USCG RDCと電子航法援助

著者：Charles Judice博士、IEEEフェロー、USCG補助FSO-NS （注：USCGのメンバー、Irene Gonin、Lee Luftがこの記事に貢献しました。

©Rob Bouwman / Adob​​e Stock

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レクリエーションボートには、ATN（Aids to Navigation）が内陸の水路に沿っているよく知られている赤と緑のブイ（昼間標識）です。彼らが気づいていないかもしれないのは、ローマ帝国とエジプトの帝国の時代からブイが漂ってきたことです。私たちの国の創設以来、何十年もの間、あらゆる形や色のブイが水路に現れはじめました。議会が彼らの配備を調和させ、それによって身近な「赤、右、復帰」の念を奨励するのは1850年までではなかった。 2001年のテロ攻撃に対応して、21世紀への早送りはUSCGに、米国の69の主要港湾と水路で現在稼働しているNIS（全国自動識別システム）を開発する権限を与えました。 NAISは、船から船、船から海、および船とATONの通信のための洗練されたモバイルデジタルネットワークを可能にしました。このネットワークは、仮想ATONが物理的なATONを戦略的に配置することが可能になるずっと前に活気づけられたときに、ハリケーンHarvey、Mathew、Irmaの影響で価値があることを証明しました。

これらの進歩におけるUSCGの役割は、ニューロンドンの研究開発センター（RDC）に専任の専門家がいなくても可能ではありませんでした。民間のR＆D事業の40年間で、私はUSCG RDCについてより多くのことを学んだので、技術の幅広さに感心して顧客に焦点を合わせたことはありませんでした。 1972年に設立されたUSCG RDCは、水路の安全性と安全性の向上に関する幅広い使命を果たしました。既存の自動識別システム（AIS）アプリケーション固有メッセージ（ASM）セットのために、ブイを海底に固定するための環境に配慮したケーブルの研究から、上位層通信プロトコルの開発まで、RDCはパートナーと協力して関連する国際規格協会。

RDCの初期の時代から、海上保安庁がブイ配置に関する任務を遂行するのに役立つプロジェクトが選ばれました。 Navigation Information System（ATONIS）の支援ソフトウェアとともに、Differential Loran-Cが開発され、ブイを設置するための位置決め補助装置として実証されました。最終的には、これらの技術はデジタルGPSに取って代わられました。長年にわたり、RDCは夜間のナビゲーションに非常に重要な電力および照明機能に関する重要な作業も行いました。 AISが始まる以前であっても、RDCは精度を向上させるために努力しており、膨大な数のブイを米国の水路に設置、維持、管理するコストを削減しています。これらの取り組みは、e-navigationのセンターの取り組みの基盤となりました。

国際海事機関（IMO）によって定義されたe-Navigationの概念は、わずか10年前ですが、多くの進歩が見られています。海上輸送システム委員会（CMTS）は、eNAVの定義を用いて米国におけるeNAVの進展戦略を策定している。その目標は、「海上情報の収集、統合、交換、提示、海上における安全と安全、海洋環境の保護のための航行および関連サービスの整備を強化する」 RDCは、これらの国際標準と整合したAISアーキテクチャを開発しました。設計の1つの側面についてより具体的には、RDCは国際電気通信連合（ITU）勧告に従った：

a）普遍的な船上AISを使用することにより、船舶間及び航海船舶間の航行データの効率的な交換が可能となり、航行の安全性が向上する。

b）このシステムは、主に船舶から船舶への使用、船舶報告および船舶交通サービス（VTS）の用途における航行目的の監視および安全に使用することを意図しているが、他の海上安全関連通信にも使用できる。主な機能は損なわれない。

c）このシステムは、将来のユーザー数の拡大に対応し、IMO AIS運送要件を満たさない船舶、航行支援、捜索救助などのアプリケーションの多様化に対応するために拡張することができる。

