AIS (Automatic Identification System)
 

Hoe werkt het systeem?
 

Stel je het volgende eens voor.
Je staat als officier van de wacht midden in een pikdonkere nacht met ook nog eens slecht zicht op de brug.
Je vaart op dat moment op een drukbevaren route – bijv. het Engels kanaal – en je ziet op het radarscherm een ander schip van koers veranderen. Zo te zien zal het jouw koers kruisen.
 

Om een mogelijke aanvaring te voorkomen heb je maar één mogelijkheid: contact proberen te zoeken met het desbetreffende schip.
Maar ja, op het radarscherm ziet hij wel dat stipje oplichten, maar verder weet hij niets van dat schip; geen naam, geen roepletters.
 

Onze officier pakt daarom de microfoon van de marifoon en plaatst zo ongeveer de volgende oproep:
 

• "Onbekend schip aan mijn stuurboordzijde, dit is m.s. Veron. U lijkt naar stuurboord af te buigen. Bent u van plan mijn koers te kruisen?"
   
• "Veron, dit is m.s. VRZA. Bent u het schip dat bij boei 23 vaart?"
   
• "VRZA, dit is de Veron. Dat is negatief. Ik vaar momenteel bij boei 25.
   
• "Dit is de VRZA. Roger. Uit."
   

En zo gaat de communicatie ook nog even verder met andere schepen in de buurt, zonder dat onze officier er achter komt welk schip nou eigenlijk zijn koers lijkt te kruisen.
 

Met klamme handen en kromme tenen houdt hij angstvallig het radarscherm in de gaten om zonodig in te grijpen en de koers aan te passen, zodat een aanvaring kan worden voorkomen.
 

Helaas was een voorval zoals hiervoor eerder regel dan uitzondering, vooral in drukbevaren wateren. Ik zeg met opzet was, want gelukkig voor onze officier is er tegenwoordig een systeem dat hem de gegevens laat zien van elk schip wat in de buurt vaart.
 

Dat systeem is het Automatic Identification System, of kortweg AIS.
 

Wat is AIS ?
 

AIS is een transpondersysteem aan boord van een schip waarmee op een gemeenschappelijk marifoonkanaal doorlopend de identiteit, koers, snelheid en eventuele andere gegevens worden uitgezonden naar alle andere zich in de buurt bevindende schepen en eventuele walstations.
Het concept is afgeleid van een ontwerp van de Zweed Håkan Lans, die in de jaren tachtig een systeem ontwikkelde waarmee het mogelijk was om door een groot aantal zenders datapakketjes te laten verzenden over één enkel smalband radiokanaal.
Hij bereikte dat door een zeer nauwkeurige tijdstandaard toe te passen.
Ik kom daar straks nog op terug.
 

AIS is ontworpen om te worden toegepast in de volgende modes:
 

• uitwisseling van gegevens tussen schepen onderling teneinde aanvaringen te voorkomen
• als instrument voor kuststaten om informatie te verzamelen over schip en lading
• als verkeersbeheersingsinstrument bij integratie met een verkeersbegeleidingssysteem

Gegevensuitwisseling tussen schepen onderling
 

De meest gebruikte mode zal zijn het onderling uitwisselen van gegevens tussen schepen die zich binnen elkaars marifoonbereik bevinden.
 

Dankzij de unieke opzet van de communicatiemethode kan de informatie geheel onafhankelijk van welk besturingssysteem dan ook worden uitgezonden.
 

Positie van het schip en andere gegevens worden automatisch vanuit andere bronnen op het schip aan het AIS-systeem toegevoerd.
Met het AIS-systeem worden de gegevens gecodeerd en in een korte data-burst uitgezonden op een vastgesteld marifoonkanaal.
Zodra andere schepen het signaal ontvangen, worden de gegevens gedecodeerd en op een schermpje zichtbaar gemaakt. Dit kan zowel grafisch als in tekst.
Op deze manier heeft de officier van de wacht een overzicht van welke schepen zich in de buurt bevinden, wat hun snelheid en koers is, etc.
 

