Nella prima parte di questa serie abbiamo descritto i concetti di base del sistema AIS e i dettagli tecnici che lo caratterizzano; in questa seconda parte proviamo invece a vedere il sistema dal punto di vista del suo utilizzo, dando per assodato che esiste una modalità tecnica che consente ad ogni natante di trasmettere una serie di informazioni in formato opportuno tramite un canale radio, allo scopo di consentirne la ricezione e l’utilizzo da parte di altri natanti o stazioni interessate, per una molteplicità di scopi.
Gli attori del sistema AIS possono essere classificati secondo diverse categorie:
- natanti di varia natura e taglia che possono trovarsi in diverse situazioni quali ad es. in navigazione, in porto, in rada, etc.
- stazioni base tipicamente allocate sulla terraferma in prossimità delle coste e destinate a effettuare operazioni di assistenza alla navigazione o al controllo del traffico.
- sistemi AtoN ovvero di aiuto alla navigazione quali ad es. fari o sistemi similari che grazie al sistema AIS possono ulteriormente migliorare la loro funzionalità a supporto della navigazione.
- stazioni di ricezione AIS tipicamente dislocate sulla terraferma e gestite con spirito amatoriale da appassionati o in maniera professionale da soggetti che intendono rendere dei servizi professionali a valore aggiunto.
- sistemi di integrazione aventi la funzione di integrare i dati provenienti da più sorgenti di dati AIS consentendo di creare sistemi di presentazione dei dati più articolate o con scopi particolari
I principali attori del sistema AIS sono sicuramente i natanti: ogni natante al di sopra di una certa stazza minima deve essere equipaggiato con un dispositivo AIS ricetrasmittente in genere dotato anche di un display in grado di rappresentare su una mappa cartografica i vari natanti che il sistema AIS consente di identificare e posizionare; l’utilizzo è ovviamente rivolto alla sicurezza della navigazione ed il costo dell’apparecchiatura rispecchia il livello di performance e di conformità a precise norme di legge.
Un altro insieme di attori “professionali” molto importanti sono:
- le stazioni base e gli AtoN
- i sistemi VTS ( Vessel Traffic Service )
Sono una importante categoria di attori in quanto sono rappresentati da quei sistemi destinati a svolgere ruoli di consulenza attiva e di supporto alla navigazione per le navi in corsi d’acqua particolarmente confinati e affollati. Di solito un VTS integra in un sistema di comando e di controllo, informazioni provenienti da fonti quali radar, AIS e siti televisivi a circuito chiuso.
In Italia per esempio esiste il sistema della guardia costiera a cui sono demandate tutta una serie di attività connesse con la navigazione e che tra le altre cose gestisce una ampia rete di stazioni destinate a ricevere i segnali AIS dai natanti integrandoli negli altri dati raccolti con altri sistemi di controllo del traffico e della sicurezza marittima.
La guardia costiera gestisce in particolare la rete AIS nazionale italiana: da questo link riportiamo….
“La rete si articola su 63 stazioni base (base station) installate in posizione tale da garantire la completa copertura radioelettrica del profilo costiero nazionale con una profondità che si estende, ove possibile, fino all’intera area Search and Rescue (SAR) di competenza italiana.
Le informazioni acquisite sono accentrate presso il Comando Generale e da questo rese disponibili, attraverso opportune interfacce macchina-macchina ad altri servizi di responsabilità del Comando Generale e ad altre Amministrazioni dello Stato consentendo così alle stesse di evitare di dotarsi di analoghi apparati per le proprie finalità istituzionali.
In tale ottica, i centri Vessel Traffic Service italiani non sono dotati di proprie stazioni AIS , ma si avvalgono dei servizi garantiti dalla “rete nazionale AIS” con significativi risparmi in termini economici.”
