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Alumno: C. Martín S. Delfino Universidad de Belgrano Matrícula: 804 – 5502 Facultad de Ingeniería Fecha: 28/09/09 Tutor: Ing. Alberto Guerci Ingeniería Electrónica

Trabajo Final de Carrera

Red de datos AIS Mareógrafos


“Red de datos AIS y Mareógrafos”

Tutor

Ing. Alberto Guerci

Alumno

Carlos Martin Santana Delfino

Facultad de Ingeniería

Ingeniería Electrónica

Matrícula

804-5502

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1 Objetivo ............................................................................................................................................................... 4

2 Alcance ................................................................................................................................................................ 4

3 Introducción ........................................................................................................................................................ 4

4 Desarrollo ............................................................................................................................................................ 5

5 Historia Del AIS .................................................................................................................................................. 5

6 Principios del funcionamiento de AIS .............................................................................................................. 6

6.1 El propósito del AIS consiste en: .......................................................................................................... 7

7 Características de la trama AIS ....................................................................................................................... 7

7.1 Fases del protocolo SOTDMA ................................................................................................................ 8

7.1.1 Fase de Inicialización .......................................................................................................................... 8

7.1.2 Fase de entrada en la red ...................................................................................................................... 8

7.1.3 Fase de la primera trama ...................................................................................................................... 9

7.1.4 Fase de operación continúa .................................................................................................................. 9

7.2 Organización en áreas de elevada carga de datos ......................................................................... 10

8 Denominación y ubicación de las estaciones retransmisoras ................................................................... 12

9 Funcionamiento de las estaciones retransmisoras de AIS ........................................................................ 15

9.1 Descripción general de estación Terrestre ....................................................................................... 15

9.2 Alcance de la línea de la visual ............................................................................................................ 16

9.3 Descripción de hardware en estaciones terrestres ........................................................................ 19

9.4 Descripción de interconexión de equipos y servicios de la estación Terrestre ..................... 19

9.5 Configuración del SEE232 (conversor rs232 a TCP/IP) ................................................................. 20

9.5.1 Configuración de ubicación del servidor red ..................................................................................... 20

9.5.2 Configuración de los Puertos A y B................................................................................................... 20

9.6 Descripción general de la estación fluvial ........................................................................................ 21

9.7 Configuración del GRD1000 ................................................................................................................. 22

9.8 Esquema del enlace entre la estación fluvial y el servidor ........................................................... 23

9.9 Descripción de interconexión de equipos y servicios de la estación Fluvial .......................... 23

9.10 Diagrama de Instalación ........................................................................................................................ 24

10 El AIS como ayuda a la navegación.............................................................................................................. 25

10.1 Señal de Ayuda a la Navegación ......................................................................................................... 25

10.2 AtoN AIS virtual ....................................................................................................................................... 26

10.2.1 Mapa con la ubicación de las instalaciones actuales ............................................................... 27

11 Informes de estaciones AtoN-AIS ................................................................................................................. 28

11.1 Contenido del mensaje .......................................................................................................................... 28

11.2 Los principales contenidos del mensaje son: ................................................................................. 28

11.3 Descripción de los mensajes AtoN-AIS ............................................................................................. 29

12 Análisis para optimización de antenas .......................................................................................................... 30

12.1 Definiciones a considerar para la lectura de este apartado ......................................................... 30

12.1.1 Adaptación de impedancias ............................................................................................................... 30

12.1.2 ROE ................................................................................................................................................... 30

12.1.3 Ancho de banda de una antena ........................................................................................................... 31

12.2 Antenas a medir ....................................................................................................................................... 31

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12.3 Mediciones ................................................................................................................................................ 31

12.4 Situación previa ....................................................................................................................................... 32

12.5 Comparación de antenas marinas ...................................................................................................... 33

12.5.1 Antena Si-Tex P6004 ..................................................................................................................... 33

12.5.2 Antena Marina Genérica .............................................................................................................. 34

12.5.3 Shakespeare 396-1-AIS ............................................................................................................... 35

12.6 Conclusión sobre análisis de antenas ............................................................................................... 35

13 Red de datos AIS ............................................................................................................................................. 36

13.1 Red HIDROVIA .......................................................................................................................................... 36

13.2 Diagrama de la RED de datos AIS ....................................................................................................... 37

13.3 Servidor AIS .............................................................................................................................................. 38

13.3.1 Gate House ...................................................................................................................................... 38

13.3.2 Ship Plotter ....................................................................................................................................... 44

14 Mareógrafos ...................................................................................................................................................... 45

14.1 Definición .................................................................................................................................................. 45

14.2 Componentes del Sistema .................................................................................................................... 45

14.3 Esquemas de configuración de equipos GSM ................................................................................. 46

14.4 Modem GSM.............................................................................................................................................. 46

14.5 Requerimientos del sistema GSM ....................................................................................................... 46

14.6 Selección del cable ................................................................................................................................. 47

14.7 Funcionamiento del sistema ................................................................................................................ 48

14.8 Red Mareográfica .................................................................................................................................... 49

15 Futuro reacondicionamiento de la red mareográfica .................................................................................. 49

15.1 Antecedentes............................................................................................................................................ 49

15.2 Solución propuesta ................................................................................................................................. 50

15.3 Particularidades del equipo GRD-1000 .............................................................................................. 50

15.4 Configuración de GRD 1000 en RTU modelo viejo ......................................................................... 51

15.5 Configuración de GRD-1000-XF en RTU 2621 TR ........................................................................... 54

15.6 Consideraciones del sistema ............................................................................................................... 54

15.6.1 Ventajas............................................................................................................................................ 54

15.6.2 Consideraciones a tener en cuenta .............................................................................................. 55

15.7 Equipo Alternativo .................................................................................................................................. 55

15.8 Particularidades del equipo GRD-3002 .............................................................................................. 55

15.9 Ventajas y consideraciones a tener en cuenta ................................................................................ 56

15.9.1 Ventajas............................................................................................................................................ 56

15.9.2 Consideraciones a tener en cuenta .............................................................................................. 57

15.10 Cuadro comparativo de propiedades ............................................................................................... 58

16 Conclusiones .................................................................................................................................................... 58

17 GLOSARIO: ...................................................................................................................................................... 59

ANEXOS..................................................................................................................................................................... 61

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1 Objetivo

El objetivo de este trabajo está orientado a realizar un análisis y consecuente instalación de

una red de datos AIS (Sistema Identificación Automática). Se pretende que la recolección de

esta información sirva para llevar un seguimiento fehaciente y actualizado del tráfico en una

hidrovía (vía navegable).

2 Alcance

El alcance de este trabajo es la completa implementación de la red repercutiendo en:

La planificación de campañas relacionadas con la mantención de canal

La temprana detección de accidentes

Llevar un control exacto de cantidad de embarcaciones y sus respectivas derrotas

(recorridos).

3 Introducción

El AIS o Sistema de Identificación Automático es un sistema que permite la identificación y el

seguimiento de buques en forma automática. Este control puede efectuarse desde otros

buques, desde aeronaves o mismo, desde estaciones costeras.

Este sistema es instalado a bordo de los buques y se basa en un dispositivo que trasmite, en

forma continua y automática, información que permite al resto de los buques o estaciones

ubicadas en tierra, identificarlos y conocer su situación.

Este sistema de comunicación ha sido implementado con carácter obligatorio por la

Organización Marítima Internacional (en adelante “IMO”) en todos los buques que superen las

50.000 Toneladas de registro Bruto a partir del 1º de julio de 2004.

Sin embargo, y como consecuencia de los atentados sufridos por EEUU el 11 de septiembre de

2001, este país comenzó a exigir ese mismo año, la implementación de este sistema en todas

las embarcaciones que ingresen a su territorio e involucren actividades comerciales. Este

hecho produjo un alto acatamiento de las embarcaciones sin existir aún, una la norma vigente

que regule tal tecnología.

Hidrovía S.A. es la empresa concesionaria del Río Paraná, la ruta marítima de exportación más

importante de Argentina. En esta vía navegable se concentra el 82% de la exportación agrícola

local, el mayor tráfico siderúrgico argentino y se reúne todo el movimiento de cargas generales

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fluviales y de contenedores que tiene como punto de origen o destino el puerto de Buenos

Aires. Esta empresa se encarga de la modernización, ampliación, operación, mantenimiento del

sistema de señalización y tareas de redragado, y mantenimiento de la vía navegable troncal,

comprendida entre el kilómetro 584 del Río Paraná, y la altura del kilómetro 239.1 extensión del

canal Punta Indio por el canal Emilio Mitre.

