AIS - SISTEMA DE IDENTIFICAÇÃO AUTOMÁTICA

 

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O sistema de identificação automática ( AIS ) é um sistema de rastreamento automático que usa transceptores em navios e é usado por serviços de tráfego de embarcações (VTS). Quando satélites são usados ​​para receber assinaturas AIS, o termo Satélite-AIS (S-AIS) é usado. As informações do AIS complementam o radar marítimo , que continua a ser o principal método para evitar colisões no transporte aquático. Embora tecnicamente e operacionalmente distintos, o sistema ADS-B é análogo ao AIS e desempenha uma função semelhante para aeronaves.

As informações fornecidas pelo equipamento AIS, como identificação exclusiva, posição , curso e velocidade, podem ser exibidas em uma tela ou em um sistema de informações e exibição de cartas eletrônicas (ECDIS). O AIS destina-se a auxiliar os oficiais de vigilância de uma embarcação e permitir que as autoridades marítimas rastreiem e monitorem os movimentos da embarcação. O AIS integra um transceptor VHF padronizado com um sistema de posicionamento, como um receptor do Sistema de Posicionamento Global , com outros sensores eletrônicos de navegação, como um giroscópio ou indicador de taxa de curva. As embarcações equipadas com transceptores AIS podem ser rastreadas por estações base AIS localizadas ao longo da costa ou, quando fora do alcance das redes terrestres, por meio de um número crescente de satélites equipados com receptores AIS especiais capazes de eliminar um grande número de assinaturas.

A Convenção Internacional da Organização Marítima Internacional para a Salvaguarda da Vida Humana no Mar exige que o AIS seja instalado a bordo de navios de viagens internacionais com  arqueação bruta  (GT) igual ou superior a 300, e todos os navios de passageiros, independentemente do tamanho. ^[1] Por várias razões, os navios podem desligar seus transceptores AIS. ^[2]

Visualizando e usando dados AIS

O AIS destina-se, principalmente, a permitir que os navios visualizem o tráfego marítimo na sua área e sejam vistos por esse tráfego. Isso requer um transceptor VHF AIS dedicado que permite que o tráfego local seja visualizado em um plotter cartográfico ou monitor de computador habilitado para AIS enquanto transmite informações sobre o próprio navio para outros receptores AIS. As autoridades portuárias ou outras instalações terrestres podem ser equipadas apenas com receptores, de modo que possam visualizar o tráfego local sem a necessidade de transmitir sua própria localização. Todo o tráfego equipado com transceptores AIS pode ser visualizado desta forma de forma muito confiável, mas é limitado ao alcance VHF , cerca de 10 a 20 milhas náuticas.

Se um chartplotter adequado não estiver disponível, os sinais do transceptor AIS de área local podem ser visualizados por meio de um computador usando um dos vários aplicativos de computador, como ShipPlotter, GNU AIS ou OpenCPN . Estes demodulam o sinal de um radiotelefone VHF marítimo modificado sintonizado nas frequências AIS e o convertem em um formato digital que o computador pode ler e exibir em um monitor; esses dados podem ser compartilhados por meio de uma rede local ou de longa distância por meio dos protocolos TCP ou UDP , mas ainda estarão limitados ao alcance coletivo dos receptores de rádio usados ​​na rede. ^[3] Como os aplicativos de monitoramento AIS do computador e os transceptores de rádio VHF normais não possuem transceptores AIS, eles podem ser usados ​​por instalações em terra que não precisam transmitir ou como uma alternativa barata a um dispositivo AIS dedicado para embarcações menores visualizarem o tráfego local, mas, é claro, o usuário permanecerá invisível para outros tráfegos na rede.

Um uso secundário, não planejado e emergente para os dados AIS é torná-los visíveis publicamente, na internet, sem a necessidade de um receptor AIS. Os dados globais do transceptor AIS coletados de estações terrestres conectadas por satélite e conectadas à Internet são agregados e disponibilizados na Internet por meio de vários provedores de serviços. Os dados agregados dessa maneira podem ser visualizados em qualquer dispositivo com acesso à Internet para fornecer dados de posição quase globais em tempo real de qualquer lugar do mundo. Os dados típicos incluem o nome da embarcação, detalhes, localização, velocidade e direção em um mapa, são pesquisáveis, têm alcance global potencialmente ilimitado e o histórico é arquivado. A maioria desses dados é gratuita, mas os dados de satélite e serviços especiais, como a pesquisa de arquivos, geralmente são fornecidos a um custo. Os dados são uma exibição somente leitura e os usuários não serão vistos na própria rede AIS. Os receptores AIS baseados em terra que contribuem para a Internet são, em sua maioria, administrados por um grande número de voluntários.^[4] Os aplicativos móveis AIS também estão prontamente disponíveis para uso com dispositivos Android, Windows e iOS. Consulte Links externos abaixo para obter uma lista de provedores de serviços AIS baseados na Internet. Proprietários de navios e despachantes de carga usam esses serviços para localizar e rastrear embarcações e suas cargas, enquanto os entusiastas do mar podem aumentar suas coleções de fotos. ^[5]

Histórico de implantação 

No nível mais simples, o AIS opera entre pares de transceptores de rádio, um dos quais está sempre em uma embarcação. A outra pode ser em uma embarcação, em terra (terrestre) ou em um satélite. Respectivamente, eles representam operação de navio para navio, navio para terra e navio para satélite e seguem nessa ordem.

Transceptores AIS baseados em embarcações

O Acordo IMO SOLAS de 2002 incluía um mandato que exigia que a maioria das embarcações com mais de 300 GT em viagens internacionais se adaptasse a um transceptor AIS tipo Classe A. Este foi o primeiro mandato para o uso de equipamentos AIS e afetou cerca de 100.000 embarcações.

Em 2006, o comitê de padrões AIS publicou a especificação do transceptor AIS tipo Classe B, projetada para permitir um dispositivo AIS mais simples e de baixo custo. Os transceptores Classe B de baixo custo tornaram-se disponíveis no mesmo ano, desencadeando a adoção obrigatória por vários países e tornando comercialmente viável a instalação em larga escala de dispositivos AIS em embarcações de todos os tamanhos. 

Desde 2006, os comitês de padrões técnicos AIS continuam a desenvolver o padrão AIS e os tipos de produtos para cobrir uma ampla gama de aplicações, desde a maior embarcação até pequenas embarcações de pesca e botes salva-vidas. Paralelamente, governos e autoridades têm instigado projetos para equipar várias classes de embarcações com um dispositivo AIS para melhorar a segurança. A maioria dos mandatos concentra-se em embarcações comerciais, com embarcações de lazer escolhendo seletivamente a adequação. Em 2010, a maioria das embarcações comerciais que operam nas vias navegáveis ​​interiores europeias foram obrigadas a se adequar a uma classe A certificada para vias navegáveis ​​interiores, todos os barcos de pesca da UE com mais de 15m devem ter uma classe A até maio de 2014, [6 ^]e os EUA têm uma extensão pendente de suas regras de ajuste AIS existentes, que deve entrar em vigor em 2013. Estima-se que, a partir de 2012, cerca de 250.000 embarcações tenham instalado um transceptor AIS de algum tipo, com mais 1 milhão necessários para fazê-lo em um futuro próximo e projetos ainda maiores em consideração.

AIS terrestre (T-AIS)

O AIS foi desenvolvido na década de 1990 como uma rede de identificação e rastreamento de alta intensidade e curto alcance. Os transceptores AIS de bordo e baseados em terra têm um alcance horizontal altamente variável, mas normalmente apenas até cerca de 74 quilômetros (46 milhas). As limitações aproximadas de propagação da linha de visada significam que o AIS terrestre (T-AIS) é perdido além das águas costeiras. ^[7] Além dos transceptores operados pelas autoridades portuárias e marítimas, também existe uma grande rede de propriedade privada.

