ÜBER AIS
AIS Grundlagen
- Die Radio Standards der Internationalen Fernmeldeunion (ITU - International Telecommunication Union) definieren technische Eigenschaften und Kommunikationsregeln sowohl for die VHF- als auch für die (seriellen) Datenschnittstellen des AIS. Aktuelle Standards sind ITU-R M.1371-5, M.825-3 and M. 1084-5.
- Die Internationale Seeschifffahrts-Organisation (IMO -International Maritime Organization) definiert die funktionalen Betriebsstandards und die Zielsetzungen für AIS in IMO Resolution MSC.74 (69) Annex 3.
Wie AIS funktioniert
(Abbildung zeigt das ältere Modell Nauticast AIS, das nunmehr durch den Nauticast A2 Klasse A AIS Transponder ersetzt wurde)
Komponenten eines AIS Gerätes
- einem VHF Sender,
- zwei VHF Empfängern,
- einem VHF DSC Empfänger (separate Empfänger in der Klasse A und oft geteilt mit den AIS Empfänger in der Klasse B)
- einem internen Positionierungsmodul basierend auf einem Globalen Navigationssatellitensystem (GNSS), wie zB GPS, GALILEO, Baidu or GLONASS. Auf größeren Schiffen mit Klasse A AIS dient das interne Positionierungsmodul nur der Ausfallsicherheit, weil Position und Fahrdaten normalerweise von externen Sensoren (GPS, Kompass) mittels serieller Übertragung empfangen und wegen der größeren Genauigkeit auch verwendet werden.
- Marine Standardkommunikationverbindungen (IEC 61162/NMEA 0183) zu Sensoren (wie zB GPS Empfänger, Gyrokompass oder Wendeanzeiger) und Elektronischen Kartensystemen (ECDIS),
- ein "Minimum Keyboard und Display" (MKD), also Tastatur und Display sodass das AIS autonom ohne zB ECDIS bedient werden kann
- und einen Kommunikationsanschluß für einen Piloten (Pilot Plug).
AIS Kommunikation im Detail
Kanalzugriffsmethoden
SOTDMA
RATDMA
FATDMA
ITDMA
CSTDMA
AIS Nachrichtentypen (englisches Original gemäß ITU)
Message ID |
Name |
Description |
Access scheme |
1 |
Position report |
Scheduled position report; (Class A) |
SOTDMA, RATDMA, ITDMA |
2 |
Position report |
Assigned scheduled position report; (Class A) |
SOTDMA |
3 |
Position report |
Special position report, response to interrogation; (Class A) |
RATDMA |
4 |
Base station report |
Position, UTC, date and current slot number of base station |
FATDMA, RATDMA |
5 |
Static and voyage related data |
Scheduled static and voyage related vessel data report; (Class A) |
RATDMA, ITDMA |
6 |
Binary addressed message |
Binary data for addressed communication |
RATDMA, FATDMA, ITDMA |
7 |
Binary acknowledge-ment |
Acknowledgement of received addressed binary data |
RATDMA, FATDMA, ITDMA |
8 |
Binary broadcast message |
Binary data for broadcast communication |
RATDMA, FATDMA, ITDMA |
9 |
Standard SAR aircraft position report |
Position report for airborne stations involved in SAR operations, only |
SOTDMA, RATDMA, ITDMA |
10 |
UTC/date inquiry |
Request UTC and date |
RATDMA, FATDMA, ITDMA |
11 |
UTC/date response |
Current UTC and date if available |
RATDMA, ITDMA |
12 |
Addressed safety related message |
Safety related data for addressed communication |
RATDMA, FATDMA, ITDMA |
13 |
Safety related acknowledge-ment |
Acknowledgement of received addressed safety related message |
RATDMA, FATDMA, ITDMA |
14 |
Safety related broadcast message |
Safety related data for broadcast communication |
RATDMA, FATDMA, ITDMA |
15 |
Interrogation |
Request for a specific message type |
RATDMA, FATDMA, ITDMA |
16 |
Assignment mode command |
Assignment of a specific report behaviour by competent authority using a Base station |
RATDMA, FATDMA |
17 |
DGNSS broadcast binary message |
DGNSS corrections provided by a base station |
FATDMA, RATDMA |
18 |