Esta ruta marítima es considerada una de las más extensas del mundo, este hecho obliga a

instalar bases receptoras de AIS a lo largo del canal, conectarlas entre sí a través de una red, y

centralizar los datos que emitan para su posterior análisis.

4 Desarrollo

En los próximos puntos de este trabajo se dará a conocer:

Las propiedades y estructura de la trama AIS

La ubicación y configuración de las estaciones remotas instaladas

La configuración de las estaciones mareográficas y sus distintos métodos de transmisión

de datos

El procesamiento de los datos obtenidos

5 Historia Del AIS

• 1990: Se presenta el primer documento al subcomité Naval 36 de la IMO.

• 1991: Se presenta un borrador de requerimientos técnicos al subcomité Naval 37 basado

en una técnica de Llamada Selectiva Digital (DSC), 500 reportes/hora (ITU-R M. 825). (ITU

Unión internacional de Telecomunicaciones).

• 1995: Por razones de capacidad se decide cambiar la técnica DSC por la SOTDMA (“Self

Organized Time Division Multiple Access”, lo que significa “Auto Organizada por División en

el Tiempo de Acceso Múltiple”) Presentado a la IMO por la Administración Marítima Sueca

y Alemana.

• 1997: IMO desarrolla un borrador de estándar performance para AIS, basado de SOTDMA.

• 1997: En la conferencia mundial de radio (ITU) se asignan dos frecuencias VHF

internacionales para AIS (87B=161 975 MHz y 88B=162 025 MHz.

• 1998: Se adopta el estándar performance para AIS.

• 1998: ITU adopta las características técnicas de AIS en la recomendación ITU-R M.1371,

modificado en Octubre 2000 y adoptado en Mayo 2001 como ITU R M 1371-1.

• 1998: El comité de la seguridad marítima de la IMO incluye el AIS en la regulación 19 del

capítulo V de SOLAS.

• 2000: El Comité de la Seguridad Marítima 73 de la IMO ratifica los cambios del capítulo V

de SOLAS (Seguridad Vida Humana en el Mar).

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• 2001: La IEC (International Electrotechnical Commission) adopta en Agosto, para ser

publicado en Noviembre, el borrador final del estándar mundial para AIS, en el estándar

61993-2.

• 2001: La IALA (International Association of Lighthouse Authorities) adopta en diciembre

una guía técnica para AIS.

• 2002: IMO exige el uso de AIS a bordo de los buques.

6 Principios del funcionamiento de AIS

Como fuera mencionado, El AIS es un sistema que permite la identificación y el seguimiento de

buques en forma automática. Es clasificado como un sistema abierto, lo que significa que las

emisiones no están codificadas y pueden ser recibidas por cualquier equipo que cumpla las

especificaciones del sistema.

Los principios del funcionamiento del AIS están basados en el protocolo SOTDMA. Este

protocolo se ocupa de organizar en paquetes, la información generada por los transponders y

ordenarlos en el tiempo (para más detalle, ver ítem 7).

Estos paquetes de información contendrán dos tipos de datos: estáticos y dinámicos.

Datos estáticos: nombre de la embarcación, dimensiones, carga, bandera, procedencia y

destino.

Datos dinámicos: velocidad, rumbo y estado de la embarcación (varado, anclado,

navegando, a la deriva, etc.)

Un transponder AIS es un dispositivo electrónico que permite tanto la recepción como la

emisión de datos AIS. Está compuesto por un transceptor VHF (very hight frecuency), un

receptor GPS (Sistema de posicionamiento Global) y una consola con entradas para diversos

sensores.

La interacción de estos transponders AIS, genera un flujo de paquetes con información que

combinado con una PC y un programa de ploteo AIS permite visualizar en una carta náutica

todos los datos de la navegación circundante tales como identidad, curso, velocidad, tamaño,

tipo de barco, información sobre la carga y posición de los barcos aledaños.

Esta combinación es una excelente herramienta de navegación, complementando

sustancialmente el uso de radares, navegadores y sistemas de comunicaciones tales como

radios VHF. El AIS es el único sistema que ofrece datos precisos y completos, reduciendo así

la necesidad de comunicaciones verbales entre embarcaciones.

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Cabe destacar que la emisión de la trama AIS no es afectada por factores climáticos ni

topográficos, circunstancias que si afectan al radar, por lo que se entiende que el AIS es capaz

de captar embarcaciones que se encuentran detrás de las vueltas encontradas de un canal, lo

cual no puede lograrse con un mero radar.

6.1 El propósito del AIS consiste en:

Identificar buques

Ayudar en el rastreo de blancos u objetivos

Simplificar y promocionar el intercambio de información

Proporcionar información adicional para ayudar a evitar choques

Reducir las comunicaciones verbales entre barcos y con las estaciones

costeras

7 Características de la trama AIS

La transmisión AIS utiliza únicamente dos canales de radio específicos de la banda VHF: para

montar los slots, estos son el AIS 1, correspondiente al canal 87B de VHF (frecuencia 161,975

MHz), y el AIS 2, correspondiente al canal 88B de VHF (frecuencia 1662,025 MHz). Para

permitir la comunicación y evitar interferencias, los transponders organizan los slots en un

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esquema de compartición de tiempo denominado SOTDMA. Este esquema se grafica en la

siguiente figura.

La trama SOTDMA tiene una longitud de 1 minuto de duración albergando 2.250 ranuras que

duran 26,67ms cada una.

El comienzo de cada trama puede ser diferente entre estaciones, pero todas las estaciones

tratan de conseguir coordinar el comienzo de la trama en función del Tiempo Universal

Coordinado (UTC). Una fuente muy precisa es requerida para conseguir la sincronización, por

lo que se emplearán receptores GPS para tal fin.

7.1 Fases del protocolo SOTDMA

7.1.1 Fase de Inicialización

Esta comienza cada vez que se enciende una estación y dura un minuto. En este minuto la

estación monitorea los canales de enlace para detectar su actividad, identificar a otras

estaciones participantes, para así determinar cuáles de las ranuras están ocupadas y cuales

se encuentran disponibles.

7.1.2 Fase de entrada en la red

La estación seleccionará su primer slot de transmisión (NSS) y se preparará para hacerse

visible en el enlace de datos.

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7.1.3 Fase de la primera trama

Durante esta fase la estación se encuentra continuamente localizando sus slots NTS y

transmitiendo sus posiciones. Una vez que se alcanza el primer NTS un nuevo NS y un nuevo

NTS son seleccionados para las próximas transmisiones.

Este proceso es continuado hasta que ha pasado un minuto desde que se alcanza el primer

NSS.

NSS: Slot de comienzo nominal

NTS: Slot nominal de transmisión

SI: Intervalo de selección

NI: Incremento nominal. Número de slot por min. por la velocidad de reporte deseada

NS Slot nominal nuevo

7.1.4 Fase de operación continúa

La estación realiza sus transmisiones en los slots asignados (NTS) y comienza la cuenta atrás

del “slot time out” utilizado para indicar los minutos que el slot va a ser ocupado. Una vez se

alcanza cero, un nuevo NTS es seleccionado dentro del intervalo SI de la forma descrita

anteriormente. Esta fase es mantenida hasta que el sistema sea apagado, pase al modo

asignado o cambie su velocidad de reporte.

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Cada equipo determina su propio esquema de trasmisión basándose en la historia de las

emisiones del canal correspondiente y en el conocimiento de las acciones futuras de los otros

dispositivos. De esta forma todos los equipos se sincronizan entre sí para evitar que las

emisiones se solapen y se interfieran.

En la práctica, la capacidad de este sistema es casi ilimitada, ya que ha sido diseñado para

permitir la comunicación entre las zonas con el tráfico marítimo más denso existente en el

mundo. El alcance de las emisiones es similar a la de cualquier otro sistema que funciones en

la banda VHF, dependiendo en gran medida de la altura de las antenas emisoras y

receptoras, la calidad de la instalación, así como de las condiciones de propagación. En mar

abierto, puede considerarse un alcance típico el de entre 20 y 40 millas, aunque, en

condiciones optimas el alcance puede ser muy superior.

Por otro lado, estas emisiones tienen cierta capacidad de sortear obstáculos, por lo que dos

buques pueden conectarse mutuamente incluso sin tener visibilidad directa.