AIS baseado em satélite (S-AIS)

Na década de 1990, não se previa que o AIS fosse detectável do espaço. No entanto, desde 2005, várias entidades têm experimentado a detecção de transmissões AIS usando receptores baseados em satélite e, desde 2008, empresas como exactEarth , ORBCOMM , Spacequest , Spire e também programas governamentais implantaram receptores AIS em satélites. O acesso múltiplo por divisão de tempo(TDMA) usado pelo sistema AIS cria problemas técnicos significativos para a recepção confiável de mensagens AIS de todos os tipos de transceptores: Classe A, Classe B, Identificador, AtoN e SART. No entanto, a indústria está tentando resolver esses problemas por meio do desenvolvimento de novas tecnologias e, nos próximos anos, a atual restrição dos sistemas AIS de satélite para mensagens de Classe A provavelmente melhorará drasticamente com a adição de mensagens de Classe B e Identificador.

O desafio fundamental para os operadores de satélite AIS é a capacidade de receber um grande número de mensagens AIS simultaneamente a partir da grande área de recepção de um satélite. Há um problema inerente ao padrão AIS; o esquema de acesso de rádio TDMA definido no padrão AIS cria 4.500 slots de tempo disponíveis em cada minuto, mas isso pode ser facilmente sobrecarregado pelas grandes pegadas de recepção de satélite e o número crescente de transceptores AIS, resultando em colisões de mensagens, que o receptor de satélite não pode processar . Empresas como a exactEarth estão desenvolvendo novas tecnologias, como ABSEA, que serão incorporadas a transceptores terrestres e baseados em satélites, o que ajudará na detecção confiável de mensagens de Classe B do espaço sem afetar o desempenho do AIS terrestre.

A adição de mensagens de Classe A e B baseadas em satélite pode permitir uma cobertura AIS verdadeiramente global, mas, como as limitações do TDMA baseado em satélite nunca corresponderão ao desempenho de recepção da rede baseada em terra, os satélites aumentarão em vez de substituir o sistema terrestre.

O AIS tem transmissão vertical (do que horizontal) muito mais longa – até a órbita de 400 km da Estação Espacial Internacional (ISS).

Em novembro de 2009, a missão do ônibus espacial STS-129 anexou duas antenas - uma antena AIS VHF e uma antena de rádio amador - ao módulo Columbus da ISS. Ambas as antenas foram construídas em cooperação entre a ESA e a equipa ARISS (Amateur Radio on ISS). A partir de maio de 2010, a Agência Espacial Européia está testando um receptor AIS de Kongsberg Seatex (Noruega) em um consórcio liderado pelo Norwegian Defense Research Establishment no quadro de demonstração de tecnologia para monitoramento de naves espaciais. Este é um primeiro passo para um serviço de monitoramento AIS baseado em satélite. ^[8]

Em 2009, a ORBCOMM lançou satélites habilitados para AIS em conjunto com um contrato da Guarda Costeira dos EUA para demonstrar a capacidade de coletar mensagens AIS do espaço. Em 2009, a Luxspace , uma empresa com sede em Luxemburgo , lançou o satélite RUBIN-9.1 (AIS Pathfinder 2). O satélite é operado em cooperação com a SES e a REDU Space Services. ^[9] No final de 2011 e início de 2012, ORBCOMM e Luxspace lançaram os microssatélites Vesselsat AIS, um em órbita equatorial e outro em órbita polar ( VesselSat-2 e VesselSat-1 ).

Em 2007, os EUA testaram o rastreamento AIS baseado no espaço com o satélite TacSat-2 . No entanto, os sinais recebidos foram corrompidos devido ao recebimento simultâneo de muitos sinais da pegada do satélite. ^[10]

Em julho de 2009, a SpaceQuest lançou o AprizeSat -3 e o AprizeSat-4 com receptores AIS. ^[11] Esses receptores foram capazes de receber com sucesso os sinais de teste SART da Guarda Costeira dos EUA no Havaí em 2010. ^[12] Em julho de 2010, a SpaceQuest e a exactEarth do Canadá anunciaram um acordo segundo o qual os dados do AprizeSat-3 e do AprizeSat-4 seriam incorporado ao sistema exactEarth e disponibilizado mundialmente como parte de seu serviço exactAIS(TM).

Em 12 de julho de 2010, o satélite norueguês AISSat-1 foi lançado com sucesso na órbita polar. O objetivo do satélite é melhorar a vigilância das atividades marítimas no Extremo Norte . O AISSat-1 é um nanossatélite, medindo apenas 20×20×20 cm, com um receptor AIS fabricado pela Kongsberg Seatex. Pesa 6 quilos e tem a forma de um cubo. ^[13] [14]

Em 20 de abril de 2011, a Organização de Pesquisa Espacial Indiana lançou o Resourcesat-2 contendo uma carga S-AIS para monitorar o tráfego marítimo na zona de Busca e Resgate (SAR) do Oceano Índico. Os dados do AIS são processados ​​no National Remote Sensing Center e arquivados no Indian Space Science Data Center .

Em 25 de fevereiro de 2013 - após um ano de atraso no lançamento - a Universidade de Aalborg lançou o AAUSAT3 . Trata-se de um cubesat de 1U, pesando 800 gramas, desenvolvido exclusivamente por alunos do Departamento de Sistemas Eletrônicos. Ele carrega dois receptores AIS - um tradicional e um receptor baseado em SDR . O projeto foi proposto e patrocinado pela Administração de Segurança Marítima Dinamarquesa . Foi um grande sucesso e nos primeiros 100 dias baixou mais de 800.000 mensagens AIS e várias amostras brutas de sinais de rádio de 1 MHz. Ele recebe os dois canais AIS simultaneamente e recebeu mensagens de classe A e de classe B. O custo, incluindo o lançamento, foi inferior a € 200.000.

A rede de satélites AIS da exactEarth, com sede no Canadá, fornece cobertura global usando 8 satélites. Entre janeiro de 2017 e janeiro de 2019, essa rede foi significativamente expandida por meio de uma parceria com a L3Harris Corporation com 58 payloads hospedados na constelação Iridium NEXT . ^[15] Além disso, a exactEarth está envolvida no desenvolvimento da tecnologia ABSEA, que permitirá que sua rede detecte com segurança uma alta proporção de mensagens do tipo Classe B, bem como da Classe A.

A ORBCOMM opera uma rede global de satélites que inclui 18 satélites habilitados para AIS. Os satélites OG2 da ORBCOMM ( ORBCOMM Geração 2 ) são equipados com uma carga útil do Sistema de Identificação Automática (AIS) para receber e relatar transmissões de embarcações equipadas com AIS para rastreamento de navios e outros esforços de navegação e segurança marítima, e download nas dezesseis estações terrenas existentes da ORBCOMM em todo o mundo. globo. ^[16]

Em julho de 2014, a ORBCOMM lançou os primeiros 6 satélites OG2 a bordo de um foguete SpaceX Falcon 9 de Cabo Canaveral, Flórida. Cada satélite OG2 carrega uma carga útil do receptor AIS. Todos os 6 satélites OG2 foram colocados em órbita com sucesso e começaram a enviar telemetria para ORBCOMM logo após o lançamento. Em dezembro de 2015, a empresa lançou 11 satélites OG2 habilitados para AIS a bordo do foguete SpaceX Falcon 9. Este lançamento dedicado marcou a segunda e última missão OG2 da ORBCOMM para completar sua constelação de satélites de próxima geração. ^[16] Em comparação com seus satélites OG1 atuais, os satélites OG2 da ORBCOMM são projetados para entrega de mensagens mais rápida, tamanhos de mensagem maiores e melhor cobertura em latitudes mais altas, enquanto aumentam a capacidade da rede. ^[16]

Em agosto de 2017, a Spire Global Inc. lançou uma API que fornece dados S-AIS aprimorados com aprendizado de máquina (Vessels e Predict) apoiados por sua constelação de mais de 40 nanossatélites. ^[17]

Correlação de fontes de dados 

A correlação de imagens ópticas e de radar com assinaturas S-AIS permite que o usuário final identifique rapidamente todos os tipos de embarcações. Uma grande força do S-AIS é a facilidade com que ele pode ser correlacionado com informações adicionais de outras fontes, como radar, óptica, ESM e mais ferramentas relacionadas ao SAR, como GMDSS SARSAT e AMVER . O radar baseado em satélite e outras fontes podem contribuir para a vigilância marítima detectando todas as embarcações em áreas marítimas específicas de interesse, um atributo particularmente útil ao tentar coordenar um esforço de resgate de longo alcance ou ao lidar com problemas de VTS.

