MARINA DE GUERRA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO
ESCUELA SUPERIOR DE GUERRA NAVAL
MONOGRAFÍA para obtener la Segunda Especialidad Profesional en Hidrografía y Navegación
“Viabilidad Técnica del Sistema de Identificación Automática AtoN en el Monitoreo Remoto de la Linterna Marina del Faro “Gran Almirante
Grau”.
Presentado por
Alférez de Fragata Gerardo Macedo Rodríguez
Asesor
Ingeniero Samuel Aguilar Zavaleta
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MARINA DE GUERRA DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO
ESCUELA SUPERIOR DE GUERRA NAVAL
MONOGRAFÍA para obtener la Segunda Especialidad Profesional en Hidrografía y Navegación
“Viabilidad Técnica del Sistema de Identificación Automática AtoN en el Monitoreo Remoto de la Linterna Marina del Faro “Gran Almirante
Grau”.
Presentado por
Alférez de Fragata Gerardo Macedo Rodríguez
Asesor
Ingeniero Samuel Aguilar Zavaleta
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Viabilidad Técnica del Sistema de Identificación AtoN en el monitoreo remoto de la linterna marina del faro “Gran Almirante Grau”
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DEDICATORIA
A mi familia por darme su apoyo en todo momento y ser una motivación constante, y a la Dirección de Hidrografía y Navegación que está en la permanente búsqueda de la mejora de sus servicios.
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AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios sobre todas las cosas por haberme concedido la sabiduría para poder realizar el presente trabajo y ser mi fuente de fortaleza para salir airoso de todas las actividades en mi vida.
A mi madre, por ser la persona que estuvo conmigo apoyándome de inicio a fin en el desarrollo del presente trabajo y estar siempre pendiente de mí y de lo que me hizo falta para realizarlo.
A mi familia por su preocupación y predisposición constante para brindarme su apoyo y estar conmigo en los momentos más difíciles de una manera unida.
Al Oficial de Mar Primero Walter Linares por su importante participación y aportes, que por su experiencia y conocimientos en el área de Señalización Náutica fueron una gran ayuda en todo el desarrollo de la investigación.
Una mención especial al Ingeniero Samuel Aguilar y al Empleado Civil Hemiterio Farfán que por ser altamente calificados en la materia de estudio, me brindaron información técnica exacta de gran utilidad.
A todos los Oficiales, Personal Subalterno y Civil del Departamento de Señalización Náutica por su predisposición a brindarme toda la información requerida, así como ser la principal fuente de información.
A mis ocho amigos y compañeros de curso que compartieron conmigo buenos y malos momentos a lo largo del año, pero que siempre
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estuvieron para ayudarme en lo que necesitara y que de una u otra manera participaron y aportaron en la realización del presente trabajo.
vi ÍNDICE
Página
INTRODUCCIÓN viii
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. Formulación del problema 1
1.1.1. Problema principal 2 1.1.2. Problemas secundarios 2 1.2. Justificación de la investigación 2 1.3. Objetivos de la investigación 3 1.3.1. Objetivo general 3 1.3.2. Objetivos específicos 3 1.4. Limitaciones 3 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de la investigación 5 2.1.1 Perú 5 2.1.2 Colombia 5 2.1.3. Ecuador 7 2.2. Bases teóricas 9 2.3. Definiciones conceptuales 12
2.4. Formulación de hipótesis y variables 14
2.4.1. Hipótesis general 14
2.4.2. Hipótesis específicas 14
vii CAPÍTULO III
DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. Funcionamiento de los AIS 16
3.2. El AIS como ayuda a la navegación 16 3.3. Tipos de mensajes que puede transmitir el AIS AtoN 17 3.4. Modos de operación del AIS AtoN 18
3.4.1. RATDMA 18
3.4.2. FATDMA 18
3.5. Clasificación de los AIS AtoN 19
3.5.1. Tipo 1 19
3.5.2. Tipo 2 19
3.5.3. Tipo 3 20
3.5.4. Repetidor 20
3.6. Linterna marina del faro “Gran Almirante Grau” 21 3.7. Sistema de Identificación Automática AtoN
(Automatic Power) 21
3.8. Experiencias y pruebas realizadas 31 3.9. Plan de mantenimiento de los faros del litoral 31 3.10. Proyecto de desarrollo de un sistema de monitoreo
alternativo para las ayudas a la navegación 32
3.10.1. Parámetros a monitorear 32
3.10.2. Modo de transmisión 33
3.10.3. Desarrollo del prototipo 33
3.10.4. Recepción de datos 34
CONCLUSIONES 35
RECOMENDACIONES 36
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INTRODUCCIÓN
La Marina de Guerra del Perú a través de la Dirección de Hidrografía y Navegación, es encargada de la instalación y mantenimiento de las ayudas a la navegación en el litoral, ríos navegables y lago Titicaca, con el objetivo de aumentar el nivel de seguridad. Como tal, los faros, representan un papel importante en el cumplimiento de dicho objetivo, por lo que es de suma importancia que se encuentren operando en óptimas condiciones.
A todo ello, nace la necesidad de contar con un sistema de monitoreo remoto que permita conocer en tiempo real, el estado de operatividad de los faros para una mejor planificación de su mantenimiento preventivo; en el año 2011 se instalaron cuatro equipos AIS AtoN (3 “tipo 3” y 1 “tipo 1”) en los faros “Ancón”, “Gran Almirante Grau”, “Punta Chancay” e “Isla Chilca” respectivamente, y un equipo “tipo repetidor” en el Departamento de Señalización Náutica para hacer posible su monitoreo, sin embargo citados equipos presentaron fallas técnicas y actualmente no se cuenta con un sistema de monitoreo instalado e implementado.
El Sistema de Identificación Automática AtoN en su función de monitoreo se encuentra aún en desarrollo, por tal motivo la presente investigación tiene como objetivo principal determinar la viabilidad técnica del uso de la tecnología AIS AtoN para el monitoreo de los faros del litoral.
En tal sentido se aplicó una metodología descriptiva no experimental durante el desarrollo de la investigación. Asimismo se buscó el uso de esta tecnología en otros países de la región, encontrando a Colombia
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y Ecuador en proceso de implementación, sin embargo no se obtuvieron mayores detalles. Asimismo se plantea la posibilidad de desarrollar un sistema alternativo de monitoreo de los faros del litoral y ayudas a la navegación, el cual el Departamento de Señalización Náutica viene desarrollando.
El presente trabajo consiste en una investigación descriptiva, no experimental debido a que se basó en la recolección de información acerca de una tecnología ya existente y no se realizó experimento alguno.
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CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. Formulación del problema
Debido a la importancia de contar con un sistema de monitoreo remoto en tiempo real de los componentes eléctricos y electrónicos de los faros del litoral peruano; la Dirección de Hidrografía y Navegación instaló en el año 2011 cuatro equipos AIS AtoN (3 “tipo 3” y 1 “tipo 1”) en los faros “Ancón”, “Gran Almirante Grau”, “Punta Chancay” e “Isla Chilca” respectivamente, y un equipo “tipo repetidor” en el Departamento de Señalización Náutica, lo cual además de tener como objetivo brindar una ayuda adicional a la navegación, hace posible monitorear el estado de los componentes eléctricos y electrónicos de las linternas marinas de los faros en mención, sin embargo se presentaron fallas técnicas en el funcionamiento de los equipos instalados cuyas causas hasta la fecha se desconocen, por lo cual se desinstalaron para ser verificados por el fabricante a inicios del presente año. En la actualidad dichos equipos ya han sido devueltos por para su instalación y prueba en el faro “Gran Almirante Grau”. Debido a tales inconvenientes la Dirección de Hidrografía y Navegación no cuenta con un sistema de monitoreo remoto implementado para los faros del litoral por lo cual el mantenimiento de los mismos se basa en un plan cronológico semestral establecido. La carencia de un método de monitoreo remoto impide conocer el estado operativo de los faros antes de ser inspeccionados presencialmente por los operadores calificados, lo cual dificulta una planificación precisa de su mantenimiento preventivo. Actualmente aun se está evaluando si el Sistema de Identificación Automático AtoN es el más adecuado para el
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monitoreo remoto de los faros del litoral por lo cual surgen las siguientes interrogantes:
1.1.1. Problema principal
¿Es técnicamente viable el uso del Sistema de Identificación Automática AtoN para el monitoreo remoto de la linterna marina del faro “Gran Almirante Grau”?
1.1.2. Problemas secundarios
¿Existe compatibilidad técnica entre el Sistema de Identificación Automática AtoN y la linterna marina del faro “Gran Almirante Grau”?
¿Existe un protocolo de comunicación entre la unidad ATONIS y la tarjeta electrónica de interfaz ACC-1 del Sistema de Identificación Automática AtoN?
¿Es viable el desarrollo de un proyecto alternativo de monitoreo remoto de una linterna marina?
1.2. Justificación de la investigación
La presente investigación se realiza debido a la carencia de un Sistema de Identificación Automática AtoN que opere correctamente en su función de monitoreo remoto, y se requiere determinar si éste es finalmente viable para funcionar como sistema de monitoreo de las linternas marinas de los faros del litoral. El presente estudio es importante para la Dirección de Hidrografía y Navegación porque es necesario que cuente con información técnica necesaria para que
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pueda adquirir o desarrollar un sistema de monitoreo remoto que tenga un desempeño óptimo y se adecúe a las condiciones del Departamento de Señalización Náutica.
1.3. Objetivos de la investigación
1.3.1. Objetivo general
Determinar la viabilidad técnica en el uso del Sistema de Identificación Automática AtoN para el monitoreo remoto de la linterna marina del faro “Gran Almirante Grau”.
1.3.2. Objetivos específicos
Determinar la compatibilidad técnica entre el Sistema de Identificación Automática AtoN y la linterna marina del faro “Gran Almirante Grau”.
Comprobar el protocolo de comunicación entre la unidad ATONIS y la tarjeta electrónica de interfaz ACC-1 del Sistema de Identificación Automática AtoN.
Determinar la viabilidad en el desarrollo de un proyecto alternativo de monitoreo remoto de una linterna marina.
1.4. Limitaciones
No se cuenta con la tecnología, ni con la logística necesaria para poder desarmar los componentes del equipo AIS AtoN, hecho
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que permitiría tener un mayor conocimiento acerca de las fallas producidas en el equipo.
Por problemas de viabilidad técnica no se pudo probar el equipo AIS AtoN en el faro “Gran Almirante Grau”, sin embargo se probó de manera local en el Departamento de Señalización Náutica.
Las autoridades Hidrográficas de otros países latinoamericanos no brindaron información acerca de sus experiencias en el uso del AIS AtoN.
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CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes de la investigación
2.1.1. Perú
La Dirección de Hidrografía y Navegación en el año 2011 “instaló cinco equipos AIS AtoN en las cercanías al puerto del Callao, con el fin de brindar a los navegantes mayor información sobre las ayudas a la navegación marítima del litoral centro”. (Fernández, 2012).
Asimismo se aprovecharon estos equipos para monitorear el estado de las linternas de los faros en tiempo real mediante el “mensaje 6” que “envía reportes del estado de la batería, de la linterna y del sistema de carga, información de utilidad para el mantenimiento preventivo y para la reparación de fallas”. (Jara, 2009), sin embargo la implementación de este sistema no dio buenos resultados, ya que después de unos meses de instalado presentó fallas técnicas desconocidas hasta la fecha y tuvo que ser desinstalado para su posterior verificación por parte del proveedor.
Actualmente los equipos han sido verificados y devueltos a la Dirección de Hidrografía y Navegación, para su instalación y prueba.
2.1.2. Colombia
En la página oficial de la Armada Nacional de Colombia (2013), indican que desde el año 2010 la Dirección General Marítima
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está trabajando en la innovación de los equipos lumínicos, logrando implementar el sistema de monitoreo remoto Gprs para las ayudas a la navegación y la adquisición de nuevas linternas con tecnología LED para faros y boyas.
Es así, como el pasado 19 de febrero, se instaló en el Faro de Santa Marta la primera linterna rotatoria TRB 220 adquirida dentro del plan de desarrollo e integrada con el sistema de monitoreo remoto, que permite en tiempo real y desde cualquier parte conocer cuál es el estado general de los equipos electrónicos, mejorando el control sobre la ayuda, facilitando la toma de decisiones, optimizando los tiempos de respuesta y garantizando la permanente operación del faro, como una verdadera ayuda para todos los navegantes que adelantan sus diferentes actividades marinas en la jurisdicción de dicho puerto.
La lámpara giratoria TRB 220, es un equipo de alta tecnología capaz de proporcionar simples y complejos códigos de destellos, dependiendo de la configuración del usuario en sus 16 programas de periodos de rotación. A diferencia de otros equipos similares en el pasado, esta linterna puede suministrar alta eficiencia e intensidades de luz efectivas, con un bajo consumo de energía. Está compuesta por un carrusel de 6 lentes, un destellador LED MaxiHalo 60, un motor sin engranajes de transmisión directa que no requiere mantenimiento y un módulo electrónico de control, que están dispuestos en el interior de un contenedor de aluminio y fibra de vidrio de la más alta calidad, con accesorios en acrílico y seguros en acero inoxidable. El alcance de la luz en este faro será por lo menos de 12 millas náuticas y la vida útil del equipo está certificada
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por el fabricante, en este caso Tideland Signal Corporation, por 25 años. (Artículo: Modernización de Faros Colombianos).
2.1.3. Ecuador
En la página oficial del Dirección General de Espacios Acuáticos de Ecuador (DIRNEA), se encontró una noticia del año 2011 que se presenta a continuación:
El INOCAR inaugurará el viernes 6 de mayo de 2011 el Centro de Monitoreo de las Ayudas a la Navegación. Este centro está compuesto por un módulo para el control en tiempo real de las ayudas a la navegación (faros, boyas, balizas) del país, un segundo módulo que indica los datos meteorológicos medidos por una boya oceanográfica ubicada en el canal de acceso a Guayaquil y un tercer módulo que despliega el primer sistema de identificación automática de buques del litoral ecuatoriano, lo cual contribuye a la seguridad marítima del país.
Con el nuevo centro de monitoreo, el INOCAR verificará en tiempo real, el estado general de los equipos lumínicos de las señales marinas, facilitando la toma de decisiones, optimizando los tiempos de respuesta para el mantenimiento y reparación de las ayudas y garantizando la permanente operación de estas, lo que permitirá un servicio de calidad a los navegantes. Para ello fue necesario la implementación de linternas con tecnología led para faros, boyas y balizas con lo cual la información receptada por el centro de monitoreo es enviada a través de un chip colocado en cada ayuda vía internet y GPRS (telefonía móvil).
Actualmente, se han instalado los Chips en las ayudas a la navegación de Esmeraldas, Manabí, El Oro, Santa Elena,
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guayas y parte de las islas Galápagos. (Sección: Publicaciones legales).
Asimismo en la página oficial del Instituto Oceanográfico de la Armada del Ecuador [INOCAR] (2013), afirman que como centro de investigación y servicio, también se encuentran llevando a cabo, a través de diversos proyectos, la implementación y uso de nuevas tecnologías, uno de ellos es el Sistema de Monitoreo y Control de las Ayudas a la Navegación. Con el fin de contar con un sistema óptimo de administración de las ayudas a los navegantes, el INOCAR está llevando a cabo el telecontrol de los equipos instalados como faros, boyas, enfiladas, faroradares, etc., para de esta manera lograr un mejor y eficaz cumplimiento del servicio que en este campo brinda la institución a través de su departamento correspondiente.
¿Cómo trabaja el sistema?
El sistema de telecontrol, como su nombre lo indica, es el chequeo permanente del funcionamiento y operatividad de la ayuda desde el centro de control, INOCAR, mediante la recepción automática y programada de diversos parámetros eléctricos medidos en el sitio, para lo cual se debe instalar, conjuntamente con cada ayuda, un equipo de recolección de datos y un equipo de radiocomunicación. Este equipamiento adicional es el encargado de obtener la información de la ayuda y transmitirlo, vía radio frecuencia y vía línea telefónica, hasta el centro de control de las ayudas que estará ubicado en el Instituto, en donde se recibirá el reporte respectivo a través de un modem y un computador, equipado con el programa correspondiente y mediante el cual el operador asignado al control, obtendrá los datos que le
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indiquen el estado de las ayudas monitoreadas. Este sistema permitirá verificar constantemente el estado de operación y llevar actualizado el historial de cada ayuda, lo que a su vez va a permitir brindar el servicio de mantenimiento y reparación, según sea el caso, de los equipos que conforman la ayuda, en el menor tiempo posible, algo muy importante y útil para el usuario del sistema de balizamiento que tiene a cargo la Institución.
Las siguientes fases de este proyecto comprenderán la implementación del monitoreo para las ayudas de: Esmeraldas, Guayas, El Oro y en su última etapa Galápagos. (Sección: Ayudas a la navegación).
2.2. Bases teóricas
La IALA (International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities) en su Recomendación sobre el uso del Sistema de Identificación Automática AtoN (2008), recomienda a todos los Estados Miembros y otras autoridades pertinentes usar el Sistema de Identificación Automática AtoN como parte de las ayudas a la navegación para:
o La provisión de información a los navegantes en general. o Propósitos de control y monitoreo.
Asimismo indica que el monitoreo con AIS AtoN puede brindar un beneficio significativo a la autoridad encargada de la ayudas a la navegación. Para este propósito se usa el “mensaje 6” que puede ser empleado por AIS AtoN para el envío de informes de estado de ayudas a la navegación a la autoridad competente responsable de las mismas. Ejemplos de datos útiles son datos de la batería, datos de estado linterna, y el sistema de carga de
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corriente con energía solar. Los beneficios para la autoridad competente son el conocimiento del estado del equipo, la oportunidad para el mantenimiento preventivo, la notificación temprana de fallas, y en última instancia, una mayor disponibilidad. Esta información de rendimiento se puede implementar en el proceso de diseño para sistemas de ayuda a la navegación.
El equipo AIS AtoN “tipo 3” instalado en el año 2011 en el faro “Gran Almirante Grau”, fue adquirido de la empresa americana Automatic Power y consta principalmente de tres partes: la unidad ATONIS, la tarjeta electrónica de interfaz ACC-1 y las antenas VHF Y GPS respectivamente.
Para hacer posible el monitoreo de la linterna marina, mediante la transmisión del “mensaje 6”, es necesario que esté interfazada con la unidad ATONIS, y tal función es cumplida por la tarjeta electrónica de interfaz ACC-1.
Básicamente dicha tarjeta se encarga de convertir el formato de los datos a monitorearse de la linterna marina, a un modo compatible con la unidad ATONIS, para hacer la conexión posible. Para dicho propósito es necesario que exista un protocolo de comunicación entre la tarjeta electrónica de interfaz ACC-1 y la unidad ATONIS.
El AIS AtoN utiliza VHF (Very High Frequencies) para la transmisión de datos VHF, por sus siglas en inglés, significa: Frecuencias Muy Altas. Es definido por Mascareñas y Pérez-Iñigo (2011) como normalmente conocidas por VHF u ondas métricas. De longitud de onda comprendida entre 10 y 1 metros. Frecuencias entre 1 y 300 MHz.
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Se caracterizan por propagación por onda directa a través de la baja atmósfera. A veces, durante los periodos de máxima actividad solar es posible su propagación por Esporádica E.
Su utilidad reside en su corto alcance (30 millas náuticas) y su gran calidad de transmisión, no viéndose afectada por los parásitos atmosféricos a medida que aumenta la frecuencia. (p. 154).
El Faro “Gran Almirante Grau” cuenta con una Linterna Marina tipo APRB-252 fabricada por la compañía Automatic Power, la cual la describe en su página web (2013), como una eficiente señal de ayudas a la navegación con una potencia en candelas muy por encima del rango de las linternas con ópticas de tambor de 375 mm y 500 mm con lámparas de alta potencia. Este proporciona una luz con un rango nominal de 23 millas náuticas con una lámpara de 150 watts (rotando a ½ RPM).
El fanal operará desde los 120V AC comerciales o con una fuente de poder inversora desde una fuente de poder DC.
El cuerpo del APRB-252 AC, consiste en una cubierta de acrílico montada sobre una base hecha de una aleación de aluminio resistente a la corrosión cubierta con tres capas de esmalte epóxico en caliente. El mecanismo interior incluye un tambor de 6 paneles conteniendo los elementos ópticos. Dicho tambor gira al número de velocidades estipuladas en las especificaciones técnicas del cliente. Un sistema opcional de control remoto programable con 16 velocidades está disponible.
El APRB-252 AC con cambiador de lámparas de 2 posiciones, 2 lámparas de 150 watts y controlador de la fuente de poder montada en una caja NEMA 4, es opcional. (Sección de catálogos: Fanal Marino Giratorio ABRB-252).
12 2.3. Definiciones conceptuales
AIS: Sistema de Identificación Automática es definido por Hirche (2010) como:
Un sistema automático de transmisión y recepción digital que trabaja en la banda de VHF marino con una antena marina VHF de uso común.
La embarcación equipada con un transpondedor AIS emite de forma permanente y automática los datos más importantes: posición, rumbo y velocidad, además del nombre del barco o incluso información sobre la carga y mucho más.
Los barcos equipados con un receptor AIS reciben todos los datos de los barcos emisores y lo muestran en una pantalla. (p. 10).
AtoN: Aid to Navegation, que significa en español Ayuda a la Navegación es definido por la IALA en su Recomendación sobre el uso del Sistema de Identificación Automática AtoN (2008) como un dispositivo o sistema externo a las embarcaciones, diseñado y operado para aumentar la seguridad y navegación eficiente de las embarcaciones y/o tráfico marítimo.(p. 7).
AIS AtoN: Un equipo AIS AtoN consiste en la interfaz entre un AIS y una ayuda a la navegación y “brinda al navegante información sobre las ayudas a la navegación (…). En adición, el AIS AtoN nos brinda la posibilidad de poder monitorear nuestras ayudas a la navegación, recibiendo en tiempo real en la estación base (…) el estado actual de los componentes eléctricos y electrónicos de la linterna del faro, pudiendo planificar más eficientemente los recorridos de las señales náutica, al saber desde la estación base,
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qué repuestos estarían próximos a ser cambiados, de acuerdo al desempeño registrado en el monitoreo”.(Fernández, 2012).
Faros: Son considerados Ayudas a la navegación y “son estructuras con luces de mediano ó largo alcance, pudiendo ser utilizados para señalar puntos conspicuos para la aproximación a puertos y/o navegación costera”.(Reglamento de Señalización Náutica [HIDRONAV 5111], 2003).
Linterna marina: Es un componente de un faro que tiene la función de generar las señales lumínicas para que sean observadas por los navegantes, con características particulares para cada faro.
Viabilidad técnica: Condición que hace posible el funcionamiento del sistema, proyecto o idea al que se refiere, atendiendo a sus características tecnológicas y a las leyes de la naturaleza involucradas.
La viabilidad técnica se analiza ante un determinado requerimiento o idea para determinar si es posible llevarlo a cabo satisfactoriamente y en condiciones de seguridad con la tecnología disponible, verificando factores diversos como resistencia estructural, durabilidad, operatividad, implicaciones energéticas, mecanismos de control, según el campo del que se trate.
Monitoreo remoto: Es definido por Iglesias (2003) como la ubicación de la persona que está realizando la supervisión, se encuentra a una distancia remota de la ubicación de la ayuda para la navegación a la cual se requiere dotar de algún medio
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de comunicación electrónica, por ejemplo de radio o de satélite. Esto normalmente significa que no hay asistencia local, cuidador u operador disponible. (p. 91).
Interfaz: Conexión física y funcional entre dos aparatos o sistemas independientes. (Diccionario de la Real Academia Española, XXI edición).
2.4. Formulación de hipótesis y variables
2.4.1. Hipótesis general
No existe viabilidad técnica en el uso del Sistema de Identificación Automática AtoN para el monitoreo remoto de la Linterna Marina del Faro “Gran Almirante Grau”.
2.4.2. Hipótesis Específicas
No existe compatibilidad técnica entre el Sistema de Identificación Automática AtoN y la Linterna Marina del Faro “Gran Almirante Grau”.
No existe un protocolo de comunicación entre la unidad ATONIS y la tarjeta electrónica de interfaz ACC-1 del Sistema de Identificación Automática AtoN.
Es viable el desarrollo del proyecto alternativo de monitoreo remoto de una linterna marina.
15 2.4.3. Variables
Independiente: Sistema de Identificación Automática AtoN.
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CAPÍTULO III: DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. Funcionamiento de los AIS
Según Jara (2009), es un sistema de emisión de datos que trabaja en la banda marina VHF, en dos frecuencias dedicadas, la AIS1 (canal 87B – 161.975 MHz) y la AIS2 (canal 88B – 162.025 MHz).
Consta de un transmisor de radio capaz de enviar información para su identificación de forma continua y automáticamente, a través de “paquetes de datos”, con una secuencia de tiempo predeterminada. Para ello, emplea el método de Acceso Múltiple por División de Tiempos (SOTMA), en el cual el minuto está dividido en 2250 ranuras de tiempo, sincronizadas con el Tiempo Universal Coordinado (UTC) gracias a su receptor, el Sistema Satelital de Navegación Global. (Artículo: Una Ayuda a la Navegación Marítima en implementación).
3.2. El AIS como ayuda a la navegación
Jara (2009) indica que una unidad AIS, instalada en una ayuda a la navegación marítima, es capaz de proporcionar una identificación exacta de la ayuda, además de:
Monitorear su funcionamiento.
Reportar en tiempo real las condiciones oceanográficas y/o meteorológicas a los barcos que se encuentren en las cercanías, o a las autoridades marítimas locales.
Certificación de la posición de las ayudas flotantes mediante la la corrección por DGNSS.
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Sustituir en el futuro a las balizas activas de radar, debido a su mayor alcance en todo tipo de condiciones meteorológicas. (Artículo: Una Ayuda a la Navegación Marítima en implementación).
3.3. Tipos de Mensajes que puede transmitir el AIS AtoN
Jara (2009), indica 5 diferentes mensajes que se detallan a continuación:
Mensaje 6: Envía reportes del estado de la batería, de la linterna y del sistema de carga, información de utilidad para el mantenimiento preventivo y para la reparación de fallas (para la estación base).
Mensaje 8: Provee de información meteorológica y oceanográfica gracias a los sensores instalados (para estación base y buques).
Mensaje 12: Relacionado a Seguridad para Búsqueda y Rescate (para los buques).
Mensaje 14: Es un mensaje relacionado a la Seguridad, el cual transmite, por ejemplo, si una ayuda flotante como una boya se encuentra fuera de posición (para la estación base y buques).
Mensaje 21: Brinda el reporte de la Ayuda a la Navegación, es decir, a través de este mensaje se identifica el tipo de ayuda (para estación base y buques).
18 3.4. Modos de Operación del AIS AtoN
La IEC (International Electrotechnical Comission) en su estándar técnico internacional para AIS permite dos modos de operación para el AIS AtoN:
RATDMA (Random Acces Time Division Multiple Acces) FATDMA (Fixed Acces Time Division Multiple Acces)
3.4.1. RATDMA
Significa Acceso Múltiple por División de Tiempo de Acceso Aleatorio. Un AIS AtoN operando en el modo RATDMA utiliza su receptor para escuchar a ambas frecuencias AIS durante aproximadamente un minuto, produce y almacena un mapa de todos las ranuras de tiempo (o espacios para mensajes) en el enlace de datos VHF (VDL). Luego buscará dos ranuras libres adyacentes en las que enviar su mensaje. Este modo es ideal para muchas aplicaciones debido a que la ayuda a la navegación se puede colocar en cualquier ubicación, y no requiere reserva de ranuras por una estación base. Puede ser utilizado si existen o no estaciones de base en la zona. Su inconveniente es que para hacer el "Mapa de las ranuras ", la unidad debe convertir su receptor durante al menos un minuto antes de la transmisión, y éste es el principal factor de consumo de potencia con un RATDMA.
3.4.2. FATDMA
Significa Acceso Múltiple por División de Tiempo de Acceso Fijo. Un AIS AtoN operando en el modo FATDMA transmitirá en un
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par de ranuras que se reservan por una estación base AIS. Los barcos reciben un mensaje desde la estación base, indicando que ciertas ranuras están reservadas. Los transpondedores AIS de los buques almacenan esta información de las ranuras reservadas en sus respectivos mapas, y no transmiten en estas ranuras. El AIS AtoN en modo FATDMA es programado para transmitir en dos ranuras sucesivas de las reservadas por la estación base.
El modo FATDMA permite un muy reducido consumo de energía del AIS AtoN, porque no se necesita ningún período para la construcción del “Mapa de ranuras”.
3.5. Clasificación de los AIS AtoN
Según refiere Jara (2009), la clasificación a los AIS AtoN es de la siguiente forma:
3.5.1. Tipo 1
Equipo solo de transmisión, opera en el modo FATDMA. Por lo tanto las ranuras usadas necesitan ser reservadas, lo cual requiere de una estación base, capaz de transmitir la reserva de ranura a los buques en el área evitando así la colisión de datos.
3.5.2. Tipo 2
Estos equipos no han sido muy difundidos debido a su similitud de funciones con el tipo 1, pero con menores capacidades que el tipo 3. Cuenta con un receptor de capacidad limitada que
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opera en un solo canal AIS. Este receptor le permite ser configurado remotamente.
3.5.3. Tipo 3
Posee dos receptores que permite transmitir en modo FATDMA o RATDMA. Por lo tanto, no requiere una estación base que reserve ranuras, debido a que un minuto antes de transmitir, se activa el módulo receptor para escuchar todas las transmisiones en las bandas en busca de una ranura disponible para el envío de su información. Su principal desventaja, es el aumento considerable de consumo de energía en modo RADTMA.
3.5.4. Repetidor
Como su nombre lo indica este equipo puede transmitir todos los mensajes recibidos desde un área específica a través del enlace de datos SOTDMA, además de poder operar en modo FATDMA (AIS AtoN tipo 1) o RATDMA (AIS AtoN tipo 3). Se recomienda su uso para ayudas en tierra, como faros u otros, ya que requiere de cantidad considerable de energía, pero sin llegar a ser imposible su instalación en boyas. Además su consumo aumentará en base a la cantidad de reportes AIS que se estén repitiendo.
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3.6. Linterna marina del faro “Gran Almirante Grau”
La linterna marina del faro “Gran Almirante Grau” es del tipo APRB-252 de la firma Automatic Power y está compuesta de diversas partes como se aprecia en el gráfico No. 1, sin embargo con el equipo AIS AtoN instalado tan solo era posible monitorear lo siguiente:
Encendido/apagado
Voltaje del banco de baterías Corriente consumida (Amperaje) Ciclo de trabajo
3.7. Sistema de Identificación Automática AtoN (Automatic Power)
El equipo AIS AtoN anteriormente instalado y que se instalará en el faro “Gran Almirante Grau” es del tipo 3 como se observa en el gráfico No. 2, por tanto puede operar en modo FATDMA o RATDMA y se pueden apreciar sus especificaciones técnicas en el gráfico No. 3. Para realizar el monitoreo remoto del faro, el equipo AIS AtoN debe activar su tarjeta de interfaz ACC-1, mediante la cual se recibirán los datos de la linterna marina y se convertirán a un modo compatible con la unidad ATONIS, la cual a su vez enviará los datos a una estación base mediante la antena VHF; los componentes del equipo AIS AtoN deben encontrarse debidamente conectados, como se aprecia en los gráfico No. 4, 5, 6, 7, 8 y 9 respectivamente, para hacer posible este proceso. El componente más crítico en este proceso es la tarjeta de interfaz ACC-1, ya que sólo es posible emitir el mensaje 6 cuando esté activada. Asimismo el equipo puede
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emitir otro tipo de mensajes y funcionar con normalidad sin requerir de esta tarjeta, que sólo es activada para fines de monitoreo.
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Gráfico No. 4.- Conexión entre AIS AtoN y linterna marina APRB-252 (Automatic Power, 2008)
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Gráfico No. 8.- Diagrama de interconexión entre AIS AtoN y linterna marina APRB-252 (Automatic Power, 2008)
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Gráfico No. 9.- Diagrama de conexiones de la linterna marina APRB-252 (Automatic Power, 2008)
31 3.8. Experiencias y pruebas realizadas
Después de la verificación de la falla del equipo por el proveedor, éste llegó a la conclusión de que sólo puede emitir el “mensaje 21” mas no el “mensaje 6”, por lo cual el personal del Departamento de Señalización Náutica inició las pruebas respectivas para verificar la información recibida. Durante la realización de las pruebas se pudo verificar lo antes indicado. Asimismo las pruebas técnicas permitieron identificar que el problema radica en la tarjeta de interfaz ACC-1, sin embargo no se pudo determinar qué es lo que genera la falla en la tarjeta.
Por temas logísticos y de autoría no se pudo ahondar más en la investigación para determinar el error que impide la emisión del “mensaje 6”, ya que no se cuenta con la tecnología necesaria para poder evaluar fehacientemente la realización de más pruebas. Actualmente se cuentan con todos los equipos AIS AtoN adquiridos en la Dirección de Hidrografía y navegación prestos a ser reinstalados, sin embargo sólo será posible su utilización para la emisión del mensaje 21.
3.9. Plan de mantenimiento de los faros litoral
Los faros del litoral peruano tienen un plan de mantenimiento semestral, en donde además de realizarse el mantenimiento de las estructuras y de los sistemas de alimentación, se efectúa el mantenimiento de las linternas marinas; y para el caso de la correspondiente al faro “Gran Almirante Grau” se ejecutan los pasos que se detallan en el anexo 1. Es necesario inspeccionar una serie de componentes detallados en el anexo 2 para asegurar el correcto funcionamiento del faro.
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El cronograma semestral del mantenimiento y recorrido de los faros, trae consigo una problemática para su óptima planificación, debido a que se dan casos en los cuales no se preveen las herramientas y repuestos necesarios, por desconocer cuáles son exactamente los componentes que deben ser reparados o cambiados, y esto trae como consecuencia un gasto adicional. Esta problemática se vería resuelta con la implementación de un sistema de monitoreo remoto de los faros del litoral, en donde se podría conocer en tiempo real el estado operativo de los mismos.
3.10. Proyecto de desarrollo y diseño de un sistema de monitoreo alternativo para las ayudas a la navegación
Debido a la necesidad de contar con un sistema de monitoreo para los faros y ayudas a la navegación en general, la Dirección de Hidrografía y Navegación, a través del Departamento de Señalización Náutica, viene desarrollando el diseño de un “Prototipo” de sistema de monitoreo para faros y boyas.
Este ambicioso proyecto pretende superar las bondades que ofrece el AIS AtoN en el monitoreo de los faros.
3.10.1. Parámetros a monitorear
Encendido y apagado del faro Voltaje de las baterías
Amperaje de la linterna marina Rotación de la linterna giratoria Voltaje de paneles solares
Voltaje de controlador de carga Alarma de intrusión
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Alarma de ausencia de energía eléctrica Alarma de bajo voltaje
Alarma de linterna inoperativa Alarma de fotocelda
3.10.2. Modo de transmisión
Se pretende transmitir sólo data, vía celular usando una de las dos bandas disponibles en el Perú 850 MHz ó 1900 MHz, dependiendo de la empresa de telefonía con la que se trabaje. Para hacer posible la transmisión se requiere instalar un módem celular en cada faro, adaptando su antena UHF en la parte exterior y es necesario que haya cobertura celular por parte de la empresa en el área de ubicación de los faros.
3.10.3. Desarrollo del Prototipo
Para hacer posible el monitoreo de los faros mediante este método es necesario el diseño de un adaptador de interfaz que permita la conexión y compatibilidad entre los datos obtenidos del faro y el módem celular.
Por tal motivo se viene desarrollando una tarjeta electrónica que cumpla este objetivo en el monitoreo de los faros, en la cual ingresarán los datos por un protocolo de datos serial RS-232 y saldrán hacia el puerto de comunicación del módem Eternet.
34 3.10.4. Recepción de datos
Para facilitar la recepción y manejo de datos, se pretende desarrollar un software haciendo uso de Visual Basic que estará instalado en una PC dedicada exclusivamente al monitoreo de los faros y boyas, asimismo se podrá guardar la data recibida para tener un historial estadístico que permita un mejor planeamiento en el mantenimiento preventivo.
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CONCLUSIONES
Un sistema de monitoreo remoto de los faros del litoral y ayudas a la navegación en general, se vería reflejado en un óptimo planeamiento preventivo del mantenimiento de los mismos, lo cual significaría para la Dirección de Hidrografía y Navegación un ahorro económico y de tiempo, además de garantizar la operatividad casi continua de todos los faros del litoral.
El Sistema de Identificación Automática AtoN es útil para la emisión del mensaje 21 (función principal) mas no para el monitoreo remoto de los faros, debido a que no existe un protocolo de comunicación entre la tarjeta de interfaz ACC-1 con la unidad ATONIS, debido a fallas en la tarjeta mencionada. Por tal motivo no existe viabilidad técnica en el uso del AIS AtoN en el monitoreo de los faros del litoral.
Es viable y necesario el desarrollo del proyecto de un sistema de monitoreo alternativo de los faros del litoral y de las ayudas a la navegación en general.
Es de suma importancia el desarrollo de proyectos de investigación en el ámbito de señalización náutica, para tener tecnología de vanguardia en la región que permita brindar un mejor servicio a los navegantes.
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RECOMENDACIONES
Instalar el Sistema de Identificación Automática AtoN en los faros del litoral donde haya mayor tráfico marítimo para garantizar el cumplimiento de la función de los mismos, como ayudas a la navegación mediante la emisión del mensaje 21.
Efectuar la evaluación y aprobación económica para desarrollar proyectos de investigación como el sistema de monitoreo alternativo de los faros del litoral y de las ayudas a la navegación, a través de la Escuela de Hidrografía.
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43 ANEXO 2
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46 Anexo 3
Estrucutura de un faro
