نظام التعرف الالي AIS

نظام التعرف الالي AIS

هو نظام تتبع آلي يستخدم أجهزة إرسال واستقبال على متن السفن، وتستخدمه خدمات حركة مرور السفن (VTS)

عند استخدام الأقمار الصناعية لاستقبال إشارات AIS، يُستخدم مصطلح Satellite-AIS (S-AIS). تُكمّل معلومات AIS الرادار البحري، الذي لا يزال الوسيلة الأساسية لتجنب الاصطدام في النقل المائي. على الرغم من اختلافه التقني والتشغيلي، فإن نظام ADS-B يُشبه نظام AIS ويؤدي وظيفة مماثلة للطائرات.

يمكن عرض المعلومات التي تُوفرها معدات AIS، مثل التعريف الفريد والموقع والمسار والسرعة، على شاشة أو نظام إلكتروني لعرض الخرائط والمعلومات (ECDIS). يهدف نظام AIS إلى مساعدة الضباط البحريين ، وتمكين السلطات البحرية من تتبع ومراقبة تحركات السفن. يدمج نظام AIS جهاز إرسال واستقبال VHF قياسيًا مع نظام تحديد المواقع، مثل جهاز استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، مع أجهزة استشعار ملاحة إلكترونية أخرى، مثل البوصلة الجيروسكوبية أو مؤشر معدل الدوران. يمكن تتبع السفن المجهزة بأجهزة إرسال واستقبال AIS بواسطة محطات AIS الأساسية الواقعة على طول السواحل، أو عند وجودها خارج نطاق الشبكات الأرضية، من خلال عدد متزايد من الأقمار الصناعية المجهزة بأجهزة استقبال AIS خاصة قادرة على إزالة التضارب بين عدد كبير من التوقيعات.

تنص الاتفاقية الدولية لسلامة الأرواح في البحر SOLAS الصادرة عن المنظمة البحرية الدولية على تركيب نظام AIS على متن السفن الدولية المبحرة التي تبلغ حمولتها الإجمالية 300 طن أو أكثر، وجميع سفن الركاب بغض النظر عن حجمها. ولأسباب متعددة سمح للسفن إيقاف تشغيل أجهزة إرسال واستقبال AIS الخاصة بها اعتبارًا من عام 2021، كان هناك أكثر من 1,644,000 سفينة مجهزة بنظام AIS.

عرض بيانات AIS واستخدامها

يهدف نظام AIS، في المقام الأول، إلى السماح للسفن بمشاهدة حركة المرور البحرية في منطقتها وأن تراها تلك الحركة. يتطلب هذا جهاز إرسال واستقبال AIS مخصصًا يعمل بتردد VHF يسمح بمشاهدة حركة المرور المحلية على جهاز رسم خرائط أو شاشة كمبيوتر مزود بنظام AIS أثناء إرسال معلومات حول السفينة نفسها إلى أجهزة استقبال AIS أخرى. قد يتم تجهيز سلطات الموانئ أو غيرها من المرافق الساحلية بأجهزة استقبال فقط، بحيث يمكنها مشاهدة حركة المرور المحلية دون الحاجة إلى إرسال موقعها الخاص. يمكن مشاهدة حركة المرور في جميع أجهزة الإرسال والاستقبال AIS المجهزة بهذه الطريقة بشكل موثوق للغاية ولكنها تقتصر على نطاق VHF، حوالي 10-20 ميلًا بحريًا.

إذا لم يتوفر جهاز رسم خرائط مناسب، فيمكن مشاهدة إشارات جهاز الإرسال والاستقبال AIS للمنطقة المحلية عبر جهاز كمبيوتر باستخدام أحد تطبيقات الكمبيوتر العديدة مثل ShipPlotter أو GNU AIS أو OpenCPN. تعمل هذه التطبيقات على فك تشفير الإشارة من هاتف لاسلكي بحري VHF معدل مضبوط على ترددات AIS وتحويلها إلى تنسيق رقمي يمكن للكمبيوتر قراءته وعرضه على الشاشة؛ يمكن بعد ذلك مشاركة هذه البيانات عبر شبكة محلية أو واسعة النطاق، ولكنها ستظل محدودة بالنطاق الإجمالي لأجهزة الاستقبال اللاسلكية المستخدمة في الشبكة. ونظرًا لأن تطبيقات مراقبة AIS الحاسوبية وأجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية VHF العادية لا تحتوي على أجهزة إرسال واستقبال AIS، فقد تستخدمها المرافق الساحلية التي لا تحتاج إلى الإرسال أو كبديل غير مكلف لجهاز AIS مخصص للسفن الصغيرة لمشاهدة حركة المرور المحلية، ولكن بالطبع، سيظل المستخدم غير مرئي لحركة المرور الأخرى على الشبكة.

ومن الاستخدامات الثانوية وغير المخطط لها والناشئة لبيانات AIS جعلها قابلة للعرض العام، على الإنترنت، دون الحاجة إلى جهاز استقبال AIS. يتم تجميع بيانات جهاز الإرسال والاستقبال AIS العالمية التي يتم جمعها من كل من الأقمار الصناعية والمحطات الساحلية المتصلة بالإنترنت وإتاحتها على الإنترنت من خلال عدد من مزودي الخدمة. ويمكن عرض البيانات المجمعة بهذه الطريقة على أي جهاز قادر على الاتصال بالإنترنت لتوفير بيانات موقع شبه عالمية وفي الوقت الفعلي من أي مكان في العالم. تتضمن البيانات النموذجية اسم السفينة وتفاصيلها وموقعها وسرعتها واتجاهها على خريطة، وهي قابلة للبحث، ولها نطاق عالمي غير محدود، كما أن تاريخها مُؤرشف. معظم هذه البيانات مجانية، ولكن بيانات الأقمار الصناعية والخدمات الخاصة، مثل البحث في الأرشيفات، عادةً ما تُقدم بتكلفة. البيانات متاحة للقراءة فقط، ولن يظهر المستخدمون على شبكة AIS نفسها. يُدير عدد كبير من المتطوعين أجهزة استقبال AIS البرية التي تُساهم في الإنترنت. كما تتوفر تطبيقات AIS للهواتف المحمولة بسهولة للاستخدام مع أجهزة Android و Windows و iOS. يستخدم مالكو السفن وموزعو البضائع هذه الخدمات للعثور على السفن وشحناتها وتتبعها، بينما يُمكن لعشاق الملاحة البحرية إضافة صور إلى مجموعاتهم.

في أبسط صوره، يعمل نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) بين أزواج من أجهزة الإرسال والاستقبال الراديوية، أحدهما دائمًا على متن سفينة. وقد يكون الآخر على متن سفينة، أو على اليابسة (أرضية)، أو على قمر صناعي. وتمثل هذه الأجهزة، على التوالي، عمليات من سفينة إلى سفينة، ومن سفينة إلى اليابسة، ومن سفينة إلى قمر صناعي، وتليها بهذا الترتيب.

تركيب جهاز ارسال واستقبال AIS على متن السفن

تضمنت اتفاقية المنظمة البحرية الدولية لسلامة الأرواح في البحار (IMO SOLAS) لعام 2002 إلزامًا يُلزم معظم السفن التي تزيد حمولتها الإجمالية عن 300 طن إجمالي في الرحلات الدولية بتركيب جهاز إرسال واستقبال AIS من الفئة “أ”. كان هذا أول إلزام لاستخدام معدات AIS، وقد أثر على ما يقرب من 100,000 سفينة.

في عام 2006، نشرت لجنة معايير AIS مواصفات جهاز الإرسال والاستقبال AIS من الفئة “ب”، المصممة لتمكين جهاز AIS أبسط وأقل تكلفة. أصبحت أجهزة الإرسال والاستقبال من الفئة “ب” منخفضة التكلفة متاحة في العام نفسه، مما أدى إلى اعتماد هذا الإلزام من قبل العديد من الدول، وجعل تركيب أجهزة AIS على نطاق واسع على السفن بجميع أحجامها أمرًا مجديًا تجاريًا.

منذ عام 2006، واصلت اللجان الفنية للمعايير AIS تطوير معيار AIS وأنواع منتجاته لتغطية مجموعة واسعة من التطبيقات، من أكبر السفن إلى سفن الصيد الصغيرة وقوارب النجاة. وبالتوازي مع ذلك، أطلقت الحكومات والهيئات مشاريع لتركيب جهاز AIS على فئات مختلفة من السفن لتحسين السلامة والأمن. تركز معظم اللوائح على السفن التجارية، حيث تختار سفن الترفيه تركيبها بشكل انتقائي. في عام ٢٠١٠، طُلب من معظم السفن التجارية العاملة في الممرات المائية الداخلية الأوروبية تركيب جهاز مائي داخلي معتمد من الفئة “أ”، وتم إلزام جميع قوارب الصيد في الاتحاد الأوروبي التي يزيد طولها عن ١٥ مترًا الحصول على جهاز من الفئة “أ” إبتداء من مايو ٢٠١٤.

نظام تحديد الهوية التلقائي الأرضي (T-AIS)

طُوِّر نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) في تسعينيات القرن الماضي كشبكة تعريف وتتبع عالية الكثافة وقصيرة المدى. تتميز أجهزة الإرسال والاستقبال AIS، سواءً على متن السفن أو على اليابسة، بمدى أفقي متغير للغاية، ولكنه عادةً في حدود 74 كيلومترًا (46 ميلًا) وقد تزيد هذه المسافة حسب العوامل الجوية. وتعني القيود التقريبية لانتشار خط الرؤية أن نظام تحديد الهوية التلقائي الأرضي (T-AIS) يُفقَد خارج المياه الساحلية. بالإضافة إلى أجهزة الإرسال والاستقبال التي تديرها الموانئ والهيئات البحرية، توجد أيضًا شبكة واسعة من الأجهزة المملوكة للقطاع الخاص.

نظام تحديد الهوية التلقائي القائم على الأقمار الصناعية (S-AIS)

في تسعينيات القرن الماضي، لم يكن من المتوقع اكتشاف نظام AIS من الفضاء. ومع ذلك، منذ عام 2005، تُجري جهات مختلفة تجارب على اكتشاف إرسالات AIS باستخدام أجهزة استقبال ستالايت. ومنذ عام 2008، قامت شركات مثل L3Harris وexactEarth وORBCOMM وSpacequest وSpire، بالإضافة إلى برامج حكومية، بنشر أجهزة استقبال AIS على الأقمار الصناعية. يُسبب نظام الوصول اللاسلكي المتعدد بتقسيم الزمن (TDMA) الذي يستخدمه نظام AIS مشاكل فنية كبيرة في الاستقبال الموثوق لرسائل AIS من جميع أنواع أجهزة الإرسال والاستقبال: الفئة A، والفئة B، والمُعرّف، وAtoN، وSART. ومع ذلك، يسعى القطاع إلى معالجة هذه المشاكل من خلال تطوير تقنيات جديدة، ومن المرجح أن يتحسن التقييد الحالي لأنظمة AIS عبر الأقمار الصناعية على رسائل الفئة A بشكل كبير خلال السنوات القادمة مع إضافة رسائل الفئة B والمُعرّف.