Sistema de troca de dados VHF

Ver artigo principal: Sistema de troca de dados VHF

Devido ao seu uso crescente ao longo do tempo, em algumas áreas costeiras - por exemplo , o Estreito de Cingapura , os megaportos da China, partes do Japão - há tantas embarcações que o desempenho do AIS foi afetado. À medida que a densidade do tráfego aumenta, o alcance do sistema diminui e a frequência das atualizações torna-se mais aleatória. Por esta razão, foi desenvolvido o VHF Data Exchange System (VDES): ele operará em novas frequências adicionais e as utilizará com mais eficiência, permitindo trinta e duas vezes mais largura de banda para comunicações seguras e navegação eletrônica. ^[18] VDES é definido em ITU M.2092. ^[19]

Aplicações 

Exibição AIS somente de texto de uma embarcação, listando o alcance, rumos e nomes das embarcações próximas

O propósito original do AIS era apenas evitar colisões, mas muitas outras aplicações foram desenvolvidas desde então e continuam a ser desenvolvidas. Atualmente, o AIS é usado para:

prevenção de colisão

O AIS foi desenvolvido pelos comitês técnicos da IMO como uma tecnologia para evitar colisões entre grandes embarcações no mar que não estão dentro do alcance dos sistemas baseados em terra. A tecnologia identifica cada embarcação individualmente, juntamente com sua posição e movimentos específicos, permitindo que uma imagem virtual seja criada em tempo real. Os padrões AIS incluem uma variedade de cálculos automáticos com base nesses relatórios de posição, como o ponto de aproximação mais próximo (CPA) e alarmes de colisão. Como o AIS não é usado por todas as embarcações, o AIS geralmente é usado em conjunto com o radar. Quando um navio está navegando no mar, as informações sobre o movimento e a identidade de outros navios nas proximidades são fundamentais para que os navegadores tomem decisões para evitar colisões com outros navios e perigos (baixios ou rochas ) . Observação visual (por exemplo, sem ajuda,binóculos e visão noturna ), trocas de áudio (por exemplo, apito, buzinas e rádio VHF) e radar ou auxílio automático de plotagem de radar são historicamente usados ​​para essa finalidade. Às vezes, esses mecanismos preventivos falham devido a atrasos, limitações de radar, erros de cálculo e mau funcionamento do monitor, podendo resultar em colisão. Enquanto os requisitos do AIS são para exibir apenas informações de texto muito básicas, os dados obtidos podem ser integrados a uma carta gráfica eletrônica ou a um visor de radar, fornecendo informações de navegação consolidadas em um único visor.

Monitoramento e controle da frota pesqueira

O AIS é amplamente utilizado pelas autoridades nacionais para rastrear e monitorar as atividades de suas frotas pesqueiras nacionais. O AIS permite que as autoridades monitorem de maneira confiável e econômica as atividades das embarcações de pesca ao longo de sua linha costeira, normalmente até um alcance de 100 km (60 mi), dependendo da localização e da qualidade dos receptores/estações base baseados na costa com dados suplementares de redes baseadas em satélites.

Segurança marítima

O AIS permite que as autoridades identifiquem embarcações específicas e suas atividades dentro ou perto da Zona Econômica Exclusiva de um país . Quando os dados do AIS são combinados com os sistemas de radar existentes, as autoridades conseguem diferenciar as embarcações com mais facilidade. Os dados AIS podem ser processados ​​automaticamente para criar padrões de atividade normalizados para embarcações individuais, que quando violados, criam um alerta, destacando assim ameaças potenciais para uso mais eficiente dos ativos de segurança. O AIS melhora a percepção do domínio marítimo e permite maior segurança e controle. Além disso, o AIS pode ser aplicado a sistemas fluviais e lagos de água doce .

Auxílios à navegação

O padrão de produto AIS aids to navigation (AtoN) foi desenvolvido com a capacidade de transmitir as posições e nomes de objetos que não sejam embarcações, como auxílio à navegação e posições de marcadores e dados dinâmicos que refletem o ambiente do marcador (por exemplo, correntes e condições climáticas). Esses auxílios podem estar localizados em terra, como em um farol , ou na água, plataformas ou bóias . A Guarda Costeira dos EUA sugeriu que o AIS pode substituir o racon (faróis de radar) atualmente usado para auxílios eletrônicos à navegação. ^[20]Os AtoNs permitem que as autoridades monitorem remotamente o status de uma bóia, como o status da lanterna, bem como transmitam dados ao vivo de sensores (como clima e estado do mar) localizados na bóia de volta para embarcações equipadas com transceptores AIS ou autoridades locais . Um AtoN transmitirá sua posição e identidade junto com todas as outras informações. O padrão AtoN também permite a transmissão de posições 'Virtual AtoN' em que um único dispositivo pode transmitir mensagens com uma posição 'falsa' de modo que um marcador AtoN apareça em cartas eletrônicas, embora um AtoN físico possa não estar presente naquele local.

Busca e resgate

Para coordenar os recursos no local de uma operação de busca e salvamento marítimo (SAR), é imperativo ter dados sobre a posição e o status de navegação de outros navios nas proximidades. Nesses casos, o AIS pode fornecer informações adicionais e aumentar a conscientização dos recursos disponíveis, mesmo que o alcance do AIS seja limitado ao alcance do rádio VHF. O padrão AIS também previu o possível uso em aeronaves SAR e incluiu uma mensagem (AIS Message 9) para as aeronaves relatarem sua posição. Para auxiliar embarcações e aeronaves SAR na localização de pessoas em perigo, a especificação (IEC 61097-14 Ed 1.0) para um transmissor SAR baseado em AIS (AIS-SART) foi desenvolvida pelo grupo de trabalho TC80 AIS do IEC . O AIS-SART foi adicionado ao Sistema Global de Segurança em Socorro Marítimoregulamentos em vigor a partir de 1º de janeiro de 2010. ^[21] Os AIS-SARTs estão disponíveis no mercado desde pelo menos 2009. ^[22] Regulamentos recentes obrigaram a instalação de sistemas AIS em todas as embarcações de Segurança da Vida no Mar (SOLAS) e embarcações sobre 300 toneladas. ^[23]

Investigação de acidentes

As informações AIS recebidas pelo VTS são importantes para a investigação de acidentes, pois fornecem dados históricos precisos sobre tempo, identidade, posição baseada em GPS, direção da bússola, curso sobre o solo, velocidade (por log/SOG) e taxas de giro, em vez do menos informações precisas fornecidas pelo radar. Uma imagem mais completa dos eventos pode ser obtida pelos dados do Voyage Data Recorder (VDR), se disponíveis e mantidos a bordo para detalhes do movimento do navio, comunicação de voz e imagens de radar durante os acidentes. No entanto, os dados VDR não são mantidos devido ao armazenamento limitado de doze horas por exigência da IMO . ^[24]

Estimativas das correntes oceânicas

As estimativas das correntes da superfície do oceano com base na análise dos dados do AIS estão disponíveis na empresa francesa e-Odyn desde dezembro de 2015.

