WO2018130795A1 - Dispositif et procédé d'établissement de situation de zone aéromaritime - Google Patents

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WO2018130795A1
WO2018130795A1 PCT/FR2018/050086 FR2018050086W WO2018130795A1 WO 2018130795 A1 WO2018130795 A1 WO 2018130795A1 FR 2018050086 W FR2018050086 W FR 2018050086W WO 2018130795 A1 WO2018130795 A1 WO 2018130795A1
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WO
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ais
zone
transponder
tracks
community
Prior art date
Application number
PCT/FR2018/050086
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English (en)
Inventor
Henri DE FOUCAULD
Jean-François MONTANIÉ
Original Assignee
Athanor Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Athanor Engineering filed Critical Athanor Engineering
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00—Traffic control systems for marine craft

Definitions

  • the present invention relates to the field of maritime security and maritime safety, and relates more particularly to a device and a method for establishing a sea-air zone situation.
  • the detection of surrounding entities can enhance safety by reducing the risk of collision.
  • the identification of the entities in addition to their detection, makes it possible to guard against certain hostile acts, in particular acts of piracy which still constitute a problem of maritime safety in certain parts of the world.
  • the automatic identification system (often referred to as the AIS - Automatic Identification System) allows ships in VHF range to exchange their identity and position. This system therefore allows an entity at sea, for example a ship, to know the entities equipped with AIS in VHF range, but it does not allow this entity to detect all the entities in a given area: the entities not in VHF range is not detected, as are entities without AIS. Moreover, since AIS is a cooperative system by definition and described as such by the IUT-R M.3171-5 standard, the information is not protected: any entity equipped with an AIS can thus take knowledge or to distort the integrity, with a certain technicality.
  • US Pat. No. 8,836,570 B2 describes a decentralized system for the detection and identification of entities at sea. According to this patent, the entities in radar detection range and / or AIS are detected, each entity at sea sends to the other entities. at sea in range of communication (VHF or other) all the entities that she sees by radar, by AIS, or by other sensors.
  • VHF range of communication
  • AIS is a system for the automated exchange of VHF radio messages between vessels that allows ships and traffic control systems to know the identity, status, position and route of ships in the navigation area.
  • AIS means a device capable of transmitting and receiving AIS signals, namely comprising at least one VHF transmitter and two VHF receivers operating on the basic AIS frequencies, namely on the 87B channel (161.975 MHz, channel 2087), and the Channel 88B (162.025 MHz, channel 2088), in accordance with Recommendation ITU-R M.1084.
  • the AIS transponder according to the present invention may optionally further be capable of transmitting and receiving on other frequencies, called community frequencies, including VHF community frequencies close to basic AIS frequencies, and may therefore include at least one receiver, and optionally at least one additional transmitter, to receive and transmit on the community frequency or frequencies.
  • standard AIS message conventionally covers messages within the meaning of Recommendation ITU-R M.1371-5 (February 2014 version or any later version). These messages are exchanged by the TDMA protocol (time division multiple access), the messages may include data packaged in the AIS frames.
  • a standard AIS message may include, in particular, position reports, static data and travel data as well as various types of binary messages, the latter being used for the broadcasting of aeromaritime situations as defined below in the this request.
  • AIS message is however understood in a broader sense, covering at a minimum messages containing the identity, position and route of the ship (or other entity at sea or aircraft or drone, for aircraft or drones equipped with AIS transponder).
  • track refers to a representation of a mobile in terms of position, axis of progression, speed or general characteristics. This information is normally correlated from different sources.
  • a (tactical) track is the instance of a data model designed within the scope of the invention and designates a detection obtained either from a standard AIS message or from an external sensor.
  • a track corresponds to a dynamic object (any type of "vehicle” moving on the water - ship, boat, boat, etc. or above the surface of the sea - aircraft or drone for example) or static (wind turbine , coast station, oil rig, beacon, floating object on the surface of the water ).
  • the position information relating to a track can be complete (latitude / longitude or azimuth / distance) or parcel (azimuth only, or distance only).
  • the static information can also be complete (all fields of static data and travel data of the AIS standard for example) or limited.
  • a track may comprise:
  • in bidirectional VHF communication range means, used in relation to at least two AIS transponders, that each transponder is capable of transmitting to each other AIS transponder and receiving AIS messages from each other AIS transponder.
  • the expression "in direct VHF communication range” means, used for two AIS transponders, that at least one of the transponders is capable of transmitting standard AIS messages to the other which is able to receive them.
  • indirect VHF communication range means, used for two AIS transponders, that the two AIS transponders are capable of transmitting and receiving AIS messages indirectly with each other, namely, step by step by way of intermediate of one or several AIS transponders in direct VHF communication range.
  • the term "local situation” refers to a situation based solely on position reports, static data and trip data, static data reports, of the AIS standard issued by ships, aircraft, drones and fixed installations in direct VHF communication range.
  • the AIS transponders can be conventional (AIS type A or B), AIS / X, or devices according to the present invention.
  • enriched local situation refers to a local situation which is supplemented with data / information from external sensors, eg connected camera, connected binoculars, radar, electromagnetic emission detector, detector infrared, merchant ship database, ... connected to the at least one input / output port.
  • sensors eg connected camera, connected binoculars, radar, electromagnetic emission detector, detector infrared, merchant ship database, ... connected to the at least one input / output port.
  • Correlation can change the confidence level of a track. For example, a correlation with a database invalidating the characteristics of a ship (non-flag correspondence ...) would lead to a decrease in the level of confidence for the runway.
  • communicate refers to all entities each having a device for exchanging on a same frequency data / information encrypted by means of the same key.
  • the term "opportunity network” refers to devices belonging to the same community and which happen to be, at a given moment, in VHF communication range from each other within a given air-sea space, each of the devices being in direct bidirectional VHF communication range of the at least one of the devices of said opportunity network
  • air-sea situation refers to the situation obtained from the merger, within a network of opportunity, of all the local situations, enriched or not, by each one. members of the opportunity network.
  • This aeromaritime situation is unique and evolves permanently, under the effect, conjugate or not, of the evolution of the constitution of the network of opportunity or the evolution of the tracks (number and / or characteristics such as position, identifier, level of confidence, classification criterion). All the members of the network of opportunity ideally hold permanently this aeromaritime situation.
  • the delays of transmission of exchanges within the network of opportunity make that in reality each device converges permanently towards the air-sea situation but does not necessarily hold it permanently.
  • zone situation refers to the situation aeromaritime as soon as the community is united in a unique opportunity network.
  • the subject of the present invention is therefore a device for establishing an aeromaritime zone situation, comprising:
  • an AIS transponder in its own right connected to the computer and to the memory means and configured to transmit and receive AIS data with other AIS transponders directly in the VHF range of the AIS transponder, characterized in that:
  • the memory means store two tables, a first table, called local table, storing the AIS track of each AIS transponder directly in VHF range of the AIS transponder and a second table, called zone table, storing all the tracks; of the local AIS transponder table and all the tracks seen by each AIS transponder in the direct or indirect bidirectional VHF communication range of the AIS transponder,
  • the computer, the memory means and the AIS transponder in its own right are configured to exchange with the other AIS transponders directly in bidirectional range of the AIS transponder in their own right AIS standard messages and zone broadcast messages comprising all or part of the table transmitter AIS transponder zone.
  • the two tables therefore make it possible, by exchange as defined below, to establish a zone situation, namely a situation in which all the entities detected or seen by the set of entities in direct or indirect VHF communication range. each other, appear.
  • the situation is therefore both unique and more global than in the case of the system according to US Pat. No. 8,836,570 B2 described above.
  • the zone situation is established in a decentralized manner, without resorting to a land based data aggregator.
  • the means of communication of the various devices with each other is the VHF channel of the AIS transponder, so that the communication device does not require any communication equipment other than the AIS transponder and therefore no additional equipment, which allows savings.
  • the AIS transponder integrates or is associated with a geolocation system and a time synchronization system.
  • the system according to the invention makes it possible to establish an aeromaritime zone situation, in that it makes it possible to detect the entities at sea (boats, ships, platforms, marine structures, beacons, etc.) and also the aircraft or drones, whether or not they are equipped with the device according to the invention.
  • the computer may be one of a processor, a microprocessor, a microcontroller, a programmable gate array (FPGA), an application component (ASIC), a digital signal processing component (DSP).
  • the calculator can also be distributed over several components mentioned above.
  • the memory means may be random access memory (RAM), read-only memory, independent of the computer and connected thereto or forming part of the computer.
  • RAM random access memory
  • read-only memory independent of the computer and connected thereto or forming part of the computer.
  • the time synchronization system is a time synchronization system type system in universal time.