7.2 Organización en áreas de elevada carga de datos

Podemos definir (r) como el radio máximo determinado por la altura de la antena VHF, limitada

por el alcance sobre el horizonte (pero siempre menor de las 200 mn que garantizan la

distancia de seguridad)

Zona Alohe. Cualquier estación ubicada en el interior de esta zona que intente reutilizar el

mismo slot provocará el efecto de anulación de la misma en la estación receptora (R).

Zona de discriminación. En el interior de esta zona todas las transmisiones que se realicen

mediante slots reutilizados pueden producir el efecto de anulación o de discriminación.

Zona de protección. Dentro de esta zona todas las estaciones se encuentran organizadas

de acuerdo al algoritmo SOTDMA.

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El método de transmisión y sincronismo permite que la trama pueda caracterizarse como

células viajeras en la que cada barco es el núcleo de su propia célula, y el diámetro de la célula

está determinado por el alcance que brinda la altura de la antena VHF.

Células viajeras donde la comunicación es automáticamente sincronizada

y la información es transferida en forma automática

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Gracias a las técnicas anteriormente descriptas es que se llega a plotear todas la

embarcaciones de la célula en una carta náutica, y mediante un simple click sobre la

embarcación deseada obtener una gran variedad de datos tal y como se lo ilustra en la

siguiente figura.

8 Denominación y ubicación de las estaciones retransmisoras

Denominamos estaciones retransmisoras a un conjunto de equipos electrónicos que sirven

para capturar las tramas AIS y retransmitirlas por internet a una dirección IP. Allí, se ubica un

servidor que almacena la información emitida por la totalidad de las bases retransmisoras.

La obtención de esta base de datos nos permite graficar todas las embarcaciones que circulan

por el canal de manera simultánea. Para facilitar su posterior análisis, esta información puede

ser plasmada sobre una misma carta náutica, tanto en tiempo real, como en tiempo diferido.

Actualmente existen dos tipos de estaciones: terrestres y fluviales.

La instalación de las estaciones terrestres es llevada a cabo en los puertos o zonas cercanas a

la costa del rio. Por otro lado, para realizar la instalación de las estaciones fluviales, son

aprovechadas ciertas estructuras ubicadas en los ríos que se utilizan para ayuda a la

navegación (en adelante “AtoN”, lo que significa Aid to Navegation). Estas estructuras cumplen

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una función de señalización, es por esto que, se ubican de manera tal, que los márgenes y

sectores peligros de navegación puedan ser identificados con facilidad.

Las estaciones retransmisoras se disponen de forma estratégica. El distanciamiento óptimo

entre una y otra, permite que el campo de acción de cada una de ellas no sea solapado por la

estación adyacente.

A continuación, se presenta un mapa que grafica las estaciones terrestres actualmente

funcionales

Como ha sido mencionado, se procura que las ubicaciones elegidas para las estaciones

terrestres proporcionen la mayor cobertura, sin embargo, en algunos casos, ciertas

embarcaciones menores (en tamaño o altura) que circulan por ríos y canales aledaños pueden

no ser captadas por el campo visual determinado por la antena. Por este motivo, han sido

diseñadas las ya mencionadas estaciones fluviales. .Estas se instalaran sobre las costas de los

canales a lo largo de toda la concesión.

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Con los datos aportados por estas dos configuraciones de estaciones se lograra una base de

datos sin omisiones.

Hoy en día, se está concluyendo la instalación de todas las estaciones terrestres programadas.

Una vez finalizada esta etapa, se iniciara un estudio que indicara en que zonas especificas es

necesaria la instalación de estaciones retransmisoras fluviales.

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9 Funcionamiento de las estaciones retransmisoras de AIS

9.1 Descripción general de estación Terrestre

Al momento de instalar estaciones terrestres, se analiza la zona buscando altas estructuras que

brinden un mayor horizonte para nuestras antenas receptoras. Generalmente, esta situación es

dada por los edificios de las empresas cerealeras.

Las comunicaciones a una frecuencia de 162 MHz están limitadas por el horizonte que ofrece

la posición de la antena.

Cabe aclarar que, debido a la gran cantidad de variables en juego, con el modelo simplificado

detallado en los párrafos siguientes, no se espera establecer con exactitud rigurosa las

condiciones de propagación del sistema en todas las circunstancias posibles; por este motivo

los resultados serán solo una aproximación adecuada.

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9.2 Alcance de la línea de la visual

Teniendo en cuenta la curvatura de la tierra, se puede calcular la distancia en línea recta entre

dos puntos elevados sobre el terreno, imaginando una esfera totalmente lisa, es decir, exenta

de irregularidades. Tal esfera resulta de suponer que el planeta tiene toda su superficie al nivel

del mar.

Podría pensarse que, al suponer a la tierra "lisa" se comete un error importante; en efecto, así

sería si no se contara con la altura sobre el nivel del mar de los distintos puntos geográficos,

pero afortunadamente se puede encontrar tal información en las sociedades geográficas (en

Argentina, el Instituto Geográfico Militar).

De esta manera las alturas que habremos de considerar en los cálculos, serán la de los puntos

en cuestión sobre la superficie real, más la altura de los mismos sobre el nivel del mar en el

sitio considerado.

En la fig.1 se describe una vista en corte del geoide. Si se traza una línea que sea tangente a la

circunferencia y que pase por el extremo superior del punto considerado (la antena en este

caso) queda formado un triángulo rectángulo por ejemplo el OAB donde:

OA = rt + h1.

Siendo:

rt : Radio de la tierra

h1: Altura de la antena 1 más la altura de la posición con respecto al nivel del mar

h2: Altura de la antena 2 más la altura de la posición con respecto al nivel del mar

AB: Distancia del punto hasta el horizonte de ese punto.

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Aplicando el teorema de Pitágoras...

En este caso averiguaremos la distancia . Asimismo, se tomara la altura de la antena

h2 = 0m para tener un margen de resguardo.

Al reemplazar por los valores reales, queda de la siguiente manera:

Nótese que el término es despreciable y puede considerarse nulo ya que el radio de la

tierra es mucho mayor que la altura de la antena. Por lo tanto, queda:

Considerando que el radio polar de la tierra es aprox. 6356 km, y el radio ecuatorial de la tierra

es aprox. 6377,4 km, tomaremos como valor promedio 6367 km.

Para aplicar esta fórmula a las ondas de radio, son necesarias algunas consideraciones

adicionales explicadas a continuación.

La densidad de la atmósfera disminuye con la altura haciendo que la constante dieléctrica de la

misma disminuya en consecuencia, y esto hará que también disminuya el índice de refracción

Esta variación del índice de refracción hace que las ondas de radio sean desviadas desde las

zonas de baja constante dieléctrica hacia las zonas de alta constante dieléctrica de forma

semejante a lo que produce la ionosfera "curvando" la trayectoria de la señal hacia el suelo.

Esto determina que el horizonte efectivo para las ondas de radio se encuentre normalmente

más allá del horizonte real (óptico) y, en término medio, todo sucede como si el radio de la

tierra fuera aproximadamente un 33 % mayor que el radio real (decimos "en término medio",

pues la constante dieléctrica está fuertemente determinada por el vapor de agua presente en la

atmósfera y su concentración varía con las condiciones meteorológicas. Cabe destacar que el

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agua tiene un valor elevado de constante dieléctrica), además la presencia de aire caliente por

encima de una capa de aire frío (inversión térmica) agudiza el fenómeno notablemente en

algunas oportunidades.

Teniendo en cuenta estos efectos podemos determinar qué:

Concluyendo en la formula

De esta manera se estima el alcance de recepción de datos que tendrá una estación terrestre.

Para estimar el alcance conociendo la altura de la antena del buque en cuestión, simplemente

se suma la atura de la antena del buque a la altura de la antena de la estación retran

smisora quedando la siguiente formula.

Por lo que concluimos que mientras más alta este nuestra antena de recepción, mayor área

podremos cubrir.

Estimación para determinar radio de influencia de la estación retransmisora:

A1=50m A2=0m -> Alcance=29Km

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Estimación para determinar el alcance de la estación retransmisora teniendo en cuenta

cierto tipo de buque:

A1=50m A2=10m -> Alcance=31.8Km

9.3 Descripción de hardware en estaciones terrestres

La estación terrestre está provista de alimentación de 220V y un servicio de internet de tarifa

plana. Esto simplifica el diseño y minimiza los mantenimientos repentinos.

La instalación consta de una antena de VHF ubicada a 50m sobre el nivel del rio. Esta antena

es calibrada a 162 MHz y conectada a un receptor AIS. Este dispositivo es un receptor VHF

que cuenta con un filtro supresor de banda –Filtro Noch- seguido de un filtro pasa banda (FPB).

