AIS

 

Was ist AIS?

 

Das Kürzel steht für „Automatic Identification
System” – also ein automatisches Schiffs-Identifizierungssystem.
Über dieses System tauschen alle entsprechend ausgerüsteten Schiffe
kontinuierlich ihre aktuellen Fahrdaten wie Position, Kurs und
Geschwindigkeit sowie weitere relevante Informationen aus. Dadurch
soll Schiffsführungen und Verkehrszentralen ein besserer Überblick
über die aktuelle Verkehrssituation eröffnet werden – und sich auf
diesem Wege die Verkehrssicherheit insgesamt deutlich verbessern. In
der Berufsschifffahrt ist das System bereits Bestandteil der
Ausrüstungspflicht nach SOLAS (Safety of Life at Sea). Gemäß den
einschlägigen Vorgaben der „International Maritime Organisation”
(IMO) sollten seit 1. Januar 2005 bereits alle Seeschiffe ab 300 BRZ
(Bruttoraumzahl) weltweit mit AIS ausgestattet sein. Die AIS-Pflicht
betrifft also nicht nur die ganz großen „Pötte” – hier musste auch
schon mancher „Kümo” nachrüsten. Für Fahrgastschiffe auf See gilt
das AIS-Gebot sogar uneingeschränkt. Im Bereich der Sportschifffahrt
ist zwar keine einschlägige Ausrüstungspflicht vorgesehen – dennoch
könnte auch hier die Nutzung von AIS durchaus Sinn machen.
Ermöglicht das System doch prinzipiell auch Freizeitskippern ein
besseres „Sehen und gesehen werden” – und könnte ihnen damit
ebenfalls einen echten Sicherheitsgewinn bieten. Und hier sind nicht
nur Blauwassersegler angesprochen, denn schließlich ballt sich der
Verkehr vielfach gerade in Küstennähe – beispielsweise im
Einzugsgebiet der großen deutschen Seehäfen – wo eben auch viele
Tourensegler unterwegs sind.

 

Wie funktioniert AIS?

 

AIS ist prinzipiell ein selbstorganisierendes
System. Das heißt: Jedes entsprechend ausgerüstete Schiff sendet
kontinuierlich seine dynamischen Schiffsdaten an alle anderen
Fahrzeuge im Empfangsbereich und empfängt im Gegenzug deren
entsprechende Informationen. Eine Steuerzentrale oder ähnliches
braucht es also im Grunde nicht. Zu den dynamischen Schiffsdaten
zählen unter anderem: die exakte Position eines Schiffes, sein Kurs,
seine Geschwindigkeit sowie seine Vorausrichtung und Drehrate (in
der Berufsschifffahrt). Hinzu kommen noch sogenannte „statische
Informationen” zur Identifikation eines Schiffes (Name, Rufzeichen,
MMSI-Nummer, IMO-Nummer) sowie zu dessen Art und Abmessungen (Länge,
Breite, Position der GPS-Antenne an Bord etc.). Außerdem lassen sich
reisebezogene Daten übertragen (Zielhafen, voraussichtliche Ankunft
und ähnliches). Die Übertragung erfolgt per Funk auf zwei
reservierten UKW-Kanälen (Kanal 87B auf 161,975 Megahertz und Kanal
88B auf 162,025 Megahertz). Am Rande: Hier liegt übrigens ein Grund
dafür, dass einige ältere Seefunkanlagen nicht mehr zugelassen
werden, bei denen sich diese Kanäle für den Sprechfunk nicht sperren
lassen (was bei jüngeren Anlagen vielfach durch ein Softwareupdate
möglich ist – neuere Geräte sind hingegen bereits entsprechend
programmiert).

Der Austausch der Daten zwischen den einzelnen
Fahrzeugen geschieht vollautomatisch. Auf diese Weise halten sich
alle mit AIS ausgestatteten Schiffe in einem bestimmten Bereich ohne
weiteres Zutun und ohne äußere Unterstützung permanent gegenseitig
über das aktuelle Verkehrsgeschehen auf dem Laufenden.


