ulos tiedot mahdollista näyttölaitetta varten

16 Uusia mahdollisuuksia Valittu tekniikka antaa runsaasti aivan uusia mahdollisuuksia IMO:n vaatimukset ovat vain vähimmäisvaatimuksia Mahdollisuuksiin ei kuitenkaan kuulu suurten tietomäärien välittäminen

17 AIS - mahdollisuudet 1 Uusi teknologia välittää tunnistus-, paikka- ja liike- tietoja kaikkien liikenneosapuolten välillä Parantaa ratkaisevalla tavalla käyttäjän liikenne-tilannetietoisuutta Mahdollistaa Mobile VTS, One-man-bridge ja Shorebased Pilotage sovellukset Vähentää parhaimmillaan käyttäjän työtaakkaa ratkaisevalla tavalla

18 AIS - mahdollisuudet 2 VTS saa lennonjohdon kaltaisia mahdollisuuksia reittisuunnitelmien jako ja vaihto autom. suunnitellun ja toteutetun reitin vertailu Vähentää VTS:n tarvetta Häivyttää käyttäjän ja VTS välisen rajaviivan (kts. Mobile VTS) Antaa käyttäjille uusia mahdollisuuksia ratkaista keskinäiset liikenneongelmansa itse Raportointitahti dynaaminen

19 AIS - mahdollisuudet 3 Mahdollistaa alusten liiketietojen käyttämisen luotettavien liike-ennusteiden automaattisen tuottamisen Ilman AIS:ää varustetut alukset voidaan ottaa seurantaan ja tunnistaa VTS:ssä ja siirtää ajettavaksi ulos AIS-maaleina Black Box funktio helppo toteuttaa Monikielinen lyhytsanomapalvelu vähentää kielivaikeuksia/väärinkäsityksiä

20 AIS - mahdollisuudet 4 Voi kertoa kuka VHF:llä puhuu juuri nyt, so. korvaa VHF-suuntimot Antaa MRCC:ille aivan uudet mahdollisuuksia (ei silti korvaa GMDSS:ää): näyttää mikä on hädässä olevan aluksen tilanne näyttää missä etsintään osallistuvat alukset ovat näyttää etsintätilanteen reaaliajassa Kalastus- ja muiden rajoitusalueiden valvonta

21 AIS - mahdollisuudet 5 Paikallisten sää- ja vedenkorkeustietojen toimittaminen suoraan rannassa olevilta antureilta Virheellisten turvalaitteiden tietojen toimittaminen Sanomakuittauksien toimittaminen

22 Uusi AIS-tekniikka bittitasolla Kaikki liikenne kahdella rinnakkaisella VHFkanavalla Lähetys vuorotellen kummallakin kanavalla Modulaatio GMSK Saman kanavan häiriösuojaus -6 db Tahdistettu satelliittiaikaan - edistyksellinen aikajakotekniikka (TDMA) käytössä sanomien törmäysten välttämiseksi Siirtonopeus 9600 bit/s Joustava sanomanmuodostus Kohtuulliset kustannukset

23 AIS normaalikokoonpanossa Integroitu nav.järjest. Sulautettu prosessori DGPSvastaanotin VHFlähetin VHFvastaanotin 1 VHFvastaanotin 2 Kompassi Graafinen työasema Perus-AIS ei tee muuta kuin lähettää ja vastaanottaa tietyn muotoisia sanomia. Ilman (kartta)näyttöä se on hyödytön.

24 AIS - toimintaperiaate 2 AIS1 AIS2 1 minuutti = 2250 vastaanotto-/lähetysaikahahloa 1 aikahahlo = 26,6 ms = 256 bittiä

25 AIS toimintaperiaate 3 Lähetys Häiriötön vastaanotto Vastaanotto häiriintynyt Vastaanotto estetty AIS 1 AIS 2 AIS 3 AIS 4 AIS 5 AIS 6 AIS 7 AIS 8 AIS 9 IS 10 Aika ->

26 Järjestelmän kapasiteetti Järjestelmän todellinen kapasiteetti on noin 4400 sanomaa minuutissa Järjestelmällä on erinomainen amplitudidiskriminaatio ja pystyy helposti valitsemaan voimakkaimman aseman Maalien suuresti lisääntyessä peitto supistuu, mutta järjestelmä ei tukkeudu 20 M 10 M

27 AIS standardisointi ITU WRC 97 taajuudet: Kaksi globaalia 25 khz kanavaa VHF Maritime Mobile alueella, MHz AIS 1 AIS MHz MHz

28 Tutka vastaan AIS Tutka on aina epätarkka - AIS on tarkka Kiinteät kohteet varjostavat aina tutkamaaleja ARPA-tutkakuvan tilanne on aina 2-5 minuuttia totuutta jäljessä - AIS ssä lähes reaaliajassa

29 Yhteentörmäysmekanismeja B A B A A B A B B A B A

30

31 ARPA-tutkan ongelma Alus kääntyy Alus kääntyy Vektori vasemmalle, alkaa vektori vasemmalle, kääntyä oikeaan näyttää ylärakenne oikealle, suuntaan, mutta vektori edelleen näyttää oikealle. näyttää Alus pitkään etenee, oikealle. edelleen vektori väärin. näyttää suoraan eteenpäin. Tutkasäteet heijastuvat ylärakenteesta.