Ambos, realizan un procesamiento físico sobre la señal emitida, obteniéndose en la salida las

frecuencias correspondientes a los canales AIS-1 y AIS-2 mencionados en el punto 7.

Por medio de esta configuración, se capturan toda la información que contiene la trama AIS con

los datos sobre la navegación local. Luego, el receptor entrega estos datos en formato serie

(RS232) con un BIT RATE de 38400bps al puerto de un conversor rs232 a TCP/IP. Este

conversor se encuentra previamente configurado en modo cliente, lo que significa que se

conectara al servidor ubicado en una IP fija y a un puerto determinado, enviando los datos

mediante la red WAN (o red de área amplia).

9.4 Descripción de interconexión de equipos y servicios de la estación Terrestre

Para evitar la interrupción de datos por posibles cortes temporales de energía, nuestros

equipos se encuentran interconectados a una red pública de tensión de 220V mediante una

batería UPS de 500W. Esta UPS (unidad de potencia secundaria) nos garantiza una

alimentación rectificada y una autonomía de batería de como mínimo, dos horas. Alimenta

directamente al enlace inalámbrico que nos provee internet, y a su vez, alimenta a una fuente

regulada de tención de 13.8V que energiza tanto al conversor rs232 a TCP/IP como al receptor

AIS.

Esta configuración de alimentación fue diseñada para evitar inconvenientes en los equipos y

reducir las visitas técnicas por motivos eléctricos, ya que luego de ser instalados, son

configurados íntegramente mediante la red.

En algunas estaciones, pueden generarse comunicaciones conflictivas con el servicio de

internet. Para evitar inconvenientes se intercala un switch entre el proveedor y el conversor

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para que negocie (coordine) la velocidad de conexión entre la antena inalámbrica y el

conversor.

9.5 Configuración del SEE232 (conversor rs232 a TCP/IP)

Como fuera mencionado en los párrafos anteriores, este conversor transforma los datos

generados por el receptor AIS para luego enviarlos al servidor correspondiente.

9.5.1 Configuración de ubicación del servidor red

9.5.2 Configuración de los Puertos A y B

Por último, y para lograr mayor representación de la información brindada en los párrafos

precedentes, se brinda a continuación una imagen de los componentes pertenecientes a una

estación retransmisora terrestre.

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9.6 Descripción general de la estación fluvial

La estación retransmisora fluvial cuenta con la misma lógica de funcionamiento que la terrestre.

En este caso, a diferencia de la estación terrestre, la fluvial accede a la red WAN mediante el

sistema de transmisión de datos GPRS (General Packet Radio System) utilizando un conversor

modelo GRD1000 (rs232 a GPRS). Esto significa que, este tipo de estación permite ser

ubicada en aquellas zonas que exista señal GSM (Global System for Mobile communication)

mientras que la estación terrestre necesita estar conectada físicamente a un proveedor de

internet.

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9.7 Configuración del GRD1000

Como fuera mencionado anteriormente, los datos generados por la estación fluvial,

complementan los generados por la estación terrestre. Esto nos otorga una adquisición de

datos extremadamente minuciosa, y un completo conocimiento del tráfico en el canal.

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9.8 Esquema del enlace entre la estación fluvial y el servidor

9.9 Descripción de interconexión de equipos y servicios de la estación Fluvial

La alimentación principal de los equipos que componen la estación fluvial (conversor y receptor

AIS) se conforma por dos baterías de 13.8V y 134A (amperes). La energía es provista a los

equipos mediante un circuito denominado redundante. Este circuito se encuentra

interconectado entre las baterías y los equipos, y cumple la función de intercalar la batería

proveedora de energía para optimizar el ciclo de carga y descarga. En este sentido, es

importante mencionar que ambas baterías se recargan durante el día mediante dos paneles

solares de 50W controlados por reguladores de 13.8V y 6A dispuestos en cada uno de ellos.

Cabe destacar que este sistema de alimentación se encuentra sobredimensionado, esto

significa que nos da la opción de agregarle otros dispositivos, como ser linternas o

mareógrafos, a la misma instalación eléctrica.

Considerando el aspecto funcional, es útil mencionar que esta estación, a diferencia de la

estación terrestre, cuenta con una cobertura limitada, debido a que la antena de VHF receptora

de la trama AIS se ubicara a una altura de apenas 13 m sobre el nivel del río, lo cual implica

una cobertura muchísimo menor pero más especifica.

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9.10 Diagrama de Instalación

Por último, y para lograr mayor representación de la información brindada en los párrafos

precedentes, se brinda a continuación una imagen de los componentes pertenecientes a una

estación retransmisora fluvial.

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10 El AIS como ayuda a la navegación

10.1 Señal de Ayuda a la Navegación

Una ayuda a la navegación (AtoN) es una estructura flotante que mediante su color, forma y el

destello de sus linternas, brindan información al navegante.

Como fuera mencionado anteriormente, el AIS es un sistema que permite la identificación y el

seguimiento de buques en forma automática. Cuando un transmisor AIS es instalado en una

Ayuda a la Navegación (AtoN-AIS), el equipo transmitirá a una frecuencia predeterminada la

identidad, posición, tipo de señal, información meteorológica si corresponde, etc. a otros barcos

y a receptores situados en la costa.

Dicho de otra manera, mediante la instalación de los transmisores AIS podemos generar

señales que refuerzan la información brindada por un AtoN.

En esta oportunidad utilizaremos un AtoN-AIS, para posibilitar que los buques que circulan por

zona puedan recibir la información estática de este, visualizándola en su carta electrónica de

navegación.

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Asimismo, esta instalación podría proporcionar información y datos que:

Complementen una ayuda a la navegación aledaña (AtoN AIS virtual)

Informen datos del medioambiente obtenidos de sensores conectados a ella, a los barcos

circundantes o a una autoridad situada en la costa;

Proporcionen la posición de los AtoN flotantes (principalmente boyas) mediante la

transmisión de una posición exacta (corregida por GPS) para monitorear su posición.

Complementen las balizas respondedoras de radar (racones) y proporcionen un mayor

alcance de detección e identificación, en cualquier condición climática;

A continuación se detallan los componentes de los Aton-AIS mencionados anteriormente. En

este caso, este se encuentra instalada en un AtoN tipo Spar.

10.2 AtoN AIS virtual

El AtoN-AIS virtual se genera mediante la capacidad del equipo AIS de transmitir una

información manipulada. Por lo tanto, además de transmitir la información propia, este puede

transmitir un AtoN-AIS que físicamente no existe, simulándolo en una carta electrónica de

navegación.

Ejemplificaremos para ser más claros. En el Río de la Plata los AtoN identifican los márgenes

del canal tal y como lo hacen las luces de una pista de aterrizaje de aviones. En este caso, un

AtoN conformaría SOLO una luz de esta pista. Para generar todas las luces necesarias sin

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tener que instalar la misma cantidad de equipos AIS, es que se utilizan los AtoN-AIS virtuales.

Un AtoN AIS es capaz de generar cuatro AtoN-AIS virtuales cercanos a su transmisión real.

La utilización de este sistema tiene sus ventajas y consideraciones a tener en cuenta, las

cuales serán ordenadas en el siguiente cuadro.

VENTAJAS CONSIDERACIONES• La estación base puede generar hasta cuatro

AtoN-AIS virtuales ante un imprevisto sin necesidad

de la existencia de uno físico.

• Genera reducción de los costos ya que se requieren

menos equipos.

• Considerable reducción en los requerimientos

energéticos para las ayudas a la navegación.

• Ante un garreo (movimiento indeseado) de la señal

física no es posible el seguimiento mediante la señal

AtoN virtual.

10.2.1 Mapa con la ubicación de las instalaciones actuales

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11 Informes de estaciones AtoN-AIS

11.1 Contenido del mensaje

El sistema AIS posee definidos diferentes mensajes para cada utilidad. En este caso, el

mensaje emitido por un AtoN-AIS corresponderá al MSG21. El mensaje será transmitido en

forma autónoma, con una periodicidad de tres minutos.