Eventueel kunnen de AIS-gegevens worden gekoppeld aan andere navigatie en radarsystemen aan boord. Daarmee wordt het bijv. mogelijk om de met AIS ontvangen positie gegevens te synchroniseren met de radargegevens en op het radarscherm niet alleen de positie van schepen in de buurt aan te geven, maar daarbij ook bijvoorbeeld de scheepsnaam en roepletters.
 

Had onze officier van de wacht uit mijn inleiding dat systeem maar gehad. Het zou hem aardig wat zweetdruppeltjes hebben bespaard.
 

Verder is het ook nog mogelijk alle AIS-gegevens op te slaan in de Voyage Data Recorder (VDR) van het schip - een soort zwarte doos – zodat de gegevens naderhand zonodig teruggelezen en geanalyseerd kunnen worden.
 

Om alle informatie actueel te houden, worden met regelmatige tijdsintervallen bijgewerkte AIS-berichten geheel automatisch verzonden. Daar komt geen mensenhand aan te pas.
 

Het systeem voorziet er zelfs in dat een loods zijn laptop kan aansluiten op het AIS-systeem om op die manier met zijn eigen navigatiesoftware en dus geheel onafhankelijk van de scheepsnavigatiesystemen de positie e.d. van schepen in de buurt te kunnen zien.
 

Kustbewaking

Kuststaten mogen automatische AIS-stations opzetten om de scheepsbewegingen in de kustwateren te monitoren.
Deze walstations kunnen niet alleen de door schepen uitgezonden AIS-informatie opvangen, maar kunnen tevens via de AIS-frequenties gegevens opvragen zoals identificatiegegevens, bestemming, verwachte aankomsttijd, ladinggegevens etc.
Walstations kunnen via AIS-eventueel ook aanvullende informatie naar de schepen sturen, zoals bijv. getijde gegevens, berichten aan zeevarenden en locale weersverwachtingen.
Om een groter gebied te beslaan kunnen wal- en relaisstations eventueel aan elkaar gekoppeld worden.
 

Zoals al eerder opgemerkt, kunnen de AIS-gegevens automatisch worden opgeslagen in een soort zwarte doos. Het spreekt vanzelf dat de autoriteiten van kuststaten de bevoegdheid hebben om deze gegevens te analyseren bij onderzoeken naar de oorzaak van ongevallen, oliemorsingen en andere incidenten.
 

AIS kan bovendien een nuttig stuk gereedschap zijn bij reddingsoperaties.
Met AIS kunnen diegenen die een dergelijke operatie coördineren immers op eenvoudige wijze alle scheepsbewegingen zien en coördineren en hun inzet op eenvoudige wijze afstemmen met helicopters en vliegtuigen die bij zo’n reddingsoperatie zijn ingezet.
 

Vessel traffic systems (verkeersbegeleidingssysteem)
 

AIS kan een krachtige aanvulling zijn op de walstations van een verkeersbegeleidingssysteem om – net als bij kuststations – niet alleen de scheepsbewegingen in de haven en binnenwateren te controleren, maar ook om berichten van de wal naar het schip te sturen.
Ook hier kan de via AIS ontvangen scheepsinformatie gekoppeld worden aan de radar, zodat een heel compleet en duidelijk beeld ontstaat.
Minder goede radarreflecties en dus hier en daar wazige beelden op het radarscherm kunnen op deze manier sterk verbeterd worden door de aanvullende AIS-informatie.
 

AIS zou zelfs als alternatief voor radar ingezet kunnen worden in die gebieden waar een walradarsysteem uit kostenoverwegingen niet rendabel is.
 