Proteção de infraestrutura

As informações do AIS podem ser usadas pelos proprietários de infraestrutura do leito marinho, como cabos ou oleodutos, para monitorar as atividades de embarcações próximas a seus ativos quase em tempo real. Essas informações podem ser usadas para acionar alertas para informar o proprietário e potencialmente evitar um incidente em que possam ocorrer danos ao ativo.

Rastreamento de frotas e cargas

O AIS disseminado pela Internet pode ser usado por gerentes de frotas ou navios para rastrear a localização global de seus navios. Despachantes de carga, ou proprietários de mercadorias em trânsito, podem acompanhar o andamento da carga e antecipar os horários de chegada no porto.

Estatística e economia

a Divisão de Estatística das Nações Unidas organizou a Semana de Dados AIS ^[25] para experimentar a análise de dados AIS e fornecer estatísticas à Plataforma Global da ONU. Cobriu uma série de estudos de caso de uso por vários escritórios de estatística, e o AIS Handbook ^[26] foi desenvolvido para capturar a experiência desta experimentação:

• Indicadores econômicos mais rápidos: Tempo no porto e tráfego portuário
• indicadores marítimos
• Estatísticas marítimas oficiais: visitas a portos
• Completando estatísticas sobre vias navegáveis ​​interiores
• Mapeamento das atividades pesqueiras
• Navios em perigo
• Emissões de gases de efeito estufa de navios ( NO
  x, SO
  x, e CO
  2Cálculo)
• Previsão de Fluxos Comerciais em Tempo Real
• Estatística Experimental do Número Diário de Embarcações
• Dados em tempo real sobre mercadorias a granel transportadas por via marítima

Mecanismo 

Visão geral do sistema da Guarda Costeira dos EUA

Visão geral básica 

Os transceptores AIS transmitem informações automaticamente, como sua posição, velocidade e status de navegação, em intervalos regulares por meio de um transmissor VHF embutido no transceptor. A informação se origina dos sensores de navegação do navio, normalmente seu receptor do sistema global de navegação por satélite (GNSS) e giroscópio. Outras informações, como nome da embarcação e indicativo VHF, são programadas no momento da instalação do equipamento e também transmitidas regularmente. Os sinais são recebidos por transceptores AIS instalados em outros navios ou em sistemas baseados em terra, como sistemas VTS. As informações recebidas podem ser exibidas em uma tela ou plotter cartográfico, mostrando as posições das outras embarcações da mesma maneira que um visor de radar. Os dados são transmitidos por meio de um sistema de rastreamento que faz uso de um datalink de acesso múltiplo por divisão de tempo auto-organizado (SOTDMA) projetado pelo inventor sueco Håkan Lans .

O padrão AIS compreende vários subpadrões chamados "tipos" que especificam tipos de produtos individuais. A especificação para cada tipo de produto fornece uma especificação técnica detalhada que garante a integridade geral do sistema AIS global dentro do qual todos os tipos de produtos devem operar. Os principais tipos de produtos descritos nos padrões do sistema AIS são:

Classe A

Transceptor AIS montado na embarcação que opera usando SOTDMA. Destinado a grandes embarcações comerciais, o SOTDMA exige que um transceptor mantenha um mapa de slots constantemente atualizado em sua memória, de modo que tenha conhecimento prévio dos slots disponíveis para transmissão. Os transceptores SOTDMA então pré-anunciarão sua transmissão, reservando efetivamente seu slot de transmissão. As transmissões SOTDMA são, portanto, priorizadas dentro do sistema AIS. Isto é conseguido através de 2 receptores em operação contínua. Os Classe A devem ter um display integrado, transmitir a 12,5 W, capacidade de interface com vários sistemas de navios e oferecer uma seleção sofisticada de recursos e funções. A taxa de transmissão padrão é a cada poucos segundos. Os dispositivos compatíveis com o tipo AIS Classe A recebem todos os tipos de mensagens AIS. ^[23]

Classe B

Existem agora duas especificações IMO separadas para transceptores Classe B (destinados a mercados comerciais e de lazer mais leves): um sistema de acesso múltiplo por divisão de tempo com detecção de operadora (CSTDMA) e um sistema que usa SOTDMA (como na Classe A).

No sistema baseado em CSTDMA original, definido em ITU M.1371-0 e agora chamado de Classe B "CS" (ou não oficialmente como Classe B/CS), ^[27] os transceptores ouvem o mapa de slots imediatamente antes de transmitir e buscam um slot onde o 'ruído' no slot é o mesmo (ou semelhante) ao ruído de fundo, indicando assim que o slot não está sendo usado por outro dispositivo AIS. Classe B "CS" transmite a 2 W e não é necessário ter um display integrado: As unidades Classe B "CS" podem ser conectadas à maioria dos sistemas de exibição onde as mensagens recebidas serão exibidas em listas ou sobrepostas em gráficos. A taxa de transmissão padrão é normalmente a cada trinta segundos, mas pode variar de acordo com a velocidade da embarcação ou instruções das estações base. A Classe B "CS"indicadores. O equipamento Classe B "CS" recebe todos os tipos de mensagens AIS.

O mais novo sistema SOTDMA Classe B "SO", ^[28] às vezes referido como Classe B/SO ou Classe B+, ^[29] [30] aproveita o mesmo algoritmo de localização de intervalo de tempo da Classe A e tem a mesma prioridade de transmissão da Classe A transmissores, ajudando a garantir que ele sempre será capaz de transmitir. A tecnologia Classe B "SO" também mudará sua taxa de transmissão dependendo da velocidade da embarcação, até a cada cinco segundos acima de 23 nós, em vez da taxa constante de trinta segundos na Classe B "CS". ^[31] Finalmente, a Classe B "SO" também transmitirá a uma potência de 5  W em vez dos 2  W anteriores da Classe B "CS". ^[29] [32]

Estação base

Transceptor AIS baseado em terra (transmite e recebe) que opera usando SOTDMA. As estações base possuem um conjunto complexo de recursos e funções que, no padrão AIS, são capazes de controlar o sistema AIS e todos os dispositivos que operam nele. Capacidade de interrogar transceptores individuais para relatórios de status e/ou mudanças de frequência de transmissão.

Auxílios à navegação (AtoN)

Transceptor baseado em costa ou bóia (transmite e recebe) que opera usando acesso múltiplo por divisão de tempo de acesso fixo (FATDMA). Projetado para coletar e transmitir dados relacionados às condições do mar e do clima, bem como retransmitir mensagens AIS para estender a cobertura da rede.

Transceptor de busca e salvamento (SART)

Dispositivo AIS especializado criado como um farol de socorro de emergência que opera usando acesso múltiplo por divisão de tempo pré-anunciado (PATDMA), ou às vezes chamado de "SOTDMA modificado". O dispositivo seleciona aleatoriamente um slot para transmitir e transmitirá uma rajada de oito mensagens por minuto para maximizar a probabilidade de transmissão bem-sucedida. Um SART é obrigado a transmitir até um máximo de cinco milhas e transmite um formato de mensagem especial reconhecido por outros dispositivos AIS. O dispositivo foi projetado para uso periódico e apenas em emergências devido à sua operação do tipo PATDMA, que sobrecarrega o mapa de slots.

Transceptores AIS especializados

Apesar de haver especificações AIS publicadas pela IMO/IEC, várias autoridades permitiram e encorajaram o desenvolvimento de dispositivos AIS híbridos. Esses dispositivos procuram manter a integridade da estrutura e do projeto de transmissão do núcleo AIS para garantir a confiabilidade operacional, mas para adicionar uma variedade de recursos e funções adicionais para atender aos seus requisitos específicos. O transceptor AIS "Identifier" é um desses produtos em que a tecnologia principal Classe B CSTDMA é projetada para garantir que o dispositivo transmita em total conformidade com as especificações IMO, mas várias alterações foram feitas para permitir que ele seja alimentado por bateria, baixo custo e mais fácil de instalar e implantar em grandes números. Esses dispositivos não terão certificação internacional em relação a uma especificação IMO, pois atenderão a uma parte da especificação relevante. Normalmente, as autoridades farão suas próprias avaliações e testes técnicos detalhados para garantir que a operação principal do dispositivo não prejudique o sistema AIS internacional.