التحدي الأساسي الذي يواجه مشغلي أقمار AIS الصناعية هو القدرة على استقبال أعداد هائلة من رسائل AIS في آنٍ واحد من نطاق استقبال واسع للقمر الصناعي. هناك مشكلة جوهرية في معيار AIS؛ إذ يُنشئ نظام الوصول اللاسلكي TDMA المُحدد في معيار AIS 4500 فترة زمنية متاحة في الدقيقة، ولكن يمكن أن تطغى عليها بسهولة رقعة استقبال الأقمار الصناعية الواسعة والعدد المتزايد من أجهزة إرسال واستقبال AIS، مما يؤدي إلى تصادم الرسائل، وهو ما لا يستطيع جهاز استقبال الأقمار الصناعية معالجته. تعمل شركات مثل accurateEarth على تطوير تقنيات جديدة مثل ABSEA، والتي سيتم دمجها في أجهزة الإرسال والاستقبال الأرضية والفضائية، مما سيساعد على الكشف الموثوق لرسائل الفئة B من الفضاء دون التأثير على أداء نظام AIS الأرضي.

إن إضافة رسائل الفئة A وB المعتمدة على الأقمار الصناعية قد تمكن من توفير تغطية AIS عالمية حقيقية، ولكن لأن قيود TDMA المعتمدة على الأقمار الصناعية لن تتطابق مطلقًا مع أداء الاستقبال للشبكة الأرضية، فإن الأقمار الصناعية سوف تعمل على تعزيز النظام الأرضي بدلاً من استبداله.

يتمتع نظام AIS بنقل عمودي أطول بكثير (من النقل الأفقي) – حتى مدار محطة الفضاء الدولية (ISS) على ارتفاع 400 كيلومتر.

في نوفمبر 2009، قامت مهمة مكوك الفضاء STS-129 بربط هوائيين – هوائي AIS VHF وهوائي راديو هواة – بوحدة كولومبوس التابعة لمحطة الفضاء الدولية. صُمم كلا الهوائيين بالتعاون بين وكالة الفضاء الأوروبية وفريق ARISS (راديو الهواة على متن محطة الفضاء الدولية). وبدءًا من مايو 2010، تختبر وكالة الفضاء الأوروبية جهاز استقبال AIS من شركة Kongsberg Seatex (النرويج) ضمن تحالف تقوده مؤسسة أبحاث الدفاع النرويجية في إطار عرض تقني لمراقبة السفن الفضائية. وتُعد هذه الخطوة الأولى نحو خدمة مراقبة AIS عبر الأقمار الصناعية.

في عام ٢٠٠٩، أطلقت شركة ORBCOMM أقمارًا صناعية مزودة بنظام AIS، بالتزامن مع عقد مع خفر السواحل الأمريكي، لإثبات قدرتها على جمع رسائل AIS من الفضاء. وفي عام ٢٠٠٩، أطلقت شركة Luxspace، ومقرها لوكسمبورغ، القمر الصناعي RUBIN-9.1 (AIS Pathfinder 2). ويُشغّل القمر الصناعي بالتعاون مع شركتي SES وREDU لخدمات الفضاء. وفي أواخر عام ٢٠١١ وأوائل عام ٢٠١٢، أطلقت شركة ORBCOMM وLuxspace قمري Vesselsat AIS الصناعيين الصغيرين، أحدهما في مدار استوائي والآخر في مدار قطبي (VesselSat-2 وVesselSat-1).

في عام ٢٠٠٧، اختبرت الولايات المتحدة الأمريكية نظام تتبع AIS الفضائي باستخدام القمر الصناعي TacSat-2. إلا أن الإشارات المُستقبَلة تعطلت بسبب الاستقبال المتزامن للعديد من الإشارات من نطاق القمر الصناعي.

في يوليو ٢٠٠٩، أطلقت سبيس كويست قمري AprizeSat-3 و AprizeSat-4 المزودين بأجهزة استقبال AIS. ونجحت هذه الأجهزة في استقبال إشارات اختبار SART التابعة لخفر السواحل الأمريكي قبالة هاواي عام ٢٠١٠. في يوليو ٢٠١٠، أعلنت سبيس كويست وexactEarth الكندية عن اتفاقية تُدمج بموجبها بيانات AprizeSat-3 و AprizeSat-4 في نظام exactEarth، وتُتاح عالميًا كجزء من خدمة accurateAIS(TM) الخاصة بهما.

في ١٢ يوليو ٢٠١٠، أُطلق القمر الصناعي النرويجي AISSat-1 بنجاح إلى مدار قطبي. يهدف هذا القمر إلى تحسين مراقبة الأنشطة البحرية في أعالي الشمال. AISSat-1 هو قمر صناعي نانوي، أبعاده ٢٠×٢٠×٢٠ سم فقط، مزود بجهاز استقبال AIS من إنتاج شركة Kongsberg Seatex. يزن ٦ كيلوغرامات وله شكل مكعب.

في ٢٠ أبريل ٢٠١١، أطلقت منظمة أبحاث الفضاء الهندية القمر الصناعي Resourcesat-2 المزوّد بحمولة S-AIS لمراقبة الحركة البحرية في منطقة البحث والإنقاذ في المحيط الهندي. تُعالَج بيانات AIS في المركز الوطني للاستشعار عن بُعد، وتُحفظ في المركز الهندي لبيانات علوم الفضاء.

في 25 فبراير 2013، وبعد عام من التأخير في الإطلاق، أطلقت جامعة آلبورغ القمر الصناعي AAUSAT3. وهو قمر صناعي مكعب بحجم وحدة واحدة، يزن 800 غرام، طوره طلاب قسم الأنظمة الإلكترونية حصريًا. يحمل القمر جهازي استقبال AIS – جهاز استقبال تقليدي وآخر قائم على الراديو المعرف برمجيًا (SDR). وقد اقترحت إدارة السلامة البحرية الدنماركية هذا المشروع ورعت تنفيذه. وقد حقق نجاحًا باهرًا، حيث حمّل خلال أول 100 يوم أكثر من 800,000 رسالة AIS وعدة عينات خام من إشارات الراديو بتردد 1 ميجاهرتز. يستقبل القمر قناتي AIS في وقت واحد، كما استقبل رسائل من الفئتين A وB. وكانت التكلفة شاملة الإطلاق أقل من 200,000 يورو.

توفر شبكة أقمار AIS التابعة لشركة accurateEarth الكندية تغطية عالمية باستخدام ثمانية أقمار صناعية. بين يناير 2017 ويناير 2019، توسعت هذه الشبكة بشكل كبير من خلال شراكة مع شركة L3Harris Corporation، حيث استضيفت 58 حمولة على كوكبة Iridium NEXT. بالإضافة إلى ذلك، تشارك accurateEarth في تطوير تقنية ABSEA التي ستمكّن شبكتها من اكتشاف نسبة عالية من رسائل الفئة B، بالإضافة إلى رسائل الفئة A، بشكل موثوق.

تُشغّل شركة ORBCOMM شبكة أقمار صناعية عالمية تضم 18 قمرًا صناعيًا مُزوّدًا بنظام تحديد الهوية التلقائي (AIS). أقمار ORBCOMM من الجيل الثاني (OG2) مُجهّزة بحمولة نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) لاستقبال وإرسال بيانات الإرسال من السفن المُزوّدة بنظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) لتتبع السفن وغيرها من جهود الملاحة البحرية والسلامة، وتنزيلها من محطات ORBCOMM الأرضية الست عشرة الموجودة حول العالم.

في يوليو 2014، أطلقت شركة ORBCOMM أول ستة أقمار صناعية من طراز OG2 على متن صاروخ سبيس إكس فالكون 9 من كيب كانافيرال، فلوريدا. يحمل كل قمر صناعي من طراز OG2 حمولة جهاز استقبال AIS. تم نشر جميع أقمار OG2 الستة بنجاح في المدار وبدأت بإرسال بيانات القياس عن بُعد إلى ORBCOMM بعد وقت قصير من الإطلاق. في ديسمبر 2015، أطلقت الشركة 11 قمرًا صناعيًا إضافيًا من طراز OG2 مزودًا بنظام AIS على متن صاروخ سبيس إكس فالكون 9. مثّل هذا الإطلاق المخصص ثاني وأخير مهمة OG2 لشركة ORBCOMM لإكمال كوكبة أقمارها الصناعية من الجيل التالي. بالمقارنة مع أقمار OG1 الحالية، صُممت أقمار OG2 التابعة لشركة ORBCOMM لتوصيل الرسائل بشكل أسرع، وأحجام رسائل أكبر، وتغطية أفضل في خطوط العرض العليا، مع زيادة سعة الشبكة.

في أغسطس 2017، أصدرت شركة Spire Global Inc. واجهة برمجة تطبيقات توفر بيانات S-AIS المحسنة باستخدام التعلم الآلي (السفن والتنبؤ) مدعومة بأكثر من 40 كوكبة من الأقمار الصناعية النانوية

ارتباط مصادر البيانات

يُمكّن ربط الصور الضوئية والرادارية ببصمات نظام تحديد الهوية الآلي (S-AIS) المستخدم النهائي من تحديد جميع أنواع السفن بسرعة. ومن أهم مزايا نظام تحديد الهوية الآلي سهولة ربطه بمعلومات إضافية من مصادر أخرى، مثل الرادار، والبصريات، وأنظمة إدارة الطوارئ الإلكترونية (ESM)، وأدوات البحث والإنقاذ الأخرى، مثل نظامي GMDSS SARSAT وAMVER. ويُمكن للرادار القائم على الأقمار الصناعية وغيره من المصادر أن يُسهم في المراقبة البحرية من خلال رصد جميع السفن في مناطق بحرية محددة، وهي ميزة مفيدة بشكل خاص عند تنسيق جهود الإنقاذ بعيدة المدى أو عند التعامل مع مشاكل حركة السفن (VTS).

نظام تبادل البيانات VHF

نظراً لتزايد استخدامه مع مرور الوقت، في بعض المناطق الساحلية (مثل مضيق سنغافورة، وموانئ الصين الكبرى، وأجزاء من اليابان)، يتزايد عدد السفن بشكل كبير، مما يؤثر سلباً على أداء نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS). ومع ازدياد كثافة حركة المرور، ينخفض نطاق النظام، ويصبح تواتر التحديثات أكثر عشوائية. لهذا السبب، طُوّر نظام تبادل بيانات الموجات المترية (VHF) (VDES)، وسيعمل على ترددات جديدة إضافية، وسيستخدمها بكفاءة أكبر، مما يتيح عرض نطاق ترددي أكبر بمقدار اثنين وثلاثين ضعفاً للاتصالات الآمنة والملاحة الإلكترونية. يُعرّف نظام تبادل بيانات الموجات المترية (VDES) في معيار الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU M.2092).