  • the AIS transponder may comprise calculation means of its own, for processing transmissions and receptions, or may be connected to the computer of the present invention, which will process the transmissions and receptions. It should be noted that the calculation means associated with the AIS transponder (ie means for calculating its own or calculator) may be able to encrypt and / or decrypt the data transmitted, respectively received, by the transponder AIS, preferably on frequencies other than basic AIS frequencies.
  • the geolocation system can be any satellite geolocation system, such as global positioning system (GPS), GLONASS, GALILEO or equivalent.
  • GPS global positioning system
  • GLONASS GLONASS
  • GALILEO GALILEO
  • the device further comprises a community transmitter / receiver operating on at least one community frequency, each community frequency being different from the two basic AIS frequencies, said community transmitter / receiver being connected to the calculator which executes a cryptographic algorithm for transmitting and receiving AIS data, encapsulated in one of the binary message types transmitted over the TDMA data link, encrypted on the at least one community frequency.
  • said community transmitter / receiver makes it possible to generate encrypted data prior to sending them or to decrypt said encrypted data subsequent to their reception, the transmission of these encrypted data being done by means of binary messages sent over at least one ITU-R M.1371.5 ITU-R M.1371.5 (or any later version) TDMA protocol, except that it does not use basic AIS frequencies.
  • ITU-R M.1371.5 ITU-R M.1371.5 (or any later version) TDMA protocol except that it does not use basic AIS frequencies.
  • the community can be extended to remote users connected to a third-party network if the following conditions are met:
  • the set of devices belonging to the same community is connected to the third party network. It suffices for at least one of the network devices to be connected to the third party network, thus ensuring the routing function,
  • the remote user has access to this third party network and has the correct key in case the exported data / information is encrypted.
  • the cryptographic algorithm is one of a symmetric cryptographic algorithm and an asymmetric cryptographic algorithm.
  • the at least one community frequency is chosen in the frequency range 156.025 to 162.025 MHz.
  • the community frequency is around 162,100 MHz.
  • the device further comprises at least one input / output port connected to the computer, the computer being configured to perform at least one of a read operation and a write operation. data on the at least one input / output port.
  • the computer and the memory means are configured to process data received by at least one of the AIS transponder, the community transmitter / receiver and the at least one input / output port and transmitting processed data on at least one of the AIS transponder, the community transceiver and the at least one input / output port.
  • the device further comprises at least one external sensor selected from a connected camera, connected binoculars, a radar, an electromagnetic emission detector, an infrared detector, a ship database (comprising by example commercial vessels etc, and connected to the at least one input / output port.
  • at least one external sensor selected from a connected camera, connected binoculars, a radar, an electromagnetic emission detector, an infrared detector, a ship database (comprising by example commercial vessels etc, and connected to the at least one input / output port.
  • the computer is configured to convert each received external sensor data to a track and integrate it into the local table and the zone table.
  • the device further comprises a remote communication means connected to the at least one input / output port.
  • the remote communication means may use radio waves in frequencies other than the VHF band, or use a transmission relay installed on a maritime, air, space or ground vehicle.
  • the communication means may thus be for example a modem, a cellular telephone or a satellite communication station.
  • the device according to the invention therefore provides the basic functions of an AIS transponder (transmission and reception of AIS tracks), establishes and maintains, from the received AIS signals, and possibly detections by external sensors connected to the device (radar , infrared camera, optical camera, binoculars ...), a local situation previously called enriched local situation and can exchange with other devices messages, possibly encrypted by a VHF radio link on the community frequency.
  • an AIS transponder transmission and reception of AIS tracks
  • radar infrared camera, optical camera, binoculars
  • the invention also relates to a cellular network, characterized in that it comprises at least two devices as defined above in bidirectional VHF communication range.
  • the cellular network can enable the remote exchange of data, information or service execution orders in human-to-machine (machine-to-machine) or machine-to-machine (in English) mode. "Machine to machine”).
  • Such a cellular network is therefore composed of devices belonging to the same community and which happen to be, at a given moment, in VHF range from each other within a space given airborne, each device being in VHF radio range with at least one other device of the community.
  • a community can be split into multiple opportunity networks, even though the ideal situation is to have only one network of opportunity for the community.
  • the number of networks of opportunity is therefore evolving. If, for example, a community member decides to stop his device, he can cut off the connection between two remote devices and the rest of the community. In this case, the community would be split into two distinct networks of opportunity. Either by the kinematics of the ships, or because the device would be restarted, the two networks of opportunity could be connected again.
  • the opportunity network is therefore modular and its constitution is permanently redefined by establishing / cutting the radio links between the different devices, each link being physically constituted by a VHF radio data exchange on the dedicated frequency (also called the dedicated channel ).
  • the subject of the invention is also a method for establishing an aeromaritime zone, characterized in that it comprises:
  • the method comprises:
  • the update is performed by comparing the tracks received in the zone broadcast messages with the tracks contained in the local table, identifying the common tracks, and replacing the tracks of the zone table by the received tracks according to the value of a parameter in the track.
  • an aeromaritime zone situation established from the fusion of local AIS detections possibly correlated with other sensors (optical, infrared, radar, electromagnetic) provided by other entities (ships or aircraft or drones or fixed installations of the offshore infrastructure type (offshore installation such as oil rig, wind turbine, etc.), or on shore (semaphore. ..)) provided with the device.
  • sensors optical, infrared, radar, electromagnetic
  • other entities ships or aircraft or drones or fixed installations of the offshore infrastructure type (offshore installation such as oil rig, wind turbine, etc.), or on shore (semaphore. ..)
  • the device and the method according to the invention can also make it possible to discriminate, from behavioral analyzes, among the detected vessels those with a suspicious character and to disseminate this classification to all members of the community.
  • the device can also be used to exchange information of any nature whatsoever, in the form of text-type short messages or binary messages for the transmission of a remote command (execution of web services for example).
  • FIG. 1 is a functional representation of the device according to the present invention
  • FIG. 2A-2B are schematic views showing the evolution of a situation of air-sea area with the device and the method according to the present invention
  • - Figure 3 is a schematic view showing the possibilities of interfacing with a third network of the device according to the present invention
  • Figure 4 is a block diagram of the augmented local situation establishment process according to the present invention.
  • Figure 5 is a block diagram of the process of correlating tracks in the tables of the device according to the present invention.
  • FIG. 1 With reference to FIG. 1, it can be seen that there is shown a device 1 for establishing a sea-air zone situation according to the present invention.
  • such a device 1 comprises a computer 2, a memory 3, an AIS transponder 4, optionally an interface module 5 with external sensors 6, a VHF antenna 7 and a satellite positioning system (GPS) receiver 8 .
  • GPS satellite positioning system
  • the computer 2 may be distributed among one or more of a processor, a microprocessor, a microcontroller, a programmable gate array (FPGA), a specific application component (ASIC), a digital signal processing component (DSP).
  • a processor a microprocessor, a microcontroller, a programmable gate array (FPGA), a specific application component (ASIC), a digital signal processing component (DSP).
  • FPGA programmable gate array
  • ASIC application component
  • DSP digital signal processing component
  • the computer 2 is associated with the memory 3, comprising the local table and the zone table described below.
  • the memory has been shown in Figure 1 in one block, it is understood that the invention is not limited in this respect and that the memory can structurally be composed of several blocks of different types, for example a working memory block for the computer 2, which can be integrated therein, and a storage block of the tables in the form of a database.
  • the transponder AIS 4 comprises an AIS modem 4a, a transmitter 4b and two receivers on the basic AIS frequencies 4c1 and 4c2, making it possible to transmit and receive AIS messages via the VHF antenna 7, as well as a central unit (4d).
  • the GPS receiver 8 allows the device to know its position, to emit it with at least part of the AIS tracks.
  • the device 1 according to the invention also comprises a time synchronization system in universal time, to ensure the consistency of the positions in the AIS messages issued and more generally to provide a temporal referencing of the data. entering or leaving the device.
  • the device 1 can be implemented in a classical AIS, type A or B, or even in an AIS / X, but that it can also be implemented outside a AIS, having at least the functions of calculator, memory, AIS transponder, satellite positioning system, and time synchronization system.
  • the device 1 may comprise an interface module, in particular any type of input / output, by way of non-limiting example USB, RJ45, RS232, HDMI, DVI, connectors for data bus, card for exchange of data.
  • wireless data via Wifi ® , Bluetooth ® , Zigbee ® , Sigfox ® or other equivalent wireless data exchange protocols, to exchange data with a external sensor or an external device, or to display data on a display device connected to the device 1.
  • the device 1 is preferably in the form of a housing incorporating all of the aforementioned elements, and has a connector for connecting it to the desired devices, in the manner of a conventional AIS system.
