UTILISATION DU MESSAGE BINAIRE POUR DES APPLICATIONS DE SÉCURITÉ MARITIME PIERRE-YVES MARTIN Centre d'études Techniques Maritimes et Fluviales 2, boulevard Gambetta BP 60039-60321 Compiègne cedex - France Tel : 03 44 92 60 30 pierre-yves.martin@developpement-durable.gouv.fr Résumé Anticollision, surveillance du trafic maritime ou encore balisage, l'emploi de l'ais se généralise. Mais sa capacité à recueillir, communiquer et échanger des données permet de définir de nouvelles applications concourant au renforcement de la sécurité maritime ; télésurveillance des Aides à la Navigation, diffusion automatique de l'information nautique ou encore station de mesure météorologique ou océanologique sont quelques exemples que le CETMEF projette de réaliser. Mots clés Journées, Sciences, Techniques, Télésurveillance, Maritime, e-navigation, Sécurité maritime, AIS, Aide à la Navigation, Environnement.
Introduction En 10 ans, l'usage de l'ais (Automatic Identification System) s'est généralisé auprès des usagers de la mer. Conçu initialement pour la prévention des collisions, l'omi (Organisation Maritime Internationale) a promulgué en 2004 son obligation d'emport sur certaines catégories de navires i. Parallèlement, le déploiement de stations de base vient compléter les moyens de surveillance des VTS côtiers ou portuaires et demain, l'utilisation du satellite permettra de globaliser la surveillance. Il s'impose aussi progressivement dans le domaine de la signalisation maritime avec le balisage AIS réel, synthétique ou virtuel. Enfin, au vu de l'offre catalogue des shipschandlers, il fait peu de doutes que la navigation de plaisance adoptera le récepteur AIS ii au même titre que le récepteurs GPS ou les dispositifs de cartographie électronique. Mais l'ais ouvre aussi le champ a de nouvelles applications qui s'appuient sur la capacité intrinsèque du système pour communiquer et échanger de l'information sous un format standardisé. Parmi celles-ci le CETMEF en a identifié plusieurs qu'il projette de réaliser. Ces applications s'appuient sur l'utilisation conjointe d'un réseau de stations AIS déployé sur le littoral pour la surveillance du trafic, et de transpondeurs de balisage AIS installés sur des Aides à la Navigation. Elles font l'objet d'une présentation succincte dans cet article.
La télésurveillance des Aides à la Navigation Si l'évolution des technologies permet d'améliorer la fiabilité des Aides à la Navigation, il demeure important pour la sécurité de la navigation d'être informé des ruptures de service avec des temps de latence les plus courts possible. A cet effet, le CETMEF avait défini en 1995 un système de télésurveillance, toujours en service aujourd'hui, mais proche de la fin de vie. Son successeur, dont le déploiement est prévu pour 2011, utilisera l'ais comme véhicule de communication pour transmettre les paramètres de fonctionnement des Aides à la Navigation ou les ordres de télécommande. Le futur système de télésurveillance utilisera le message binaire adressé iii (MSG6) pour transporter les données de télésurveillance et de télécommande. Le modèle de données du champ binaire proposé par le GLA (General Lighthouse Authorities) répond au besoin exprimé pour le système : surveillance de 3 paramètres analogiques et de 8 paramètres logiques en plus des indicateurs de déradage et d'état utilisés par ailleurs dans le message de balisage iv (MSG21). Tableau 1 Modèle de données du champ binaire proposé par le GLA pour la télésurveillance des Aides à la Navigation Parameter Bits Description Analogue (internal) 10 0.05 36V 0.05V step Supply voltage to AIS Unit 0 Not Used Analogue (external - from hardware analogue input No 1 Analogue (external - from hardware analogue input No 2 Status Bits 0 / 1 (internal same as the 5 LSBs of status bits from Message type 21) Status Bits 0 / 1 (external - derived from hardware digital inputs) 10 0.05 36V 0.05V step 0 Not Used 10 0.05 36V 0.05V step 0 Not Used 5 4 \ / 00 no RACON installed; 01 RACON not monitored 3 / \ 10 RACON operational; 11 RACON ERROR 2 \ / 00 no light or no monitoring; 01 Light ON 1 / \ 10 Light OFF; 11 Light ERROR 0 0 - Good Health, 1 Alarm 8 7 Digital Input Off/ / On : : 0 Digital Input Off/ / On Off Position Status 1 Off position or On position 0: On position 1: Off position
Le schéma de principe qui suit donne une présentation du système de télésurveillance. Figure 1 : schéma de principe du système de télésurveillance des Aides à la Navigation L'équipement installé sur les Aides à la Navigation associe un transpondeur de balisage avec un module d'acquisition et de mise en forme des paramètres de fonctionnement. Le transpondeur est programmé pour émettre les messages 21 et 6. L'ensemble est dimensionné pour optimiser la consommation électrique, la robustesse et l'ergonomie. Figure 2 : détail des équipements installés sur l'aide à la Navigation Le transpondeur AIS émettra périodiquement deux messages AIS distincts : le premier concerne la télésurveillance ; c'est le message binaire adressé, et le deuxième concerne la signalisation maritime ; c'est le message AIS de balisage.