Standard Class B equipment position report |
Standard position report for Class B shipborne mobile equipment to be used instead of Messages 1, 2, 3 |
SOTDMA, ITDMA, CSTDMA |
19 |
Extended Class B equipment position report |
No longer required; extended position report for Class B shipborne mobile equipment; contains additional static information |
ITDMA |
20 |
Data link management message |
Reserve slots for Base station(s) |
FATDMA, RATDMA |
21 |
Aids-to-navigation report |
Position and status report for aids-to-navigation |
FATDMA, RATDMA |
22 |
Channel management(6) |
Management of channels and transceiver modes by a Base station |
FATDMA, RATDMA |
23 |
Group assignment command |
Assignment of a specific report behaviour by competent authority using a Base station to a specific group of mobiles |
FATDMA, RATDMA |
24 |
Static data report |
Additional data assigned to an MMSI Part A: Name Part B: Static Data |
RATDMA, ITDMA, CSTDMA, FATDMA |
25 |
Single slot binary message |
Short unscheduled binary data transmission (Broadcast or addressed) |
RATDMA, ITDMA, CSTDMA, FATDMA |
26 |
Multiple slot binary message with Communi-cations State |
Scheduled binary data transmission (Broadcast or addressed) |
SOTDMA, RATDMA, ITDMA FATDMA |
27 |
Position report for long-range applications |
Class A and Class B “SO”outside base station coverage |
MSSA |
28-64 |
Undefined |
Reserved for future use |
|
Aussendeintervalle
Da die mit AIS übertragenen Informationen verschieden schnell die Aktualität verlieren, haben die einzelnen Nachrichtentypen unterschiedliche Aussendeintervalle.
Statische Information: Alle 6 min und wenn Daten geändert oder abgefragt werden. The long intervall between transmissions of static information is the reason, why other AIS stations are only seen with their MMSI when an AIS is switched on until the first report with static information is received.
Dynamische Information: abhängig von Geräteklasse, Geschwindigkeit und Kursänderung entsprechend den untenstehenden Tabellen
Reisedaten: Alle 6 min und wenn Daten geändert oder abgefragt werden.
Sicherheitsnachrichten (SRM): nach Bedarf.
Klasse A Aussendeintervalle:
Dynamische Bedingungen |
Nominelles Aussendeintervall |
Schiff vor Anker oder festgemacht und Geschwindigkeit nicht größer als 3 Knoten |
3 min |
Schiff vor Anker oder festgemacht und Geschwindigkeit größer als 3 Knoten |
10 s |
Schiff 0-14 Knoten |
10 s |
Schiff 0-14 Knoten mit Kursänderung |
3 1/3 s |
Schiff 14-23 Knoten |
6 s |
Schiff 14-23 Knoten mit Kursänderung |
2 s |
Schiff > 23 Knoten |
2 s |
Schiff > 23 Knoten mit Kursänderung |
2 s |
Aussendeintervalle anderer AIS-Geräte:
Gerätezustand |
Nominelles Aussendeintervall |
Verlängertes Aussendeintervall |
Klasse B “SO” nicht schneller als 2 Knoten |
3 min |
3 min |
Klasse B “SO” Geschwindigkeit 2−14 Knoten |
30 s |
30 s |
Klasse B “SO” Geschwindigkeit 14-23 Knoten |
15 s |
30 s |
Klasse B “SO” Geschwindigkeit > 23 Knoten |
5 s |
15 s |
Klasse B “CS” nicht schneller als 2 Knoten |
3 min |
– |
Klasse B “CS” schneller als 2 Knoten |
30 s |
– |
Seenotrettungs-Flugzeug (luftgestütztes mobiles Gerät) |
10 s |
– |
Aids to navigation (AIS AtoN) |
3 min |
– |
AIS Basisstation |
10 s |
– |
Das verlängerte Aussendeintervall kommt in überfüllten Regionen (Slotbelegung größer 50%) zur Anwendung.
AIS Gerätetypen
In hohem Ausmaß sind alle AIS basierten Geräte kompatibel. Sie verwenden die gleichen Frequenzen und orientieren sich an den TDMA Zeitfenstern. Im Detail sind jedoch manche Nachrichtentypen für einzelne Gerätetypen reserviert und auch die Reservierungsmethode der Zeitfenster kann sich unterscheiden.