  • the device 1 may furthermore comprise an additional transmitter / receiver, associated with the computer 2 or with a computer of its own, for transmitting and receiving data in an encrypted manner on a VHF frequency different from the frequencies AIS basic, such frequency being referred to as community frequency. It is understood that the invention is not limited in this respect, and that the device 1 may comprise several transmitters / receivers of data, transmitting and receiving in an encrypted manner data on different community frequencies.
  • the calculator 2, or if necessary the calculator, will encrypt the data before they are issued or decrypt the data upon reception.
  • the set of devices 1, in bidirectional VHF communication range, can thus confidentially exchange data on the community frequency or frequencies, provided they are equipped with the appropriate transceiver and the key enabling encryption. / decrypt the data. Any data encryption / decryption algorithm is contemplated within the scope of the present invention.
  • the data, on the community frequency (s), are preferably transmitted in packets in AIS frames, using the protocol Time Division Multiple Access (TDMA) system used in a conventional AIS system.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • the community frequency thus allows devices with the encryption / decryption key, therefore belonging to the same community, to exchange messages other than conventional AIS messages, or data.
  • devices that do not have the proper transmitter / receiver or do not have the encryption / decryption key will not be part of the community, and therefore will not be able to exchange messages on the community frequency. They will however be able to receive the standard AIS messages sent and received by the transceivers 4b, 4c1 and 4c2.
  • the "friendly" vessels N1 to N4 are represented by black boats, the “nonfriends” vessels II to 14 being represented by white boats, while the “friendly” PI platform is represented by a derrick.
  • Ships NI to N4 are equipped with a device according to the present invention, and are part of the same community.
  • the thin-line circles with the same reference as the particular offshore entity represent the detection range of the identified offshore entity
  • the thick-line circles represent the radio range of the identified offshore entity
  • the global detection range being the largest of those from AIS (radio range) message reception or from sensors external interfaces interfaced with device 1 (detection range).
  • rectangles in fine broken lines represent networks of opportunities according to the present invention.
  • NI and N4 are not in bidirectional radio range with any of N2, N3 or PI, so they can not be part of the same opportunity network.
  • NI, N2, N3, N4 belong to the same community in that they are able to communicate on the same encrypted frequency, the fact that they are not in two-way radio range implies that they are not part of the same network of opportunity.
  • N3 can know the position of N2 which, although not in the detection range of N3, is within the detection range of PI which is part of the same opportunity network.
  • Figure 2B is similar to Figure 2A, except that N4 enters bidirectional radio range with PI, so the opportunity networks SMi and SMiii are merged into a new opportunity network SMi ', the boat N2 becoming visible for N4 although not in their detection range.
  • the ship N3 of the opportunity network SMi equipped with a satellite communication device, is able to communicate with another network of opportunity SMii of the ship NI, not in communication range of the opportunity network SMi, and can therefore exchange zone situation information.
  • the ship N4 which belongs to a third network of opportunity SMiii not in communication range of the other two and not equipped with a satellite communication device, can not exchange its zone situation with the other two.
  • the satellite communication network also makes it possible to communicate with a BS ashore base station, to find out all the zone situations of the entities of the community.
  • the classic or standard AIS tracks are thus correlated with tracks coming from external sensors, in particular for example optical tracks (connected binoculars or optronic cameras, etc.), radar tracks, electromagnetic tracks, or tracks from other tracks. external sensors, to obtain more information on classical AIS tracks or to detect entities that are not equipped with AIS.
  • Figure 5 schematically illustrates the correlation process used to construct the enriched local situation table.
  • Each local situation track is correlated with each of the external sensor tracks, and when there is a match, the information is compared, if these correspond, the local situation track is maintained, possibly enriched with information.
  • additional contributions made by the external sensor tracks otherwise, in case of non-correspondence, we will choose the track to keep according to predefined criteria of age of the track and level of confidence, until having passed all the tracks of the local situation. Operation of the device
  • each device For the establishment of the enriched local situation, each device constantly updates a local situation from the AIS information, possibly enriched if it is connected to external sensors. Whether the device is alone or part of a network, this enriched local situation is maintained in the same way, therefore independently of other devices.
  • a number of algorithms continuously process the dynamic and static data of the enriched local situation tracks in order to assign a confidence level and a classification to each of the tracks.
  • the confidence level measures the veracity of the information ⁇ proven, credible, probable, doubtful, uncertain ⁇ whereas the classification assigns a criterion among the set ⁇ friend, neutral, suspect, hostile ⁇ . While the algorithms leading to the level of confidence and the classification are identical for all the devices, the classification can be different on two local situations. During the merging of several local situations, the highest (ie the most unfavorable) classification level will be retained.
  • a runway is seen by a radar connected to the device aboard an oil rig which will assign it a "suspicious" classification because of a fast speed and a radial road towards the platform. -form.
  • an AIS track is recorded in a local situation of a first device connected to no external sensor with a "probable" level of confidence, which is the default level, when nothing can confirm or deny AIS information.
  • each device constantly maintains two tables.
  • a table called local table, with the AIS tracks acquired by the device considered, optionally completed tracks detected by the external sensors interfaced with the device, and another table, called zone table, with the zone situation.
  • Each device regularly broadcasts the list of tracks of its zone table for devices in direct VHF range. This distribution is preferably done on the frequency of community, by encrypted exchanges.
  • the recipients compare this list of tracks to the two track tables (local and zone) that they own and ask the sending device for additional information either because the tracks are unknown to the recipient, or because the information already held for a given track are older or incomplete.
  • step by step the zone situation is established over the exchanges.
  • the final state is reached when all devices have the same zone table.
  • the tracks belonging only to the zone situation that is to say not being in direct VHF range of the device or detected by the external sensors which are interfaced with the device considered, are notably characterized by their age, that is, the duration since the last refresh or last update of the information. From a certain age, the track disappears, being considered that the information is too old to be preserved.
  • each device has several interfaces for displaying the zone situation on a device, whether it is a computer, a tablet or a smartphone.
  • the device is equipped with a software showing a cartographic background and on which are placed the tracks of the zone situation, with a code corresponding to the classification criteria and a level of confidence.
  • the user can create himself a track, which can be devoid of physical reality (a rendezvous point for example), or modify the parameters of a track (level of confidence, criterion of classification,). From a logical point of view, the user is considered an external sensor.
  • a device connected to a third network can export all the tracks of the zone table.
  • This export carried out in a proprietary format, can be done in encrypted or clear form.
  • An export in clear can be used to display the zone situation on a local network aboard an oil platform for example, while the export will naturally be encrypted on the Internet.
  • a trusted third party with the corresponding key, can then display the zone situation on adapted software.
  • the device also makes it possible to exchange messages between the devices, other than those described above.
  • These messages can be addressed, that is, sent to one or more recipients specified by the sender, or sent in broadcast mode, that is, sent to the sender. all members of the community.
  • Remote users can be recipients of messages and can also send messages.

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Abstract

L'invention porte sur un dispositif (1) d'établissement de situation de zone aéromaritime, comprenant un calculateur (2), des moyens de mémoire (3), un transpondeur AIS (4) en propre connecté au calculateur (2) et aux moyens de mémoire (3), caractérisé par le fait que les moyens de mémoire (3) stockent deux tables, une première table locale stockant les pistes AIS de chaque transpondeur AIS directement en portée VHF du transpondeur AIS en propre et les pistes détectées par les capteurs interfacés avec le dispositif en propre et une seconde table de zone stockant l'ensemble des pistes AIS de la table locale du transpondeur AIS (4) en propre et l'ensemble des pistes détectées par chaque transpondeur AIS en portée VHF directe ou indirecte du transpondeur AIS (4) en propre, le calculateur (2), les moyens de mémoire (3) et le transpondeur AIS (4) en propre sont configurés pour échanger avec les autres transpondeurs AIS directement en portée bidirectionnelle du transpondeur AIS (4) en propre des messages standards AIS et des messages de diffusion de zone comprenant tout ou partie de la table de zone du transpondeur AIS émetteur.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE D'ETABLISSEMENT DE SITUATION DE ZONE AEROMARITIME
La présente invention concerne le domaine de la sûreté maritime et de la sécurité maritime, et porte plus particulièrement sur un dispositif et un procédé d'établissement de situation de zone aéromaritime.
La détection et l'identification des entités en mer, embarcations, navires ou autres structures flottantes ou amarrées de type plate- forme pétrolière, est un enjeu de sûreté maritime comme de sécurité maritime, pour les navires eux-mêmes ainsi que pour les Etats.
Pour les navires eux-mêmes, la détection des entités environnantes permet de renforcer la sécurité en diminuant le risque de collision. L'identification des entités, en plus de leur détection, permet de se prémunir contre certains actes hostiles, notamment les actes de piraterie qui constituent toujours un problème de sûreté maritime dans certaines parties du monde.