Os receptores AIS não são especificados nos padrões AIS, porque eles não transmitem. A principal ameaça à integridade de qualquer sistema AIS são as transmissões AIS não compatíveis, portanto, especificações cuidadosas de todos os dispositivos AIS transmissores. No entanto, é bom observar que todos os transceptores AIS transmitem em vários canais, conforme exigido pelos padrões AIS. Consequentemente, receptores de canal único ou multiplexados não receberão todas as mensagens AIS. Somente receptores de canal duplo receberão todas as mensagens AIS.

Teste de tipo e aprovação

AIS é uma tecnologia desenvolvida sob os auspícios da IMO por seus comitês técnicos. Os comitês técnicos desenvolveram e publicaram uma série de especificações de produtos AIS. Cada especificação define um produto AIS específico que foi cuidadosamente criado para funcionar de maneira precisa com todos os outros dispositivos AIS definidos, garantindo assim a interoperabilidade do sistema AIS em todo o mundo. A manutenção da integridade da especificação é considerada crítica para o desempenho do sistema AIS e a segurança das embarcações e autoridades que utilizam a tecnologia. Como tal, a maioria dos países exige que os produtos AIS sejam testados e certificados independentemente para cumprir com uma especificação publicada específica. Produtos que não foram testados e certificados por uma autoridade competente, pode não estar em conformidade com a especificação publicada AIS exigida e, portanto, pode não operar conforme o esperado no campo. As certificações mais amplamente reconhecidas e aceitas são a Diretiva R&TTE, aFederal Communications Commission e Industry Canada , todos os quais exigem verificação independente por uma agência de testes qualificada e independente.

Tipos de mensagem

Existem 27 tipos diferentes de mensagens de nível superior definidas no ITU M.1371-5 (de uma possibilidade de 64) que podem ser enviadas por transceptores AIS. ^[33] [34]

As mensagens AIS 6, 8, 25 e 26 fornecem "Mensagens específicas de aplicativos" (ASM), que permitem que "autoridades competentes" definam subtipos adicionais de mensagens AIS. Existem variantes "endereçadas" (ABM) e "broadcast" (BBM) da mensagem. As mensagens endereçadas, embora contenham um MMSI de destino , não são privadas e podem ser decodificadas por qualquer receptor.

Um dos primeiros usos de ASMs foi o uso do Saint Lawrence Seaway de mensagens binárias AIS (mensagem tipo 8) para fornecer informações sobre níveis de água, ordens de bloqueio e clima. O Canal do Panamá usa mensagens AIS tipo 8 para fornecer informações sobre chuva ao longo do canal e vento nas eclusas. Em 2010, a Organização Marítima Internacional emitiu a Circular 289 que define a próxima iteração de ASMs para mensagens do tipo 6 e 8. ^[35] Alexander, Schwehr e Zetterberg propuseram que a comunidade de autoridades competentes trabalhasse em conjunto para manter um registro regional dessas mensagens e seus locais de uso. ^[36] Associação Internacional de Auxílios Marítimos para Autoridades de Navegação e Farol(IALA-AISM) agora estabeleceu um processo para coleta de mensagens específicas de aplicativos regionais. ^[37]

Descrição detalhada: Unidades Classe A 

Cada transceptor AIS consiste em um transmissor VHF, dois receptores VHF TDMA , um receptor VHF Digital Selective Calling (DSC) e links para visor de bordo e sistemas de sensores por meio de comunicações eletrônicas marítimas padrão (como NMEA 0183 , também conhecido como IEC 61162). O tempo é vital para a sincronização adequada e mapeamento de slot (programação de transmissão) para uma unidade Classe A. Portanto, cada unidade é obrigada a ter uma base de tempo interna, sincronizada com um receptor de sistema global de navegação por satélite (por exemplo, GPS ). ^[38] Este receptor interno também pode ser usado para informações de posição. No entanto, a posição é normalmente fornecida por um receptor externo, como GPS, LORAN-C ou um sistema de navegação inercial e o receptor interno é usado apenas como backup para informações de posição. Outras informações transmitidas pelo AIS, se disponíveis, são obtidas eletronicamente do equipamento de bordo por meio de conexões de dados marítimos padrão. Informações de proa, posição (latitude e longitude), "velocidade sobre o solo" e taxa de giro são normalmente fornecidas por todos os navios equipados com AIS. Outras informações, como destino e ETA também podem ser fornecidas.

Um transceptor AIS normalmente funciona de modo autônomo e contínuo, independentemente de estar operando em mar aberto ou em áreas costeiras ou interiores. Os transceptores AIS usam duas frequências diferentes, canais marítimos VHF 87B (161,975 MHz) e 88B (162,025 MHz) e usam modulação de chaveamento de deslocamento mínimo gaussiano (GMSK) de 9,6 kbit/s em canais de 25 kHz usando o controle de link de dados de alto nível(HDLC) protocolo de pacote. Embora apenas um canal de rádio seja necessário, cada estação transmite e recebe em dois canais de rádio para evitar problemas de interferência e para permitir que os canais sejam alterados sem perda de comunicação de outros navios. O sistema permite a resolução automática de conflitos entre si e outras estações, e a integridade das comunicações é mantida mesmo em situações de sobrecarga.

Para garantir que as transmissões VHF de diferentes transceptores não ocorram ao mesmo tempo, os sinais são multiplexados no tempo usando uma tecnologia chamada acesso múltiplo por divisão de tempo auto-organizado (SOTDMA). O design desta tecnologia é patenteado, ^[39] e se esta patente foi dispensada para uso por embarcações SOLAS é uma questão de debate entre os fabricantes de sistemas AIS e o detentor da patente, Håkan Lans . Além disso, o Escritório de Marcas e Patentes dos Estados Unidos (USPTO) cancelou todas as reivindicações da patente original em 30 de março de 2010. ^[40]

Para fazer o uso mais eficiente da largura de banda disponível, as embarcações que estão ancoradas ou se movendo lentamente transmitem com menos frequência do que aquelas que estão se movendo mais rápido ou estão manobrando. A taxa de atualização varia de 3 minutos para embarcações ancoradas ou atracadas, a 2 segundos para embarcações de movimento rápido ou manobras, sendo esta última semelhante à do radar marítimo convencional.

Cada estação AIS determina seu próprio cronograma de transmissão (slot), com base no histórico de tráfego do link de dados e no conhecimento de prováveis ​​ações futuras de outras estações. Um relatório de posição de uma estação se encaixa em um dos 2.250 intervalos de tempo estabelecidos a cada 60 segundos em cada frequência. As estações AIS sincronizam-se continuamente umas com as outras, para evitar a sobreposição de transmissões de slots. A seleção de slot por uma estação AIS é aleatória dentro de um intervalo definido e marcada com um tempo limite aleatório entre 4 e 8 minutos. Quando uma estação altera sua atribuição de slot, ela anuncia o novo local e o tempo limite para esse local. Desta forma, novas estações, incluindo as estações que repentinamente ficam dentro do alcance do rádio perto de outras embarcações, sempre serão recebidas por essas embarcações.

A capacidade necessária de relatório do navio de acordo com o padrão de desempenho da IMO é de no mínimo 2.000 intervalos de tempo por minuto, embora o sistema forneça 4.500 intervalos de tempo por minuto. O modo de transmissão SOTDMA permite que o sistema seja sobrecarregado em 400 a 500% por meio do compartilhamento de slots e ainda fornece quase 100% de rendimento para navios a menos de 8 a 10 milhas náuticas um do outro em um modo navio a navio. Em caso de sobrecarga do sistema, apenas os alvos mais distantes estarão sujeitos a drop-out, de forma a dar preferência aos alvos mais próximos, que são de maior preocupação para os operadores de navios. Na prática, a capacidade do sistema é quase ilimitada, permitindo acomodar um grande número de navios ao mesmo tempo.