التطبيقات

كان الهدف الأصلي لنظام AIS هو تجنب الاصطدام فقط، ولكن تطورت تطبيقات أخرى عديدة منذ ذلك الحين وما زالت قيد التطوير. يُستخدم نظام AIS حاليًا في:

1.تجنب الاصطدام

طوّرت اللجان الفنية التابعة للمنظمة البحرية الدولية (IMO) نظام AIS كتقنية لتجنب الاصطدامات بين السفن الكبيرة في البحر التي تقع خارج نطاق أنظمة الملاحة الساحلية. تحدد هذه التقنية كل سفينة على حدة، بالإضافة إلى موقعها وتحركاتها المحددة، مما يتيح إنشاء صورة افتراضية آنية. تتضمن معايير نظام AIS مجموعة متنوعة من الحسابات الآلية المستندة إلى تقارير الموقع هذه، مثل أقرب نقطة اقتراب (CPA) وإنذارات الاصطدام. ونظرًا لأن جميع السفن لا تستخدم نظام AIS، فعادةً ما يُستخدم بالتزامن مع الرادار. عند إبحار سفينة في البحر، تُعد المعلومات المتعلقة بحركة وهوية السفن الأخرى في الجوار بالغة الأهمية للملاحين لاتخاذ قرارات لتجنب الاصطدام بالسفن الأخرى وتجنب المخاطر (مثل المياه الضحلة أو الصخور). وقد استُخدمت المراقبة البصرية (مثل المراقبة بدون مساعدة، والمناظير، والرؤية الليلية)، والتبادلات الصوتية (مثل الصافرة، والأبواق، وراديو VHF)، والرادار أو مساعدات رسم الرادار التلقائي لهذا الغرض. قد تفشل هذه الآليات الوقائية أحيانًا بسبب التأخيرات الزمنية، وقيود الرادار، وسوء التقدير، وأعطال العرض، مما قد يؤدي إلى تصادم. وبينما تقتصر متطلبات نظام تحديد الهوية التلقائي على عرض معلومات نصية أساسية فقط، يمكن دمج البيانات المُحصّلة مع مخطط إلكتروني رسومي أو شاشة رادار، مما يوفر معلومات ملاحية مُوحّدة على شاشة واحدة.

2.مراقبة أساطيل الصيد والتحكم فيها

تستخدم السلطات الوطنية نظام AIS على نطاق واسع لتتبع ومراقبة أنشطة أساطيل الصيد الوطنية. يُمكّن هذا النظام السلطات من مراقبة أنشطة سفن الصيد على طول سواحلها بشكل موثوق وفعال من حيث التكلفة، عادةً على مدى 100 كيلومتر (60 ميلاً)، وذلك حسب موقع وجودة أجهزة الاستقبال/المحطات الأساسية الساحلية، بالإضافة إلى بيانات إضافية من شبكات الأقمار الصناعية.

3.الأمن البحري

يُمكّن نظام AIS السلطات من تحديد سفن محددة ونشاطها داخل المنطقة الاقتصادية الخالصة للدولة أو بالقرب منها. عند دمج بيانات AIS مع أنظمة الرادار الحالية، تتمكن السلطات من التمييز بين السفن بسهولة أكبر. كما تُعالج بيانات AIS تلقائيًا لإنشاء أنماط نشاط موحدة لكل سفينة، والتي تُصدر تنبيهًا عند اختراقها، مما يُسلط الضوء على التهديدات المحتملة، مما يُعزز كفاءة استخدام الأصول الأمنية. يُحسّن نظام AIS الوعي بالمجال البحري، ويُتيح تعزيز الأمن والتحكم. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن تطبيقه على أنظمة الأنهار والبحيرات العذبة.

4. مساعدات الملاحة

طُوِّر معيار مُنتج مساعدات الملاحة AIS (AtoN) ليُتيح بث مواقع وأسماء الأجسام غير السفن، مثل مواقع المساعدات الملاحية والعلامات، بالإضافة إلى بيانات ديناميكية تعكس بيئة هذه العلامات (مثل التيارات والظروف المناخية). يمكن تحديد موقع هذه المساعدات على الشاطئ، كما هو الحال في المنارات، أو على الماء أو المنصات أو العوامات. وقد اقترح خفر السواحل الأمريكي أن يحل نظام AIS محل الراكون (منارات الرادار) المُستخدم حاليًا في مساعدات الملاحة الإلكترونية. تُمكّن مساعدات الملاحة AtoN السلطات من مُراقبة حالة العوامة عن بُعد، مثل حالة الفانوس، بالإضافة إلى إرسال بيانات مُباشرة من أجهزة الاستشعار (مثل حالة الطقس وحالة البحر) الموجودة على العوامة إلى السفن المُجهزة بأجهزة إرسال واستقبال AIS أو السلطات المحلية. سيبث نظام AtoN موقعه وهويته، بالإضافة إلى جميع المعلومات الأخرى. يسمح معيار AtoN أيضًا بنقل مواضع “AtoN الافتراضية” حيث يمكن لجهاز واحد إرسال رسائل بموضع “خاطئ” بحيث تظهر علامة AtoN على المخططات الإلكترونية، على الرغم من أن AtoN الفعلي قد لا يكون موجودًا في هذا الموقع.

5.البحث والإنقاذ

لتنسيق الموارد الميدانية لعملية البحث والإنقاذ البحري (SAR)، من الضروري الحصول على بيانات حول موقع السفن الأخرى في المنطقة وحالتها الملاحية. في مثل هذه الحالات، يمكن لنظام AIS توفير معلومات إضافية وتعزيز الوعي بالموارد المتاحة، حتى لو اقتصر نطاق AIS على نطاق ترددات الراديو VHF. كما تضمّن معيار AIS إمكانية استخدامه على طائرات البحث والإنقاذ، وتضمن رسالة (رسالة AIS 9) للطائرات للإبلاغ عن موقعها. ولمساعدة سفن وطائرات البحث والإنقاذ في تحديد مواقع الأشخاص المنكوبين، طوّر فريق عمل TC80 AIS التابع للجنة IEC المواصفات (IEC 61097-14 Ed 1.0) لجهاز إرسال بحث وإنقاذ قائم على AIS (AIS-SART). تمت إضافة نظام AIS-SART إلى لوائح نظام السلامة البحرية العالمية اعتبارًا من 1 يناير 2010. وتتوفر أنظمة AIS-SART في السوق منذ عام 2009 على الأقل. وقد فرضت اللوائح الأخيرة تركيب أنظمة AIS على جميع السفن التابعة لاتفاقية سلامة الأرواح في البحر (SOLAS) والسفن التي يزيد وزنها عن 300 طن.

6.التحقيق في الحوادث

تُعد معلومات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) التي تتلقاها خدمة حركة السفن (VTS) مهمةً للتحقيق في الحوادث، إذ توفر بيانات تاريخية دقيقة عن الوقت، والهوية، والموقع الجغرافي (GPS)، واتجاه البوصلة، والمسار فوق الأرض، والسرعة (حسب السجل/SOG)، ومعدلات الدوران، بدلاً من المعلومات الأقل دقة التي يوفرها الرادار. يمكن الحصول على صورة أكثر اكتمالاً للأحداث من خلال بيانات مسجل بيانات الرحلة (VDR) إذا توفرت، ويتم الاحتفاظ بها على متن السفينة للحصول على تفاصيل حركة السفينة، والاتصالات الصوتية، وصور الرادار أثناء الحوادث. ومع ذلك، لا يتم الاحتفاظ ببيانات مسجل بيانات الرحلة (VDR) بسبب محدودية مدة التخزين (12 ساعة) وفقًا لمتطلبات المنظمة البحرية الدولية (IMO).

7.تقديرات التيارات المحيطية Ocean currents estimates

أصبحت تقديرات التيارات السطحية للمحيط، استناداً إلى تحليل بيانات نظام تحديد الهوية التلقائي، متاحة من شركة e-Odyn الفرنسية منذ ديسمبر/كانون الأول 2015.

8.حماية البنية التحتية Infrastructure protection

يمكن لمالكي البنية التحتية لقاع البحر، مثل الكابلات أو خطوط الأنابيب، استخدام معلومات نظام تحديد الهوية الآلي (AIS) لمراقبة أنشطة السفن القريبة من أصولهم في الوقت الفعلي تقريبًا. ويمكن بعد ذلك استخدام هذه المعلومات لإطلاق تنبيهات لإبلاغ المالك، وربما لتجنب أي حادث قد يلحق الضرر بالأصول.

9.تتبع الأسطول والبضائع Fleet and cargo tracking

يمكن لمديري الأساطيل أو السفن استخدام نظام AIS الموزع عبر الإنترنت لتتبع موقع سفنهم عالميًا. ويمكن لمرسلي البضائع، أو مالكي البضائع العابرة، تتبع مسارها وتوقع مواعيد وصولها إلى الميناء.

10.الإحصاء والاقتصاد Statistics and economics

نظمت شعبة الإحصاء في الأمم المتحدة أسبوع بيانات نظام المعلومات الإحصائية (AIS) لتجربة تحليل بيانات نظام المعلومات الإحصائية (AIS) وتقديم إحصاءات إلى منصة الأمم المتحدة العالمية. وشمل الأسبوع عددًا من دراسات حالات الاستخدام التي أجرتها مكاتب إحصائية مختلفة، وقد طُوّر دليل نظام المعلومات الإحصائية (AIS) للاستفادة من هذه التجربة.

-مؤشرات اقتصادية أسرع: الوقت المستغرق في الميناء وحركة المرور فيه

-المؤشرات البحرية

-الإحصاءات البحرية الرسمية: زيارات الموانئ

-استكمال إحصاءات الممرات المائية الداخلية

-رسم خرائط أنشطة صيد الأسماك

-السفن المعرضة للخطر

-انبعاثات غازات الدفيئة من السفن (حساب أكاسيد النيتروجين، وأكاسيد الكبريت، وثاني أكسيد الكربون)

-التنبؤ الفوري بتدفقات التجارة

-إحصاءات تجريبية لعدد السفن اليومي

-بيانات آنية عن البضائع السائبة الجافة المنقولة بحرًا

الآلية Mechanism

نظرة عامة أساسية

تبث أجهزة إرسال واستقبال AIS معلوماتٍ تلقائيًا، مثل موقعها وسرعتها وحالة الملاحة، على فتراتٍ منتظمة عبر جهاز إرسال VHF مدمج في جهاز الإرسال والاستقبال. وتنبع هذه المعلومات من أجهزة استشعار الملاحة في السفينة، وعادةً ما تكون من جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) والبوصلة الجيروسكوبية. وتُبرمج معلوماتٌ أخرى، مثل اسم السفينة وإشارة نداء VHF، عند تركيب المعدات، وتُرسل بانتظام. وتستقبل الإشارات أجهزة إرسال واستقبال AIS المثبتة على سفن أخرى أو على أنظمة برية، مثل أنظمة VTS. ويمكن عرض المعلومات المُستقبَلة على شاشة أو جهاز رسم خرائط، موضحةً مواقع السفن الأخرى بنفس طريقة عرض الرادار. وتُنقل البيانات عبر نظام تتبع يستخدم وصلة بيانات ذاتية التنظيم بنظام الوصول المتعدد بتقسيم الزمن (SOTDMA أو STDMA) صممها المخترع السويدي هاكان لانس.