Pour les Etats, la détection et l'identification des navires permet de mieux surveiller les eaux territoriales ou les zones économiques exclusives, pour détecter des navires en situation de détresse ou des navires non autorisés, notamment les navires posant un problème de sûreté pour le pays ou les navires de pêche prélevant une ressource halieutique dans des zones non autorisées ou dans des zones autorisées, mais au-delà des quotas .
Il existe déjà des systèmes pour détecter et identifier des entités en mer. On peut citer en premier lieu les systèmes de type terrestre, construits autour de systèmes de détection par radar voire par satellite, permettant de détecter en temps réel les bateaux et navires avec une précision importante. Ces systèmes, bien que performants, présentent certains inconvénients. Ainsi, au moins pour les systèmes reposant sur une détection par radar, la détection est limitée par la portée et la résolution du radar, lesquelles peuvent en outre être influencées par les conditions environnementales. De plus, pour transmettre les informations aux navires concernés, il est nécessaire d'avoir un équipement de transmission perfectionné, donc coûteux, et de disposer de canaux de communication adéquats, ce qui limite le nombre de navires pouvant être équipés et donc pouvant disposer de ces informations en vue de leur exploitation. Un autre inconvénient de ces systèmes est leur centralisation qui, outre leur vulnérabilité liée à la localisation unique du centre névralgique, génère un traitement de données important, et donc une gestion de données importante à la fois en entrée et en sortie. Enfin, même quand les navires sont détectés, ils ne peuvent pas toujours être facilement identifiés, limitant de facto l'utilité opérationnelle d'une telle détection.
Le système d'identification automatique (souvent désigné par son acronyme anglais AIS - Automatic Identification System) permet à des navires en portée VHF d'échanger leur identité et leur position. Ce système permet donc à une entité en mer, par exemple un navire, de connaître les entités équipées d'un AIS en portée VHF, mais il ne permet pas à cette entité de détecter toutes les entités dans une zone déterminée : les entités non en portée VHF ne sont pas détectées, tout comme les entités non équipées d'un AIS. De plus, l'AIS étant un système coopératif par définition et décrit comme tel par la norme IUT-R M.3171-5, les informations ne sont pas protégées : toute entité équipée d'un AIS peut ainsi en prendre connaissance ou en fausser l'intégrité, moyennant une certaine technicité.
Le brevet américain US 8 836 570 B2 décrit un système décentralisé de détection et d'identification d'entités en mer. Selon ce brevet, les entités en portée de détection radar et/ou AIS sont détectées, chaque entité en mer envoie aux autres entités en mer en portée de communication (VHF ou autre) l'ensemble des entités qu'elle voit par radar, par AIS, ou par d'autres capteurs.
Par rapport aux deux systèmes précédents, le système objet du brevet américain US 8 836 570 B2 est décentralisé en ce que chaque entité en mer peut voir l'ensemble des entités vues par chaque entité en mer qui est en portée de communication. Il n'y a donc pas besoin d'un système coûteux ou d'être en portée d'un système centralisé terrestre. En outre, toutes les entités, qu'elles soient munies ou non d'un AIS, sont détectées. Ce système présente cependant un inconvénient en ce qu'il ne permet pas à l'ensemble des entités en mer qui sont en portée de communication VHF, directement ou indirectement, de partager la même connaissance de la zone que cet ensemble couvre : 1 ' image de la zone est ainsi morcelée entre les entités de l'ensemble au détriment d'une situation de zone unique, issue d'un partage des informations acquises en propre par chacune des entités ou apprises d'une entité tierce transmettant ses informations à elle. Il est à noter que, dans le principal mode de réalisation décrit, les informations échangées ne sont pas échangées de manière confidentielle, même si un mode de réalisation prévoit un canal supplémentaire crypté, permettant d'échanger des informations cryptées.
Il existe donc un besoin pour un système d'établissement de situation de zone aéromaritime qui soit de structure simple, donc peu coûteuse, permettant de partager, au sein d'une communauté, une situation aéromaritime de zone établie à partir de la fusion des détections locales AIS éventuellement corrélées avec d'autres capteurs (optique, IR, radar, électromagnétique,...) assurées par différentes entités (navires, installations fixes) pourvues d'un équipement spécifique, ci-après dénommé le dispositif, ces entités étant en portée bidirectionnelle VHF directe ou indirecte les unes des autres. Selon un aspect préféré de l'invention, les données ou informations échangées au sein de l'ensemble d'entités en mer sont échangées de manière cryptée. Il existe également un besoin pour un procédé correspondant .
Dans la présente demande, AIS désigne un système d'échanges automatisés de messages entre navires par radio VHF qui permet aux navires et aux systèmes de surveillance de trafic de connaître l'identité, le statut, la position et la route des navires se situant dans la zone de navigation .
Dans la présente demande, le terme « transpondeur
AIS » désigne un dispositif apte à émettre et recevoir des signaux AIS, à savoir comprenant au moins un émetteur VHF et deux récepteurs VHF fonctionnant sur les fréquences AIS de base, à savoir sur la voie 87B (161,975 MHz, canal 2087), et la voie 88B (162,025 MHz, canal 2088), conformément à la recommandation UIT-R M.1084. Il est à noter que le transpondeur AIS selon la présente invention peut facultativement en outre être capable d'émettre et de recevoir sur d'autres fréquences, appelées fréquences de communauté, notamment des fréquences de communauté VHF proches des fréquences AIS de base, et peut donc comprendre au moins un récepteur, et facultativement au moins un émetteur supplémentaire, pour recevoir et émettre sur la ou les fréquences de communauté.
Dans la présente demande, l'expression « message AIS standard » couvre de manière classique des messages au sens de la recommandation UIT-R M.1371-5 (version de février 2014 ou toute version ultérieure) . Ces messages sont échangés par le protocole TDMA (accès multiples par répartition dans le temps) , les messages pouvant comporter des données empaquetées dans les trames AIS. Ainsi, un message AIS standard peut comprendre notamment des comptes rendus de position, des données statiques et des données concernant le voyage ainsi que différents types de messages binaires, ces derniers étant utilisés pour la diffusion de situations aéromaritimes telles que définies ci-après dans la présente demande. Il est à noter que l'expression « message AIS » est toutefois entendue dans un sens plus large, couvrant au minimum des messages contenant l'identité, la position et la route du navire (ou autre entité en mer ou aéronef ou drone, pour les aéronefs ou drones équipés de transpondeur AIS) .
Le terme « piste » désigne une représentation d'un mobile en termes de position, d'axe de progression, de vitesse ou de caractéristiques générales. Ces informations sont normalement corrélées à partir de sources différentes. Dans le cadre de la présente invention, une piste (tactique) est l'instance d'un modèle de données conçu dans le cadre de 1 ' invention et désigne une détection obtenue soit à partir d'un message AIS standard, soit à partir d'un capteur externe. Une piste correspond à un objet dynamique (tout type de « véhicule » se déplaçant sur l'eau - navire, bateau, embarcation, etc. ou au-dessus de la surface de la mer - aéronef ou drone par exemple) ou statique (éolienne, station côtière, plate-forme pétrolière, balise, objet flottant à la surface de l'eau...) .
Les informations de position relatives à une piste peuvent être complètes (latitude/longitude ou azimut/distance) ou parcellaires (azimut seul, ou distance seule) . Les informations statiques peuvent également être complètes (tous les champs des données statiques et des données concernant le voyage de la norme AIS par exemple) ou limitées. De préférence, et outre les informations de position, une piste peut comprendre :
- un identifiant ;
- un niveau de confiance, au sens de la fiabilité que l'on peut accorder aux données/informations caractérisant la piste dans une finalité de sûreté aéromaritime et/ou de sécurité aéromaritime ;
- un critère de classification, au sens de la catégorisation en usage dans le monde militaire entre « ami », « neutre », « suspect » et « hostile ».
L'expression « en portée de communication VHF bidirectionnelle » signifie, utilisée relativement à au moins deux transpondeurs AIS, que chaque transpondeur est apte à émettre à chaque autre transpondeur AIS et à recevoir de chaque autre transpondeur AIS des messages AIS.
L'expression « en portée de communication VHF directe » signifie, utilisée pour deux transpondeurs AIS, qu'au moins l'un des transpondeurs est apte à émettre des messages standards AIS à l'autre qui est apte à les recevoir .
L'expression « en portée de communication VHF indirecte » signifie, utilisée pour deux transpondeurs AIS, que les deux transpondeurs AIS sont aptes à émettre et recevoir des messages AIS indirectement l'un avec l'autre, à savoir de proche en proche par l'intermédiaire d'un ou plusieurs transpondeurs AIS en portée de communication VHF directe .