Een verkeersbegeleidingscentrum kan zelfs de toewijzing van de tijdsloten aanpassen waarbinnen AIS-berichten worden verzonden en zo een optimale uitwisseling van informatie mogelijk maken. Daarbij kan een verkeersbegeleidingscentrum op afstand de frequentie waarop een schip uitzendt zonodig wijzigigen.
Uiteraard moet het AIS-systeem aan boord van dat schip daartoe wel zijn uitgerust.
 

AIS-communicatie schema
 

Het spreekt vanzelf dat de informatie die via AIS wordt uitgezonden regelmatig moet worden vernieuwd. Immers, naarmate de tijd verstrijkt, raakt de laatste informatie steeds minder actueel en verliest daarmee steeds meer zijn functie.
Daarom zullen – afhankelijk van de omstandigheden – de vernieuwde gegevens om de paar seconden tot hooguit enkele minuten worden uitgezonden.
Om die hoge verversingssnelheid te bereiken, gebruikt AIS een uniek "Self-organizing Time-division Multiple Access" (STDMA) datacommunicatieschema, waarbij gebruik wordt gemaakt van de exacte timing gegevens in de GPS-signalen, waarmee dan weer de uitzendingen van de vele gebruikers op dezelfde smalband-frequentie wordt gesynchroniseerd.
 

Zoals inmiddels duidelijk zal zijn, zend elk schip regelmatig zijn AIS-berichten uit en ontvangt het ook dergelijke berichten van andere schepen die zich binnen marifoonbereik bevinden.
Het gebied waarbinnen dergelijke AIS-berichten kunnen worden ontvangen noemen we een cel; elk schip bevindt zich op deze manier exact in het midden van zijn eigen communicatiecel.
 

De praktische afmetingen van zo’n cel is mede afhankelijk van de hoeveelheid informatie die over dat AIS-kanaal wordt verzonden. Als het kanaal overbelast dreigt te worden door het aantal berichten, wordt de omvang van de cel automatisch verkleind door zwakkere signalen van verderaf gelegen schepen te negeren, waardoor er weer ruimte ontstaat voor de sterkere signalen van schepen die zich dichterbij bevinden.
 

Volgens het STDMA-protocol is elke minuut opgedeeld in 2.250 tijdsloten. Eén AIS-bericht past dan in één of meerdere tijdsloten. Deze tijdsloten worden automatisch gekozen op basis van de drukte in het radioverkeer en gegevens die andere schepen hebben meegezonden.
Als een schip voor de eerste maal een cel binnenkomt van een ander schip, wordt meteen een vrij tijdslot gereserveerd.
De AIS-stations die elkaar horen, synchroniseren doorlopend onderling het gebruik van de tijdsloten.
 

De tijdsloten en de tijdsintervallen worden willekeurig gekozen. Als een station van tijdslot en tijdsinterval wisselt wordt dat aan alle andere stations doorgegeven.
Elk AIS-station houdt op deze manier zijn interne tijdslotregister actueel.
In het systeem zijn speciale voorzieningen getroffen om ervoor te zorgen dat schepen altijd een vrij tijdslot kiezen.
Wanneer er sprake is van veel schepen en dus veel informatie-uitwisseling, kan het nodig zijn om het aantal schepen binnen een cel te beperken. Dat wordt gedaan door tijdsloten van veraf gelegen en dus zwakkere stations, toe te wijzen aan stations in de directe omgeving.
In het AIS-systeem zijn daarvoor strikte regels geïmplementeerd.
 

De sleutel van het STDMA-schema ligt in de beschikbaarheid van een tijdreferentie met een zeer hoge accuratesse, op grond waarvan alle stations hun tijdslottoewijzingen kunnen synchroniseren en waarmee dus overlappingen kunnen worden voorkomen.
Deze referentietijd wordt afgenomen van het exacte tijdsignaal dat GPS-satellieten uitzenden. GPS zorgt dus niet alleen voor de positiegegevens van het schip, maar ook voor een universele tijdreferentie en speelt daarmee een cruciale rol binnen AIS.
 