Grundkomponenten für die AIS-Teilnahme

 

Die bei AIS eingesetzte „Hardware”
fällt auf den ersten Blick vergleichsweise unspektakulär
aus. Zur Teilnahme am AIS braucht es vor allem eine
entsprechende Sende- und Empfangseinheit. Bei den
AIS-Anlagen für die Berufsschifffahrt sind diese in der
Regel in Gestalt eines sogenannten Radiotransponders in
einem Kasten mit moderaten Abmessungen untergebracht, der
fest an Bord installiert wird. An den Transponder wird dann
noch eine UKW-Antenne angeschlossen. Die zentralen
dynamischen Schiffsdaten des eigenen Fahrzeugs wie Position,
Kurs und Fahrt über Grund liefert ein sogenannter (D)GNSS-Empfänger
(Differential Global Navigation Satellite System) – also ein
GPS-Gerät, das mit dem Transponder verbunden ist. Hinzu
kommt noch ein (teilweise integriertes) Steuergerät für die
Eingabe weiterer Daten und die Verarbeitung der verfügbaren
Informationen. Die empfangenen Informationen über andere
Schiffe lassen sich entweder von einem speziellen
AIS-Anzeigedisplay ablesen oder auch auf einer
elektronischen Seekarte darstellen, die parallel zur
Navigation genutzt wird. In den Grundkomponenten arbeitet
das System also auf Basis bewährter Technologien
(UKW-Funk/GPS). Und da der Betrieb automatisch erfolgt,
gestaltet sich auch die Bedienung recht bequem: Nach Eingabe
der statischen Schiffsdaten sowie gegebenenfalls noch
etwaiger reisebezogener Daten erfolgt der
Informationsaustausch völlig selbständig. Der Schiffsführer
kann sich also ganz auf die Interpretation der dargestellten
Verkehrslage konzentrieren. Die Reichweite entspricht in
etwa dem üblichen UKW-Funk – also abhängig von der
Antennenhöhe und den äußeren Bedingungen zwischen 15 und 30
Seemeilen.

 

 

 

 

Ausgeklügeltes Datenaustausch-Verfahren

 

Der eigentliche technologische Clou von AIS
liegt in einem speziellen Datenaustausch-Verfahren mit der
zungenbrecherischen Bezeichnung SOTDMA (Self Organising Time
Division Multiple Access). Dieses selbstorganisierende Funkverfahren
sorgt dafür, dass die AIS-Anlagen aller Schiffe im
Reichweitenbereich ihre Daten kontinuierlich auf lediglich zwei
Funkkanälen austauschen können, ohne sich dabei gegenseitig zu
beeinträchtigen. Das funktioniert vereinfacht dargestellt so: Der
Datenstrom auf den beiden UKW-Kanälen wird in definierte
„Zeitschlitze” unterteilt. Jedes AIS-Gerät erstellt nun anhand des
von ihm „beobachteten” Datenverkehrs einen eigenen
Übertragungszeitplan und „reserviert” dann für die eigenen
Aussendungen entsprechende freie Zeitschlitze. Auf diese Weise wird
gewährleistet, dass auf einem Funkkanal nicht zwei AIS-Anlagen
gleichzeitig senden. Dadurch kommt das System grundsätzlich


ohne
„Leitstelle” oder „Moderator” aus – funktioniert also auch, wenn
sich drei Schiffe mit AIS-Ausstattung mitten auf dem Atlantik
begegnen. Internationale Standards gewährleisten, dass sich alle
AIS-Anlagen weltweit untereinander „verstehen”. Um einen
störungsfreien Betrieb der in Deutschland vertriebenen AIS-Anlagen
sicherzustellen, hat das Bundesamt für Seeschifffahrt und
Hydrographie (BSH) in Zusammenarbeit mit der Wasser- und
Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) umfangreiche Versuchsreihen
durchgeführt. Das BSH ist auch für die Prüfung und Zulassung der
angebotenen Anlagen zuständig.

Für die exakte zeitliche Synchronisation der
Aussendungen sorgt ein interner GPS-Empfänger, der in die AIS-Anlage
jedes sendenden Schiffes fest eingebaut ist. Er liefert neben der
Referenzposition des Schiffes auch die Referenzzeit für die Planung
der Aussendungen der eigenen Schiffsdaten (es muss daher prinzipiell
auch eine separate GPS-Antenne an Bord installiert werden).