Telle qu'utilisée dans la présente demande, l'expression « situation locale » désigne une situation établie à partir des seuls comptes rendus de position, données statiques et données concernant le voyage, comptes rendus de données statiques, de la norme AIS, émis par les navires, aéronefs, drones et installations fixes en portée de communication VHF directe. Les transpondeurs AIS peuvent être classiques (AIS de type A ou B) , des AIS/X, ou encore des dispositifs selon la présente invention.
Telle qu'utilisée dans la présente demande, l'expression « situation locale enrichie » désigne une situation locale qui est complétée de données/informations provenant de capteurs externes, par exemple caméra connectée, jumelles connectées, radar, détecteur d'émissions électromagnétiques, détecteur infrarouge, base de données de navires de commerce,... connecté à l'au moins un port d'entrée/sortie. Ces capteurs enrichissent la situation locale selon les modes suivants :
- apport de nouvelles pistes (n'émettant donc pas AIS ou n'étant pas en portée directe),
- apport d'un complément d'informations statiques et/ou dynamiques (par exemple : ajout d'informations relatives à la description de l'entité par corrélation entre une piste AIS et une base de données selon un identifiant IMO (International Maritime Organization) ) ,
- apport d'information de confiance : la corrélation peut modifier le niveau de confiance accordé à une piste. Par exemple, une corrélation avec une base de données infirmant les caractéristiques d'un navire (non correspondance du pavillon...) conduirait à dégrader le niveau de confiance pour la piste. Telle qu'utilisée dans la présente demande, l'expression « communauté » désigne l'ensemble des entités disposant chacune d'un dispositif leur permettant d'échanger sur une même fréquence des données/informations chiffrées au moyen d'une même clé.
Telle qu'utilisée dans la présente demande, l'expression « réseau d'opportunité » désigne des dispositifs appartenant à la même communauté et qui se trouvent être, à un moment donné, en portée de communication VHF les uns des autres au sein d'un espace aéromaritime donné, chacun des dispositifs étant en portée de communication VHF bidirectionnelle directe de 1 ' au moins un des dispositifs dudit réseau d'opportunité
Telle qu'utilisée dans la présente demande, l'expression « situation aéromaritime » désigne la situation obtenue à partir de la fusion, au sein d'un réseau d'opportunité, de l'ensemble des situations locales, enrichies ou non, par chacun des membres du réseau d'opportunité. Cette situation aéromaritime est unique et évolue en permanence, sous l'effet, conjugué ou non, de l'évolution de la constitution du réseau d'opportunité ou de l'évolution des pistes (nombre et/ou caractéristiques telles que position, identifiant, niveau de confiance, critère de classification). L'ensemble des membres du réseau d'opportunité détient idéalement en permanence cette situation aéromaritime. Les délais de transmission des échanges au sein du réseau d'opportunité font qu'en réalité chaque dispositif converge en permanence vers la situation aéromaritime mais ne la détient pas nécessairement de façon permanente .
Telle qu'utilisée dans la présente demande, l'expression « situation de zone » désigne la situation aéromaritime dès lors que la communauté est rassemblée dans un réseau d'opportunité unique.
La présente invention a donc pour objet un dispositif d'établissement de situation de zone aéromaritime, comprenant :
- un calculateur ;
- des moyens de mémoire ;
- un transpondeur AIS en propre connecté au calculateur et aux moyens de mémoire et étant configuré pour émettre et recevoir des données AIS avec d'autres transpondeurs AIS directement en portée VHF du transpondeur AIS en propre, caractérisé par le fait que :
- les moyens de mémoire stockent deux tables, une première table, dite table locale, stockant les piste AIS de chaque transpondeur AIS directement en portée VHF du transpondeur AIS en propre et une seconde table, dite table de zone, stockant l'ensemble des pistes de la table locale du transpondeur AIS en propre et l'ensemble des pistes vues par chaque transpondeur AIS en portée de communication VHF bidirectionnelle directe ou indirecte du transpondeur AIS en propre,
- le calculateur, les moyens de mémoire et le transpondeur AIS en propre sont configurés pour échanger avec les autres transpondeurs AIS directement en portée bidirectionnelle du transpondeur AIS en propre des messages standards AIS et des messages de diffusion de zone comprenant tout ou partie de la table de zone du transpondeur AIS émetteur.
Les deux tables permettent donc, par échange tel que défini ci-après, d'établir une situation de zone, à savoir une situation dans laquelle toutes les entités détectées ou vues par l'ensemble d'entités en portée de communication VHF directe ou indirecte les unes des autres, apparaissent. La situation est donc à la fois unique et plus globale que dans le cas du système selon le brevet américain US 8 836 570 B2 décrit plus haut.
En outre, la situation de zone est établie de manière décentralisée, sans recourir à un agrégateur de données basé sur terre. Les moyens de communication des différents dispositifs entre eux est la voie VHF du transpondeur AIS, si bien que le dispositif de communication ne nécessite aucun équipement de communication autre que le transpondeur AIS et donc aucun équipement supplémentaire, ce qui permet des économies.
Selon un mode de réalisation préféré, le transpondeur AIS intègre ou est associé à un système de géolocalisation et à un système de synchronisation horaire.
Le système selon l'invention permet d'établir une situation de zone aéromaritime, en ce sens qu'il permet de détecter les entités en mer (embarcations, navires, plates- formes, ouvrages marins, balises, etc) et également les aéronefs ou les drones, que ceux-ci soient équipés ou non du dispositif selon l'invention.
Le calculateur peut être l'un parmi un processeur, un microprocesseur, un microcontrôleur, une matrice prédiffusée programmable (FPGA) , un composant à application (ASIC) , un composant de traitement numérique des signaux (DSP) . Le calculateur peut également être réparti sur plusieurs composants précités.
Les moyens de mémoire peuvent être de la mémoire vive (RAM) , de la mémoire morte, indépendante du calculateur et connectée à celui-ci ou faisant partie du calculateur.
Le système de synchronisation horaire est un système de type système de synchronisation horaire en temps universel . Le transpondeur AIS peut comprendre des moyens de calcul en propre, pour traiter les émissions et réceptions, ou peut être connecté au calculateur de la présente invention, qui traitera les émissions et les réceptions. Il est à noter que les moyens de calcul associés au transpondeur AIS (à savoir moyens de calcul en propre ou calculateur) peuvent être aptes à crypter et/ou décrypter des données émises, respectivement reçues, par le transpondeur AIS, de préférence sur des fréquences de communauté autres que les fréquences AIS de base.
Le système de géolocalisation peut être tout système de géolocalisation par satellites, notamment de type système de positionnement global (GPS) , GLONASS, GALILEO ou équivalent .
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend en outre un émetteur/récepteur de communauté fonctionnant sur au moins une fréquence de communauté, chaque fréquence de communauté étant différente des deux fréquences AIS de base, ledit émetteur/récepteur de communauté étant connecté au calculateur qui exécute un algorithme de cryptographie pour émettre et recevoir des données AIS, encapsulées dans l'un des types de message binaire transmis sur la liaison de données TDMA, de manière chiffrée sur 1 ' au moins une fréquence de communauté.
Ainsi, ledit émetteur/récepteur de communauté permet de générer des données chiffrées en préalable de leur envoi ou de décrypter ces données chiffrées postérieurement à leur réception, la transmission de ces données chiffrées se faisant au moyen de messages binaires acheminés sur 1 ' au moins une fréquence de communauté par un protocole TDMA conforme à la recommandation UIT-R M.1371.5 (ou toute version ultérieure), si ce n'est qu'il n'utilise pas les fréquences AIS de base. Ainsi, seules les entités appartenant à la communauté peuvent échanger de manière confidentielle des données ou informations sur la situation de zone.
La communauté peut être étendue à des utilisateurs distants raccordés à un réseau tiers dès lors que les conditions suivantes sont réunies :
- l'ensemble des dispositifs appartenant à une même communauté est relié au réseau tiers. Il suffit pour cela qu'au moins l'un des dispositifs du réseau soit relié au réseau tiers, assurant ainsi la fonction de routage ,
- l'utilisateur distant a accès à ce réseau tiers et dispose de la clé adéquate dans le cas où les données/informations exportées sont chiffrées.
Selon un mode de réalisation particulier, l'algorithme de cryptographie est l'un parmi un algorithme de cryptographie symétrique et un algorithme de cryptographie asymétrique.
Selon un mode de réalisation particulier, 1 ' au moins une fréquence de communauté est choisie dans la plage de fréquences 156,025 à 162,025 MHz. De préférence mais non exclusivement, la fréquence de communauté se situe autour de 162,100 MHz.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend en outre au moins un port d'entrée/sortie connecté au calculateur, le calculateur étant configuré pour effectuer au moins l'une d'une opération de lecture et d'une opération d'écriture de données sur 1 ' au moins un port d'entrée/sortie.
