В. М. Кошевой, А. В. Шишкин, В. И. Купровский Система и устройства
 Скачать 0.95 Mb.
|
|
1.3. Назначение АИС АИС прежде всего предназначена для использования на судах при ре- шении задач предупреждения столкновений, а также для автоматического обмена с другими судами и компетентными береговыми службами навигаци- онной, рейсовой и другой информацией, связанной с безопасностью. В соответствии с правилом 19 СОЛАС-74 АИС должна: − автоматически предоставлять соответствующим образом оборудованным береговым станциям, другим морским и воздушным судам информацию, включая идентификацию судна, тип, координаты, курс, скорость, эксплуа- тационное состояние судна и другую связанную с безопасностью инфор- мацию; − автоматически принимать такую информацию от подобным образом обо- рудованных судов; − вести сопровождение наблюдаемых судов и − обмениваться данными с береговыми средствами. АИС должна способствовать повышению безопасности (safety) море- плавания, эффективности судовождения и эксплуатации систем регулирова- ния движением судов (СРДС), а также защите окружающей среды. Указан- ные общие задачи решаются путем использования АИС в качестве: − средства предупреждения столкновений в режиме судно-судно; − средства получения компетентными береговыми службами информации о судне и грузе; − инструмента СРДС в режиме судно-берег для управления движением су- дов; − средства мониторинга и слежения за судами, а также в операциях по поис- ку и спасению (SAR). АИС выполняет следующие функции: − автоматическую идентификацию судов (номер судна IMO, MMSI, позыв- ной и название), прием и передачу по радиоканалам АИС навигационной информации (координаты, курс, скорость, скорость поворота и т.д.), рей- совой информации (пункт назначения, ожидаемое время прибытия, тип груза) и статической информации (название и позывной судна, габариты и осадка судна, положение антенны); выдачу этих видов информации для отображения на минимальном дисплее АИС и дисплее электронных карт; − получение координат судна и параметров его движения от внешнего ис- точника (ГНСС, лага, компаса или интегрирующего устройства, например, электронной картографической системы); − определение координат судна при помощи внутреннего ГНСС приемника, в том числе с использованием дифференциального режима; − прием и выдачу статических, рейсовых данных, текстовых и двоичных со- общений на электронные карты; 12 − передачу по каналам АИС дифференциальных поправок ГНСС (функция базовой станции); − прием дифференциальных поправок ГНСС по каналу АИС и выдача их приемнику ГНСС внешнему и встроенному (функция мобильной стан- ции); − выдачу информации о состоянии АИС на пульт управления и отображе- ния и внешнее оборудование; − выдачу рассчитанных по координатам судов и собственным координатам пеленгов и дистанций до этих судов; − задание (береговыми АИС) соответствующих режимов работы судовым и береговым станциям, в том числе задание районов, частот, мощности из- лучения, слотов, периодов докладов, количество повторений докладов, а также режимов работы ретрансляторов. Включение/выключение резерв- ных береговых станций (репитеров) АИС. Следует отметить, что АИС как средство радиосвязи является также объектом в общей системе обеспечения безопасности (security) в соответст- вии с Международным кодексом по охране судов и портовых средств. Ин- формация, передаваемая по каналам АИС, может использоваться пиратскими судами и террористами, так как она передается в широковещательном режи- ме без каких-либо средств защиты информации от несанкционированного доступа. 1.4. Преимущества и ограничения АИС Совместное использование АИС на судах и в береговой инфраструкту- ре позволяет реализовать следующие преимущества в сравнении с сущест- вующими средствами навигации: − получить надежную и достоверную идентификацию судов, исключив при этом необходимость радиотелефонного обмена; − увеличить дальность обнаружения, особенно небольших целей; − автоматически получать от судна необходимые данные (координаты, ско- рость, направление движения и др.), причем с большей точностью, чем у радиолокационных станций, что позволяет уменьшить задержку в распо- знавании маневра судна; − практически свести к нулю влияние помех от морской поверхности и ат- мосферных явлений; − снять ограничения в обнаружении цели за препятствиями и устранить возможность переключения сопровождения судов при их сближении. Применение АИС в системах регулирования движением судов позво- ляет дополнительно получить такие преимущества: − автоматизировать получение от судов информации, необходимой для ра- боты СРДС (тип судна и перевозимого груза, длина, ширина, осадка, порт назначения и др.), а также другую информацию в интерес других служб; 13 − автоматизировать передачу судам в зоне действия СРДС навигационной и гидрометеорологической информации, предупреждений об опасных явле- ниях; − реализовать возможность передачи по каналам АИС информации о судах, которые не оборудованы транспондерами, но сопровождаются радиолока- ционными станциями СРДС; − повысить точность определения судовых координат путем передачи диф- ференциальных поправок по каналам АИС; − значительно расширить зону мониторинга при использовании режима дальней связи АИС, например, по спутниковым каналам ИНМАРСАТ. Аппаратура АИС не заменяет другое судовое навигационное оборудо- вание. АИС следует применять только как средство, дополняющее радиоло- кационную станцию и другие средства наблюдения за навигационной обста- новкой, а также как средство обмена информацией с береговыми службами. Ограничения, которые необходимо учитывать при использовании АИС, связаны со следующими факторами: − значительная часть судов может быть не оборудована АИС даже по окон- чанию периода внедрения (рыбопромысловые, местного плавания, мало- мерные, прогулочные и другие); − судовое оборудование АИС может быть выключено по распоряжению ка- питана судна, если использование АИС может отрицательно повлиять на безопасность судна (например, в районах, где возможна пиратская дея- тельность); − в районах с очень высокой интенсивностью судоходства возможно умень- шение реальной дальности действия АИС до 10 – 12 миль; − сильные радиопомехи, например, во время грозы, могут вызвать кратко- временные нарушения в работе АИС; − достоверность и качество принятой информации частично может зависеть от датчиков, формирующих сообщения АИС, и от правильности ввода ин- формации на судах-целях (например, курс судна по гирокомпасу и навига- ционный статус). Таким образом, установка на судне АИС не подменяет и не снимает требований к радиолокационной станции и другим навигационным средст- вам, а также не изменяет требований в отношении несения вахты на ходовом мостике. 1.5. Общий принцип функционирования АИС Общий принцип действия АИС поясняется рис. 1.1. Суда, оборудован- ные аппаратурой АИС, находясь в открытом море или в прибрежных рай- онах, автоматически и регулярно передают в диапазоне УКВ морской под- вижной радиослужбы стандартные сообщения, содержащие информацию о судне, его координатах, курсе, опасном грузе на борту, порте назначения, времени прибытия и другие данные. 14 Одновременно каждым судном, оборудованным АИС, принимается аналогичная информация от других судов, находящихся в радиусе действия, ограниченном распространением радиоволн УКВ диапазона (20 – 30 мор- ских миль). Принятая информация автоматически обрабатывается и отобра- жается на судовом навигационном дисплее. Синхронизация работы всех станций АИС, как судовых, так и береговых обеспечивается глобальной на- вигационной спутниковой системой. По сигналам ГНСС в судовых навига- ционных приемниках рассчитываются текущие координаты судна и вектор скорости. В прибрежных районах, где установлены базовые станции АИС, ин- формация, передаваемая судами, принимается базовыми станциями и посту- пает в распоряжение береговых служб (СРДС, 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, позво- ляющие интегрировать информацию от отдельных базовых станций. Для расширения зоны действия базовой станции АИС могут устанавливаться так называемые репитерные станции АИС для расширения зоны действия бере- говой станции, например, при затеняющем береговом рельефе. Рис. 1.1. Общий принцип функционирования АИС Репитерная станция АИС Береговая земная станция ИНМАРСАТ Геостационарные спутники ИНМАРСАТ Базовая станция АИС СРДС, линии связи Опорная станция и радиомаяк дифпоправок Спутниковые каналы ГНСС УКВ каналы АИС Спутниковые каналы ИНМАРСАТ Береговые линии связи Передача дифпоправок в СВ диапазоне Спутники ГНСС 15 В прибрежных районах точность определения координат судов может быть повышена посредством передачи дифференциальных поправок в СВ диапазоне береговыми опорными станциями и радиомаяками Дифференци- альные поправки могут также передаваться береговой станцией АИС по УКВ каналам АИС в специальном сообщении. Для существенного расширения зоны действия базовой станции АИС может использоваться режим дальней связи, когда судовые данные переда- ются по каналам ИНМАРСАТ-С. В