A faixa de cobertura do sistema é semelhante a outras aplicações VHF. O alcance de qualquer rádio VHF é determinado por vários fatores, os principais são: a altura e qualidade da antena transmissora e a altura e qualidade da antena receptora. A sua propagação é melhor do que a do radar, devido ao comprimento de onda mais longo, pelo que é possível chegar nas curvas e atrás das ilhas se as massas de terra não forem muito altas. A distância prevista no mar é nominalmente 20 milhas náuticas (37 km). Com a ajuda de estações repetidoras, a cobertura para navios e estações VTS pode ser melhorada consideravelmente.

O sistema é compatível com sistemas de chamada seletiva digital, permitindo que os sistemas GMDSS baseados em terra estabeleçam canais operacionais AIS de forma econômica e identifiquem e rastreiem embarcações equipadas com AIS, e destina-se a substituir totalmente os sistemas transceptores baseados em DSC existentes.

Os sistemas de rede AIS baseados em terra estão sendo construídos em todo o mundo. Um dos maiores sistemas totalmente operacionais em tempo real com capacidade total de roteamento está na China. Este sistema foi construído entre 2003 e 2007 e foi entregue pela Saab TranspondereTech. Todo o litoral chinês é coberto por aproximadamente 250 estações base em configurações de espera ativa, incluindo 70 servidores de computador em três regiões principais. Centenas de usuários em terra, incluindo cerca de 25 serviços de tráfego de embarcações(VTS), estão conectados à rede e podem ver a imagem marítima, e também podem se comunicar com cada navio usando SRMs (Safety Related Messages). Todos os dados são em tempo real. O sistema foi projetado para melhorar a segurança dos navios e das instalações portuárias. Ele também é projetado de acordo com uma arquitetura SOA com conexão baseada em soquete e usando o protocolo padronizado IEC AIS até os usuários VTS. As estações base possuem unidades hot-standby (IEC 62320-1) e a rede é a solução de rede de terceira geração.

No início de 2007, foi aprovado um novo padrão mundial para estações base AIS, o padrão IEC 62320-1. A antiga recomendação IALA e o novo padrão IEC 62320-1 são incompatíveis em algumas funções e, portanto, as soluções de rede conectadas devem ser atualizadas. Isso não afetará os usuários, mas os criadores de sistemas precisam atualizar o software para acomodar o novo padrão. Há muito se esperava um padrão para estações base AIS. Atualmente existem redes ad-hoc com celulares classe A. As estações base podem controlar o tráfego de mensagens AIS em uma região, o que, espera-se, reduzirá o número de colisões de pacotes.

Informações da transmissão

Um transceptor AIS envia os seguintes dados a cada 2 a 10 segundos, dependendo da velocidade da embarcação durante a navegação, e a cada 3 minutos enquanto a embarcação está ancorada:

• Vessel Maritime Mobile Service Identity (MMSI): um número de identificação exclusivo de nove dígitos.
• Status da navegação: Por exemplo, "ancorado", "em andamento usando motor(es)", "sem comando", etc.
• Taxa de giro: direita ou esquerda, de 0 a 720 graus por minuto
• Velocidade sobre o solo : resolução de 0,1 nós (0,19 km/h) de 0 a 102 nós (189 km/h)
• Resolução posicional:
  • Longitude: até 0,000 1 minutos de arco
  • Latitude: até 0,000 1 minutos de arco
• Percurso sobre o solo : relativo ao norte verdadeiro até 0,1°
• Direção verdadeira: 0 a 359° (por exemplo, de uma bússola giroscópica )
• Rumo verdadeiro na própria posição: 0 a 359°
• Segundos UTC: O campo de segundos da hora UTC quando esses dados foram gerados. Um timestamp completo não está presente.

Além disso, os seguintes dados são transmitidos a cada 6 minutos:

• Número de identificação do navio IMO : um número de sete dígitos que permanece inalterado após a transferência do registro do navio para outro país
• Indicativo de chamada de rádio : indicativo de chamada de rádio internacional, até 7 caracteres, atribuído à embarcação pelo país de registro
• Nome: 20 caracteres para representar o nome da embarcação
• Tipo de navio/carga
• Dimensões do navio, para o metro mais próximo
• Localização da antena do sistema de posicionamento (por exemplo, GPS) a bordo da embarcação: em metros à ré da proa e metros a bombordo ou estibordo
• Tipo de sistema de posicionamento: como GPS , DGPS ou LORAN-C .
• Calado do navio: 0,1–25,5 metros
• Destino: máx. 20 caracteres
• ETA (tempo estimado de chegada) ao destino: UTC mês/data hora:minuto
• Opcional: solicitação de hora de alta precisão, uma embarcação pode solicitar que outras embarcações forneçam uma hora UTC e carimbo de data de alta precisão

Descrição detalhada: Unidades Classe B

Os transceptores Classe B são menores, mais simples e de menor custo do que os transceptores Classe A. Cada um consiste em um transmissor VHF, dois receptores VHF Carrier Sense Time Division Multiple Access (CSTDMA), ambos alternando como receptor VHF Digital Selective Calling (DSC), e uma antena GPS ativa. Embora o formato de saída de dados suporte informações de direção, em geral as unidades não são conectadas a uma bússola, então esses dados raramente são transmitidos. A saída é o fluxo de dados AIS padrão a 38.400 kbit/s, nos formatos RS-232 e/ou NMEA. Para evitar a sobrecarga da largura de banda disponível, a potência de transmissão é restrita a 2 W, dando um alcance de cerca de 5 a 10 milhas.

Quatro mensagens são definidas para unidades de classe B:

Mensagem 14

Mensagem Relacionada à Segurança: Esta mensagem é transmitida a pedido do usuário – alguns transceptores possuem um botão que permite que ela seja enviada, ou pode ser enviada através da interface do software. Envia uma mensagem de segurança predefinida.

Mensagem 18

Relatório de Posição CS Padrão Classe B: Esta mensagem é enviada a cada 3 minutos onde a velocidade sobre o solo (SOG) é inferior a 2 nós, ou a cada 30 segundos para velocidades maiores. MMSI, hora, SOG, COG, longitude, latitude, rumo verdadeiro

Mensagem 19

Relatório de Posição de Equipamento Classe B Estendido: Esta mensagem foi projetada para o protocolo SOTDMA e é muito longa para ser transmitida como CSTDMA. No entanto, uma estação costeira pode consultar o transceptor para que esta mensagem seja enviada. MMSI, tempo, SOG, COG, longitude, latitude, proa verdadeira, tipo de navio, dimensões.

Mensagem 24

Relatório de dados estáticos CS Classe B: Esta mensagem é enviada a cada 6 minutos, o mesmo intervalo de tempo dos transponders Classe A. Devido ao seu tamanho, esta mensagem é dividida em duas partes, enviadas com um minuto de diferença. Esta mensagem foi definida após as especificações originais do AIS, então algumas unidades Classe A podem precisar de uma atualização de firmware para poder decodificar esta mensagem. MMSI, nome do barco, tipo de navio, indicativo de chamada, dimensões e id do fornecedor do equipamento.

Descrição detalhada: receptores AIS 

Vários fabricantes oferecem receptores AIS, projetados para monitorar o tráfego AIS. Estes podem ter dois receptores, para monitorizar ambas as frequências em simultâneo, ou podem alternar entre frequências (perdendo assim mensagens no outro canal, mas a preço reduzido). Em geral, eles produzirão dados RS-232, NMEA , USB ou UDP para exibição em plotters de gráficos eletrônicos ou computadores. Assim como rádios dedicados, rádios definidos por software podem ser configurados para receber o sinal. ^[41]

Especificação técnica

Características de RF 

O AIS usa os canais 87 e 88 da Marine Band alocados globalmente .