Klasse A (IEC 61993-2)
Schiffsseitige AIS-Stationen, die die Leistungsstandards der IMO für ausrüstungspflichtige Schiffe erfüllen. Die Sendeleistung beträgt normalerweise 12,5W. Klasse A Stationen senden ihre Position (Nachricht 1/2/3) autonom alle 2-10 Sekunden in Abhängigkeit von Schiffsgeschwindigkeit und Kurs (alle 3 Minuten, wenn vor Anker oder festgemacht). Statische Informationen und Resisedaten (Nachricht 5) werden alle 6 Minuten gesendet. Klasse A Stationen können auch Textnachrichten und Sicherheitsnachrichten (SRM) versenden (Nachricht 12/14) und Application Specific Messages ASM (Nachricht 6/8/25/26) verarbeiten, wie zB meteorologische und hydrologische Daten, Notice to Mariners/Skippers und andere marine Sicherheitsinformationen (siehe IMO Safety of Navigation Circular 289, "Guidance on the use of AIS application-specific messages (ASM)" oder die IALA "Application Specific Message Collection"). In der Berufsschifffahrt sollte AIS zu jeder Zeit eingeschaltet bleiben, auch wenn das Schiff vor Anker liegt oder be-/entladen wird.
Einer der erfolgreichsten AIS Klasse A Transponder ist unser Nauticast A2, der sowohl für den Betrieb nach Solas als auch nach Inland-Standard zertifiziert ist und der zuverlässig iauf Hochsee, in Küstenregionen und auf Flüssen eingesetzt wird.
Klasse B (IEC 62287-1 & IEC 62287-2)
Schiffseitige AIS-Stationen, die mit anderen AIS Stationen zusammenarbeiten, aber einfacheren Leistungsstandards folgen als Klasse A Geräte. Die Sendeleistung von 2W für Klasse B Geräte ist wesentlich geringer als bei Klasse A Geräten oder Basisstationen, weswegen der Position der VHF-Antenne eine umso größere und die entscheidende Bedeutung für die Reichweite zukommt. Wie bei Klasse A Geräten wird die Position (Nachricht 18) alle 3 Minuten ausgesendet, wenn sich das Schiff nicht bewegt. Fährt das Schiff sind die Aussendeintervalle aber länger als bei Klasse A. Analog sendet Klasse B die statischen Schiffsdaten (Nachricht 24A and 24B) alle 6 Minuten. Reisedaten werden von Klasse B Geräten nicht ausgesendet. Sie können Textnachrichten und ASM Nachrichten empfangen, aber diese in der Regel nicht aussenden.
Nach Kanalzugriff unterscheidet man 2 Arten von Klasse B, nämlich einerseites Geräte, die über Carrier Sense Time Division Multiple Access (CSTDMA) am Funkverkehr teilnehmen und andererseits jene, die Self Organizing Time Division Multiple Access Technology (SOTDMA) verwenden. Durch das aufwendigere Slot-reservierungsverfahren benötigen Klasse B "SO" mehr Prozessorleistung für die Slotberechnungen. Klasse B "CS" ist in der Regel etwas günstiger, in der Praxis sind die Unterschiede für den Seemann vernachläßigber. Das Nauticast B2 ist ein "CS" Gerät mit einer Empfangsleistung vergleichbar mit Klasse Geräten von 50 km und mehr und kann unter günstigen Umständen bis zu 20 km weit empfangen werden. Mit seiner Zuverläßigkeit, einer Vielzahl an Kommunikationsoptionen und der leistungsfähigen Steuerungssoftware Link2AIS ist das Nauticast B2 die erste Wahl für den ambitionierten und vorsichtigen Skipper.
Seenotrettungsflugzeuge (Search and Rescue Aircraft, partly IEC 61993-2)
AIS-Mobilstation für Luftfahrzeuge, die normalerweise ihre Position alle 10 Sekunden (Nachricht 9) aussendet. Statische Daten werden mit Nachricht 5, 24A und 24B ausgesendet.
AIS AtoN Station (Aid to Navigation) (IEC 62320-2)
AtoN Stationen können sowohl an Land und Küsten als auch auf See und Flüssen installiert sein und senden Position und Informationen über den AtoN Status aus (normalerweise Nachricht 21 alle 3 Minuten), aber der AtoN Standard bietet diesbezüglich viel mehr Flexibilität zur Anpassung an individuelle Bedürfnisse als jener für Klasse A und Kalsse B AIS. AtoN Stationen können auch Application Specific Messages (Nachricht 12/14) aussenden, bei Bedarf auch verschlüsselt. Weiters kann auch Nachricht 21 für virtuelle oder synthetische AtoNs ausgesendet werden.