Les messages 6 émis périodiquement sont reçus par le Réseau de Stations AIS Littoral, et routés vers un centre de contrôle qui effectuera les opérations appropriées pour traiter les alarmes.
L'information nautique L'état de fonctionnement des Aides à la Navigation fait partie des renseignements qui doivent être communiqués dans le cadre de la procédure d'information aux navigateurs. La diffusion des avis aux navigateurs est faite avec différents média : messages radio, fax, Navtex, telex, etc... qui requièrent, à terre comme à bord des navires, des opérations manuelles génératrices de délais pour la transmission de l'information, et potentiellement sources d'erreurs. L'AIS de balisage, qui s'appuie sur la transmission périodique du message 21, permet de s'affranchir de ces opérations en automatisant la transmission de l'information nautique entre l'aide à la Navigation et le navigateur sans qu'il soit nécessaire de passer par des intermédiaires. En effet, le modèle de données du message 21 réserve quelques champs binaires pour caractériser l'état de fonctionnement de l'aide à la Navigation et son déradage. Ainsi un navigateur qui croise une Aide à la Navigation en rupture de service est en mesure de disposer en temps réel de l'information nautique au moment où il en à besoin et là où il en a besoin. La figure qui suit présente un cas de déradage de bouée en mer d'iroise. Figure 3 : trajectoire AIS de la bouée SW du DST de Ouessant suite à son déradage le 08/11/10. (Copie d'écran relevée le 09/11/10 sur le site www.marinetraffic.com) Les informations de télésurveillance étant par ailleurs disponibles au centre de contrôle, il sera possible de mettre en application sans difficultés majeures le système e-ansi v qui fait encore l'objet de travaux de définition à l'aism.
Dans son principe l'e-ansi doit permettre d'afficher automatiquement et en temps réel sur les instruments du navire, les avis urgents aux navigateurs. Son schéma de principe est présenté sur la figure 4 : le centre de contrôle fourni les informations de rupture de service à un serveur e-ansi. Celui-ci les met au format approprié puis les transmets aux autorités en charge de la surveillance du trafic qui les diffusent sur les zones concernées par l'avis urgent. Figure 4 : schéma de principe de l'e-ansi
Les corrections différentielles GNSS La diffusion des corrections différentielles GPS permet au navigateur d'améliorer la précision de son positionnement. Aujourd'hui ce service est rendu par des stations DGPS réparties sur le littoral. Au nombre de 7, elles élaborent et transmettent continuellement, en HF, les corrections différentielles réactualisées de la constellation GPS en visibilité. En utilisant le Réseau AIS Littoral pour diffuser les corrections différentielles, grâce au message 17 réservé à cet effet, l'ais apporte une redondance de moyen et de couverture au service DGPS et permet de surcroit d'augmenter le niveau du service. En effet, la centralisation du calcul des corrections permet d'une part de multiplier le nombre de stations de référence qui contribuent au calcul des corrections, et d'autre part d'utiliser des modèles de propagation ionosphérique et troposphérique pour minimiser les biais résiduels dus aux erreurs de trajets consécutives à la traversée des couches de l'atmosphère.