O AIS usa o lado alto do duplex de dois "canais" de rádio VHF (87B) e (88B)

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

Os canais simplex 87A e 88A usam uma frequência mais baixa para que não sejam afetados por esta alocação e ainda possam ser usados ​​como designados para o plano de frequência móvel marítima .

A maioria das transmissões AIS são compostas por rajadas de várias mensagens. Nestes casos, entre as mensagens, o transmissor AIS deve mudar de canal.

Antes de serem transmitidas, as mensagens AIS devem ser codificadas sem retorno a zero invertido (NRZI).

As mensagens AIS são transmitidas usando modulação Gaussiana de deslocamento mínimo (GMSK). O produto BT do modulador GMSK usado para transmissão de dados deve ser de no máximo 0,4 (valor nominal mais alto).

Os dados codificados GMSK devem modular a frequência do transmissor VHF. O índice de modulação deve ser 0,5.

A taxa de bits de transmissão é de 9600  bits/s

Receptores VHF comuns podem receber AIS com a filtragem desabilitada (a filtragem destrói os dados GMSK). No entanto, a saída de áudio do rádio precisaria ser decodificada. Existem vários aplicativos de PC que podem fazer isso.

O sinal pode percorrer no máximo 75 quilômetros ^[41]

Organização da mensagem

Como há uma infinidade de equipamentos automáticos transmitindo mensagens AIS, para evitar conflitos, o espaço de RF é organizado em quadros. Cada quadro dura exatamente 1 minuto e começa em cada limite de minuto. Cada quadro é dividido em 2250 slots. Como a transmissão pode acontecer em 2 canais, são 4500 slots disponíveis por minuto. Dependendo do tipo e status do equipamento e do status do mapa de slot AIS, cada transmissor AIS enviará mensagens usando um dos seguintes esquemas:

1. Acesso múltiplo por divisão de tempo incremental (ITDMA)
2. Acesso aleatório por divisão de tempo de acesso múltiplo (RATDMA)
3. Acesso fixo por divisão de tempo de acesso múltiplo (FATDMA)
4. Acesso múltiplo por divisão de tempo auto-organizado (SOTDMA)

O esquema de acesso ITDMA permite que um dispositivo anuncie previamente os slots de transmissão de caráter não repetível, os slots ITDMA devem ser marcados para que sejam reservados para um quadro adicional. Isso permite que um dispositivo anuncie previamente suas alocações para operação autônoma e contínua.

ITDMA é usado em três ocasiões:

• entrada de rede de enlace de dados;
• mudanças temporárias e transições nos intervalos de relatórios periódicos;
• pré-anúncio de mensagens relacionadas à segurança.

RATDMA é usado quando um dispositivo precisa alocar um slot, que não foi pré-anunciado. Isso geralmente é feito para o primeiro slot de transmissão ou para mensagens de caráter não repetível.

FATDMA é usado apenas por estações base. Os slots alocados FATDMA são usados ​​para mensagens repetitivas.

SOTDMA é usado por dispositivos móveis operando em modo autônomo e contínuo. O objetivo do esquema de acesso é oferecer um algoritmo de acesso que resolva rapidamente os conflitos sem intervenção das estações de controle.

Formato da mensagem 

Um slot AIS tem 26,66 ms de duração. A modulação de dados é de 9600 bit/s, então cada slot tem uma capacidade máxima de 256 bits. O enquadramento é derivado do padrão HDLC , descrito na ISO/IEC 13239:2002.

Cada slot é estruturado como tal: <8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>

• Preâmbulo de 24 bits: esta é uma sequência de 0101...
• Bandeira de início: 0x7e
• Carga útil de 168 bits, este é o corpo de uma mensagem AIS. Para mensagens que requerem mais dados, vários slots (máximo de 5) devem ser usados.
• CRC-16-CCITT de 16 bits : polinômio de 16 bits para calcular a soma de verificação.
• Sinalizador de parada: 0x7e
• Buffer de 24 bits usado para enchimento de bits , jitter de sincronização e atraso de distância.

Mensagem AIS Exemplo de sinal de modulação GMSK

Observe que o sinal na portadora VHF é codificado em NRZI e usa preenchimento de bits para evitar flags de parada não intencionais que podem ocorrer nos dados. Como tal, os bits brutos devem primeiro ser decodificados e os bits de preenchimento removidos, para chegar ao formato de mensagem utilizável real descrito acima.

Mensagens

Mensagens enviadas e recebidas pelo ar 

Todas as mensagens AIS transmitem 3 elementos básicos de informação:

1. O número MMSI do navio ou equipamento que contém o transmissor (estação base, bóia, etc.)
2. A identificação da mensagem que está sendo transmitida (Ver tabela abaixo)
3. Um indicador de repetição que foi projetado para ser usado para repetir mensagens sobre obstáculos por dispositivos de retransmissão.

A tabela a seguir apresenta um resumo de todas as mensagens AIS usadas atualmente.

mensagem AIS	Uso	Comentários
Mensagem 1, 2, 3: Relatório de Posição Classe A	Informa informações de navegação	Esta mensagem transmite informações relativas à navegação de um navio: longitude e latitude, hora, proa, velocidade, estado de navegação do navio (em potência, fundeado...)
Mensagem 4: Relatório da Estação Base	Usado por estações base para indicar sua presença	A mensagem informa uma posição e hora precisas. Serve como referência estática para outras naves
Mensagem 5: Dados estáticos e relacionados à viagem	Dá informações sobre um navio e sua viagem	Uma das poucas mensagens cujos dados são inseridos manualmente. Essas informações incluem dados estáticos, como comprimento, largura e calado do navio, bem como o destino pretendido do navio
Mensagem 6: Mensagem Endereçada Binária	Uma mensagem ponto a ponto endereçada com carga útil binária não especificada.
Mensagem 7: Mensagem de Reconhecimento Binário	Enviado para confirmar a recepção de uma mensagem 6
Mensagem 8: Mensagem Binária de Transmissão	Uma mensagem de transmissão com carga binária não especificada.
Mensagem 9: Relatório Padrão de Posição de Aeronave de Busca e Salvamento	Usado por uma aeronave (helicóptero ou avião) envolvida em operações de busca e salvamento no mar (ou seja, busca e recuperação de sobreviventes de um acidente no mar).	Envia localização (incluindo altitude) e informações de tempo
Mensagem 10: Consulta UTC/Data	Obter hora e data de uma estação base	Solicitação de informações UTC/Data de uma estação base AIS. Usado quando um dispositivo não tem hora e data localmente, geralmente do GPS
Mensagem 11: Resposta de data/hora universal coordenada	Resposta da mensagem 10	Idêntico à mensagem 4.
Mensagem 12: Mensagem Relacionada à Segurança Endereçada	Usado para enviar mensagens de texto para uma embarcação especificada	A mensagem de texto pode estar em inglês simples, códigos comerciais ou até criptografada
Mensagem 13: Reconhecimento relacionado à segurança	Resposta da mensagem 12
Mensagem 14: mensagem de transmissão relacionada à segurança	Idêntico à mensagem 12, mas transmitido
Mensagem 15: Interrogatório	Usado por uma estação base para obter o status de até 2 outros dispositivos AIS
Mensagem 16: Comando de modo atribuído	Usado por uma estação base para gerenciar os slots AIS
Mensagem 17: Mensagem binária de transmissão global do sistema de navegação por satélite	Usado por uma estação base para transmitir correções diferenciais para GPS
Mensagem 18: Relatório de posição do equipamento padrão classe B	Um relatório menos detalhado do que os tipos 1-3 para embarcações que usam transmissores Classe B	Não inclui status de navegação nem taxa de giro
Mensagem 19: Relatório estendido de posição do equipamento classe B	Para equipamentos herdados de classe B	É substituída pela mensagem 18
Mensagem 20: mensagem de gerenciamento de link de dados	Usado por uma estação base para gerenciar os slots AIS	Esta mensagem é usada para pré-alocar slots TDMA dentro de uma rede de estação base AIS
Mensagem 21: Relatório de ajuda à navegação	Usado por um (AtN) auxílio ao dispositivo de navegação (bóias, farol..)	Transmite hora e localização precisas, bem como as características do AtN
Mensagem 22: Gerenciamento de canal	Usado por uma estação base para gerenciar o link VHF
Mensagem 23: Comando de atribuição de grupo	Usado por uma estação base para gerenciar outras estações AIS
Mensagem 24: relatório de dados estáticos	Equivalente a uma mensagem Tipo 5 para navios que utilizam equipamentos Classe B
Mensagem 25: mensagem binária de slot único	Usado para transmitir dados binários de um dispositivo para outro
Mensagem 26: Mensagem binária de vários slots com estado de comunicação	Usado para transmitir dados binários de um dispositivo para outro
Mensagem 27: Mensagem de transmissão do sistema de identificação automática de longo alcance	Esta mensagem é usada para detecção de longo alcance de embarcações AIS Classe A e Classe B (normalmente por satélite).	O mesmo que as mensagens 1, 2 e 3