يتألف معيار AIS من عدة معايير فرعية تُسمى “أنواعًا” تُحدد أنواع المنتجات الفردية. تُقدم مواصفات كل نوع منتج مواصفات فنية مفصلة تضمن السلامة العامة لنظام AIS العالمي الذي يجب أن تعمل جميع أنواع المنتجات ضمنه. أنواع المنتجات الرئيسية الموصوفة في معايير نظام AIS هي:

الفئة أ Class A

جهاز إرسال واستقبال AIS مُثبّت على متن السفينة يعمل باستخدام SOTDMA. يستهدف SOTDMA السفن التجارية الكبيرة، ويتطلب من جهاز الإرسال والاستقبال الاحتفاظ بخريطة فتحات مُحدّثة باستمرار في ذاكرته، بحيث يكون لديه معرفة مسبقة بالفجوات المتاحة للإرسال. بعد ذلك، تُعلن أجهزة إرسال واستقبال SOTDMA مسبقًا عن إرسالها، مما يُمكّنها من حجز فتحة الإرسال الخاصة بها. وبالتالي، تُعطى أولوية لإرسالات SOTDMA ضمن نظام AIS. ويتحقق ذلك من خلال جهازي استقبال يعملان باستمرار. يجب أن تحتوي وحدات الفئة A على شاشة عرض مُدمجة، وأن تُرسل بقدرة 12.5 واط، وأن تتوافق مع أنظمة السفن المتعددة، وأن تُقدّم مجموعة مُتطورة من الميزات والوظائف. معدل الإرسال الافتراضي هو كل بضع ثوانٍ. تستقبل الأجهزة المتوافقة مع فئة AIS A جميع أنواع رسائل AIS.

الفئة ب Class B

توجد الآن مواصفتان منفصلتان من المنظمة البحرية الدولية (IMO) لأجهزة الإرسال والاستقبال من الفئة B (الموجهة للأسواق التجارية والترفيهية الأخف وزنًا): نظام الوصول المتعدد بتقسيم الزمن مع استشعار الناقل (CSTDMA)، ونظام يستخدم SOTDMA (كما في الفئة A). في النظام الأصلي القائم على CSTDMA، والمُعرّف في معيار ITU M.1371-0، ويُسمى الآن الفئة B “CS” (أو بشكل غير رسمي الفئة B/CS)، تستمع أجهزة الإرسال والاستقبال إلى خريطة الفتحات مباشرةً قبل الإرسال، وتبحث عن فتحة يكون فيها مستوى الضوضاء في الفتحة مساويًا (أو مشابهًا) لضوضاء الخلفية، مما يُشير إلى أن الفتحة غير مُستخدمة من قِبل جهاز AIS آخر. تُرسل الفئة B “CS” بقدرة 2 واط، ولا يُشترط أن تكون مزودة بشاشة مُدمجة: يُمكن توصيل وحدات الفئة B “CS” بمعظم أنظمة العرض، حيث تُعرض الرسائل المُستلمة في قوائم أو مُركبة على الخرائط. يكون معدل الإرسال الافتراضي عادةً كل ثلاثين ثانية، ولكن يُمكن تغييره وفقًا لسرعة السفينة أو تعليمات المحطات الأساسية. يتطلب معيار الفئة B “CS” نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مدمجًا ومؤشرات LED محددة. تستقبل معدات الفئة B “CS” جميع أنواع رسائل نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS).

يستخدم نظام SOTDMA الأحدث من الفئة B “SO”، والذي يُشار إليه أحيانًا باسم الفئة B/SO أو الفئة B+، نفس خوارزمية تحديد الفترات الزمنية المستخدمة في الفئة A، وله نفس أولوية الإرسال لأجهزة إرسال الفئة A، مما يضمن استمرارية إرساله. كما تُغير تقنية الفئة B “SO” معدل إرسالها تبعًا لسرعة السفينة، حتى كل خمس ثوانٍ على مدار 23 عقدة، بدلاً من المعدل الثابت كل ثلاثين ثانية في الفئة B “CS”. وأخيرًا، سيبث نظام الفئة B “SO” أيضًا بقوة 5 واط بدلاً من 2 واط السابقة في الفئة B “CS”.

محطة أساسية Base station

جهاز إرسال واستقبال AIS الساحلي (إرسال واستقبال) يعمل باستخدام SOTDMA. تتميز المحطات الأساسية بالمزايا والوظائف التي تعرفها، وفقًا لعيار AIS، ومن التحكم في نظام AIS وجميع الأجهزة العاملة فيها. كما يمكن إمكانية أخذ كل جهاز وإرساله للحصول على تقارير الحالة أو تقديم التطورات المستجدة.

مساعدات الملاحة (AtoN)

جهاز إرسال واستقبال (إرسال واستقبال) مثبت على الشاطئ أو العوامة، يعمل بتقنية الوصول المتعدد بتقسيم الزمن (FATDMA) ذات الوصول الثابت. صُمم لجمع ونقل البيانات المتعلقة بأحوال البحر والطقس، بالإضافة إلى نقل رسائل نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) لتوسيع نطاق تغطية الشبكة.

جهاز إرسال واستقبال البحث والإنقاذ (SART)

جهاز AIS متخصص، مُصمم كمنارة استغاثة طارئة، يعمل بتقنية الوصول المتعدد بتقسيم الزمن المُعلن مسبقًا (PATDMA)، أو ما يُسمى أحيانًا “SOTDMA المُعدّل”. يختار الجهاز عشوائيًا منفذًا للإرسال، ويرسل دفعة من ثماني رسائل في الدقيقة لزيادة احتمالية نجاح الإرسال. يلزم إرسال SART لمسافة تصل إلى خمسة أميال كحد أقصى، ويرسل تنسيق رسائل خاصًا تتعرف عليه أجهزة AIS الأخرى. صُمم الجهاز للاستخدام الدوري وفي حالات الطوارئ فقط، نظرًا لطريقة عمله التي تُشبه PATDMA، مما يُسبب ضغطًا على خريطة المنافذ.

أجهزة إرسال واستقبال AIS المتخصصة

على الرغم من وجود مواصفات AIS منشورة من قِبل المنظمة البحرية الدولية (IMO) واللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، فقد سمحت عدة جهات وشجعت على تطوير أجهزة AIS هجينة. تهدف هذه الأجهزة إلى الحفاظ على سلامة هيكل إرسال AIS الأساسي وتصميمه لضمان موثوقية التشغيل، مع إضافة مجموعة من الميزات والوظائف الإضافية لتلبية متطلباتها الخاصة. يُعد جهاز الإرسال والاستقبال AIS “Identifier” أحد هذه المنتجات، حيث صُممت تقنية CSTDMA الأساسية من الفئة B لضمان إرسال الجهاز بما يتوافق تمامًا مع مواصفات المنظمة البحرية الدولية (IMO)، ولكن تم إجراء عدد من التغييرات لتمكينه من العمل بالبطارية، وانخفاض تكلفته، وسهولة تركيبه ونشره بأعداد كبيرة. لن تحصل هذه الأجهزة على شهادة دولية وفقًا لمواصفات المنظمة البحرية الدولية، لأنها ستلتزم بجزء من المواصفات ذات الصلة. عادةً ما تُجري الجهات تقييمًا واختبارًا فنيًا مفصلاً بنفسها لضمان عدم إلحاق الضرر بنظام AIS الدولي من خلال تشغيل الجهاز الأساسي.

لم تُحدد معايير AIS أجهزة استقبال AIS، لأنها لا تُرسل. يُعدّ إرسال AIS غير المتوافق مع المعايير التهديد الرئيسي لسلامة أي نظام AIS، مما يستدعي وضع مواصفات دقيقة لجميع أجهزة الإرسال. ومع ذلك، تُرسل جميع أجهزة الإرسال والاستقبال AIS عبر قنوات متعددة وفقًا لمتطلبات معايير AIS. وبالتالي، لن تستقبل أجهزة الاستقبال أحادية القناة أو متعددة الإرسال جميع رسائل AIS. فقط أجهزة الاستقبال ثنائية القناة هي التي تستقبل جميع رسائل AIS.

اختبار النوع والموافقة عليه Type testing and approval

نظام AIS تقنية طُوّرت برعاية المنظمة البحرية الدولية (IMO) من قِبل لجانها الفنية. وقد وضعت هذه اللجان ونشرت سلسلة من مواصفات منتجات AIS. تُعرّف كل مواصفة منتجًا مُحدّدًا من AIS، صُمّم بعناية للعمل بدقة مع جميع أجهزة AIS الأخرى المُحدّدة، مما يضمن توافق نظام AIS عالميًا. يُعدّ الحفاظ على سلامة المواصفات أمرًا بالغ الأهمية لأداء نظام AIS وسلامة السفن والجهات التي تستخدم هذه التقنية. ولذلك، تشترط معظم الدول اختبار منتجات AIS واعتمادها بشكل مستقل لضمان امتثالها لمواصفات منشورة مُحدّدة. قد لا تتوافق المنتجات التي لم تُختبر وتُعتمد من قِبل جهة مختصة مع مواصفات AIS المطلوبة المنشورة، وبالتالي قد لا تعمل بالشكل المتوقع في الميدان. أكثر الشهادات المعترف بها والمقبولة على نطاق واسع هي توجيه R&TTE، ولجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية، ووزارة الصناعة الكندية، وجميعها تتطلب تحققًا مستقلًا من قِبل جهة اختبار مؤهلة ومستقلة.

أنواع الرسائل Message types

هناك 27 نوعًا مختلفًا من رسائل المستوى الأعلى مُعرّفة في معيار ITU M.1371-5 (من أصل 64 نوعًا) يُمكن إرسالها عبر أجهزة إرسال واستقبال AIS.

تُوفر رسائل AIS 6 و8 و25 و26 “رسائل خاصة بالتطبيقات” (ASM)، والتي تُمكّن “الجهات المختصة” من تحديد أنواع فرعية إضافية من رسائل AIS. هناك نوعان من الرسائل: “مُوجّهة” (ABM) و”مُذاعة” (BBM). الرسائل المُوجّهة، مع أنها تحتوي على رمز MMSI للوجهة، ليست خاصة، ويمكن لأي مُستقبِل فك تشفيرها.