AIS SART (Search and Rescue Transmitter) (IEC 61097-14)
AIS SART dienen der Selbstauffindung zB auf Rettungsbooten. Ein AIS SART sendet eine Nachricht 14 mit entweder "SART TEST" oder "ACTIVE SART". Wenn der SART aktiv ist sendet er zusätzlich eine Positionsnachricht 1 mit "Navigation Status" = 14 in einer Serie von 8 Nachrichten im Minutenabstand.
AIS SARTs kommen auch als Maritime Survivor Locating Devices (MSLD) oder Man-over-board (MOB) Geräte gemäß RTCM 11901.1, "Standard for Maritime Survivor Locating Devices" vor, sowie auch als AIS Notfunkbaken (EPIRBs). Standard AIS SARTs erhalten MMSIs beginnend mit "970", AIS MSLDs oder MOBs beginnend mit "972" und AIS EPIRBs beginnend mit "974". Alle Typen von AIS SARTs werden von AIS Geräten der Klasse A und B ausgewertet und an Kartensysteme ausgegeben.
AIS Basisstation (IEC 62320-1)
AIS-Basisstationen, meist an Land, unterstützen die komplexesten AIS-Funktionen von Kanalmanagement, über Textnachrichten, Zeitsynchronisierung bis zur Aussendung meteorologischer oder hydrologischer Informationen und vielem mehr. Aussendungen erfolgen normal (Nachricht 4) alle 10 Sekunden. Basisstationen werden meist von den zuständigen Schifffahrtsbehörden betrieben.
Mit der steigenden Popularität und Ausbreitung von Anwendungen wie marinetraffic.com, vesselfinder.com, shipfinder.com und anderen sind zahlreiche private AIS-Netzwerke mit "Basisstationen" entstanden. Im Gegensatz zu den behördlichen Basisstationen sind diese aber nur riesige Empfangsnetzwerke mit mächtigen Datenbanksystemen. Es erfolgen keine Aussendungen oder AIS-Kanalmanagement.
Anwendungen, Nutzen und Grenzen
Die Vorteile der AIS Technologie sind:
- AIS Netzwerke funktionieren autonom, sobald AIS Geräte vorhanden sind
- Die Reichweite übersteigt sowohl jene des visuellen Ausblicks als auch jene des Radar
- AIS wird durch schlechtes Wetter oder Sichtverhältnisse nicht beeinträchtigt
- AIS bietet die Möglichkeit relevante Informationen in zuverlässiger Form zu übertragen
- AIS basiert auf digitaler Datenübertragung, die weniger fehleranfällig ist als Sprachkommunikation
In welchen Anwendungsbereichen wird AIS eingesetzt?
Kollisionsvermeidung
AIS wurde von der IMO entwickelt, um Kollisionen zwischen großen Schiffen zu vermeiden. Die Technologie identifiziert jedes Schiff zusammen mit seiner Position und Bewegung und erlaubt damit einen regionalen Überblick in Echtzeit.
Während AIS Geräte selbst in der Regel nur grundlegende Textinformationen ausgeben, können die empfangenen Daten an Elektronische Kartensysteme (ENC), vollständige Elektronische Kartendarstellungs- und Informationssysteme (ECDIS), Radaranzeigen oder einer Kombination davon weitergeleitet werden und ergeben so konsolidierte Navigationsinformationen.
Wenn ein Schiff auf See navigiert, sind Informationen über die Bewegung und die Identität anderer Schiffe in der Nähe für Navigatoren entscheidend, um Entscheidungen treffen zu können, um Kollisionen mit anderen Schiffen und Gefahren (Untiefen oder Felsen) zu vermeiden. Zu diesem Zweck wurden in der Vergangenheit visuelle Beobachtungen (Ausblick, Fernglas und Nachtsicht), Audioaustausch (z. B. Pfeifen, Hörner und UKW-Radio) und Radar oder automatische Radarkarten verwendet. Ihr Umfang wurde nicht ersetzt, aber durch die Integration von AIS enorm erweitert.
Vessel traffic services
In vielen Gewässern wird der Schiffsverkehr durch Vessel Traffic Service (VTS) gesteuert. AIS liefert dafür eine wesentliche Datengrundlage und ist ein unverzichtbarer Bestandteil des Schiffsverkehrsmanagement.