Les mesures environnementales Suivant un principe identique à celui de la télésurveillance des Aides à la Navigation, l'ais peut être utilisé comme véhicule de communication pour transmettre des données de mesures météorologiques ou océanologiques en utilisant le message binaire à diffusion générale vi (MSG8). L'équipement installé sur l'aide à la Navigation reprend le schéma de principe du système de télésurveillance : il associe un transpondeur de balisage AIS avec des capteurs environnementaux. Figure 5 : schéma de principe des équipement de mesures environnementales installés sur l'aide à la Navigation Le CETMEF prévoit de conduire une campagne d'essais qui permettra de caractériser les capteurs du marché utilisables sur des Aides à la Navigation, et d'évaluer le service rendu par ce système pour la sécurité de la navigation. Au vu des résultats de cette campagne, il pourra être envisagé un programme réalisé en deux phases. La première consistera à déployer l'instrumentation de mesure sur des Aides à la Navigation échantillonnées spatialement pour couvrir exhaustivement la bande littorale ; ce qui permettra aux navigateurs de recevoir en temps réel les mesures environnementales in-situ. La deuxième phase consistera à mettre à profit le Réseau AIS Littoral pour recueillir les mesures environnementales qui seront ensuite centralisées sur un SIG accessible par l'internet. Ainsi les navigateurs pourront prendre connaissance des conditions environnementale in-situ avant de prendre la mer.
Figure 6 : schéma de principe d'un serveur de données environnementales Figure 7 : exemple de serveur de données environnementales : www.localizatodo.com
Conclusion L'utilisation de l'ais comme vecteur de communication permet de réaliser des applications qui contribuent à améliorer la sécurité de la navigation. Elles mettent à profit les messages binaires pour intégrer, présenter et échanger des informations qui peuvent être recueillies par des capteurs ou élaborées par des systèmes connexes. Elles ne concernent que quelques domaines spécialisés et restent contraintes par les capacité limitées des instruments du bord pour traiter et afficher les données manipulées. Néanmoins, elles répondent partiellement à la définition donnée pour le concept de l'e-navigation et contribuent à leur échelle à sa concrétisation.
i ii Navire à passagers et navires jaugeant plus de 300 TJB. Un système intégré regroupant sur un même instrument un GPS, un récepteur AIS et un ECD peut être acquis aujourd'hui pour quelques centaines d'euros. Cet instrument n'est pas une station mobile ; il n'émet pas. Il reçoit et traite les messages émis par les stations AIS qui l'entourent et présente au navigateur une situation de surface en complément du radar de navigation. iii Le message binaire adressé (message 6 dans le dictionnaire AIS) permet d'encapsuler des données binaires privées et de les transmettre à l'attention d'un destinataire particulier identifiée par son MMSI. iv Le message 21, est un message à diffusion générale qui caractérise l'aide à la Navigation : type de la marque, MMSI, position, dimensions, nom... Il est diffusé à la période typique de 3 minutes et il se présente sur les récepteurs AIS sous la forme d'un symbole carré dont les angles sont orientés vers les points cardinaux. v L'e-ANSI est l'acronyme pour Electronic Aids to Navigation Systems Information. C'est un système qui doit «fournir un service permettant d'informer les navigateurs, en temps réel ou quasi-réel, directement sur les instruments de navigation, des dangers ou des évènements qui pourraient affecter de manière significative la sécurité de la navigation». vi Le message binaire à diffusion générale (message 8 dans le dictionnaire AIS) permet d'encapsuler et de transmettre des données binaires publiques. Un modèle de donnée du champ binaire a été défini au niveau international pour la diffusion de données environnementales. Il prévoit une trentaine de champs pour différents paramètres physiques : température, vitesse du vent, hauteur de houle...