كان من أوائل استخدامات أجهزة المساعدة على الملاحة البحرية (ASMs) استخدام رسائل نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) الثنائية (النوع 8) في ممر سانت لورانس البحري لتوفير معلومات حول مستويات المياه، وأوامر الأقفال، والطقس. وتستخدم قناة بنما رسائل نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) من النوع 8 لتوفير معلومات حول هطول الأمطار على طول القناة والرياح في الأقفال. في عام 2010، أصدرت المنظمة البحرية الدولية التعميم رقم 289 الذي يحدد الإصدار التالي من أجهزة المساعدة على الملاحة البحرية (ASMs) لرسائل النوعين 6 و8. واقترح ألكسندر وشوير وزيتربيرج أن تتعاون السلطات المختصة للحفاظ على سجل إقليمي لهذه الرسائل ومواقع استخدامها. وقد أنشأت الرابطة الدولية لسلطات المساعدة على الملاحة البحرية والمنارات (IALA-AISM) الآن عملية لجمع الرسائل الإقليمية الخاصة بالتطبيقات.

الوصف التفصيلي: وحدات الفئة أ Detailed description: Class A units

يتكون كل جهاز إرسال واستقبال AIS من جهاز إرسال VHF واحد، وجهازي استقبال VHF TDMA، وجهاز استقبال VHF Digital Selective Calling (DSC)، ووصلات إلى أنظمة العرض والاستشعار على متن السفينة عبر الاتصالات الإلكترونية البحرية القياسية (مثل NMEA 0183، والمعروفة أيضًا باسم IEC 61162). التوقيت أمر حيوي للمزامنة الصحيحة ورسم خرائط الفتحات (جدولة الإرسال) لوحدة الفئة A. لذلك، يتعين على كل وحدة أن يكون لها قاعدة زمنية داخلية، متزامنة مع جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (مثل GPS).[40] يمكن أيضًا استخدام هذا المستقبل الداخلي لمعلومات الموقع. ومع ذلك، يتم توفير الموقع عادةً بواسطة جهاز استقبال خارجي مثل GPS أو LORAN-C أو نظام الملاحة بالقصور الذاتي ويُستخدم المستقبل الداخلي فقط كنسخة احتياطية لمعلومات الموقع. يتم الحصول على المعلومات الأخرى التي يبثها AIS، إذا كانت متوفرة، إلكترونيًا من معدات السفينة من خلال اتصالات البيانات البحرية القياسية. عادةً ما تُوفّر جميع السفن المُجهّزة بنظام AIS معلوماتٍ عن الوجهة، والموقع (خطي العرض والطول)، والسرعة على الأرض، ومعدل الدوران. كما يُمكن توفير معلوماتٍ أخرى، مثل الوجهة، ووقت الوصول المُقدّر.

يعمل جهاز الإرسال والاستقبال AIS عادةً في وضع مستقل ومستمر، سواءً كان يعمل في البحار المفتوحة أو المناطق الساحلية أو الداخلية. يستخدم جهاز الإرسال والاستقبال AIS ترددين مختلفين، قناتي VHF البحرية 87B (161.975 ميجاهرتز) و88B (162.025 ميجاهرتز)، ويستخدم تعديل GMSK بمعدل 9.6 كيلوبت/ثانية عبر قنوات 25 كيلوهرتز باستخدام بروتوكول التحكم في وصلة البيانات عالية المستوى (HDLC). على الرغم من أن قناة راديو واحدة فقط ضرورية، إلا أن كل محطة ترسل وتستقبل عبر قناتين راديويتين لتجنب مشاكل التداخل، ولتمكين تحويل القنوات دون فقدان الاتصالات من السفن الأخرى. يوفر النظام حلاً تلقائيًا للتنازع بينه وبين المحطات الأخرى، ويحافظ على سلامة الاتصالات حتى في حالات التحميل الزائد.

لضمان عدم حدوث عمليات إرسال VHF من أجهزة إرسال واستقبال مختلفة في نفس الوقت، تُضاعف الإشارات زمنيًا باستخدام تقنية تُسمى الوصول المتعدد بتقسيم الزمن المنظم ذاتيًا (SOTDMA). تصميم هذه التقنية حاصل على براءة اختراع، وما زال التنازل عن هذه البراءة لاستخدامها من قِبل سفن SOLAS محل جدل بين مصنعي أنظمة AIS وحامل براءة الاختراع، هاكان لانس. علاوة على ذلك، ألغى مكتب الولايات المتحدة لبراءات الاختراع والعلامات التجارية (USPTO) جميع المطالبات في براءة الاختراع الأصلية في 30 مارس 2010.

ولضمان الاستخدام الأمثل لعرض النطاق الترددي المتاح، تُرسل السفن الراسية أو المتحركة ببطء ترددًا أقل من تلك التي تتحرك بسرعة أكبر أو تُجري مناورات. يتراوح معدل التحديث بين 3 دقائق للسفن الراسية أو المُثبتة، وثانيتين للسفن سريعة الحركة أو المُناورة، وهو معدل مُشابه لرادار البحرية التقليدي.

تحدد كل محطة AIS جدول البث الخاص بها (الفترة الزمنية)، بناءً على سجل حركة بيانات الرابط وإدراك الإجراءات المستقبلية المحتملة للمحطات الأخرى. يتناسب تقرير الموقع من إحدى المحطات مع واحدة من 2250 فترة زمنية محددة كل 60 ثانية على كل تردد. تتزامن محطات AIS باستمرار مع بعضها البعض، لتجنب تداخل عمليات البث في الفترات الزمنية. يتم اختيار الفترة الزمنية بواسطة محطة AIS عشوائيًا ضمن فترة زمنية محددة ويتم وضع علامة عليها بمهلة زمنية عشوائية تتراوح بين 4 و8 دقائق. عندما تغير المحطة تعيين فترة زمنية لها، فإنها تعلن عن كل من الموقع الجديد والمهلة الزمنية لذلك الموقع. وبهذه الطريقة، ستستقبل هذه السفن دائمًا المحطات الجديدة، بما في ذلك المحطات التي تقترب فجأة من نطاق الراديو بالقرب من السفن الأخرى.

تبلغ سعة الإبلاغ المطلوبة من السفن وفقًا لمعيار أداء المنظمة البحرية الدولية 2000 فترة زمنية في الدقيقة كحد أدنى، على الرغم من أن النظام يوفر 4500 فترة زمنية في الدقيقة. يتيح وضع البث SOTDMA تحميل النظام بنسبة تتراوح بين 400% و500% من خلال مشاركة الفجوات، مع توفير معدل نقل بيانات يقارب 100% للسفن التي تبعد عن بعضها بمسافة تقل عن 8 إلى 10 أميال بحرية في وضع الاتصال بين السفن. في حال زيادة التحميل على النظام، لن يتم إسقاط البيانات إلا للأهداف البعيدة، وذلك لإعطاء الأولوية للأهداف الأقرب، والتي تُثير قلق مشغلي السفن بشكل أكبر. عمليًا، تكاد سعة النظام غير محدودة، مما يسمح باستيعاب عدد كبير من السفن في الوقت نفسه.

نطاق تغطية النظام مشابه لتطبيقات VHF الأخرى. يُحدد نطاق أي جهاز لاسلكي VHF بعوامل متعددة، أهمها: ارتفاع وجودة هوائي الإرسال، وارتفاع وجودة هوائي الاستقبال. يتميز هذا الجهاز بانتشار أفضل من انتشار الرادار، بفضل طول موجي أطول، مما يُتيح الوصول حول المنعطفات وخلف الجزر إذا لم تكن الكتل الأرضية مرتفعة جدًا. تبلغ مسافة الرؤية الأمامية في البحر 20 ميلًا بحريًا (37 كم). بمساعدة محطات إعادة الإرسال، يُمكن تحسين تغطية كل من محطات السفن ومحطات VTS بشكل كبير.

يتوافق النظام مع أنظمة النداء الانتقائي الرقمية، مما يسمح لأنظمة GMDSS الساحلية بإنشاء قنوات تشغيل AIS بتكلفة منخفضة، وتحديد وتتبع السفن المجهزة بنظام AIS، وهو مصمم ليحل محل أنظمة الإرسال والاستقبال القائمة على DSC بالكامل.

يتم الآن بناء أنظمة شبكة AIS المستندة إلى الشاطئ في جميع أنحاء العالم. يوجد أحد أكبر الأنظمة العاملة بكامل طاقتها في الوقت الفعلي مع إمكانية التوجيه الكاملة في الصين. تم بناء هذا النظام بين عامي 2003 و 2007 وتم تسليمه بواسطة Saab TranspondereTech. [بحاجة لمصدر] يتم تغطية الساحل الصيني بالكامل بحوالي 250 محطة أساسية في تكوينات الاستعداد الساخن بما في ذلك 70 خادم كمبيوتر في ثلاث مناطق رئيسية. يتم توصيل مئات المستخدمين على الشاطئ، بما في ذلك حوالي 25 مركزًا لخدمة حركة مرور السفن (VTS)، بالشبكة ويمكنهم رؤية الصورة البحرية، ويمكنهم أيضًا التواصل مع كل سفينة باستخدام SRMs (رسائل السلامة ذات الصلة). جميع البيانات في الوقت الفعلي. تم تصميم النظام لتحسين سلامة وأمن السفن ومرافق الموانئ. كما أنه مصمم وفقًا لهندسة SOA مع اتصال قائم على المقبس واستخدام بروتوكول IEC AIS القياسي طوال الطريق إلى مستخدمي VTS. تحتوي المحطات الأساسية على وحدات احتياطية ساخنة (IEC 62320-1) والشبكة هي حل شبكة الجيل الثالث.

مع بداية عام ٢٠٠٧، تمت الموافقة على معيار عالمي جديد لمحطات AIS الأساسية، وهو المعيار IEC 62320-1. لا تتوافق توصية IALA القديمة مع المعيار IEC 62320-1 الجديد في بعض الوظائف، مما يستدعي تحديث حلول الشبكات المتصلة. لن يؤثر هذا على المستخدمين، ولكن يتعين على مطوري الأنظمة تحديث برمجياتهم لاستيعاب المعيار الجديد. طال انتظار معيار لمحطات AIS الأساسية. توجد حاليًا شبكات مخصصة مع هواتف محمولة من الفئة A. يمكن لمحطات AIS التحكم في حركة رسائل AIS في منطقة معينة، مما يُؤمل أن يُقلل من عدد تصادمات الحزم.

معلومات البث Broadcast information

يرسل جهاز الإرسال والاستقبال AIS البيانات التالية كل 2 إلى 10 ثوانٍ، حسب سرعة السفينة أثناء الإبحار، وكل 3 دقائق أثناء رسوها:

هوية الخدمة المتنقلة البحرية للسفينة (MMSI): رقم تعريف فريد مكون من تسعة أرقام.

حالة الملاحة: على سبيل المثال، “راسية”، “قيد الإبحار باستخدام محرك/محركات”، “غير مُسيّرة”، إلخ.