Selon un mode de réalisation particulier, le calculateur et les moyens de mémoire sont configurés pour traiter des données reçues par au moins l'un parmi le transpondeur AIS, l'émetteur/récepteur de communauté et l'au moins un port d'entrée/sortie et émettre des données traitées sur au moins l'un parmi le transpondeur AIS, l'émetteur/récepteur de communauté et l'au moins un port d' entrée/sortie .
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend en outre au moins un capteur externe choisi parmi une caméra connectée, des jumelles connectées, un radar, un détecteur d'émissions électromagnétiques, un détecteur infrarouge, une base de données de navires (comprenant par exemple les navires de commerce etc, et connecté à l'au moins un port d'entrée/sortie.
Selon un mode de réalisation particulier, le calculateur est configuré pour convertir en piste chaque donnée de capteur externe reçue et l'intégrer dans la table locale et dans la table de zone.
Il sera ainsi possible de construire une situation locale enrichie, la table locale comprenant alors la situation locale enrichie.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend en outre un moyen de communication à distance connecté sur l'au moins un port d'entrée/sortie.
Le moyen de communication à distance peut utiliser des ondes radio dans des fréquences autres que la bande VHF, ou encore utiliser un relais de transmission installé sur un véhicule maritime, aérien, spatial ou terrestre. Le moyen de communication peut ainsi être par exemple un modem, un téléphone cellulaire ou une station de communication par satellites.
Le dispositif selon l'invention assure donc les fonctions de base d'un transpondeur AIS (émission et réception des pistes AIS) , établit et entretient, à partir des signaux AIS reçus, et éventuellement des détections par des capteurs externes raccordés au dispositif (radar, caméra infrarouge, caméra optique, jumelles...) , une situation locale ci-avant appelée situation locale enrichie et peut échanger avec les autres dispositifs des messages, éventuellement cryptés par un lien radio VHF sur la fréquence de communauté.
L'invention a également pour objet un réseau cellulaire, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux dispositifs tels que définis ci-dessus en portée de communication VHF bidirectionnelle.
Le réseau cellulaire peut permettre l'échange à distance de données, d'informations ou d'ordres d'exécution de services en mode humain-à-machine (en anglais « human to machine ») ou machine-à-machine (en anglais « machine to machine ») .
Un tel réseau cellulaire, appelé également dans la présente demande réseau d'opportunité, est donc constitué des dispositifs appartenant à la même communauté et qui se trouvent être, à un moment donné, en portée VHF les uns des autres au sein d'un espace aéro-maritime donné, chaque dispositif étant en portée radio VHF avec au moins un autre dispositif de la communauté. Une communauté peut être éclatée en plusieurs réseaux d'opportunité, même si la situation idéale est de n'avoir qu'un seul réseau d'opportunité pour la communauté. Le nombre de réseaux d'opportunité est donc évolutif. Si, par exemple, un membre de la communauté décide de stopper son dispositif, il peut couper la connexion qu'il assurait entre deux dispositifs éloignés et le reste de la communauté. Dans ce cas, la communauté se retrouverait éclatée en deux réseaux d'opportunité distincts. Soit par la cinématique des navires, soit parce-que le dispositif serait remis en marche, les deux réseaux d'opportunité pourraient à nouveau être reliés. Le réseau d'opportunité est donc modulaire et sa constitution est en permanence redéfinie par établissement/coupure des liens radio entre les différents dispositifs, chaque lien étant physiquement constitué par un échange de données par radio VHF sur la fréquence dédiée (aussi appelée le canal dédié) .
L'invention a également pour objet un procédé d'établissement de zone aéromaritime, caractérisé par le fait qu'il comprend :
- pour un navire ou aéronef équipé d'un dispositif d'établissement de zone aéromaritime tel que défini ci- dessus, échanger avec d'autres entités équipées d'un dispositif d'établissement de zone tel que défini ci- dessus sur les fréquences AIS des messages AIS standards et des messages de diffusion de zone ; et
- mettre à jour sa table locale et sa table de zone en fonction des messages émis et reçus.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend :
- pour un navire ou aéronef équipé d'un dispositif d'établissement de zone aéromaritime tel que défini ci- dessus, échanger avec d'autres entités équipées d'un dispositif d'établissement de zone aéromaritime tel que défini ci -dessus sur 1 ' au moins une fréquence de communauté des messages AIS standards et des messages de diffusion de zone ; et
- mettre à jour sa table locale et sa table de zone en fonction des messages émis et reçus.
Selon un mode de réalisation particulier, la mise à jour est effectuée par comparaison des pistes reçues dans les messages de diffusion de zone avec les pistes contenues dans la table locale, identification des pistes communes, et remplacement des pistes de la table de zone par les pistes reçues en fonction de la valeur d'un paramètre dans la piste.
Selon l'invention, il est possible de partager, éventuellement au sein d'une communauté lorsque l'on utilise une fréquence de communauté cryptée, une situation aéromaritime de zone établie à partir de la fusion des détections locales AIS éventuellement corrélées avec d'autres capteurs (optique, infrarouge, radar, électromagnétique) assurées par d'autres entités (navires ou aéronefs ou drones ou installations fixes de type infrastructure en mer (installation offshore de type plateforme pétrolière, éolienne...) , ou à terre (sémaphore...) ) pourvues du dispositif.
Le dispositif et le procédé selon l'invention peuvent également permettre de discriminer, à partir d'analyses comportementales, parmi les navires détectés ceux présentant un caractère suspect et de diffuser cette classification à l'ensemble des membres de la communauté.
Le dispositif peut également permettre d'échanger des informations de quelque nature que ce soit, sous forme de messages courts de type texte ou de messages binaires pour la transmission d'une commande à distance (exécution de services web par exemple) .
Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre illustratif et non limitatif, un mode de réalisation préféré, avec référence aux dessins annexés.
Sur ces dessins : - la Figure 1 est une représentation fonctionnelle du dispositif selon la présente invention ; - les Figures 2A-2B sont des vues schématiques montrant l'évolution d'une situation de zone aéromaritime avec le dispositif et le procédé selon la présente invention ; - la Figure 3 est une vue schématique montrant les possibilités d' interfaçage avec un réseau tiers du dispositif selon la présente invention ;
- la Figure 4 est un schéma fonctionnel du processus d'établissement de situation locale enrichie selon la présente invention ; et
- la Figure 5 est un schéma fonctionnel du processus de corrélation des pistes dans les tables du dispositif selon la présente invention.
Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir qu'il y est représenté un dispositif 1 d'établissement de situation de zone aéromaritime selon la présente invention.
Fonctionnellement , un tel dispositif 1 comprend un calculateur 2, une mémoire 3, un transpondeur AIS 4, facultativement un module d'interface 5 avec des capteurs externes 6, une antenne VHF 7 et un récepteur de système de positionnement par satellites (GPS) 8.
Le calculateur 2 peut être réparti sur un ou plusieurs parmi un processeur, un microprocesseur, un microcontrôleur, une matrice prédiffusée programmable (FPGA) , un composant à application spécifique (ASIC) , un composant de traitement numérique des signaux (DSP) .
Le calculateur 2 est associé à la mémoire 3, comportant la table locale et la table de zone décrites ci- après. Bien que la mémoire ait été représentée sur la Figure 1 en un seul bloc, il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à cet égard et que la mémoire peut structuralement être composée de plusieurs blocs de différentes natures, par exemple un bloc de mémoire de travail pour le calculateur 2, qui peut être intégrée à celui-ci, et un bloc de stockage des tables sous forme d'une base de données.
Le transpondeur AIS 4 comprend un modem AIS 4a, un émetteur 4b et deux récepteurs sur les fréquences AIS de base 4cl et 4c2, permettant d'émettre et de recevoir des messages AIS par l'intermédiaire de l'antenne VHF 7, ainsi qu'une unité centrale (4d) .
Le récepteur GPS 8 permet au dispositif de connaître sa position, pour l'émettre avec au moins une partie des pistes AIS. Bien qu'il ne soit pas représenté, le dispositif 1 selon l'invention comprend également un système de synchronisation horaire en temps universel, permettant d'assurer la cohérence des positions dans les messages AIS émis et plus généralement de fournir un référencement temporel des données entrant ou sortant du dispositif .
II est à noter que le dispositif 1 selon la présente invention peut être mis en œuvre dans un AIS classique, de type A ou B, voire dans un AIS/X, mais qu'il peut également être mis en œuvre en dehors d'un AIS, devant posséder au minimum les fonctions de calculateur, mémoire, transpondeur AIS, système de positionnement par satellites, et système de synchronisation horaire.