Come parte integrante della rete AIS nazionale vanno citati gli AtoN (Aid to Navigation) ; esistono tre tipologie di AtoN che possono essere trasmesse attraverso AIS:
- reale, ovvero un AtoN che esiste fisicamente e sul quale è presente una stazione AIS
- sintetico, ovvero un AtoN che esiste fisicamente ma sul quale non è installata una stazione AIS
- virtuale, ovvero un AtoN che non esiste fisicamente
negli ultimi due casi l’AtoN sarà pertanto trasmesso da un altra stazione AIS quali quelle appartenenti alla rete AIS nazionale. Attualmente attraverso la rete AIS nazionale vengono trasmessi 131 AtoN quali radioservizi per la navigazione ( elenco degli AtoN trasmessi dalla rete AIS nazionale ).
Sempre la stessa autorità gestisce il servizio VTS italiano; per dettagli riguardo a tale servizio è possibile seguire il link seguente.
Una categoria di attori che è nata con il diffondersi di internet è stata quella delle stazioni AIS gestite da privati o da organizzazioni nate allo scopo di svolgere dei servizi anche a fine di lucro, che , sfruttando il fatto che il traffico AIS è in chiaro ed accessibile (in ricezione) a tutti, hanno cercato di creare dei “servizi” a valore aggiunto.
E’ il caso di una serie di “portali” che raccolgono i dati AIS forniti spesso gratuitamente da altre stazioni riceventi AIS e presentano i dati raccolti su dei sistemi di cartografia aggiungendo funzioni di ricerca e organizzazione personalizzata dei dati raccolti ad uso di potenziali utenti di tali informazioni.
I dati forniti da tali portali non sono ovviamente destinati all’uso professionale da parte dei natanti ma sono destinati a utenti che per svariati motivi possono avere interesse al tema della navigazione.
Tra i portali più noti possiamo citare i seguenti:
Tutti questi portali accettano dati AIS forniti in tempo reale da stazioni amatoriali o gestite in proprio e rendono disponibili i dati raccolti o gratuitamente o a pagamento agli utenti interessati. Spesso esiste una doppia possibilità nel senso che il tempo reale richiede un pagamento di una quota mensile, mentre la versione gratuita degli stessi dati sconta un ritardo di presentazione per es. di 30 minuti.
Esiste poi la possibilità di caricare i dati ricevuti tramite AIS su altri portali non specificamente dedicati all’attività marittima; un esempio interessante è il seguente:
Si tratta di un portale gestito dai radioamatori e destinato a tenere traccia di una serie di informazioni di posizione e non solo fornite da radioamatori; orbene è possibile iniettare nel sistema anche dati di provenienza AIS in modo da rendere evidenti su tale portale anche il posizionamento di mezzi mobili marittimi.
A livello radioamatoriale è abbastanza diffusa, soprattutto all’estero, la tenuta di stazioni AIS dedicate alla raccolta e alla distribuzione dei dati AIS verso i vari portali disponibili; in genere l’attrezzatura necessaria consiste in:
- una antenna per la banda marittima ( 162 Mhz)
- un ricevitore/demodulatore per i segnali AIS
- un sistema di display locale dei dati raccolti
- un sistema per l’upload dei dati raccolti verso i portali del caso
- un sistema per distribuire i dati raccolti verso i dispositivi locali o remoti di utilizzazione dei dati
La parte in genere più delicata è l’ultimo punto in quanto deve farsi carico delle varie specificità di interfacciamento dei sistemi interessati.
Per quanto riguarda la parte ricevitore/demodulatore si può utilizzare un dispositivo ad hoc reperibile sul mercato ovvero dedicarsi alla sua realizzazione sfruttando parti quali RX standard o dispositivi SDR associati a del SW che gira su un PC windows o linux.
Per quanto riguarda il sistema di display in genere conviene utilizzare uno dei tanti pacchetti SW disponibili gratis o ad un costo molto contenuto e che girano su un PC windows o linux, accettando in ingresso le sequenze AIS generate da un RX/decodificatore.
Uno dei tools di display più potente è forse ShipPlotter : si tratta di un tool abbastanza complesso che integra una serie di funzionalità che lo rendono estremamente interessante e flessibile.
Il cuore del programma è la possibilità di gestire un complesso sistema di mappe geografiche su cui poter rappresentare dai target AIS con una serie di attributi quali ad es. i percorsi effettuati o lo stato dei natanti.