32 ARPA-tutkan ja AIS:n yhdistäminen

33 Kulkurataennusteen merkitys Sivuutuspuoli on osapuolille alkutilanteessa epäselvä Ennusteen avulla alukset hallitsevat tilanteen turvallisesti Kummatkin alukset näkevät saman kuvan Huom. Kuva on nopeutettu

34 Tehostaa VTS-toimintaa VTS-kartta

35

36 AIS-tukiaseman kokoonpano RS-485 Sulautettu prosessori VHFlähetin VHFvastaanotin 1 VHFvastaanotin 2 DGPSvastaanotin Tukiasemapalvelin AIS-tukiasemaverkko TCP/IP

37 VTS & AIS verkko Com area 1 Com area 2 VTS VTS AIS router VIS AIS router Com area 3 VTS Lähde: Navielektro Oy AIS router

38 Merenkulkulaitoksen AIS-palvelut Tilannekuvatietojen jakaminen muille Tiedotteiden jakaminen aluksille Matkustajien lukumäärätiedon kerääminen Vedenkorkeustiedon jakaminen aluksille Tuulitiedon jakaminen aluksille Tietojen kerääminen tilastotietokantaan Tilastojen tuottaminen AIS-häiriöiden jäljittäminen ja analysoiminen

39 Mitä tämä tarkoittaa käytännössä? Saamme kaikista Itämeren alueella liikkuvista aluksista melko täydelliset tiedot Suomen alueelta s ja muualta 360 s välein Voimme vastaanottaa ja lähettää osoitettuja erityissanomia AIS on monipuolinen ja tehokas viestintäalusta, silloin kun vaihdettavat sanomat ovat lyhyitä

40 Tulevaisuus AIS on uusi tehokas tietolähde meriliikenteen tilastoimiseen Uusia käyttömahdollisuuksia nousee esille jatkuvasti

41 Tilannekuvatietojen jakaminen Tilannekuvaa jaetaan VTS-asemille, GOFREPjärjestelmään, tullille, Luotsilaitokselle, Rajavartiolaitokselle ja Merivoimille Muutaman muun osapuolen kanssa on jo tehty sopimus AIS-tietojen jakamisesta Tietosuojavaltuutetun lupa on saatu ja tietojen jakaminen annettaneen ulkopuoliselle osapuolelle hoidettavaksi

42 Tiedotteiden jakaminen Lyhyitä meriturvallisuuteen liittyviä tiedotteita on mahdollista jakaa AIS-järjestelmän kautta, joko joukko- tai yksilötasolla Piirrettä on toistaiseksi käytetty varsin vähän

43 Matkustajien lukumäärän kerääminen Tämän vuoden alusta on mkl:n maa-asemien kautta mahdollista vastaanottaa matkustajien lukumääräilmoituksia Kaikilla aluksilla ei vielä ole tätä AIStoiminnallisuutta

44 Vedenkorkeus- ja tuulitiedot Vuoden alusta on otettu käyttöön palvelu, joka automaattisesti ilmoittaa aluksille niiden lähimpien mareografien ja tuulimittausasemien tiedot Tietojen oikeellisuudesta vastaa merentutkimuslaitos ja vastaavasti ilmatieteen laitos Palvelu julkistetaan virallisesti lähiviikkoina

45 Tilastotietojen kerääminen Parhaillaan on rakenteilla järeä laitostason DW-sovellus, jonne tullaan keräämään mm. kaikki AIS-, VTS-, PortNet-tiedot vuosisarjoiksi Tietokannan päälle voi standardiliityntäpinnan kautta rakentaa erilaisia tilastosovelluksia Online ja offline

46 Tilastotietojen kehittäminen Uudet mahdollisuudet ovat herättäneet suurta kiinnostusta Muutamia tilastoehdotuksia: alusten todelliset ajolinjat väylillä väylien taloudellisuuslaskelmien jälkilaskenta liikenteellisten hot spotien löytäminen ja analysoiminen, eli riskianalyysi syntyvää riskitapaustietokantaa voidaan kehittää online VTS-riskiarviointityökaluksi jään vaikutus liikenteen reitteihin ja nopeuteen alustyyppien ja lastien käyttämät reitit

47 AIS-häiriöiden jäljittäminen ja analyysi AIS-järjestelmässä esiintyy erilaisia häiriöitä, joko tahallisia tai tahattomia tiedot ovat virheellisiä tai vain päivittämättä käyttäjän laitevika tahallisia häiriöitä, kuten SPAM Häiriölähteitä on vaikea jäljittää Merenkulkulaitos on tilaamassa sovellusta, minkä avulla häiriöitä voitaisiin jäljittää ja analysoida

48 Loppupäätelmä AIS on muodostunut tärkeimmäksi alusliikennetietojen keräily- ja jakelusensoriksi Merenkulun turvallisuus lisääntyy eniten siitä, että nimenomaan aluksessa olevasta käyttäjästä tehdään AIS:n pääasiallinen hyödynsaaja

49