[AISに精通していない人には、ここには簡単な入門書があります。 AISは、VHFチャネル87および88を使用してデータを送受信するデータ伝送システムです。これらの2つのチャネルは2,250のタイムスロットに分割され、データは船舶または陸上局のいずれかに配置されます。タイムスロットは、GPSタイミング機能を使用してローカルに同期されます。 AISは、自己組織化と呼ばれるプロトコルを使用してタイムスロットを予約しています（時分割多元接続TDMAは非常に効率的で信頼性が高いです。）元来、AISは船のアイデンティティ、スピード、方向などの22のメッセージを送信または受信するように設計されていました。 ASMの開発に伴い、天空（または地表）が限界です。米国では、ASMが多数テストされています。そのようなメッセージの1つは、風、潮汐、水位、現在、海の状態、もう1つは、ドローブリッジやロック操作に使用できる情報を含む水路管理メッセージである.3番目のASMは、地域を定義し、その地域で行われる予防措置に関する情報を提供する地理的通知である。 ASMはドラフト形式であるか、現在テスト中です。]

この分野でのRDCの仕事ははるかに広がっています。たとえば、数年前にRACEは米国軍隊（USACE）と協力して、NAISメッセージセット、ルーター、サーバーを利用してUSACEがNAISと互換性のあるシステムを開発できるようにしました。内陸ロックを操作する効率。いくつかの標準ASMが定義され、メッセージ作成、ルーティング、キューイング、送信、および監視のための方法が開発されました。現在、これらの特定のASMの効率的で強固な伝送を実現するために、国際標準に準拠したAIS送信アーキテクチャが開発されています。

私たちの国の水路は360港以上で4.6兆ドル以上の経済活動を可能にすると推定されています。沿岸警備隊は、航行を円滑にし、災害、衝突、および難破船を防ぐために、海事援助のシステムを運用および維持する法的責任を負います。この使命を果たすために、沿岸警備隊は、米国、ハワイ、アラスカ、グアムやプエルトリコなどの米国の他の地域で53,000を超える援助を行っています。しかし、これは物語が終わるところではない。今日、レクリエーションボートは、いくつかのスマートフォンアプリをダウンロードして、近くの船舶を特定し連絡を取ったり、 USCGに不十分なATON、航行災害、環境汚染を警告する。最も重要なことは、より安全に、より安全にナビゲートすることです。 e-Navigationのソフトウェアツールが広く普及し、第三者開発者がNAIS資産の接続性を高めることができれば、Maritime Transportation System
次のシナリオを考えてみましょう：あなたはMayport、FL、Inletから出航しており、3万トンの自動車運送業者が7ノットで船尾に這い上がっていることに気づいていません。あなたのレーダーはこれを拾いましたが、あなたは海に入る準備ができて忙しかったです。幸運なことに、あなたの息子は、差し迫った災難を警告されたとき、彼のiPhoneでFortnightをプレイしていたのです。彼はお父さんに話し、惨事が避けられる。これは、NAISハイレベルデータリンクコントロール（HDLC）ASMメッセージングパケットの柔軟性と標準化、およびそのネットワークインフラストラクチャの信頼性と普遍性のために今日可能です。そのような事件は実際に私の友人に起こった（高度なAISの助けなしに）。

e-ATON、仮想ATON、自動識別システム/アプリケーション固有メッセージ（AIS-ASM）、捜索救助トランスポンダ（SART）、衛星AIS（S-AIS）などの収集は、政府、商業、および民間の開発者にツールを提供します船舶の輸送安全、安全、効率、快適性、そして楽しさを向上させるための新しくてエキサイティングな方法を創出する。今日の状況は、オープンソースと相互運用性が目標以上に現実のものであったときに、コンピュータ業界で打ち出された力とは異なります。今回のセメスターでは、中学校のSTEMクラスに、パドルボーダーがAISネットワークを有利に利用できるようにする方法を模索するよう奨励する予定です。 USCG RDCは未来を予測するだけでなく、それを実現させる方法を引き続きリードしています。

[作成者注：この報告書の作成にUSCG RDCスタッフの多くのメンバーが協力してくれたことに感謝します。特にIrene GoninとLee Luftの貢献に注目したいと思います。]