A questa funzionalità base si aggiunge una ampia serie di possibili metodi per interfacciare il programma a diverse tipologie di sensori AIS:
- tramite interfacce seriali
- tramite interfaccia di rete IP (UDP o TCP)
- tramite interfaccia audio
Questa ultima possibilità è molto interessante in quanto sottintende la possibilità di eseguire la demodulazione dei segnali GMSK del sistema AIS ricevuti per es. tramite un RX tradizionale ( non dotato cioè di demodulatore AIS) direttamente da parte del programma; l’unica reale limitazione di questo approccio è quella di non poter demodulare simultaneamente i due canali AIS.
La figura seguente riporta un esempio di cartografia ottenibile con shipplotter a cui sono state aggiunte mappe ottenute da cartografia nautica ufficiale:
Per tutti i programmi di display esiste il tema del come procurarsi le mappe geografiche a cui appoggiare il posizionamento dei vari target e elementi grafici da mappare; esistono sia mappe a pagamento che mappe disponibili gratuitamente: ovviamente il risultato estetico dipenderà molto dal tipo di cartografia di cui il programma viene dotato.
Un altro tool di display molto usato è OpenCPN: rispetto a shipplotter è abbastanza meno dotato di features, ma ha il grande vantaggio di essere totalmente gratuito; la figura seguente è un esempio di display ottenuto con tale SW:
Per quanto riguarda l’upload dei dati ricevuti verso i portali marittimi o non, in genere si sfruttano le funzionalità dei SW in uso per le funzioni di cui sopra, che in genere offrono tra le loro funzionalità anche quella di upload verso i portali più diffusi.
Un cenno particolare merita il tema di come distribuire i messaggi AIS recuperati da un RX verso più utilizzatori; come accennato sopra questo tema è abbastanza articolato principalmente per il fatto che i messaggi AIS possono provenire dalla sorgente in diversi formati fisici e logici; in genere i programmi SW che curano il display forniscono anche funzionalità di distribuzione dei dati di ingresso verso più destinazioni.
Un caso interessante che credo valga la pena di citare è invece quello di un tool estremamente semplice e peraltro disponibile gratuitamente il cui unico scopo è quello di realizzare questa funzione indipendentemente da ogni altra funzionalità connessa: il motivo dell’interesse è che tale soluzione presenta ò’indubbio vantaggio della “pulizia” concettuale e della “neutralità” rispetto a specifici portali o programmi da “alimentare”.
Si tratta del SW AisDispatcher ; la figura seguente riporta lo schema di principipio del modo di operare del tool:
Come si può notare il tool opera semplicemente a livello dei messaggi AIS e ne rende agevole e flessibile la distribuzione da una sorgente a diversi destinatari; in aggiunta mantiene una serie di statistiche e realizza una azione di riduzione del “rate” dei messaggi per evitare di uploadare per esempio messaggi con una eccessiva frequenza verso determinati targets.
La figura seguente rappresenta la schermata principale di configurazione da cui si può evincere la potenzialità del tool:
come si può notare è in grado di ricevere i dati AIS in tutti i modi possibili ( seriale, UDP, TCP) ed è in grado di inviare i dati verso un massimo di 12 destinazioni ( solo in formato UDP che è quasi universalmente accettato dai tools di display o dai portali web).
In genere le stazioni AIS dovrebbero essere operative 24/7 in modo da fornire i propri dati in continuità ai portali alimentati; in genere i portali forniscono delle statistiche su base stazione tributaria che riporta oltre alle statistiche dei target AIS individuati anche indicazione del tempo di attività della stazione e del suo livello di disponibilità.
Esiste infine un altro utilizzo dei dati AIS raccolti da una stazione AIS, abbastanza poco noto ed esplorato, ma a giudizio dello scrivente estremamente interessante come materia di studio per noi radioamatori.
Si tratta dell’utilizzo dei dati raccolti da una stazione AIS come metodo di esplorazione e monitoraggio della propagazione troposferica in particolare di tipo sporadico o “enanched”.