معدل الدوران: يمينًا أو يسارًا، من 0 إلى 720 درجة في الدقيقة

السرعة فوق الأرض: دقة 0.1 عقدة (0.19 كم/ساعة) من 0 إلى 102 عقدة (189 كم/ساعة)

دقة الموقع:

خط الطول: دقة 0.0001 دقيقة قوسية

خط العرض: دقة 0.0001 دقيقة قوسية

المسار فوق الأرض: بالنسبة للشمال الحقيقي بدقة 0.1 درجة

الاتجاه الحقيقي: من 0 إلى 359 درجة (على سبيل المثال من بوصلة جيروسكوبية)

الاتجاه الحقيقي في الموقع نفسه: من 0 إلى 359 درجة

ثواني التوقيت العالمي المنسق: حقل الثواني لتوقيت التوقيت العالمي المنسق عند توليد هذه البيانات. لا يوجد طابع زمني كامل.

يمكن استخدام البيانات لحساب مسار السفينة لتجنب الاصطدام ومراقبة السفن. بالإضافة إلى ذلك، يتم بث البيانات التالية كل 6 دقائق:

-رقم تعريف السفينة لدى المنظمة البحرية الدولية: رقم مكون من سبعة أرقام يبقى ثابتًا عند نقل تسجيل السفينة إلى دولة أخرى.

-إشارة النداء اللاسلكي: إشارة نداء لاسلكي دولية، بحد أقصى 7 أحرف، تُخصص للسفينة من قِبل بلد تسجيلها.

-الاسم: 20 حرفًا لتمثيل اسم السفينة.

-نوع السفينة/البضائع.

-أبعاد السفينة لأقرب متر.

-موقع هوائي نظام تحديد المواقع (مثل GPS) على متن السفينة: بالأمتار خلف مقدمة السفينة، وبالأمتار في الميمنة أو اليسرى.

-نوع نظام تحديد المواقع: مثل GPS أو DGPS أو LORAN-C.

-غاطس السفينة: 0.1-25.5 متر.

-الوجهة: بحد أقصى 20 حرفًا.

-الوقت المُقدّر للوصول إلى الوجهة: التوقيت العالمي المنسق (UTC) (الشهر/التاريخ/الساعة:الدقيقة).

-اختياري: طلب وقت بدقة عالية، حيث يمكن للسفينة أن تطلب من السفن الأخرى توفير ختم وقت وتاريخ UTC عالي الدقة.

الوصف التفصيلي: وحدات الفئة ب Detailed description class B

أجهزة الإرسال والاستقبال من الفئة B أصغر حجمًا وأبسط وأقل تكلفة من أجهزة الإرسال والاستقبال من الفئة A. يتكون كل جهاز من جهاز إرسال VHF واحد، وجهازي استقبال VHF بتقنية الوصول المتعدد بتقسيم زمني لاستشعار الناقل (CSTDMA)، يعمل كلاهما بالتناوب كمستقبل للنداء الانتقائي الرقمي VHF (DSC)، وهوائي GPS نشط. على الرغم من أن صيغة إخراج البيانات تدعم معلومات الاتجاه، إلا أن الوحدات عمومًا لا تتصل ببوصلة، لذا نادرًا ما تُرسل هذه البيانات. الإخراج هو تدفق بيانات AIS القياسي بسرعة 38.400 كيلوبت/ثانية، بتنسيق RS-232 و/أو NMEA. ولمنع التحميل الزائد لعرض النطاق الترددي المتاح، تقتصر طاقة الإرسال على 2 واط، مما يوفر نطاقًا يتراوح بين 5 و10 أميال تقريبًا.

تم تعريف أربع رسائل لوحدات الفئة B:

الرسالة ١٤

رسالة متعلقة بالسلامة: تُرسل هذه الرسالة بناءً على طلب المستخدم – تحتوي بعض أجهزة الإرسال والاستقبال على زر يُمكّن إرسالها، أو يُمكن إرسالها عبر واجهة البرنامج. تُرسل هذه الرسالة رسالة سلامة مُحددة مُسبقًا.

الرسالة ١٨

تقرير موقع معدات الفئة ب القياسي: تُرسل هذه الرسالة كل ٣ دقائق عندما تكون السرعة فوق الأرض (SOG) أقل من عقدتين، أو كل ٣٠ ثانية للسرعات الأعلى. MMSI، الوقت، SOG، COG، خط الطول، خط العرض، الاتجاه الصحيح.

الرسالة ١٩

تقرير موقع معدات الفئة ب المُوسّع: صُممت هذه الرسالة لبروتوكول SOTDMA، وهي طويلة جدًا بحيث لا يُمكن إرسالها كـ CSTDMA. مع ذلك، يُمكن لمحطة ساحلية استطلاع جهاز الإرسال والاستقبال لإرسال هذه الرسالة. MMSI، الوقت، SOG، COG، خط الطول، خط العرض، الاتجاه الصحيح، نوع السفينة، الأبعاد.

الرسالة ٢٤

تقرير بيانات ثابتة لأجهزة الإرسال والاستقبال من الفئة ب: تُرسل هذه الرسالة كل ٦ دقائق، وهو نفس الفاصل الزمني لأجهزة الإرسال والاستقبال من الفئة أ. نظرًا لطولها، تُقسم هذه الرسالة إلى جزأين، يُرسل كل منهما بفارق دقيقة واحدة. تم تعريف هذه الرسالة وفقًا لمواصفات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) الأصلية، لذا قد تحتاج بعض وحدات الفئة أ إلى ترقية البرامج الثابتة لفك تشفيرها. معلومات MMSI، اسم القارب، نوع السفينة، إشارة النداء، الأبعاد، ومعرف مورد المعدات.

الوصف التفصيلي: أجهزة استقبال AIS

يقدم عدد من المصنّعين أجهزة استقبال AIS، مصممة لمراقبة حركة مرور AIS. قد تحتوي هذه الأجهزة على جهازي استقبال لمراقبة كلا الترددين في آنٍ واحد، أو قد تتنقل بين الترددات (مما يؤدي إلى فقدان الرسائل على القناة الأخرى، ولكن بسعر مخفّض). بشكل عام، تُخرِج هذه الأجهزة بيانات RS-232 أو NMEA أو USB أو UDP لعرضها على رسامات الخرائط الإلكترونية أو أجهزة الكمبيوتر. بالإضافة إلى أجهزة الراديو المخصصة، يمكن إعداد أجهزة راديو مُعرّفة برمجيًا لاستقبال الإشارة.

المواصفات الفنية Technical specification

خصائص التردد اللاسلكي RF characteristics

يستخدم نظام AIS قناتي النطاق البحري المخصصتين عالميًا 87 و88.

يستخدم نظام AIS الجانب العالي من الإرسال المزدوج من قناتي راديو VHF (87B) و(88B).

القناة A: 161.975 ميجاهرتز (87B).

القناة B: 162.025 ميجاهرتز (88B).

تستخدم قناتي الإرسال البسيط 87A و88A ترددًا أقل، لذا لا تتأثران بهذا التخصيص، ويمكن استخدامهما وفقًا لخطة ترددات الهاتف المحمول البحري.

تتكون معظم عمليات إرسال AIS من دفعات من عدة رسائل. في هذه الحالات، يجب على جهاز إرسال AIS تغيير القناة بين الرسائل.

قبل الإرسال، يجب أن تكون رسائل AIS مشفرة بترميز عكسي غير عائد إلى الصفر (NRZI).

تُرسل رسائل AIS باستخدام تعديل مفتاح الإزاحة الدنيا الغاوسي (GMSK). يجب أن يكون ناتج مُعدِّل GMSK BT المستخدم لنقل البيانات 0.4 كحد أقصى (أعلى قيمة اسمية).

يجب أن تُعدّل البيانات المُرمَّزة بـ GMSK تردد جهاز إرسال VHF. يجب أن يكون مؤشر التعديل 0.5.

معدل بتات الإرسال 9600 بت/ثانية.

يمكن لأجهزة استقبال VHF العادية استقبال AIS مع تعطيل التصفية (حيث تُتلف التصفية بيانات GMSK). ومع ذلك، يجب فك تشفير خرج الصوت من الراديو. هناك العديد من تطبيقات الكمبيوتر التي يمكنها القيام بذلك.

يمكن أن تنتقل الإشارة لمسافة 75 كيلومترًا كحد أقصى.

تنظيم الرسائل Message organization

نظراً لكثرة المعدات الآلية التي ترسل رسائل نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS)، ولتجنب أي تعارض، تُنظم مساحة التردد اللاسلكي (RF) في إطارات. يستمر كل إطار دقيقة واحدة بالضبط ويبدأ عند حدود كل دقيقة. يُقسّم كل إطار إلى 2250 فتحة. ونظرًا لإمكانية الإرسال عبر قناتين، تتوفر 4500 فتحة متاحة في الدقيقة. بناءً على نوع وحالة المعدات وحالة خريطة فتحات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS)، يُرسل كل جهاز إرسال AIS الرسائل باستخدام أحد المخططات التالية:

الوصول المتعدد بتقسيم زمني متزايد (ITDMA)

الوصول العشوائي بتقسيم زمني متعدد (RATDMA)

الوصول الثابت بتقسيم زمني متعدد (FATDMA)

الوصول المتعدد بتقسيم زمني ذاتي التنظيم (SOTDMA)

يسمح نظام الوصول ITDMA للجهاز بالإعلان المسبق عن فتحات الإرسال ذات الأحرف غير القابلة للتكرار، ويجب تحديد فتحات ITDMA بحيث تكون محجوزة لإطار إضافي واحد. يسمح هذا للجهاز بالإعلان المسبق عن تخصيصاته للتشغيل الذاتي والمستمر.

يُستخدم نظام ITDMA في ثلاث حالات:

دخول شبكة وصلة البيانات؛

التغييرات والانتقالات المؤقتة في فترات التقارير الدورية؛

الإعلان المسبق عن رسائل السلامة.

يُستخدم نظام RATDMA عندما يحتاج الجهاز إلى تخصيص فترة زمنية لم يتم الإعلان عنها مسبقًا. ويتم ذلك عادةً لأول فترة إرسال، أو للرسائل ذات الطابع غير القابل للتكرار.

يُستخدم نظام FATDMA من قِبل محطات القاعدة فقط. وتُستخدم الفواصل الزمنية المُخصصة لـ FATDMA للرسائل المتكررة.

يُستخدم نظام SOTDMA من قِبل الأجهزة المحمولة التي تعمل في الوضع المستقل والمستمر. والغرض من نظام الوصول هذا هو توفير خوارزمية وصول تُحل التعارضات بسرعة دون تدخل من محطات التحكم.

تنسيق الرسالة Message format

يبلغ طول فتحة AIS 26.66 مللي ثانية. يبلغ معدل تعديل البيانات 9600 بت/ثانية، لذا تبلغ السعة القصوى لكل فتحة 256 بت. يُشتق التأطير من معيار HDLC، الموصوف في ISO/IEC 13239:2002.