De AIS-datauitzendingen vinden plaats met een snelheid van 9.600 bits per seconde in FM/GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) modulatie, zoals die is beschreven in de ITU aanbeveling M.1371.1. De ITU heeft bovendien 2 vaste frequenties toegewezen voor AIS; dat zijn 161.975 MHZ (marifoonkanaal 87B) en 162.025 MHz (marifoonkanaal 88B).
In sommige werelddelen, zoals bijv. de Verenigde Staten, waar deze frequenties niet beschikbaar zijn voor AIS, mogen eventueel andere frequenties worden gebruikt.
 

Een AIS-installatie aan boord van een schip heeft 2 onafhankelijk van elkaar werkende marifoonontvangers, die normaal gesproken zijn afgestemd op beide AIS-frequenties. Daarnaast is er 1 zender, die afwisselend uitzendt op de ene dan wel de andere AIS-frequentie met een vermogen van 12,5 Watt.
Het bereik is – zoals ook bij andere VHF-toepassingen – voor een groot deel afhankelijk van de hoogte van de antenne. Doordat het systeem op een lagere frequentie werkt dan de radar, is de propagatie ook iets beter, waardoor het ook mogelijk is om bij niet al te grote hoogten “om een hoekje” te kijken of achter eilanden.
In het algemeen kan worden uitgegaan van een gemiddeld bereik van zo’n 20 zeemijlen.
 

Het scheepssysteem kan eventueel ook nog overschakelen naar andere frequenties; bijv. in gebieden waar de standaard AIS-frequenties niet beschikbaar zijn (V.S.) of in opdracht van bijv. een walstation in een scheepsbegeleidingssysteem.
Een dergelijke omschakeling kan niet allen handmatig gebeuren, maar eventueel ook op afstand door een walstation.
 

AIS-berichten
 

AIS is ontworpen om geheel zelfstandig en permanent te functioneren tussen schepen onderling. De specificaties voorzien echter ook in een omschakeling naar een zogenaamde "assigned mode" voor gebruik in gebieden waar een kustwacht en/of een scheepsbegeleidingssysteem actief is en waarbij de tijdstippen van uitzending en de tijdsloten op afstand kunnen worden ingesteld door de walstations.
AIS kan daarnaast ook nog werken in een zogenaamde "polling mode", waarbij informatie wordt uitgezonden op aanvraag van een ander schip of van een walstation.
 

De door AIS uitgezonden informatie kan in verschillende categorieën worden onderverdeeld:
 

• Statische gegevens, zoals:
  • MMSI-nummer, een uniek nummer waaronder schepen staan geregistreerd bij de ITU;
  • scheepsnaam en roepletters;
  • lengte en breedte van het schip, afgerond op hele meters;
  • soort schip;
  • plaats van de plaatsbepalende (GPS) antenne op het schip.

• Dynamische gegevens, zoals:
  • de positie van het schip met een indicatie van de nauwkeurigheid daarvan;
  • lengte- en breedtegraden op 1/10000 minuut nauwkeurig;
  • het tijdstip (in UTC) waarop de uitgezonden gegevens zijn samengesteld;
  • grondsnelheid (0-102 knopen) op 1/10 knoop nauwkeurig;
  • de grondkoers op 1/10 graad nauwkeurig gerelateerd aan het werkelijke noorden;
  • de werkelijke koers, 0 – 359 graden, afgeleid van het gyrokompas;
  • draaisnelheid – links of rechts, 0 – 720 graden per minuut;
  • de status van het schip (voor anker, onbemand, afgemeerd, etc.).

• Gegevens m.b.t. de reis, zoals:
  • de diepgang van het schip op 1/10 meter, tot 25,5 meter;
  • soort lading en eventueel de gevarenklasse daarvan;
  • bestemming en verwachte aankomsttijd (de kapitein beslist of die uitgezonden wordt).