In condizioni normali il range di copertura del servizio AIS è limitato a circa 20 Km; infatti considerando i meccanismi di propagazione alle frequenza VHF e considerando le potenze in gioco di trasmisisone e le altezze e tipologie di antenne in uso questo valore viene assunto come limite del campo di copertura per avere indicazioni affidabili per gli usi professionali in ambito sicurezza della navigazione.
In realtà se si considera una stazione ricevente AIS posta in una posizione geografica buona ( sulla costa e in alto) eventualmente usando antenne un poco più efficienti, è molto facile scoprire che il campo di ricezione del sistema si estende notevolmente anche senza avere condizioni di propagazione particolari; infatti il meccanismo di “scatter troposferico” che rappresenta il principale metodo di propagazione delle onde radio a queste frequenze (al di là dell’orizzonte radio normale) consente di superare abbondantemente il valore di 20 Km con una ottima probabilità di comunicazione.
Esiste uno studio molto interessante al proposito ( consultabile al link seguente ) da cui emerge che dedicando particolare cura alle antenne e al posizionamento della stazione e sfruttando il solo meccanismo di propagazione “tropo-scatter” si può agevolmente riuscire a raggiungere i 100-200 Km in condizioni normali.
Ulteriori studi confermano indirettamente il dato di cui sopra partendo dal punto di vista delle interferenze causate dall’allargamento del range di copertura radio che può causare un degrado delle performances del sistema AIS a livello locale ( sotto i 20 Km).
Sempre dallo studio citato al punto precedente emerge che in presenza di meccanismi di propagazione troposferica anomali, quali ad esempio il “ducting” troposferico indotto dalle inversioni termiche nella bassa atmosfera, il campo di copertura può subire un ulteriore significativo allargamento fino ad arrivare ad numerose centinaia o anche migliaia di km anche se per periodi di tempo limitati e in direzioni particolari.
Esistono vari strumenti per la previsione di situazioni anomale di propagazione a livello troposferico; il tool forse più affidabile e consolidato è rappresentato dal seguente link; grazie a questo tipo di strumenti è possibile, per gli appassionati di DX sulle bande VHF/UHF , cercare di predire i periodi di maggiore probabilità per tentare collegamenti a lunga distanza. La figura seguente rappresenta un esempio di mappa ottenuta dal sito indicato:
Il sistema AIS può rappresentare un valido strumento di convalida delle previsioni e di convalida dell’esistenza di situazioni di propagazione “migliorate” o anomale, grazie al fatto che consentono di avere un quadro automatico e in tempo reale sfruttando i target AIS come altrettanti “probes” dello stato della propagazione. La figura seguente è un esempio di mappa AIS ottenuta lo stesso giorno della mappa di previsione della figura precedente, sfruttando una singola stazione AIS in prossimità della costa della nostra penisola sorrentina:
Si può notare la significativa coincidenza delle zone a massima probabilità di propagazione anomala con il significativo estendersi dell’area da cui sono stati ricevuti spots AIS.
Siccome dalla teoria è noto che i fenomeni che interessano la troposfera forniscono comportamenti abbastanza simili nel campo di frequenze da 100 a 1000 Mhz, la banda AIS con i suoi infiniti probes distribuiti sul mare rappresenta un fenomenale strumento di ausilio al DX almeno per noi che siamo sulle sponde del mediterraneo 🙂 .
Al proposito vale la pena di citare che esiste un portale, molto poco conosciuto, su cui è possibile uploadare gli spots AIS in modo da ottenere delle mappe di copertura radio di tipo a raggiera da cui è possibile dedurre agevolmente lo stato della propagazione a livello VHF/UHF; il portale in questione è www.dxmaps.com .
La figura seguente è un esempio del tipo di rappresentazione ottenibile dal portale. Si nota la limitatissima presenza di stazioni tributarie.
Nella terza parte di questa serie presenteremo alcune realizzazioni pratiche di stazioni AIS di tipo amatoriale, che sfruttano sia tecniche HW/SW tradizionali che tecniche di tipo SDR.