Mensagens enviadas para outros equipamentos da nave

Os equipamentos AIS trocam informações com outros equipamentos usando sentenças NMEA 0183 .

O padrão NMEA 0183 usa duas sentenças primárias para dados AIS

• !AIVDM (dados recebidos de outras embarcações)
• !AIVDO (informações da própria embarcação)

Típica mensagem AIS padrão NMEA 0183 :!AIVDM,1,1,,A,14eG;o@034o8sd<L9i:a;WF>062D,0*7D

Em ordem:

!AIVDM: O tipo de mensagem NMEA, outras mensagens do dispositivo NMEA são restritas  
1 Número de frases (algumas mensagens precisam de mais de uma, o máximo geralmente é 9)
1 Número da frase (1, a menos que seja uma mensagem com várias frases)
               O espaço em branco é o ID da mensagem sequencial (para mensagens com várias frases)
A O canal AIS (A ou B), para transponders de canal duplo, deve corresponder ao canal usado
14eG;... Os dados AIS codificados, usando AIS-ASCII6
0* Fim dos dados, número de bits não utilizados no fim dos dados codificados (0-5)
Soma de verificação 7D NMEA (NMEA 0183 padrão CRC16)

Segurança 

O AIS foi projetado como um padrão intencionalmente aberto ^[42] e, devido à natureza não autenticada e não criptografada do AIS, recentemente Balduzzi, Pasta, Wilhoit et al. mostrou que o AIS é vulnerável a diferentes ameaças, como falsificação, sequestro e interrupção de disponibilidade. Essas ameaças afetam tanto a implementação em provedores online quanto a especificação do protocolo, o que torna os problemas relevantes para todas as instalações de transponders (estimadas em mais de 300.000). ^{[43] [44] [45] [46]}

Os sites de monitoramento de navios disponíveis publicamente dependem de feeds de dados não autenticados da rede receptora AIS operada por voluntários, cujas mensagens podem ser falsificadas com relativa facilidade por meio da injeção de pacotes AIS no fluxo de dados brutos ou no ar usando equipamentos um pouco mais complexos, como SDR . No entanto, as comunicações navio-navio são enviadas por transponders Classe B que são certificados para fornecer apenas a posição GPS do receptor integrado, portanto, contornar essas mensagens exigiria SDR ou falsificação de GPS . ^[42]

Falsificação

Em 18 de junho de 2021, receptores AIS em Chornomorsk , na Ucrânia, relataram que o HMS Defender e o HNLMS Evertsen supostamente navegavam em direção à base militar russa de Sevastopol na Crimeia anexada enquanto os navios estavam ancorados com segurança em Odessa , de acordo com vários feeds de webcam e testemunhas ao vivo, o que implicava que falsificados Os dados AIS foram injetados no sistema por uma parte desconhecida. ^[47] Alguns dias depois, em 22 e 23 de junho, os navios deixaram Odessa e navegaram pela costa da Criméia, com a Rússia acusando a frota de violar seu território, enquanto o comando do Reino Unido insistia que os navios navegassem em águas internacionais. ^[48]

Em março de 2021, um incidente semelhante foi registrado pelas forças armadas suecas cujos navios foram apresentados incorretamente pelo AIS como se estivessem navegando em águas russas perto de Kaliningrado . ^[49]

Em julho de 2021, o pesquisador Bjorn Bergman encontrou quase 100 conjuntos de dados AIS falsificados entre setembro de 2020 e agosto de 2021, sendo quase todos navios de guerra europeus e da OTAN falsificados. ^[50] Ele disse que os dados apareciam no sistema como se tivessem sido recebidos por receptores terrestres (não por satélite), o que o levou a acreditar que os dados não estavam sendo introduzidos por falsas transmissões de rádio, mas sim injetados nos fluxos de dados. usado por sites AIS. ^[50] Todd Humphreys, diretor do Laboratório de Radionavegação da Universidade do Texas em Austin, afirmou que "Embora eu não possa dizer com certeza quem está fazendo isso, os dados se encaixam em um padrão de desinformação que nossos amigos russos costumam usar. ." ^[50]

Pesquisa

Existe um corpo crescente de literatura sobre métodos de exploração de dados AIS para segurança e otimização da navegação marítima, ou seja, análise de tráfego, detecção de anomalias, extração e previsão de rotas, detecção de colisões, planejamento de caminhos, roteamento meteorológico, estimativa de refratividade atmosférica e muito mais [51 ^{] [52] [53] [54]}

Veja também

• ADS-B , um sistema conceitualmente semelhante para aeronaves
• AIS-SART , um sistema portátil de busca e salvamento
• Sistema Automático de Relatório de Pacotes
• Identificação e rastreamento de longo alcance (navios)
• MarineTraffic , um site que utiliza dados AIS
• NMEA 0183
• Gestão do tráfego marítimo
• Sistema de prevenção de colisão de tráfego (TCAS) para aeronaves

Referências

1. ^ "Transponders AIS" . Imo.org . Recuperado em 22 de fevereiro de 2021 .
2. ^ Evitando a detecção: a equipe que rastreia a tentativa do Irã de ocultar suas exportações de petróleo
3. ^ "Análise EMC de Identificação Automática Universal e Sistemas de Correspondência Pública na Banda VHF Marítima" (PDF) . Transition.fcc.gov . Acesso em 16 de fevereiro de 2015 .
4. ^ "Contribuição de internet AIS" . www.marinetraffic.com . Acesso em 29 de julho de 2014 .
5. ^ Principais fotos de usuários, comunidade de rastreadores de embarcações . Acesso em 14 de outubro de 2008.
6. ^ "TEXTO consolidado: 32002L0059 — EN — 16.03.2011" .
7. ^ "Sete coisas que você deve saber sobre AIS" . 31 de janeiro de 2018.
8. ^ "Atlantis deixa Columbus com um olho de rádio no tráfego marítimo da Terra" . ESA . 4 de dezembro de 2009. Arquivado do original em 8 de dezembro de 2009 . Consultado em 6 de dezembro de 2009 .
9. ^ "LUXSPACE Sarl - LuxSpace lança satélite AIS com sucesso em PSLV" . LuxSpace. Arquivado do original em 29/05/2010 . Recuperado 2012-04-11 .
10. ^ "O receptor de satélite da ESA traz o rastreamento do tráfego marítimo mundial ao seu alcance" . ESA . 23 de abril de 2009 . Consultado em 6 de dezembro de 2009 .
11. ↑ [1] Arquivado em 29 de setembro de 2010, no Wayback Machine
12. ^ "SpaceQuest recebendo mensagens AIS SART da órbita" . Kurt Schwehr. 29 de abril de 2010 . Consultado em 6 de agosto de 2011 .
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