Comme indiqué, le dispositif 1 peut comprendre un module d'interface, notamment tout type d'entrée/sortie, à titre d'exemple non limitatif USB, RJ45, RS232, HDMI , DVI , connectique pour bus de données, carte pour échange de données sans fil par Wifi®, Bluetooth®, Zigbee®, Sigfox® ou autres protocoles d'échanges de données sans fil équivalents, permettant d'échanger des données avec un capteur externe ou un appareil externe, ou d'afficher des données sur un dispositif d'affichage connecté au dispositif 1.
Le dispositif 1 se présente de préférence sous la forme d'un boîtier intégrant l'ensemble des éléments précités, et doté d'une connectique permettant une connexion de celui-ci aux appareils souhaités, à la manière d'un système AIS classique.
Facultativement, comme cela sera décrit ci -après, le dispositif 1 peut comprendre en outre un émetteur/récepteur supplémentaire, associé au calculateur 2 ou à un calculateur en propre, pour émettre et recevoir des données de manière cryptée sur une fréquence VHF différente des fréquences AIS de base, une telle fréquence étant désignée fréquence de communauté. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à cet égard, et que le dispositif 1 peut comprendre plusieurs émetteurs/récepteurs de données, émettant et recevant de manière cryptée des données sur des fréquences de communauté différentes. Le calculateur 2, ou le cas échéant le calculateur en propre, permettra de crypter les données avant leur émission ou de décrypter les données à leur réception.
L'ensemble des dispositifs 1, en portée de communication VHF bidirectionnelle, peuvent ainsi échanger de manière confidentielle des données sur la ou les fréquences de communauté, pourvu qu'ils soient dotés de l'émetteur/récepteur adéquat et de la clé permettant de crypter/décrypter les données. Tout algorithme de cryptage/décryptage de données est envisagé dans le cadre de la présente invention. Les données, sur la ou les fréquences de communauté, sont de préférence transmises en paquets dans des trames AIS, en utilisant le protocole d'accès multiple par répartition dans le temps (TDMA) utilisé dans un système AIS classique.
La fréquence de communauté permet ainsi à des dispositifs possédant la clé de cryptage/décryptage, donc appartenant à une même communauté, d'échanger des messages autres que les messages classiques AIS, ou encore des données .
Il est à noter que les dispositifs ne possédant pas l'émetteur/récepteur adéquat ou ne possédant pas la clé de cryptage/décryptage ne feront pas partie de la communauté, et ne pourront donc pas échanger des messages sur la fréquence de communauté. Ils pourront en revanche recevoir les messages classiques AIS émis et reçus par les émetteurs/récepteurs 4b, 4cl et 4c2.
Si l'on se réfère maintenant aux Figures 2A-2B, on peut voir que l'on y a représenté l'évolution d'une situation de zone aéromaritime avec le dispositif selon la présente invention.
Sur la Figure 2A, les navires « amis » NI à N4 sont représentés par des bateaux noirs, les navires « non amis » Il à 14 étant représentés par des bateaux blancs, la plate- forme « amie » PI étant quant à elle représentée par un derrick. Les navires NI à N4 sont équipés d'un dispositif selon la présente invention, et font partie de la même communauté.
Sur les Figures 2A-2B, pour une entité en mer déterminée, les cercles en trait fin portant la même référence que l'entité en mer déterminée représentent la portée de détection de l'entité en mer déterminée, les cercles en trait épais représentent la portée radio de l'entité en mer déterminée, la portée de détection globale étant la plus grande de celles issues des réceptions de messages AIS (portée radio) ou offerte par les capteurs externes interfacés avec le dispositif 1 (portée de détection) .
Pour que deux entités en mer puissent communiquer, il faut qu'elles soient en portée de communication bidirectionnelle c'est-à-dire que chacune soit en portée radio de l'autre.
Enfin, les rectangles en trait interrompu fin représentent des réseaux d'opportunités selon la présente invention .
Dans la situation représentée en Figure 2A, il existe donc trois réseaux d'opportunités :
- SMi constitué par les navires N2 , N3 et la plate-forme PI, regroupant les situations locales enrichies de ces trois entités ;
- SMii constitué par NI ; et
- SMiii constitué par N4.
NI et N4 n'étant pas en portée radio bidirectionnelle avec l'un quelconque de N2 , N3 ou PI, ils ne peuvent pas faire partie du même réseau d'opportunité.
Si NI, N2 , N3 , N4 appartiennent à la même communauté en ce sens qu'ils sont aptes à communiquer sur une même fréquence cryptée, le fait qu'ils ne soient pas en portée radio bidirectionnelle implique qu'ils ne font pas partie du même réseau d'opportunité.
Dans la situation de la Figure 2A, N3 peut connaître la position de N2 qui, bien que non dans la portée de détection de N3 , est dans la portée de détection de PI qui fait partie du même réseau d'opportunité.
La Figure 2B est analogue à la Figure 2A, si ce n'est que N4 entre en portée radio bidirectionnelle avec PI, donc les réseaux d'opportunité SMi et SMiii sont fusionnés en un nouveau réseau d'opportunité SMi', le bateau N2 devenant visible pour N4 bien que non dans leur portée de détection.
Si l'on se réfère à la Figure 3, on peut voir que l'on a représenté une communication possible entre différents réseaux d'opportunité SMi et SMii, par l'intermédiaire d'un réseau de communication par satellite.
Le navire N3 du réseau d'opportunité SMi, équipé d'un dispositif de communication par satellite, est apte à communiquer avec un autre réseau d'opportunité SMii du navire NI, non en portée de communication du réseau d'opportunité SMi, et peuvent donc échanger des informations de situation de zone.
Le navire N4 , qui appartient à un troisième réseau d'opportunité SMiii non en portée de communication des deux autres et non équipé d'un dispositif de communication par satellite, ne peut pas échanger sa situation de zone avec les deux autres.
Le réseau de communication par satellite permet également de communiquer avec une station de base à terre désignée BS, pour connaître l'ensemble des situations de zone des entités de la communauté.
Sur la Figure 4, on a représenté schématiquement la construction de la table de situation locale enrichie.
Les pistes AIS classiques ou standards sont ainsi corrélées avec des pistes provenant de capteurs externes, notamment par exemple des pistes optiques (jumelles connectées ou caméra optroniques , ...) , des pistes radar, des pistes électromagnétiques, ou des pistes issues d'autres capteurs externes, pour obtenir plus d'informations sur les pistes AIS classiques ou détecter des entités qui ne sont pas équipées d'AIS. On obtient ainsi une table de situation locale enrichie. La Figure 5 illustre schématiquement le processus de corrélation utilisé pour construire la table de situation locale enrichie. On corrèle chaque piste de situation locale avec chacune des pistes de capteurs externes, et lorsqu'il y a une correspondance, on compare les informations, si celles-ci correspondent, on maintient la piste de situation locale en l'enrichissant éventuellement d'informations complémentaires apportées par les pistes de capteurs externes, sinon, en cas de non correspondance, on va choisir la piste à garder en fonction de critères prédéfinis d'âge de la piste et de niveau de confiance, jusqu'à avoir passé l'ensemble des pistes de la situation locale. Fonctionnement du dispositif
Pour l'établissement de la situation locale enrichie, chaque dispositif tient à jour en permanence une situation locale à partir des informations AIS, éventuellement enrichie s'il est raccordé à des capteurs externes. Que le dispositif soit seul ou faisant partie d'un réseau, cette situation locale enrichie est entretenue de la même façon, donc indépendamment des autres dispositifs .
Un certain nombre d'algorithmes traitent en permanence les données dynamiques et statiques des pistes de la situation locale enrichie afin d'attribuer un niveau de confiance et une classification à chacune des pistes.
Le niveau de confiance permet de mesurer la véracité des informations {avéré, crédible, probable, douteux, incertain} alors que la classification attribue un critère parmi l'ensemble {ami, neutre, suspect, hostile}. Alors que les algorithmes conduisant au niveau de confiance et la classification sont identiques pour l'ensemble des dispositifs, la classification peut être différente sur deux situations locales. Durant la fusion de plusieurs situations locales, le niveau de classification le plus élevé (c'est-à-dire le plus défavorable) sera retenu .
De même, lors des opérations de fusion, deux pistes locales dont les niveaux de confiance diffèrent, peuvent conduire à une piste dont le niveau varie dans un sens comme dans l'autre.
Selon un premier exemple, une piste est vue par un radar relié au dispositif à bord d'une plate-forme pétrolière qui lui attribuera une classification « suspecte » en raison d'une vitesse rapide et d'une route radiale en direction de la plate-forme.
Cette même piste, vue par des jumelles reliées à un dispositif à bord d'une embarcation effectuant des missions de logistique, ne sera classifiée que neutre.
Lors de la fusion des deux situations, le critère « suspect » l'emportera et sera retenu dans la situation de zone.