• Veiligheidsberichten
   
  • Zonodig kunnen ook nog 15 veiligheidsberichten worden ingeprogrammeerd.

De statische gegevens worden ingeprogrammeerd bij het plaatsen en na goedkeuring van de AIS-installatie aan boord van het schip.
De dynamische gegevens worden betrokken van andere apparatuur aan boord van het schip, zoals bijv. de GPS-ontvanger.
De gegevens m.b.t. de reis kunnen handmatig door de kapitein worden ingevoerd. Hij dient daarbij een wachtwoordprocedure te doorlopen.
Veiligheidsberichten kunnen te allen tijde zonder meer worden ingevoerd, zowel aan boord van het schip, maar ook op afstand door een walstation.
 

De statische informatie en de gegevens met betrekking tot de reis worden elke 6 minuten uitgezonden, of direct nadat ze zijn aangepast of op aanvraag (door bijv. een walstation).
Veiligheidsberichten worden alleen uitgezonden indien nodig.
 

De tussenpozen waarmee de dynamische informatie wordt uitgezonden is afhankelijk van het soort schip en de snelheid en gebeurt volgens het volgende schema:
 

Volgens de AIS-specificaties is het ook mogelijk om korte, binaire berichten mee te sturen, zoals berichten aan zeevarenden, waarschuwingen, informatie over getijden en stromingen, weersverwachtingen, communicatie over reddingsoperaties, etc.
 

Welke schepen dienen AIS aan boord te hebben.
 

Sinds 31 december 2004 dienen alle zeeschepen vanaf 300 bruto register ton voorzien te zijn van een goedgekeurde AIS-installatie.
Deze verplichting gold al eerder voor enkele andere categorieën:
 

• alle nieuwbouwschepen vanaf 1 juli 2002;
• passagiersschepen vanaf 150 ton vanaf 1 juli 2003;
• tankers, ongeacht hun grootte, vanaf de eerste veiligheidskeuring op of na 1 juli 2003;
• schepen, anders dan passagiersschepen of tankers, vanaf 50.000 ton vanaf 1 juli 2004;
• schepen, anders dan passagiersschepen of tankers, vanaf 500 ton nu dus vanaf 31 december 2004.

Naast deze voorwaarden geldt voor de volgende schepen dat ook zij vanaf 31 december 2004 voorzien dienen te zijn van AIS:
 

• schepen met een eigen voortstuwing en met een lengte van 65 voet of meer, met uitzondering van vissersschepen en passagiersschepen die minder dan 151 passagiers mogen vervoeren;
• sleepboten met een lengte van 26 voet of meer en met een vermogen van meer dan 600 pk;
• passagiersschepen die meer dan 150 passagiers mogen vervoeren.

Uit deze opsomming blijkt dat kleinere schepen, zoals bijv. sleepboten, visserijschepen en de recreatievaart niet verplicht van AIS dienen te zijn voorzien.
Zij zullen dus ook niet zichtbaar zijn op de AIS-installaties van de grotere schepen.
 

Op dit ogenblik zijn er discussies gaande of het wenselijk is een soort mini-AIS te ontwerpen; eenvoudigere transponders die op dergelijke kleinere schepen zouden kunnen worden geïnstalleerd.
Te denken valt dan aan gecombineerde zend/ontvanginstallaties met een kleiner bereik die beperkte informatie verzenden met wat grotere tussenpozen.
In sommige situaties zou misschien zelfs volstaan kunnen worden met uitsluitend een ontvangstinstallatie, dus zonder uitzenden van de eigen gegevens, waarmee de informatie van andere schepen ontvangen en zichtbaar gemaakt zou kunnen worden.
In de binnenvaart wordt wordt AIS waarschijnlijk in 2009 verplicht gesteld.

In de praktijk blijken veel recreanten al min of meer die richting op te gaan.
Zij nemen een ontvanger mee aan boord van hun jacht, sluiten hun laptop daarop aan en kunnen zien wat er om hen heen gebeurt.