Fischereiüberwachung und -steuerung
AIS wird in nationalen Fischereigewässern durch die Aufsichtsbehörden eingesetzt, um die Aktivitäten der Fangflotten zu überwachen, typischerweise bis zu einer Reichweite von 100 km (abhängig von Antennenposition und Qualität der eingesetzten Empfänger/Basisstationen) meist ergänzt um Daten, die satellitengestütz empfangn werden.
Seenotrettung (Search and rescue)
Zur Koordination der Einsatzkräfte vor Ort im Rahmen einer Seenotrettung sind verläßliche Positionsdaten der Schiffe in der Nähe und die Verfügbarkeit letztgültiger Positionsdaten des verunfallten Schiffes oft lebensrettend. Auch in diesem Fall liefert AIS einen wertvollen Beitrag zur Sicherheit auf See. Der AIS Standard sieht auch den Einsatz auf SAR-Flugzeugen vor, die Positionsdaten empfangen und ihre eigene Position mit AIS-Nachricht 9 aussenden.
Zur Unterstützung der Auffindung von Personen in Seenot spezifiziert IEC 61097-14 Ed 1.0 AIS-basierte SAR Transmitter (AIS-SART). AIS-SART ist ebenfalls Teil des Global Maritime Distress Safety Systems (GMDSS) seit 1. Jänner 2010.
Seeunfalluntersuchung
AIS Informationen werden regelmäßig zur Untersuchung von Schifffahrtsunfällen herangezogen, da sie wesentlich zur Auflklärung des Herganges beitragen können.
Messaging (Application Specific Messages - ASM)
Mittels AIS Nachrichten 6, 8, 25 und 26 können Binärnachrichten ausgesendet werden. Dies erfolgt entweder adressiert an eine oder mehrere (adressierte Nachricht - ABM) oder an alle Empfänger (Broadcast Nachricht –BBM). Wenn die Nachricht nicht verschlüsselt ist, kann sie von jedem Empfänger dekodiert werden. Der Einsatz von ASM steigt rasant und reicht von Navigationsinformationen wie meteorologischen und hydrologischen Daten über Verkehrsmanagement, Anfragen durch Basisstationen, Ladungsinformationen, Schleusen- und anderer Infrastrukturstatus bis zu internen Schiffsdaten (meist verschlüsselt und über Sat-AIS). AtoNs verwenden ASM für eine Vielzahl an Einsatzzwecken von der Übertragung von Sensordaten bis zu Licht- und Batteriestatus und -steuerung. Ein Zukunftsfeld ist der Einsatz von ASM für Schiffsverkehrsmanagement, Schleusen- und Hafenreservierungen, Frachtabfertigung, Grenzkontrollen und vieles mehr. Das Verzeichnis der verfügbaren ASM wird von IALA (International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities) verwaltet. Siehe: http://www.iala-aism.org/asm/
Alle Nauticast Produkte unterstützen die Verwendung von ASM und bieten auch Verschlüsselungsmöglichkeiten. Die Nauticast AtoN und Klasse B Produkte sind zusammen mit Link2AIS als Managementsoftware für diesen Zweck optimiert.
Die Zukunft von AIS - VHF Data Exchange System (VDES)
Hielt man zum Zeitpunkt der AIS Einführung die zur Verfügung stehenden Übertragungskapazitäten noch für praktisch unbeschränkt, so sind nunmehr die AIS Kanäle in stark frequentierten Gegenden vielfach schon überlastet. Zieht man weiters die Notwendigkeit für zukünftige Erweiterungen wie zB ASM (siehe Absatz oben) in Betracht, so wird klar, dass die AIS Bandbreite nicht mehr ausreicht. Als weiterer Mangel von AIS tritt immer stärker auch die limitierte Reichweite in den Vordergrund.
Diese Unzulänglichkeiten haben nunmehr dazu geführt, dass aufbauend auf AIS ein neuer Standard definiert wurde, der die AIS Leistungsfähigkeit wesentlich erweitert. Der neue Standard nennt sich VHF Data Exchange System (VDES). VDES erweitert AIS um 2 terrestrische Kanäle für ASM (siehe oben) und eine 2-Weg Satellitenverbindung, womit zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten sowohl für Schiffsführer, Eigner aber auch Behörden erschlossen werden. Der Standard ITU-R M.2092 “Technical characteristics for a VHF data exchange system in the VHF maritime mobile band” legt die wesentlichen technischen Eckpunkte fest.
Eine umfassende Zusammenfassung des VDES Konzeptes, den aktuellen Staus und geplante Schritte finden sich unter: IALA VHF Data Exchange System (VDES) Overview.