Selon un autre exemple, une piste AIS est enregistrée dans une situation locale d'un premier dispositif relié à aucun capteur externe avec un niveau de confiance « probable », qui est le niveau par défaut, lorsque rien ne permet de confirmer ou d'infirmer les informations AIS.
Cette même piste est considérée comme « douteuse » dans une autre situation locale, le pavillon indiqué dans les informations AIS ne correspondant pas à celui obtenu dans la base de données reliée à un deuxième dispositif à partir de l'IMO. Enfin, cette même piste apparaît dans une troisième situation locale, toujours considérée comme « douteuse », cette fois-ci en raison d'une vitesse (4 nœuds) incohérente avec le type du navire émis dans le message AIS statique (navire de commerce) .
Lors de la fusion de ces trois pistes, le niveau de confiance passera en « incertain ».
Pour l'établissement de la situation de zone, chaque dispositif tient à jour en permanence deux tables. Une table, dite table locale, avec les pistes AIS acquises par le dispositif considéré, éventuellement complétées des pistes détectées par les capteurs externes interfacés avec le dispositif considéré, et une autre table, dite table de zone, avec la situation de zone.
Chaque dispositif diffuse régulièrement à l'intention des dispositifs en portée VHF directe la liste des pistes de sa table de zone. Cette diffusion se fait de préférence sur la fréquence de communauté, par échanges cryptés. Les destinataires comparent cette liste de pistes aux deux tables de pistes (locale et de zone) qu'ils détiennent en propre et demandent au dispositif émetteur un complément d'informations soit parce que les pistes sont inconnues du destinataire, soit parce que les informations déjà détenues pour une piste déterminée sont plus anciennes ou incomplètes.
Ainsi, de proche en proche, la situation de zone s'établit au fil des échanges. L'état final est atteint lorsque tous les dispositifs possèdent la même table de zone .
Les pistes n'appartenant qu'à la situation de zone, c'est-à-dire n'étant pas en portée VHF directe du dispositif ou détectées par les capteurs externes qui sont interfacés avec le dispositif considéré, sont notamment caractérisées par leur âge, c'est-à-dire par la durée depuis le dernier rafraîchissement ou la dernière mise à jour des informations. A partir d'un certain âge, la piste disparaît, étant considéré que les informations sont trop anciennes pour être conservées.
Pour l'affichage de la situation depuis un dispositif, chaque dispositif dispose de plusieurs interfaces permettant d'afficher la situation de zone sur un dispositif, que ce soit un ordinateur, une tablette, un téléphone intelligent. Le dispositif est équipé d'un logiciel faisant apparaître un fond cartographique et sur lequel sont placées les pistes de la situation de zone, avec un code correspondant aux critères de classification et un niveau de confiance.
A partir de cette interface, l'utilisateur peut créer lui-même une piste, qui peut être dépourvue de réalité physique (un point de rendez -vous par exemple) , ou modifier les paramètres d'une piste (niveau de confiance, critère de classification,...). D'un point de vue logique, l'utilisateur est considéré comme un capteur externe.
Un dispositif relié à un réseau tiers, soit par un lien filaire, soit par un lien distant (radio, satellite,...) peut exporter l'ensemble des pistes de la table de zone. Cet export, effectué dans un format propriétaire, peut se faire sous forme cryptée ou en clair. Un export en clair peut être utilisé pour afficher la situation de zone sur un réseau local à bord d'une plateforme pétrolière par exemple, alors que 1 ' export sera naturellement crypté sur le réseau Internet.
Un tiers de confiance, disposant de la clé correspondante, pourra alors afficher sur un logiciel adapté la situation de zone. Le dispositif permet également d'échanger des messages entre les dispositifs, autres que ceux décrits plus haut .
Ces messages peuvent être adressés, c'est-à-dire émis à l'intention d'un ou plusieurs destinataires spécifiés par l'émetteur, ou envoyés en mode diffusion (broadcast) , c'est-à-dire envoyés à l'ensemble des membres de la communauté.
Ils peuvent être d'urgence, auquel cas ils sont échangés avec une priorité supérieure et font l'objet d' alertes .
Les utilisateurs distants peuvent être destinataires des messages et peuvent également en envoyer.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif (1) d'établissement de situation de zone aéromaritime, comprenant :
- un calculateur (2) ;
- des moyens de mémoire (3) ;
- un transpondeur AIS (4) en propre connecté au calculateur (2) et aux moyens de mémoire (3) et étant configuré pour émettre et recevoir des données AIS avec d'autres transpondeurs AIS directement en portée VHF du transpondeur AIS (4) en propre ;
caractérisé par le fait que :
- les moyens de mémoire (3) stockent deux tables, une première table, dite table locale, stockant les pistes AIS de chaque transpondeur AIS directement en portée VHF du transpondeur AIS en propre et une seconde table, dite table de zone, stockant l'ensemble des pistes de la table locale du transpondeur AIS (4) en propre et l'ensemble des pistes vues par chaque transpondeur AIS en portée de communication VHF bidirectionnelle directe ou indirecte du transpondeur AIS (4) en propre,
- le calculateur (2) , les moyens de mémoire (3) et le transpondeur AIS (4) en propre sont configurés pour échanger avec les autres transpondeurs AIS directement en portée bidirectionnelle du transpondeur AIS (4) en propre des messages standards AIS et des messages de diffusion de zone comprenant tout ou partie de la table de zone du transpondeur AIS émetteur.
2 - Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un émetteur/récepteur de communauté fonctionnant sur au moins une fréquence de communauté, chaque fréquence de communauté étant différente des deux fréquences de base AIS, ledit émetteur/récepteur de communauté étant connecté au calculateur (2) qui exécute un algorithme de cryptographie pour émettre et recevoir des données AIS de manière chiffrée sur 1 ' au moins une fréquence de communauté.
3 - Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'algorithme de cryptographie est l'un parmi un algorithme de cryptographie symétrique et un algorithme de cryptographie asymétrique.
4 - Dispositif (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que 1 ' au moins une fréquence de communauté est choisie dans la plage de fréquences 156,025 à 162,025 MHz.
5 - Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre au moins un port d'entrée/sortie (5) connecté au calculateur (2) , le calculateur (2) étant configuré pour effectuer au moins l'une d'une opération de lecture et d'une opération d'écriture de données sur l'au moins un port d'entrée/sortie (5).
6 - Dispositif (1) selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le calculateur (2) et les moyens de mémoire (3) sont configurés pour traiter des données reçues par au moins l'un parmi le transpondeur AIS (4), l'émetteur/récepteur de communauté et l'au moins un port d'entrée/sortie et émettre des données traitées sur au moins l'un parmi le transpondeur AIS, l'émetteur/récepteur de communauté et l'au moins un port d'entrée/sortie.
7 - Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre au moins un capteur externe (6) choisi parmi une caméra connectée, des jumelles connectées, un radar, un détecteur d'émissions électromagnétiques, un détecteur infrarouge, une base de données navires, connecté à l'au moins un port d' entrée/sortie .
8 - Dispositif (1) selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le calculateur (2) est configuré pour convertir chaque donnée de capteur externe (6) reçue en piste et l'intégrer dans la table locale et dans la table de zone.
9 - Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un moyen de communication à distance connecté sur l'au moins un port d'entrée/sortie.
10 - Réseau cellulaire, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux dispositifs (1) selon l'une des revendications 1 à 9 en portée de communication VHF bidirectionnelle.
11 - Procédé d'établissement de zone aéromaritime, caractérisé par le fait qu'il comprend :
- pour un navire ou aéronef équipé d'un dispositif d'établissement de zone aéromaritime selon l'une des revendications 1 à 9, échanger avec d'autres entités équipées d'un dispositif d'établissement de zone aéromaritime selon l'une des revendications 1 à 8 sur les fréquences AIS des messages AIS standards et des messages de diffusion de zone ; et
- mettre à jour sa table locale et sa table de zone en fonction des messages émis et reçus.
12 - Procédé d'établissement de zone aéromaritime, caractérisé par le fait qu'il comprend :
- pour un navire ou aéronef équipé d'un dispositif d'établissement de zone aéromaritime selon l'une des revendications 2 à 9, échanger avec d'autres entités équipées d'un dispositif d'établissement de zone aéromaritime selon l'une des revendications 2 à 8 sur l'au moins une fréquence de communauté des messages AIS standards et des messages de diffusion de zone ; et - mettre à jour sa table locale et sa table de zone en fonction des messages émis et reçus.
13 - Procédé selon l'une des revendications 11 et
12, caractérisé par le fait que la mise à jour est effectuée par comparaison des pistes reçues dans les messages de diffusion de zone avec les pistes contenues dans la table locale, identification des pistes communes, et remplacement des pistes de la table de zone par les pistes reçues en fonction de la valeur d'un paramètre dans la piste.
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