11.2 Los principales contenidos del mensaje son:

Tipo de AtoN

Nombre del AtoN

Posición

Indicador “Exactitud de Posición”

Indicador “Fuera de Posición”

Dimensión del AtoN y referencia para la posición

8 bits reservados para uso de la autoridad regional o local (puede incluir el estado

técnico del AtoN)

Señal virtual del AtoN

Nota: En la configuración inicial de un AtoN, debe introducirse la posición teórica en la cual

estará ubicado. Luego, se configura un radio de guarda dentro del cual el AtoN se tomará como

“En Posición”. En funcionamiento, el AtoN-AIS adquiere del GPS su posición real y la compara

con la teórica configurada en un principio. Cuando la diferencia resultante sea superior al radio

de guarda, el AtoN-AIS emitirá una señal indicando “Fuera de Posición”.

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11.3 Descripción de los mensajes AtoN-AIS

Inserto en el MSG21, se encuentra un código que identifica el tipo de AtoN que emite la señal.

Estos pueden ser indicados con 32 códigos diferentes. Estos códigos con detallados en la

siguiente tabla.

TIPO DE AYUDA CODIGO DEFINICION0 Por default, tipo de AtoN no especificado.

1 Punto de referencia.

2 RACON.

3 Estructura fuera de la costa (en el mar).

4 Reserva.

5 Faro, sin sector.

6 Faro, con sectores.

7 Enfilación anterior.

8 Enfilación posterior.

9 Baliza, cardinal Norte.

10 Baliza, cardinal Este.

11 Baliza, cardinal Sur.

12 Baliza cardinal Oeste.

13 Baliza, a babor.

14 Baliza, a estribor.

15 Baliza, canal preferente de babor.

16 Baliza, canal preferente de estribor.

17 Baliza, peligro aislado.

18 Baliza, aguas navegables.

19 Baliza, marca especial.

20 Marca cardinal Norte.

21 Marca cardinal Este.

22 Marca cardinal Sur.

23 Marca cardinal Oeste.

24 Marca de babor.

25 Marca de estribor.

26 Canal preferente de babor.

27 Canal preferente de estribor.

28 Peligro aislado.

29 Aguas navegables.

30 Marca especial.

31 Buque-Faro 1 LANBY.

Ayudas fijas a la

navegación

Ayudas flotantes a

la navegación

Marcas especiales

Códigos propuestos para describir los tipos de ayudas a la navegación

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12 Análisis para optimización de antenas

Aquí analizaremos distintos modelos de antenas y se determinara cuál es la más adecuada

para el uso en la transmisión y recepción (en adelante “TX y RX”) en la frecuencia AIS.

Las siguientes mediciones y gráficas fueron obtenidas por un instrumento especializado

(Analyzer 140-525, marca AEA) en medición de la Relación de Onda Estacionaria (en adelante

“ROE”). Estas mediciones no fueron calculadas mediante los valores obtenidos con un

wattimetro (medidor de potencia) en forma directa e inversa.

El equipo utilizado tiene la particularidad de tener incorporado un generador de frecuencia y un

medidor de potencia. En estos casos, solo se debe indicar la frecuencia de trabajo y conectar la

antena directamente al dispositivo. Este nos calculara automáticamente el ROE en esa

frecuencia, mostrando además la grafica de comportamiento del ancho de banda aledaño.

12.1 Definiciones a considerar para la lectura de este apartado

12.1.1 Adaptación de impedancias

En un sistema transmisor las impedancias que conforman el sistema deben ser iguales. En

estas condiciones se dice que el sistema está adaptado. Esto significa que la impedancia

de salida del equipo transmisor, la impedancia del cable y la de la antena deben ser

iguales. Cuando no lo sean, se genera una onda reflejada, la cual es caracterizada por el

valor de ROE.

12.1.2 ROE

El ROE se define como la relación entre la tensión máxima y la mínima de la onda

estacionaria. Se la puede relacionar con la potencia reflejada e incidente de la siguiente

manera:

ROE= D+R / D-R

Donde D es el número de divisiones que marca el instrumento en la posición directa, y R es

el número de divisiones que indica en inversa.

A partir de esto vemos que para el caso de perfecta adaptación, el ROE es 1 y toda la

potencia entregada por el equipo es irradiada por la antena. De lo que podemos concluir

que tenemos que ajustar nuestro sistema para obtener el menor ROE posible.

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12.1.3 Ancho de banda de una antena

Se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es

satisfactoria. Dentro de dicho rango el ROE se debe mantener bajo.

12.2 Antenas a medir

Las antenas necesarias para ser instaladas en las señales AtoN-AIS, transponders y

estaciones retransmisoras deben ser del tipo VHF marina. Estas existen de distintos fabricantes

y con algunas características que difieren entre sí. Por lo general su frecuencia central es de

156-157 MHz y tienen un ancho de banda de entre 6 y 7 MHz. Por lo que aseguran un buen

trabajo entre 152 y 160MHz, trabajando de manera óptima (ROE=1) en su frecuencia central.

Debido a que los canales de frecuencia usados en AIS están ubicados en 161,975 MHz y

162,025 MHz, es preferible utilizar alguna antena con mayor ancho de banda o sintonizada en

una frecuencia más cercana a esta. Este es el caso del modelo de Shakespeare 396-1-AIS.

Las antenas que se midieron fueron

VHF Kraff

Antena Marina Genérica

Antena Marina Si-Tex P6004

Antena Shakespeare 396-1-AIS

12.3 Mediciones

Las mediciones que vamos a realizar mostraran la respuesta en frecuencia de cada una de las

antenas y el valor del ROE en las frecuencias de interés. Cabe destacar que, las antenas

marinas son muy susceptibles a la presencia de objetos de metal, dieléctricos o seres

humanos, por lo que la medición debe hacerse en un lugar librado de estos objetos

interferentes. Además es recomendable hacer la medición en el lugar de trabajo de la antena,

ya que ese es el valor real del ROE que el equipo transmisor recibirá como señal reflejada.

Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, hemos hecho un análisis de la situación en

que nos encontrábamos respecto de las antenas usadas en las señales de AIS; y un estudio

comparativo de las distintas alternativas para mejorar esta situación.

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12.4 Situación previa

En primer lugar, vamos a mostrar mediante dos mediciones, porque las antenas de varilla

simple no son adecuadas para el uso en instalaciones AIS. Estas antenas no son de uso

marino y necesitan que su base esté apoyada sobre un buen plano que haga de tierra. La base

metálica en las cuales se pueden instalar en nuestras estaciones no son lo suficientemente

grande, por lo que el ROE en las frecuencias de nuestra utilidad es demasiado elevado (La

franja verde representa el Band Width útil). Esto lo pudimos medir en las señales sacadas del

río como parte del programa de recambio y rediseño de las señales con equipo AIS. Ver

Medición 1.

Medición 1

Para comparar el funcionamiento de este tipo de antena con un plano de tierra más adecuado,

se la colocó sobre una placa metálica y se realizó nuevamente la medición. Esta Medición 2

nos muestra que con el plano adecuado de tierra, la antena podría ser útil para AIS (ya que se

tiene un ROE menor a 3, como es recomendado en las frecuencias de trabajo) siempre y

cuando se cumpla esta condición, lo cual no es así en nuestras señales.

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Medición 2

Por todo lo expuesto, se ha decidido reemplazar todas las antenas de este tipo por antenas

marinas.

12.5 Comparación de antenas marinas

Se han realizado mediciones de las distintas antenas marinas adquiridas para AIS. El objetivo

es poder determinar cuál es la antena más adecuada para nuestra aplicación. Recordamos que

la antena óptima de AIS debe tener mayor ancho de banda que la antena marina estándar

debido a que se trabaja sobre los canales ubicados en 161,975 MHz y 162,025 MHz. Todas las

mediciones han sido realizadas en las mismas condiciones.

12.5.1 Antena Si-Tex P6004

La Medición 3 fue realizada sobre la antena marina Si-Tex P6004. Como podemos observar en

el gráfico, es una antena con muy bajo ROE (de 158 MHZ para abajo), pero que no tiene una

buena respuesta en nuestra frecuencia de interés, ya que el ROE resulta mayor a 10. Se

obtiene ROE muy cercano a 1 solo entre 156 MHz y 157 MHz.

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Medición 3

12.5.2 Antena Marina Genérica

Como vemos en la Medición 4, esta antena ha obtenido mejores valores de ROE para la

frecuencia de trabajo de AIS, bajando a un ROE=4.

Medición 4

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12.5.3 Shakespeare 396-1-AIS En esta medición (Medición 5) observamos que este modelo de antena, especialmente

diseñado para AIS, se caracteriza por tener mayor ancho de banda que las antenas marinas

clásicas. Esto permite tener un ROE de 2 en la frecuencia de trabajo de AIS, número aceptable

para nuestro uso.

Además observamos que el ROE se mantiene muy cercano a 1 entre 155 MHz y 159 MHz y

tiene una respuesta mucho más plana qua las anteriores, lo que muestra la calidad de la

antena

Medición 5

12.6 Conclusión sobre análisis de antenas

Gracias a la posibilidad de obtener mediciones de las distintas antenas hemos podido obtener

las siguientes conclusiones:

Las antenas de varilla utilizadas en las señales no eran adecuadas para este uso.

Las antenas marinas estándar no tienen el ancho de banda óptimo para su uso en AIS.

La antena Shakespeare 396-1-AIS es la más adecuada para nuestra aplicación, tanto

por la calidad de la misma, como por el ancho de banda extendido especialmente para el

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uso en AIS. Además posee varias ventajas mecánicas respecto de las anteriores, como

ser, su robustez y dimensiones.

13 Red de datos AIS

Se ha diseñado una red con un cierta cantidad de estaciones retransmisoras AIS. Las

estaciones retransmisoras se disponen de forma estratégica. El distanciamiento óptimo entre

una y otra, permite que el campo de acción de cada una de ellas no sea solapado por la

estación adyacente. Para llevar a cabo esto, se debe considerar la máxima altura en la que

podría colocarse la antena de VHF y realizar el cálculo para condiciones normales de

propagación. Las sombras (zonas no recepcionadas) de estaciones terrestres serán cubiertas

por las estaciones fluviales.

13.1 Red HIDROVIA

Cada estación transmitirá vía TCP/IP los datos recibidos y decodificados por el receptor de AIS.

Por una cuestión de comodidad logística, los conversores rs232 a TCP/IP ubicados en las

estaciones remotas se configurarán como clientes de conexiones TCP (se enviaran los datos a

una dirección de internet prefijada). Esta comodidad logística se refiere a que, tan solo

habilitando los puertos (en el firewall del servidor) asignados a las estaciones AIS, se

comenzara con la recepción de datos sin que sea imprescindible que cada estación

retransmisora de AIS cuente con una IP fija. El único requerimiento indispensable, es contar

con una IP fija en el servidor.

De todas maneras, cabe destacar que contamos con una IP fija en cada estación terrestre para

facilitar la configuración web

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13.2 Diagrama de la RED de datos AIS

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13.3 Servidor AIS

La computadora que actúa de servidor tiene como administrador, un programa especialmente

diseñado para la verificación de datos AIS llamado APM (AIS Packet Manager). Este servidor

realiza constantemente, la recepción de datos de todas las estaciones, y la filtración de los

slots de las tramas que encuentra duplicados, conformando una base de datos completa y

pura. Asimismo, este software es capaz de crear clientes a los cuales les enviara una copia de

la base de datos creada.

Cabe destacar que hasta este punto nos estamos refiriendo a una base de datos totalmente

cruda. Es por esto que, para visualizar estos datos en un software de forma clara, es necesario

crear un cliente en el APM que nos envié esos datos a un puerto determinado. Desde este

puerto, el software podrá tomar los datos y representarlos. A continuación daremos una breve

explicación de los diferentes softwares que nos brindan herramientas y ayuda en la gestión de

los datos:

13.3.1 Gate House

El Gate House (GAD) es un software que nos brinda una extensa variedad de herramientas

para análisis estadístico. Sin embargo, su gran limitación es que los archivos históricos que

genera no son manipulables con herramientas tradicionales como por ejemplo, el Excel. Esta

situación, nos limita exclusivamente, a las herramientas que el soft nos brinda. La interface de

este programa consta en graficar los datos absorbidos desde el APM (AIS packet manager) en

una carta electrónica de navegación. A continuación mostraremos las herramientas más útiles.

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Creación de polígonos

El GAD permite crear un polígono en una zona del mapa a la cual llamaremos: polígono de

estadística. Sobre este polígono se podrán efectuar los cálculos estadísticos que el software

posibilita. Por ejemplo, puede solicitársele al programa que filtre una condición que reúnan las

embarcaciones que se encuentran dentro de polígonos, como ser, calado, tipo de barco,

bandera, carga, etc.

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Línea de Pasaje

Esta herramienta de estadística es similar al polígono. Sobre esta línea, también se podrán

usar las distintas herramientas que el software nos brinda. Por ejemplo, se puede utilizar para

filtrar aquellos barcos que crucen esta línea a más de x cantidad de nudos, o, se le puede

requerir que filtre todos los barcos de carga que atraviesen esta línea de sur a norte e ignore el

resto. Como estas, pueden a su vez, definirse gran cantidad de reglas de filtrado.

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Ver Estadística

Esta herramienta se utiliza para el análisis de los datos AIS.

La pantalla principal es el área donde se visualiza la tabla y los datos estadísticos. La barra de

herramientas, situada en la parte derecha de la pantalla, se utiliza para ajustar los valores de

filtrado deseados. Allí, se pueden realizar dos tipos de estadísticas: Históricos Pistas y Líneas

de Pasaje. La primera se utilizar para mostrar múltiples pistas de buques al mismo tiempo,

mientras que la segunda, se utiliza para el análisis de cómo los buques cruzan una línea

específica. Estas estadísticas se vuelven muy útiles cuando es necesario efectuar análisis de

diferentes flujos del tráfico.

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Watch dog

Esta utilidad configura un dispositivo de vigilancia. Este dispositivo puede utilizarse para

detectar automáticamente los eventos de AIS. Puede detectar, por ejemplo, si un barco entra

en una cierta región o cruza una determinada línea de paso. Esta alarma disparada, puede ser

utilizada para llevar un registro de eventos.

La siguiente figura muestra el dispositivo de vigilancia en acción. En este caso un barco

llamado GH1 ha activado el dispositivo de vigilancia

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Filtrado

Como hemos mencionado en los ejemplos anteriores, los filtros se pueden utilizar para buscar

objetivos que satisfagan las reglas establecidas por el usuario.

En la esquina inferior derecha de la siguiente imagen se puede observar que el filtro ha

seleccionado a 89 barcos (4%), es decir el 4% de los barcos cumplen la condición estipulada.

Es importante mencionar que este programa permite aplicar varios filtros simultáneamente, lo

que nos permite agrupar resultados con características muy específicos.

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13.3.2 Ship Plotter

Este software es simplemente un visualizador de la trama AIS en una carta electrónica de

navegación. No brinda ningún tipo de herramienta estadística, pero tiene la particularidad de

guardar toda la información procesada y encapsulada en archivos TXT. Estos archivos nos

permiten crear herramientas de estadística o control, totalmente personalizadas mediante

programas, tales como Excel o Access. Esta característica, lo convierte en un programa de vital

importancia para el análisis específico que se trate.

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14 Mareógrafos

14.1 Definición

Un mareógrafo es un conjunto de dispositivos y sensores que miden, almacenan y transmiten

la altura de la marea y la velocidad y dirección del viento con cierta periodicidad.

14.2 Componentes del Sistema

Se denomina estación mareográfica a todos los elementos que componen una instalación,

estos son:

Unidad de alimentación

Unidad de adquisición

Sensores

Unidad de comunicación

La Unidad de alimentación está formada por un panel solar de 40W, una batería de 134A/h y

un regulador de tensión que protege la carga de la batería.

La Unidad de adquisición (datalogger o unidad remota) es la encargada de sensar (adquirir)

el dato y almacenarlo respondiendo a una periodicidad pre-configurada, y de transmitirlo

cuando el usuario lo requiera.

Los Sensores que se conectan a este tipo de instalación son 3:

Sensor de nivel

Veleta (o sensor de dirección de viento)

Anemómetro (o sensor de velocidad de viento

La Unidad de comunicación puede estar compuesta de diferentes dispositivos excluyentes

entre sí, tales como, un modem de línea física de 56k, un módem GSM (CSD) o un teléfono

satelital. La elección del equipo de comunicaciones, va a depender de cuál sea la prestación de

servicio de telefonía disponible en el lugar.

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14.3 Esquemas de configuración de equipos GSM

14.4 Modem GSM

El modem GSM (CSD-Circuit Switched Data) nos permite transferir datos desde y hacia el lado

remoto (datalogger) una vez que se establece la conexión. Ésta se realiza a través de un

llamado telefónico entre módems GSM (En Argentina no está disponible el servicio de llamada

de datos entre línea física y GSM).

En esta modalidad se obtiene una tasa de transferencia de datos de 19200 bps, y el costo de la

comunicación dependerá del tiempo que dure la conexión.

14.5 Requerimientos del sistema GSM

El sistema GSM trabaja en cuatro bandas de frecuencias dependiendo de la región donde esté

implementado. Dichas bandas son 850MHz, 900MHz, 1800MHz y 1900 MHz. Cabe mencionar

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que, en nuestro país, el sistema GSM está implementado en las bandas de 850 MHz y

1900MHz.

Hemos comprobado que en ciertas ocasiones, los modem GSM se conectan a celdas (zona de

cobertura de la antena prestadora de servicio) provenientes de un país cercano, en este caso

Uruguay. Esto se debe a que, la señal de la celda local, en esa zona especifica, presenta una

potencia fluctuante, ocasionando la desconexión del servicio. En ese momento, el modem GSM

busca un nuevo servicio, del cual se conectara en forma definitiva si recibe servicio constante

(celda uruguaya).

Ante esta situación, se procedió a realizar una correcta selección y orientación de la antena

direccional (yagui) teniendo en cuenta la ubicación de la celda local y la frecuencia con la cual

trabajaba.

Una variable para simplificar la instalación es utilizar antenas Dual-Band. Estas antenas se

caracterizan por sintonizar tanto en 850 MHz como en 1900 MHz. De esta forma se trabaja

automáticamente con la celda que tenga cobertura en la región correspondiente, sin importar

la frecuencia de trabajo. Asimismo, estas antenas son direccionales de panel, y cuentan con

una ganancia de cómo mucho 6 dBi (3dB). Cabe destacar que, para obtener mayor ganancia

debe utilizar un amplificador de señal.

14.6 Selección del cable

La selección del cable coaxial que conecta el módulo de comunicación con la antena, no es un

tema menor. Los factores que intervienen en dicha selección son, la impedancia del cable, las

pérdidas de potencia en el mismo, el rango de frecuencia de trabajo y las condiciones

ambientales en donde se lo va a utilizar.

La impedancia del cable debe coincidir con la de la antena y del equipo de comunicación (en

este caso debe ser de 50 ). Por otro lado, también debe considerarse la atenuación de la

señal generada en el cable. La potencia que se pierde se mide en dB/m, y esta aumenta a

medida que se incrementa la frecuencia de trabajo. En este sentido, cabe mencionar que las

especificaciones técnicas de los cables suelen indicar la pérdida de potencia cada 100m de

longitud para distintas frecuencias de trabajo.

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El cable debe trabajar en 800 MHz y 1900 MHz, y el largo promedio en las estaciones

mareográficas es de 6 metros. En la siguiente tabla se comparan los diferentes cables que se

pueden utilizar en nuestra aplicación.

800 MHz 1900MHz 800 MHz 1900MHz

RG-5850 5,00 mm 30,8 dB 53,0 dB 1,85 dB 3,2 dB

RG-21350 10,2 mm 20,8 dB 34 dB 1,25 dB 2,05 dB

Cellflex

LCF14-50J50 6,35 mm 12 dB 19.5 dB 0,72 dB 1,17 dB

Aircell 550 5,0mm 30 dB 50 dB 1,8 dB 3 dB

Cable Impedancia DiámetroAtenuación[dB/100m] Atenuación en 6 metros

14.7 Funcionamiento del sistema

El sistema está compuesto por una estación central dotada de un software especialmente

diseñado para tal fin denominado SAT. Este software se activa a determinadas horas

consultando en forma secuencial las estaciones remotas.

De este modo la estación central interroga al equipo y guarda para si los datos que éstos

almacenan durante los periodos de lectura.

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14.8 Red Mareográfica

15 Futuro reacondicionamiento de la red mareográfica

15.1 Antecedentes

Actualmente, la transmisión de datos remota – estación central en estaciones mareográficas

que no cuentan con una conexión telefónica de línea física, es efectuada a través de módems

GSM, los cuales transmiten la información mediante el servicio CSD (Circuit Switched Data).

Este servicio es provisto únicamente por la empresa Movistar, y como esta no garantiza su

continuidad, se considera prudente prever una solución alternativa ante su posible

desactivación.

En este sentido, y considerando las particulares ubicaciones de las estaciones mareográficas,

la tecnología GPRS para transmisión de datos es la mejor opción que ofrece el mercado

(teniendo en cuenta que la telefonía satelital presenta un costo muy elevado).

Posteriormente, se efectuaron investigaciones sobre equipos que trabajen mediante GPRS y

satisfagan nuestras expectativas. Como resultado de esta búsqueda, se destacó la familia de

productos GRD de una empresa nacional, dispositivos que trabajan, entre otras cosas,

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mediante esta tecnología de transmisión de datos. Asimismo, encontramos dos modelos que

presentan cualidades útiles para nuestro propósito.

Los modelos son el GRD-1000-XF y el GRD-3002-XF. Estos cuentan con una particularidad en

común, y es que crean un enlace transparente rs232 (protocolo de comunicación utilizado en la

mayoría de los dispositivos) entre el dispositivo GRD y la PC adquiridora de datos.

El GRD-1000-XF puede ser utilizado para crear enlaces punto a punto con remotas,

sustituyendo así al modem GSM. Por su parte, el GRD 3002 XF, además de contar con esta

característica, posee entradas analógicas y memoria interna, entre otras propiedades.

Esta particularidad, entre otras que serán mencionadas en los siguientes párrafos, convierte a

este dispositivo en un potencial reemplazo del conjunto actualmente utilizado, remota-modem.

15.2 Solución propuesta

Se realizó una evaluación del sistema de módems GPRS (I’m Live). Estos módems son

capaces de informar la IP (numero que identifica un dispositivo conectado a internet) adquirida,

a un programa central llamado MW-TR en cuanto el equipo se conecta a la red GPRS. De esta

manera, el modem está permanentemente ON-LINE montando los datos obtenidos en una

base de datos.

15.3 Particularidades del equipo GRD-1000

Este equipo puede ser alimentado mediante un rango de tensión que va desde 10 a 30 V. Este

cuenta con un puerto rs232 al cual se le puede introducir cualquier información en este formato.

El GRD y el MW-TR crean una línea transparente entre la remota y el otro extremo, ya sea el

SAT o una PC que consulta los datos en forma remota.

Debemos tener en cuenta que los datos emitidos por el GRD se dirigen directamente al MW-

TR, y se requiere un software adicional para introducir estos datos en forma automática en la

base de datos SAT.

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Estas cualidades convierten este equipo en un excelente reemplazo de los módems que

actualmente utilizados.

15.4 Configuración de GRD 1000 en RTU modelo viejo

Para lograr establecer correctamente el enlace, se debe conectar la RTU al GRD-1000-XF

mediante el cable de datos (RTU TS 2621 MC a PC) que habitualmente se utiliza para adquirir

los datos en forma local desde una PC.

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El GRD debe ser configurado con los siguientes datos:

IP fija

Puerto asignado (donde se encuentra instalado el MW-TR)

Tipo de conexión con el MW-TR

El ID (dígitos identificatorios)

La velocidad de transmisión de datos (en este caso 1200 bps)

Y por último, la empresa prestadora del servicio.

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Una vez instalado el equipo, la RTU queda conectada virtualmente como si se estuviese

conectando directamente con el cable de comunicaciones desde la PC. Cabe aclarar, que para

esta comunicación se utilizó un puerto COM virtual creado por el MW-TR al instalarlo.

Utilizando el programa Hyper Terminal (programa de comunicaciones presente en todos los

sistemas operativos de Windows) podemos comunicarnos con el puerto COM virtual para

realizar consultas a la RTU.

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Además, mediante un software especial, los datos se cargaran automáticamente en el servidor

SAT que actualmente utilizamos.

15.5 Configuración de GRD-1000-XF en RTU 2621 TR

Al igual que con la RTU 2621 MC, el GRD-1000-XF debe estar conectado a la RTU 2621 TR

mediante el cable de comunicación (RTU-PC).

En este caso, el GRD puede estar comunicándose con la RTU tanto a 19200bps como a

1200bps. Esto posibilitara unificar la velocidad de transmisión para ambas RTU.

15.6 Consideraciones del sistema 15.6.1 Ventajas

Este equipo puede crear una conexión rs232 directa pudiendo transmitir cualquier señal, por

ejemplo: GPS, AIS, datos de RTU etc.

El equipo es igual de versátil para usarlo como modem GPRS para estaciones mareográficas

como para estaciones retransmisoras de AIS, con lo que podremos disminuir la gran variedad

de hardware que utilizamos.

El costo de comunicaciones con el chip y el plan adecuado, no superara una tarifa

preestablecida ya que se puede contratar una tarifa plana.

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Funciona con una alimentación que puede variar entre 10V a 30V mediante una bornera

protegida contra inversión de polaridad. Esto lo protege ante una eventual instalación

defectuosa o una eventual falla en el regulador, pudiendo soportar tensiones de 17V a 21V

generadas por el panel solar.

Si el equipo se encuentra ON LINE, se puede configurar o adquirir datos vía remota mediante

SMS provenientes de celulares autorizados previamente en el GRD.

15.6.2 Consideraciones a tener en cuenta

Para la utilización de estos equipos se requiere una maquina que cuente con un programa

llamado MW-TR que concatene todas las IP de los equipos GRD instalados y los administre.

Este se adquiere por separado y tiene un costo variable según la cantidad de equipos que va a

administrar.

15.7 Equipo Alternativo

Una estación remota puede simplificarse en un solo equipo denominado GRD 3002-XF. Este

funciona igual que el GRD-1000-XF pero además, posee entradas analógicas y memoria

interna, lo cual conforma un excelente reemplazo por el conjunto RTU-Modem.

Sin embargo, la utilización de este equipo no resulta un reemplazo directo, ya que el formato en

que el GRD-3002-XF entrega los datos no es compatible con el de los datos de la RTU, lo cual

requiere un programa interface que iguale los parámetros para unificar la base de datos.

15.8 Particularidades del equipo GRD-3002 Este equipo puede ser alimentado mediante un rango de tensión que va desde 10v a 30v y

presenta un consumo promedio de 35mA/H.

Los datos adquiridos son enviados automáticamente a la base de datos en la estación central

mediante la red GPRS. En caso de lapsos sin señal, el equipo posee una memoria interna no

volátil de 2 MB para almacenar los datos adquiridos. Esta capacidad nos permite almacenar 30

días de información con la configuración estipulada (sensor de nivel, veleta y anemómetro).

En caso de pérdida de señal, al recuperarla el equipo envía automáticamente toda la

información almacenada a la base de datos. Otra opción, es extraer la información en forma

manual mediante el puerto serie.

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Estas cualidades convierten este equipo en una excelente unidad remota adquiridora de datos.

15.9 Ventajas y consideraciones a tener en cuenta 15.9.1 Ventajas Una particularidad muy importante a tener en cuenta en este dispositivo es que sus entradas

analógicas son de 0 a 10v / 4 a 20mA, lo cual nos permite poder trabajar con una variedad de

sensores más amplia, teniendo en cuenta que el estándar de sensores es del rango 4 a 20mA.

Este equipo fue probado con un sensor de nivel que trabaja de 0 a 10v, con una relación

1m=1V obteniéndose una medición satisfactoria. Sin electrónica extra, este sensor no podría

ser utilizado con las RTU actuales, debido a que estas poseen entradas analógicas de 0 a 4v.

El equipo GRD-3002-XF concatena todas las propiedades anteriormente descriptas en un

dispositivo sumamente pequeño (1/9 parte de la RTU actualmente utilizada) y transportable

permitiendo diseñar cajas estancas mucho más pequeñas para su alojamiento.

Al ser este dispositivo RTU y modem GPRS al mismo tiempo, elimina toda interconexión entre

RTU y modem externo minimizando inconvenientes de configuración de modem o defectos de

conexiones.

Funciona con una alimentación que puede variar entre 10 a 30v mediante una bornera

protegida contra inversión de polaridad lo cual lo protege ante una eventual instalación

defectuosa.

El costo de la transmisión de datos mediante GPRS es fijo si la estación se registra en una

celda local, siendo determinado por el costo del servicio de tarifa plana GPRS. En caso de

registrarse en un país limítrofe, como ser Uruguay, a la tarifa plana debe añadírsele el costo de

roaming.

Mediante las entradas digitales pueden censarse distintos estados. Y por medio de las salidas

digitales se pueden encender o apagar relés (interruptor accionado por un electroimán).

El equipo cuenta con 6 entradas analógicas lo cual permite la inserción de más sensores, como

por ejemplo, un sensor de temperatura. Del mismo modo, permite conectar una redundancia de

sensor (implica medir un mismo nivel utilizando dos sensores en simultaneo).

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Al poseer entradas analógicas de 0 a 10v / 4 a 20mA el equipo permite utilizar la mayoría de

los sensores disponibles en el mercado, debido a que el estándar de sensores es de 4 a 20mA.

Comparativamente, el equipo presenta un costo bajo teniendo en cuenta que, además de la

RTU, este equipo también reemplaza al sistema de comunicaciones (tanto al modem GPRS,

como al Modem de línea física) A continuación se muestra una tabla comparativa de

prestaciones:

GRD-3002-XF RTU 2621TR + Modem GPRS

Alimentación 10-30Vcc 9-16Vcc

Consumo 35mA/H 60mA/H

Modulo de comunicaciones Interno Externo

Método de comunicación GPRS GPRS/CSD/TE

Resolución del conversor Decima de mV Decima de mV

Tamaño 150x90x65 300x150x110

Peso 300 Gr 3 Kg

15.9.2 Consideraciones a tener en cuenta

Para la utilización de estos equipos se requiere una maquina que cuente con un programa

llamado MW-TR que concatene todas las IP de los equipos GRD instalados y los administre.

Este se adquiere por separado y tiene un costo variable según la cantidad de equipos que va a

administrar.

Para poder mantener el sistema actual de mareógrafos y esta nueva propuesta se debe

adquirir un programa que inserte automáticamente los datos adquiridos en la base de datos del

MW-TR, en la base SQL utilizada actualmente.

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15.10 Cuadro comparativo de propiedades

16 Conclusiones

Con la red AIS y el sistema de mareógrafos se pretenden logar las metas mencionadas a

continuación.

Con la red AIS en su estado actual redujimos sustancialmente las campañas destinadas a

generar graficas de perfil de canal (batimetrías) debido a que se conocen fehacientemente

los recorridos realizados por las embarcaciones.

Con la ayuda del AIS y programas como el Gate House logramos detectar en forma

temprana la embestida de nuestras señales y así ganar como mínimo 2 días para

normalizar la señal antes de que se efectue la denuncia desde PNA (Prefectura Nacional

Argentina).

Llevar un control preciso del tránsito en el canal, en tiempo real.

La futura migración del sistema de transmisión de datos CSD a GRPS otorgara la

posibilidad de optar entre la totalidad de empresas prestadoras de telefonía celular, como

así también, de tener un mejor control del tránsito de datos y una certeza en lo que

respecta a la continuidad de

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17 GLOSARIO:

AIS: Sistema Identificación Automática

Anemómetro: Dispositivo electrónico que entrega una señal equivalente a la velocidad del

viento

APM: (AIS Packet Manager) Programa propietario que reúne y filtra la información recibida

de varios puertos de comunicaciones.

AtoN: Estructura para ayuda a la navegación (Aid to Navegation)

Band Width: Ancho de banda (Frecuencias que ocupa en el espectro una transmisión)

Datalogger: (RTU)Dispositivo electrónico que mide y almacena datos

DSC: Llamada Selectiva Digital

Filtro Noch: filtro supresor de banda

FPB: Filtro pasa banda

GPS: Sistema de posicionamiento Global

GRD: Dispositivo electrónico para intercambio de datos mediante GPRS

IALA: International Association of Lighthouse Authorities

IEC: International Electrotechnical Commission

IMO: Organización Marítima Internacional

IP: Numero identificatorio de dirección usado para internet

ITU: Unión internacional de Telecomunicaciones

MW-TR: Programa propietario administrados de dispositivos GRD

ROE: Relación de Onda Estacionaria (cociente entre potencia emitida y potencia reflejada

en una etapa de transmisión)

RTU: (Datalogger) Dispositivo electrónico que mide y almacena datos

Sensor de Nivel: Dispositivo electrónico que entrega una señal equivalente a la presión

recibida en el

SOLAS: Seguridad Vida Humana en el Mar

SOTDMA: Self Organized Time Division Multiple Access o Organizada por División en el

Tiempo de Acceso Múltiple.

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Transponder: Dispositivo electrónico que permite tanto la recepción como la emisión de

datos.

UTC: Tiempo Universal Coordinado

Veleta: Dispositivo electrónico que entrega una señal equivalente a la dirección del viento

VHF: Banda de frecuencia comprendida entre 30Mhz – 300Mhz (very hight frecuency)AIS:

Sistema Identificación Automática

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ANEXOS

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