يتم هيكلة كل فتحة على النحو التالي:

<8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>

<زيادة 8 بت> <مقدمة 24 بت> <علامة بدء 8 بت> <حمولة 168 بت> <CRC 16 بت> <علامة توقف 8 بت> <مخزن مؤقت 24 بت>

مقدمة 24 بت: هذه سلسلة من 0101…

علامة البدء: 0x7e

حمولة 168 بت، هذا هو نص رسالة AIS. بالنسبة للرسائل التي تتطلب بيانات أكثر، يجب استخدام عدة فتحات (بحد أقصى 5).

16 بت CRC-16-CCITT: متعددة حدود 16 بت لحساب المجموع الاختباري.

علم التوقف: 0x7e

مخزن مؤقت 24 بت يُستخدم لملء البتات، وتذبذب المزامنة، وتأخير المسافة.

لاحظ أن الإشارة على الموجة الحاملة VHF مُشفّرة بتقنية NRZI، وتستخدم تقنية حشو البتات لتجنب علامات التوقف غير المقصودة التي قد تحدث في البيانات. لذلك، يجب فك تشفير البتات الخام أولًا، وإزالة بتات الحشو، للوصول إلى تنسيق الرسالة الفعلي القابل للاستخدام الموصوف أعلاه.

الرسائل Messages

الرسائل المرسلة والمستلمة عبر الهواء

تنقل جميع رسائل نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) ثلاثة عناصر أساسية من المعلومات:

رقم MMSI للسفينة أو الجهاز الذي يحمل جهاز الإرسال (محطة القاعدة، العوامة، إلخ).

معرف الرسالة المرسلة (انظر الجدول أدناه).

مؤشر تكرار صُمم لاستخدامه لتكرار الرسائل عبر العوائق بواسطة أجهزة الترحيل.

يقدم الجدول التالي ملخصًا لجميع رسائل نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) المستخدمة حاليًا.

AIS message	Usage	Comments
Message 1, 2, 3:Position Report Class A	Reports navigational information	This message transmits information pertaining to a ships navigation: Longitude and latitude, time, heading, speed, ships navigation status (under power, at anchor…)
Message 4:Base Station Report	Used by base stations to indicate their presence	The message reports a precise position and time. It serves as a static reference for other ships
Message 5:Static and Voyage Related Data	Gives information on a ship and its trip	One of the few messages whose data is entered by hand. This information includes static data such as a ship’s length, width, draught, as well as the ship’s intended destination
Message 6:Binary Addressed Message	An addressed point-to-point message with unspecified binary payload.
Message 7:Binary Acknowledge Message	Sent to acknowledge the reception of a message 6
Message 8:Binary Broadcast Message	A broadcast message with unspecified binary payload.
Message 9:Standard Search and Rescue Aircraft Position Report	Used by an aircraft (helicopter or airplane) which is involved with search and rescue operation on the sea (i.e. search for and recovery of survivors of an accident at sea).	Sends out location (including altitude) and time information
Message 10:UTC/Date Inquiry	Obtain time and date from a base station	Request for UTC/Date information from an AIS base station. Used when a device does not have time and date locally, usually from GPS
Message 11:Coordinated universal time/date response	Response from message 10	Identical to message 4.
Message 12:Addressed Safety-Related Message	Used to send text messages to a specified vessel	Text message may be in plain English, commercial codes or even encrypted
Message 13:Safety related acknowledge	Response from message 12
Message 14:Safety related broadcast message	Identical to message 12, but broadcast
Message 15:Interrogation	Used by a base station to get the status of up to 2 other AIS devices
Message 16:Assigned mode command	Used by a base station to manage the AIS slots
Message 17:Global navigation-satellite system broadcast binary message	Used by a base station to broadcast differential corrections for GPS
Message 18:Standard class B equipment position report	A less detailed report than types 1-3 for vessels using Class B transmitters	Does not include navigation status nor rate of turn
Message 19:Extended class B equipment position report	For legacy class B equipment	Is replaced by message 18
Message 20:Data link management message	Used by a base station to manage the AIS slots	This message is used to pre-allocate TDMA slots within an AIS base station network
Message 21:Aids-to-navigation report	Used by an (AtN) aid to navigation device (buoys, lighthouse..)	Transmits precise time and location as well as the characteristics of the AtN
Message 22:Channel management	Used by a base station to manage the VHF link
Message 23:Group assignment command	Used by a base station to manage other AIS stations
Message 24:Static data report	Equivalent of a Type 5 message for ships using Class B equipment
Message 25:Single slot binary message	Used to transmit binary data from one device to another
Message 26:Multiple slot binary message with communications state	Used to transmit binary data from one device to another
Message 27:Long-range automatic identification system broadcast message	This message is used for long-range detection of AIS Class A and Class B vessels (typically by satellite).	Same as messages 1, 2 and 3

الرسائل المرسلة إلى المعدات الأخرى في السفينة

تتبادل معدات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) معلوماتها مع معدات أخرى باستخدام جمل معيار NMEA 0183.

يستخدم معيار NMEA 0183 جملتين أساسيتين لبيانات نظام تحديد الهوية التلقائي:

AIVDM (بيانات مستلمة من سفن أخرى)

AIVDO (معلومات السفينة نفسها)

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

In order:

!AIVDM: The NMEA message type, other NMEA device messages are restricted

1 Number of sentences (some messages need more than one, maximum generally is 9)

1 Sentence number (1 unless it is a multi-sentence message)

The blank is the sequential message ID (for multi-sentence messages)

A The AIS channel (A or B), for dual channel transponders it must match the channel used

14eG;… The encoded AIS data, using AIS-ASCII6

0* End of data, number of unused bits at end of encoded data (0-5)

7D NMEA checksum (NMEA 0183 Standard CRC16)

الأمن Security

استخدام نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) إلزامي للسفن من الفئة أ، ويُستخدم على نطاق واسع في سفن الفئة ب، لذا يجب بثه عبر نظام مفتوح المصدر على قنوات راديو بحرية مخصصة. وتحديدًا على نطاق VHF للاتصالات المتنقلة البحرية، الذي حدده الاتحاد الدولي للاتصالات على أنه يمتد على 156 و174 ميجاهرتز. يُعرّض تبادل البيانات عبر ترددات الراديو المفتوحة خدمات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) لعمليات إرسال ضارة، بما في ذلك التزييف والاختطاف وتعطيل التوافر.

تؤثر هذه التهديدات على كل من التنفيذ لدى مقدمي الخدمات عبر الإنترنت ومواصفات البروتوكول، مما يجعل المشاكل ذات صلة بجميع تركيبات أجهزة الإرسال والاستقبال (والتي تُقدر بأكثر من 300,000).

تعتمد مواقع مراقبة السفن المتاحة للجمهور على تدفقات بيانات غير موثقة إلى حد كبير من شبكة استقبال AIS التي يديرها متطوعون، والتي يمكن تزييف رسائلها بسهولة نسبية عن طريق حقن حزم AIS في تدفق البيانات الخام، أو على الهواء باستخدام معدات أكثر تعقيدًا مثل SDR. ومع ذلك، تُرسل الاتصالات بين السفن بواسطة أجهزة إرسال واستقبال من الفئة B، وهي مُعتمدة لتوفير موقع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) فقط من جهاز استقبال مُدمج، لذا فإن التحايل على هذه الرسائل يتطلب انتحال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو الراديو المُعرف بالبرمجيات (SDR).

تشمل خدمات نظام تحديد المواقع الآلي (AIS) محطات أساسية تُديرها الحكومات، وتُشغّل أنظمة حركة السفن (VTS) وتغطية المراقبة الساحلية. يُعد نظام تحديد المواقع الآلي (AIS) عُرضةً للهجمات التي تُثقل كاهل الفترات الزمنية بإرسال إشارات AIS زائفة أو توليد إشارات استغاثة زائفة.[51] قد تستخدم السفن التي تُعاني من ازدحام في معداتها المُعايرة بنظام تحديد المواقع الآلي (AtoNs) على متنها، أجهزة مُساعدة مُلاحية بديلة (AtoNs)، والتي تُحدد موقع السفينة وسلامة مسارها. ومع ذلك، فإن أجهزة AtoN الافتراضية أكثر عُرضةً للانتحال من أجهزة AtoN المادية. وقد تداخلت جهات فاعلة مع عمليات إرسال نظام تحديد المواقع الآلي (AIS) عن طريق التشويش أو الانتحال أو التلاعب بالإشارات.

التشويش Jamming

أجهزة التشويش هي أجهزة منخفضة الطاقة تُرسل إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بنفس ترددات إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو نظام تحديد المواقع العالمي (AIS) الأخرى، وذلك لقطع أو إخفاء الإرسال على نفس التردد. في أكتوبر 2022، أدى هجوم تشويش بالقرب من جسر الحزام الكبير (بالدنماركية: Storebæltsbroen) في الدنمارك إلى انقطاع إرسال السفن لمدة 10 دقائق. تأثرت تسع سفن ضمن نطاق 50 × 30 كم، ولم تتمكن من إرسال إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (AIS) أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وشملت السفن المتضررة أربع سفن شحن، وعبارتين، وسفينة الدورية الدنماركية “نيمفن P524” التي كانت تُرافق في تلك اللحظة سفينتين حربيتين روسيتين، “ستويكي 545″ و”سوبراسيتيلني 531”.

إنتحال الهوية Spoofing

العسكرية Military

لوحظ استخدام انتحال نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) في التدريبات البحرية. في ديسمبر 2019، أدى حادث “انفجار” نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) بالقرب من جزيرة إلبا إلى توليد آلاف الإشارات المزيفة لنظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) من السفن البحرية التي ترفع العلم الهولندي، والتي ظهرت على مدار 24 دقيقة مقسمة على ثلاث فترات؛ ثلاث دقائق للهجوم الأول، و4 دقائق للهجوم الثاني، وبضع ثوانٍ فقط للثالث. يمكن لأنظمة تحديد الهوية التلقائي (AIS) تخفيف الازدحام عن طريق تقليل مسافة الإرسال المستقبل. ومع ذلك، لم يتم حل هذا الازدحام على الفور، حيث تم توليد جميع الإشارات المزيفة ضمن دائرة نصف قطرها 11 ميلًا بحريًا. تُرجع دراسة أجراها أندروينا وآخرون عام 2021 الانتحال إلى تدريب حرب إلكترونية بحرية نظرًا لأن خطأ التذبذب ومستويات RSSI للرسائل المزيفة تطابقت مع تلك الخاصة بالسفن الحربية الحقيقية.