Die Häufigkeit der Datenaussendungen orientiert
sich an der Relevanz der betreffenden Informationen – also vor allem
an der Geschwindigkeit und Manövriersituation der beteiligten
Schiffe. So senden beispielsweise schnell manövrierende Schiffe mit
mehr als 14 Knoten Fahrt ihre dynamischen Schiffsdaten alle zwei
Sekunden aus, während ein Ankerlieger nur alle drei Minuten einen
aktuellen Positionsreport liefert. Statische Schiffsinformationen
werden sogar nur alle sechs Minuten gesendet (und auf Anfrage). Der
Inhalt dieser Aussendungen ändert sich schließlich während der Fahrt
nicht – ihre Wiederholung ist daher eigentlich nur für diejenigen
Empfänger interessant, bei denen das Schiff erstmals als Ziel
registriert wird (bei denen das Schiff also gerade in
Reichweitenradius eintritt). Reisespezifische Informationen werden
ebenfalls lediglich alle sechs Minuten sowie bei Änderungen und auf
Anfrage gesendet.

Dank dieses ausgeklügelten Verfahrens fällt die
Übertragungsrate im AIS-System sehr hoch aus – zumal die Länge eines
Zeitschlitzes gerade einmal 26,6 Millisekunden beträgt. Damit lassen
sich auf einem einzigen UKW-Kanal pro Minute mehr als 2.000
Datentelegramme versenden. Auf den beiden AIS-Kanälen zusammen sind
bis zu 4.500 Reports pro Minute möglich. Dies würde theoretisch
einen AIS-Datenaustausch zwischen rund 400 Schiffen in einem Umkreis
von 20 Seemeilen zulassen. Ein weiterer Clou des Systems: Bei
höherer Auslastung wird automatisch der Empfangsradius reduziert.
Das bedeutet: Selbst bei vermeintlicher Überlastung kommt es zu
keinem unkontrollierten Zusammenbruch – es verschwinden auch nicht
plötzlich wahllos AIS-Ziele vom Bildschirm, weil sie für ihre
Datenaussendungen keinen freien „Zeitschlitz” mehr abbekommen haben.
Stattdessen werden lediglich entferntere Ziele nicht mehr erfasst.
Im näheren Umfeld bleiben alle Ziele auf dem Schirm – so jedenfalls
die Konzeption. Darüber hinaus lassen sich prinzipiell auch
regionale Frequenzen im Seefunkband zusätzlich für AIS nutzen.

 

 

Breites Spektrum verkehrsrelevanter Daten

 

Die via AIS versendeten dynamischen
Schiffsdaten enthalten eine ganze Fülle nützlicher Informationen
über die Bewegungen der erfassten Fahrzeuge. Da ist zunächst die
regelmäßig aktualisierte GPS-(Referenz) Position aller
AIS-ausgerüsteten Schiffe im Empfangsbereich. Sie liefert
Schiffsführern einen ebenso aktuellen wie exakten Überblick über die
umliegende Verkehrssituation. Hinzu kommen Kurs und Geschwindigkeit
über Grund aller beteiligten Schiffe, sodass sich gefährliche
Annäherungen (Stichwort für Radarkenner: CPA) frühzeitig erkennen
und vermeiden lassen. In der Berufsschifffahrt wird zudem der
Kreiselkompass an die AIS-Anlage angeschlossen, um dessen Kursdaten
ebenfalls einzubeziehen. Dies mag auf den ersten Blick wenig Sinn
machen – wozu neben den GPS-Kursdaten auch noch den Kompasskurs
übertragen? Zumal dieser bei einem Kreiselkompass ebenfalls auf die
geographische Nordrichtung ausgerichtet ist – worin besteht also die
Zusatzinformation? Der Sinn erschließt sich, sobald man an ein
stehendes Schiff denkt. Denn das GPS liefert zwar Daten über die
Bewegungsrichtung von Fahrzeugen – jedoch nicht über die Ausrichtung
der Kiel- beziehungsweise Mitschiffslinie eines Schiffes. Ein
Beispiel aus der Praxis: Wer über einen GPS-Kartenplotter verfügt,
hat vielleicht schon einmal im Hafen in der Box kontrolliert, ob das
Schiff auf dem Bildschirm des Plotters auch auf der elektronischen
Seekarte in der richtigen Box angezeigt wird. Dabei kann man
mitunter beobachten, dass das Schiffssymbol der eigenen Yacht zwar
am richtigen Platz angezeigt wird, aber trotz dieser offenbar sehr
hohen Positionsgenauigkeit auf der elektronischen Seekarte verkehrt
herum oder quer in der Box zu liegen scheint. Der Grund: Wenn sich
unser Schiff nicht bewegt, weiß das GPS auch nicht, in welche
Richtung es ausgerichtet ist. Denn das GPS verfügt nun einmal per se
über keinen Bezug zur Mittschiffslinie. Das gleiche gilt
grundsätzlich auch für treibende Schiffe. Stellen wir uns ein Schiff
vor, das ohne Antrieb quer zur Mitschiffslinie vertrieben wird. Auf
einem GPS-Kartenplotter würde das Schiffssymbol so dargestellt
werden, als fahre es mit dem Bug voraus in Richtung seiner Bewegung.
Das GPS weiß es eben einfach nicht besser.

Die Kreiselkompass-Daten schließen diese Lücke,
indem sie Aufschluss darüber geben, in welche Richtung die Kiellinie
eines Schiffes ausgerichtet ist – oder anders ausgedrückt: in welche
Richtung das Schiff steuert beziehungsweise zu steuern beabsichtigt.
Dies kann in Bezug auf die Kollisionsverhütung in mehrfacher
Hinsicht hilfreich sein: So lassen sich Kursänderungen anderer
Schiffe absehen und mögliche Abdriften erkennen. Bei einem stehenden
großen Schiff – zum Beispiel mit Maschinenschaden – könnte man
außerdem abschätzen, ob es vielleicht quergeschlagen ist und dadurch
etwa ein enges Fahrwasser blockiert. Darüber hinaus erhält man via
AIS Aufschluss über die Drehrate großer Schiffe – auch dies ein
wichtiger Wert für eine vorausschauende Beurteilung des umliegenden
Verkehrs.

In der standardisierten AIS-Darstellung werden
all diese Daten graphisch in Gestalt einer durchgezogenen und einer
gestrichelten „Vorauslinie” vor dem Schiffssymbol visualisiert. Die
durchgezogene Linie gibt den Bewegungsvektor über Grund wieder (Kurs
und je nach Länge der Linie auch Fahrt über Grund). Die gestrichelte
Linie zeigt die Vorausrichtung bezogen auf die Mittschiffslinie an
(„Heading”). Am Ende dieser Linie findet sich dann unter Umständen
noch ein Querstrich als Indikator für die Drehrate („ROT”).

Bei den AIS-Anlagen, die in der
Berufsschifffahrt zum Einsatz kommen, lassen sich noch weitere
Sensoren anschließen – wie beispielsweise die Logge zur Übertragung
der Fahrt durchs Wasser. Der Fahrzustand eines Schiffes (unter
Maschine, vor Anker etc.) wird ohnehin mit übermittelt.

 

AIS als „Sehhilfe” für die Sportschifffahrt

 

Die meisten dieser Anwendungen betreffen jedoch in
erster Linie die Berufsschifffahrt. Für die Sportschifffahrt ist vor
allem der Einsatz zur Kollisionsverhütung interessant. In diesem
Zusammenhang könnte die Nutzung von AIS dazu beitragen, zwei
grundlegende Problematiken der Navigation auf Yachten zu
entschärfen: 1. Durch die Anzeige der Positions- und Kursdaten
anderer Schiffe dazu beitragen, dass man sich als Yachtskipper
gerade nachts und bei unsichtigem Wetter sowie auf vielbefahrenen
Gewässern (zum Beispiel in der Deutschen Bucht) einen besseren
Überblick über die umliegende Verkehrssituation verschaffen kann –
insbesondere über möglicherweise gefährliche Annäherungen großer
Schiffe. 2. Durch das Senden der eigenen AIS-Daten dafür sorgen,
dass man in der gleichen Situation von anderen Schiffen –
insbesondere der Berufsschifffahrt – besser wahrgenommen wird. Kurz:
eine Verbesserung des sprichwörtlichen „Sehen und gesehen werden”.

Was das „Sehen” angeht, stellt AIS in erster Linie
ein Alternativ- beziehungsweise Ergänzungssystem zum altbewährten
Radar dar. Denn schließlich ist auch eine Yachtradaranlage in der
Lage, einem gerade bei eingeschränkten Sichtverhältnissen einen
Überblick über den umliegenden Verkehr zu verschaffen, indem es die
Echoanzeigen fremder Schiffe abbildet. Durch zeichnerisches Plotten
oder über eine integrierte (M)ARPA-Anlage („Automatic Radar Plotting
Aid”) lassen sich sogar Kurs und Geschwindigkeit der angezeigten
Ziele ermitteln. Wozu dann also noch AIS? Nun, AIS bietet gegenüber
dem Radar durchaus einige bestechende Vorzüge: So liefert es
beispielsweise im Gegensatz zu einfachen Yachtradaranlagen keine
relativen Daten über die Bewegungen anderer Ziele, sondern deren
tatsächliche GPS-Position sowie deren wahren Kurs und wahre
Geschwindigkeit. Sie lassen sich prinzipiell direkt in die Seekarte
übertragen oder eben – ganz bequem – auf einer elektronischen
Seekarte einblenden. Beim Radar fährt die Antenne hingegen auf dem
eigenen Schiff mit – es kann daher ohne aufwendige Vernetzung mit
GPS, Kompass etc. alle Ziele grundsätzlich nur in relativer Position
und Bewegung zum eigenen Schiff darstellen. Zudem fließen dabei
eigene Steuerungenauigkeiten mit ein. Und selbst wer eine
hochmoderne Yachtradaranlage mit funktionierender „True
Motion”-Darstellung, (M)ARPA und Seekarten-Overlay sein eigen nennt,
bei der sich solche Probleme weniger stellen, braucht zur
Interpretation der vom Radar dargestellten Verkehrssituation
trotzdem einige Erfahrung. Da gibt es immer noch einiges an
möglichen Fehldarstellungen zu beachten. So kann beispielsweise im
größeren Entfernungsbereich die erhöhte Impulslänge zu einer
erheblichen radialen Ausdehnung der Echoanzeige eines Zieles führen.
Darüber hinaus sorgt der meistens viel zu große Öffnungswinkel
kleiner Yachtradarantennen mitunter für grobe Fehldarstellungen
(Stichwort: azimutale Verformung). Dann wird ein Sportboot schnell
zum vermeintlichen Tanker. Kurz: Um was für ein Schiff es sich
wirklich handelt, lässt sich am Yachtradar höchstens anhand der
Geschwindigkeit abschätzen – wirklich sicher jedoch kaum sagen. AIS
liefert hingegen die Art und Abmessung aller anderen ausgerüsteten
Fahrzeuge im Empfangsbereich mit den gesendeten statischen
Schiffsinformationen direkt „frei Haus”. Es ermöglicht damit eine
zweifelsfreie Identifizierung aller angezeigten Ziele. Und auch bei
deren dynamischen Schiffsdaten gibt es bedeutend weniger
Unsicherheiten.

Außerdem erfordert das Fahren unter Radar eben
eine möglichst permanente Beobachtung der Bildschirmdarstellung, um
sie eingehend interpretieren zu können. Ein flüchtiger Blick reicht
hier meistens nicht aus, um sich ein klares Bild der Lage zu
verschaffen. Bei AIS lässt sich hingegen auch rasch mal eine
aktuelle „Momentaufnahme” abrufen. Hinzu kommt, dass das Radar nicht
absolut unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen ist – Regen-
und Seegangstrübungen können die Auswertung merklich erschweren. Ein
Herausregeln vermindert hingegen gleichzeitig die zur Verfügung
stehenden Informationen. Außerdem ist unter bestimmten Umständen mit
Interferenzen und Falschechos zu rechnen (zum Beispiel Mehrfach-,
Nebenzipfel- oder Zweitauslenkungsechos). AIS kennt solche Probleme
nicht – Witterungseinflüsse könnten höchstens die Reichweite
beeinflussen. Und selbst in diesem Punkt kann AIS jederzeit mit den
meisten marktüblichen Yachtradaranlagen mithalten. Eine AIS-Anlage
dürfte sich zudem in Sachen Einbauaufwand und auch Stromverbrauch
genügsamer gestalten – in der Bedienungsfreundlichkeit ohnehin. Es
gibt also einige „Trümpfe”, die im Vergleich zum Radar für AIS
sprechen.



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