этом режиме обеспечивается автоматиче- ская передача информации от судов в адрес береговых служб в целях мони- торинга судоходства в территориальных водах, исключительных экономиче- ских зонах и районах ответственности морских спасательно- координационных центров (МСКЦ). Аппаратура АИС может также устанавливаться на летательных аппа- ратах, участвующих в поисково-спасательных операциях на море, и на сред- ствах навигационного оборудования (СНО) морских путей (плавучих и ста- ционарных). Лоцманские службы могут использовать портативную аппара- туру АИС, доставляемую на борт судна и работающую автономно или с под- ключением к судовому оборудованию АИС. 1.6. Передаваемая и принимаемая информация АИС АИС передает и принимает статическую, динамическую и рейсовую (или маршрутную) информацию, а также сообщения, касающиеся безопасно- сти плавания. Статические данные: − идентификационный номер судна IMO (если он имеется); − идентификационный номер морской подвижной службы MMSI; − позывной сигнал и название судна; − длина и ширина судна; − тип судна; − расположение антенн GNSS (внешнего и встроенного приемника) на суд- не. Все статические данные вводятся при установке оборудования. Динамические данные: − координаты судна с признаком точности и состоянием целостности (авто- матически обновляются, признак точности – менее или более 10 метров); − время в UTC, час., мин., с. (автоматически обновляются); − курс относительно грунта (COG) (автоматически обновляется); − скорость относительно грунта (SOG) (автоматически обновляется); − курс судна по гирокомпасу (автоматически обновляется); − навигационное состояние судна (на якоре, неуправляемое и другие) – вы- бираются вручную; − скорость поворота (ROT) (автоматически обновляется, может быть недос- тупна); 16 − углы качки и дифферента (если они доступны). Рейсовые данные: − осадка судна (вводится в начале рейса, исправляется по мере необходимо- сти); − наличие (тип) опасного груза (вводится в начале рейса); − порт назначения и время прибытия (вводится в начале рейса, исправляется по мере необходимости). Сообщения по безопасности и двоичные сообщения. Сообщения по безопасности представляют собой короткие текстовые сообщения в свободном формате с использованием кодировки ASCII, подоб- но SMS в персональных мобильных радиотелефонах. Они могут быть адре- сованы как конкретному судну (или береговой станции), так и всем станци- ям. Передача этих сообщений осуществляется оператором путем набора тек- ста на пульте управления и отображения информации. Кроме сообщений безопасности в АИС предусмотрена передача так на- зываемых двоичных (или бинарных) сообщений. Двоичные сообщения могут использоваться для специальных приложений, одобренных ИМО. Например, в циркуляре 236 Комитета по безопасности мореплавания даны форматы ря- да двоичных сообщений, которые содержат следующую информацию: − метеорологические и гидрологические данные по какой-либо географиче- ской точке; − подробные сведения об опасных грузах; − сведения о прохождении фарватера; − сведения о приливах; − расширенная статическая и рейсовая информация и количество человек на борту; − данные по псевдо-АИС целям. Планируется испытательная передача двоичных сообщений в течение 4-хгодичного периода времени. После испытательного периода будет приня- то решение о их дальнейшем использовании. Следует подчеркнуть, что использование АИС в режимах передач со- общений по безопасности и двоичных сообщений ни в коей мере не подме- няет функции ГМССБ по безопасности мореплавания и поиску и спасанию. Система АИС в настоящее время продолжает развиваться и является открытой для внедрения новых информационных приложений в границах пропускной способности каналов передачи данных УКВ АИС. 1.7. Интенсивность передач В зависимости от вида передаваемой информации и режима плавания АИС обеспечивает интервалы передач в соответствии с табл. 1.2 и 1.3. 17 Таблица 1.2 – Интервалы передач АИС Вид информации Интервал передачи Статическая информация Каждые 6 минут, при изменении данных и по требованию Динамическая информация Согласно таблице 1.2. в зависимости от режима плавания, изменения скорости и курса. Информация о рейсе Каждые 6 минут, при изменении данных и по требованию Сообщения по безопасно- сти плавания При необходимости Статическая и рейсовая информация передается в так называемом со- общении №5 «Статические данные о судне и информация о рейсе» (см. табл. 2.3). Динамическая информация передается в зависимости от скорости судна и изменения курса судна. Интервал передач задается в соответствии с табл. 1.3. Динамическая информация передается в сообщении №1 «Сообщение о местоположении». Если судно находится на якоре или движется с малой ско- ростью (менее 3-х узлов), то интервал между сообщениями динамической информации составляет 3 минуты. При повышении скорости судна интен- сивность передач увеличивается. При скорости судна 23 узла и более интер- вал времени между соседними передачами динамической информации со- ставляет всего 2 секунды. Такая адаптация интервала передач к динамике судна позволяет в мак- симальной степени отследить перемещение и все маневры судна и в то же время не перегружать эфир излишними передачами при медленном переме- щении судна. Таблица 1.3 – Интервал передач динамической информации Динамическое состояние судна Интервал между сообщениями Судно на якоре, на швартовых или движущееся со скоро- стью менее 3 узлов 3 мин. Судно на якоре, на швартовых или движущееся быстрее 3 узлов 10 сек. Судно на ходу (0–14 узлов) 10 сек. Судно на ходу (0 - 14 узла) и изменение курса 3,33 сек. Судно на ходу (14–23 узла) 6 сек. Судно на ходу (14 – 23 узла) и изменение курса 2 сек. Судно на ходу ( более 23 узлов) 2 сек. Судно на ходу (более 23 узлов) и изменение курса 2 сек. 18 1.8. УКВ каналы АИС Станции АИС обмениваются данными между собой по умолчанию на двух УКВ каналах с временным разделением сигналов (TDMA): 87В (161,975 МГц) и 88В (162,025 МГц). Станции АИС используют TDMA каналы на одинаковых частотах с разделением передач по времени. В качестве источ- ника единого времени станции АИС используют внешний и внутренний GPS или ГЛОНАСС/GPS приемники. Сущность временного разделения каналов заключается в том, что каж- дая станция АИС передает в строго определенном ей временном интервале - слоте. Длительность одного слота составляет 27,6 мс. Так как один слот за- нимает по времени 26,7 мс, то при скорости передачи данных 9600 бит/сек в одном слоте может быть размещено 256 бит информации. 9600 бит/сек × 26,7 мкс = 256 бит Для точного задания начала слота используются сигналы времени ГНСС, которая обеспечивает точность синхронизации по времени не хуже 10 мкс. Таким образом, каждая станция как бы вклинивается для передачи в оп- ределенный слот. Естественно возникает вопрос о назначении слотов для передач каждой станции. Для предотвращения конфликтов, когда в пределах УКВ радиосвязи (т. е. примерно 30 мор. миль) два судна будут использовать для своих пере- дач один и тот же слот, используется специальный алгоритм самоорганиза- ции выбора занимаемых слотов. Этот алгоритм предусматривает передачу каждым судном своего расписания передач на ближайший период времени. Кроме параметров по судну в типовое сообщение включаются номера забро- нированных слотов, которые судно планирует использовать для последую- щих передач. Все другие суда анализируют панораму занятых слотов и соот- ветственно планируют свои передачи только в свободных слотах. Такой алгоритм называется SOTDMA - Self Organizing TDMA. Более подробно процедура выбора слотов для передачи поясняется в п. 2.3. Алго- ритм SOTDMA используется судами в открытом море, когда все станции АИС являются равноправными. В зоне действия базовой (береговой) станции назначения слотов для передач каждого судна осуществляет сама базовая станция. Такой алгоритм называется FATDMA – fixed access TDMA, множественный фиксированный доступ с временным разделением каналов. В регионах, где осуществляется мониторинг береговыми станциями, могут использоваться другие частотные каналы АИС, если каналы 87В и 88В заняты другими службами. Кроме двух TDMA каналов станция АИС одновременно работает на канале DSC (канал 70). По этому каналу производится назначение рабочих каналов АИС со стороны береговой станции. Минутный интервал представляет собой кадр (или фрейм), включаю- щий 2250 слотов. 26,7 мкс × 2250 = 60 сек 19 Для повышения надежности системы и повышения пропускной спо- собности используются два канала АИС, обеспечивая передачу/прием по 2250 слот/мин на каждом канале. Таким образом, пропускная способность АИС на двух УКВ каналах со- ставляет 4500 слот/мин. 2250 слот/мин × 2 = 4500 слот/мин. Принцип временного разделения передач отдельных судов поясняется рис.1.2. АИС судна А посылает сообщение о координатах (Position Report) в одном временном слоте и резервирует другие слоты для последующих передач Судно А Слот 26,6 мс Судно В Судно С Все суда принимают сообщения от соседних судов в пределах УКВ радиосвязи Время 1 слот = 256 бит |