في 18 يونيو/حزيران 2021، أفادت أجهزة استقبال نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) في تشورنومورسك، أوكرانيا، بأن سفينتي إتش إم إس ديفندر وإتش إن إل إم إس إيفرتسن تُبحران نحو قاعدة سيفاستوبول العسكرية الروسية في شبه جزيرة القرم التي ضمتها روسيا، بينما كانت السفينتان راسيتين بأمان في أوديسا، وذلك وفقًا لبث مباشر من كاميرات الويب في الميناء وشهود عيان، مما يوحي بأن جهة مجهولة قد حقنت بيانات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) مزورة في النظام. بعد بضعة أيام، في 22-23 يونيو/حزيران، غادرت السفينتان أوديسا وأبحرتا بالفعل قرب ساحل القرم، حيث اتهمت روسيا الأسطول بانتهاك أراضيها، بينما أصرت القيادة البريطانية على أن السفينتين أبحرتا في المياه الدولية.

في مارس/آذار 2021، سجّلت القوات المسلحة السويدية حادثة مماثلة، حيث قدّم نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) سفنها بشكل غير صحيح على أنها تبحر في المياه الروسية بالقرب من كالينينغراد.

في يوليو 2021، اكتشف الباحث بيورن بيرغمان ما يقرب من 100 مجموعة من بيانات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) المزيفة بين سبتمبر 2020 وأغسطس 2021، وكانت جميعها تقريبًا بيانات مزيفة لسفن حربية تابعة لحلف شمال الأطلسي (الناتو) وسفن حربية أوروبية. وقال إن البيانات ظهرت في النظام كما لو أنها استُقبلت عبر أجهزة استقبال أرضية (وليس عبر الأقمار الصناعية)، مما دفعه إلى الاعتقاد بأن البيانات لم تُدخل عبر عمليات بث لاسلكي مزيفة، بل تم حقنها في تدفقات البيانات التي تستخدمها مواقع نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS). وصرح تود همفريز، مدير مختبر الملاحة الراديوية بجامعة تكساس في أوستن، قائلاً: “مع أنني لا أستطيع الجزم بمن يفعل هذا، إلا أن هذه البيانات تُناسب نمطًا من التضليل الإعلامي الذي اعتاد أصدقاؤنا الروس على استخدامه”.

سياسية Political

استُخدمت عمليات انتحال نظام التعريف الآلي (AIS) أيضًا للتأثير على الأهداف الجيوسياسية للدولة وتحقيقها. في عام ٢٠١٩، انتحلت جهات حكومية إيرانية إشارات نظام التعريف الآلي (AIS) لإجبار ناقلة النفط البريطانية، ستينا إمبيرو، على الإبحار إلى المياه الإيرانية، حيث تم الاستيلاء عليها واستخدامها كورقة مساومة في مفاوضات التبادل.

الجريمة الزرقاء Blue crime

لا يقتصر استخدام انتحال نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) على الأغراض العسكرية أو السياسية. فقد أظهرت البيانات البحرية أكثر من 500 حالة تلاعب فيها السفن بأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية لإخفاء مواقعها. وتراوحت هذه الاستخدامات بين إخفاء أساطيل الصيد الصينية لعملياتها في المياه المحمية، وإخفاء ناقلات النفط توقفاتها في موانئ النفط الإيرانية، وإخفاء سفن الحاويات لرحلاتها في الشرق الأوسط، بالإضافة إلى تهريب الأسلحة والمخدرات، حسبما ورد.

بين عامي 2008 و2018، قامت جهات في المحيط الجنوبي بإخفاء عمليات الصيد غير المشروعة من خلال التلاعب بسجل سفينة “أندريه دولغوف” وإرسال ما يصل إلى 100 إشارة AIS متزامنة ومتطابقة لإخفاء موقع السفينة.

التهرب من العقوبات Sanctions Evasion

في مارس/آذار 2021، كشف تحقيق أجراه مجلس الأمن التابع للأمم المتحدة في تهرب جمهورية كوريا الشعبية الديمقراطية من العقوبات أن سفنًا لا تحمل أعلامًا سلمت منتجات بترولية مكررة إلى جمهورية كوريا الشعبية الديمقراطية في الفترة من مايو/أيار 2020 إلى أكتوبر/تشرين الأول 2020. وقد سجّلت صور الأقمار الصناعية في 8 يوليو/تموز 2020 إحدى السفن التي خضعت للتحقيق، وهي السفينة آن بينغ، وهي تُسلّم بترولًا مكررًا غير مُبلّغ عنه في نامبو، كوريا الشمالية. وخلال فترة التسليم، لم تُرسل السفينة إشارات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) بين يونيو/حزيران ويوليو/تموز 2020.

الرصد Meaconing

تعترض أجهزة الرصد إشارات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) الأصلية، وتسجلها، ثم تعيد تشغيلها. بخلاف أجهزة التشويش، يمكن للمستخدمين الإرسال عمدًا بترددات وأوقات محددة. مع ذلك، لا يمكن لأجهزة الرصد تزييف بيانات الإرسال، بل لديها القدرة فقط على إعادة تشغيل الإرسالات السابقة. تخدع الإشارات المسجلة مسبقًا المرسلة بواسطة أجهزة الرصد المحطات الطرفية لمعالجة الإشارة المستقبلة كمؤشر على وجود السفينة في نفس اللحظة في الموقع الذي سُجلت فيه الإشارة لأول مرة.

التدابير المضادة Countermeasures

يمكن لأجهزة الإرسال والاستقبال حماية أنظمة الملاحة البحرية ضد هجمات AIS من خلال تزويد الأجهزة ببروتوكولات للتحقق من صحة الإشارات المرسلة والتحقق من صحة الإشارات المستقبلة

غير مشفر Non-cryptographic

-تقنيات تحليل الإشارة والحالة Signal- and state-analysis techniques

تراقب أجهزة الاستقبال طوابع وقت الإشارة للتحقق من صحتها. على سبيل المثال، قد يُشير جهاز الاستقبال إلى قارب مشبوه يصل إلى نقطة معينة أسرع من المتوقع بالنظر إلى موقعي جهاز الاستقبال والإرسال، بالإضافة إلى التأخير والتردد ونقاط البيانات الأخرى المُقدمة في الإشارات المُرسلة. قد تستخدم الأنظمة أحد نوعي أجهزة الاستقبال أو كليهما لتصفية المُدخلات والحماية من هجمات التلاعب أو التلاعب بالإشارات. لا يُمكنها الحماية من هجمات التشويش نظرًا لعدم وجود إشارات للقياس والمقارنة في حال تعطل الإرسال. تُسجل الأنظمة المُجهزة بأجهزة استقبال سريعة الإرسال بشكل متقطع، بينما تُسجل أجهزة استقبال التتبع إشارات GNSS مُحددة باستمرار. في حالة التلاعب أو التلاعب بالإشارات، يُوفر الأخير تناقضًا حقيقيًا لبيانات AIS المُتلاعب بها.

-تقنيات مصفوفة الهوائيات/تقنيات الهوائيات المتعددة Antenna-array techniques/multi-antenna techniques

تستطيع السفن المجهزة بهوائيات متعددة استخدام نقاط بيانات الأبعاد المكانية لاكتشاف اتجاه وصول الإشارات. وتحمي هذه التقنية من بيانات نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) المزيفة من خلال تحديد إشارات مختلفة قادمة من نفس الاتجاه. كما تعمل تقنيات الهوائيات الذكية بتناغم تام لاستخدام التشفير المسبق ذي القوة الصفرية لتجنب هجمات التشويش من خلال إرسال الإشارات في قنوات تردد معاكسة للتردد المستهدف.

-أنظمة القصور الذاتي Inertial system

أنظمة القصور الذاتي هي أجهزة تقيس موقع السفينة بمرور الوقت باستخدام مستشعرات الحركة والجيروسكوبات. تُقدّر هذه الأجهزة المواقع المستقبلية بناءً على قياسات السرعة والتسارع والاتجاه. ويمكن رصد أي شذوذ يُخالف النمط المتوقع لإجراء فحص دقيق.

مشفرة Cryptographic

التشفير Encryption

تحمي هذه الإجراءات المعلومات عبر ضمان وصول المعلومات السرية إلى الهدف المقصود إذا كان لديه مفتاح فك تشفير فريد. كما يمكن للإرسال إخفاء معلومات (علامة مائية) تُثبت هوية المُرسِل. تضمن هذه الإجراءات عدم قدرة الجهات الفاعلة على انتحال هوية الإشارات الأصلية إذا لم تكن لديها هذه الرموز أو المعلومات السرية.

المصادقة Authentication

تتضمن البروتوكولات توقيعات رقمية للمرسل تُوجِّه المُستقبِلين إلى مفاتيح فك التشفير التي تُوزِّعها جهات خارجية للتحقق من هوية المُستقبِل. ومع ذلك، لا يُمكن للتوقيعات الرقمية حماية نفسها من التلاعب بالرموز، لأن رسالة التوقيع الأصلية سُجِّلت مع الإرسال الأصلي.

قد تستخدم الأنظمة أيضًا بروتوكولات المصادقة المُؤقتة والفعّالة والمتسامحة مع فقدان التدفق (TESLA) لفك تشفير الإرسالات باستخدام مفاتيح سرية تُرسَل فقط بعد اكتشاف النظام للرسالة المُشفَّرة. تتشكل سلاسل TESLA عندما تفك كل رسالة تشفير الرسالة السابقة والرسالة التالية. السلاسل الطويلة غير فعّالة، ومع ذلك، فهي محمية بشدة من التزييف، حيث يحتاج المُستقبِلون إلى الوصول إلى جميع الرسائل السابقة في السلسلة.

نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية GNSS

لا تستطيع إجراءات مكافحة هجوم نظام تحديد الهوية التلقائي (AIS) الدفاع في حالة تعطل إشارات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) (أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS))، حيث تتوقف جميع أنظمة GNSS، بما فيها نظام تحديد الهوية التلقائي، عن العمل. وقد أظهرت تجارب الأسلحة المضادة للأقمار الصناعية التي أجرتها الولايات المتحدة والهند والصين وروسيا، أن الجهات الفاعلة في الدول القومية لديها القدرة على تدمير الأقمار الصناعية، مما يعني تدمير أنظمة GNSS. في نوفمبر 2021، أطلقت روسيا صاروخًا أرضيًا دمر قمرًا صناعيًا متقاعدًا من الحقبة السوفيتية، كوزموس-1408، مما أدى إلى تكوين سحابة من الحطام الفضائي عالي السرعة يدور على نفس مستوى محطة الفضاء الدولية والأقمار الصناعية الأخرى.

البحث Research

هناك مجموعة متزايدة من الأدبيات حول طرق استغلال بيانات نظام تحديد الهوية التلقائي من أجل السلامة وتحسين الملاحة البحرية، وهي تحليل حركة المرور، واكتشاف الشذوذ، واستخراج المسار والتنبؤ به، واكتشاف الاصطدام، وتخطيط المسار، وتوجيه الطقس، وتقدير الانكسار الجوي وغير ذلك الكثير.

نظام التعرف الالي AIS

المصادر: