SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
1
Maritime surveillance in European context
Harm Greidanus
European Commission – Joint Research Centre
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
2
Contents
1.European context of maritime surveillance
2.Maritime surveillance systems
3.Satellite images
Application examples
4.Future research
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
3
Why maritime surveillance?
Problems- Safety
Threats- Security
Illegal activities- Compliance
Search & rescue
Maritime traffic control
Piracy
Terrorism
Fisheries control
Illegal immigration
Smuggling (narcotics)
Marine pollution (oil)
TAI072
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
4
European context
Police &
Judicial
co-oper.
Agriculture
Defence
R&D
Transport
Fisheries
Industry
European Commission
European Union (27 Member States)
mapjrc
JRC
Research funding in Europe
Joint Research Centre:
Scientific and technical support for European Union policies(conception, development, implementation and monitoring)
Reference centre of science and technology for the EU
Serves the common interest of the Member States
Independent of special interests (private or national)
2800 Staff, 7 Institutes
http://ec.europa.eu/dgs/jrc
Energy
Aid
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
5
EU policies (maritime)
Marine strategy (environment)
Common Fisheries Policy
Maritime transport – VTMIS directive
Directive on ship source pollution
Border security: EUROSUR, European Border Surveillance system
Border control up to same standards
Interoperability and connections between countries
Now, focus on southern maritime borders
European Security & Defence Policy
Operation Atalanta in Gulf of Aden
New: Integrated Maritime Policy
http://ec.europa.eu/maritimeaffairs/policy_documents_en.html
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
6
EU policies, supporting
Space
Earth observation from space(GMES – Global Monitoring for Environment and Security)
Galileo: Navigation (European GPS)
Satellite communications (mostly commercial)
Research & Development: FP7
Partial (50 %) funding of R&D projects
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
7
Maritime surveillance systems
Reporting (cooperative) systems
Observation (non-cooperative) systems
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
8
Maritime surveillance systems
Reporting (cooperative) systems
Fishing vessels – VMS
Large cargo & passenger vessels – AIS and LRIT
Ships in problems – GMDSS, SSAS
Reporting to ports and special areas
Observation (non-cooperative) systems
Camera (optical, infrared)
Lidar (laser-radar)
Radar
Radio Direction Finder
Sonar, underwater acoustics
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
9
AIS: Automatic Identification System
Designed for maritime traffic safety (collision avoidance)
Each merchant ship carries a transponder that automaticallycommunicates to all neighbouring ships by VHF radio link
Introduced by International Maritime Organisation (IMO)
IMO is a UN organisation
International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS)
Implemented in national (and EU) legislation
ID, position, speed, heading;cargo, draught, origin,destination, …
Ships >300 GT, tankers,passenger vessels
AISpict
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
10
AIS receiver on the coast will give local picture
Line-of-sight, i.e. out to 30-50 nm (dept. receiver height)
Can be even further due to ducting
Many countries are installing coastal AIS network
International networks collect data from many shores
AISLiveCom
AIS for vessel monitoring
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
11
ScreenHunter_001
US / NATO’s MSSIS
Maritime Safety & Security Information System
Global data sharing network of government AIS systems
Picture source: Office of Global Maritime Situational Awareness
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
12
C:\Documents and Settings\idsouza\Desktop\WIP\Lobbydispplay\NTS_flat_noU.tif
Satellite AIS – Early results
COMDEV / exactEarth
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
13
LRIT: Long Range Identification and Tracking
Send vessel ID, location to Flag State
Every 6 hour (can be changed)
Globally, so by satellite communication
Cargo vessels > 300 GT, passenger
For maritime security; quickly introduced after 9/11
IMO regulation
SOLAS
From 1 Jan 2008
Confidential
Coastal state has access out to 1,000 nm
In Europe, centralised by European Maritime Safety Agency (EMSA)
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
14
VMS: Vessel Monitoring System
Designed for fisheries management and control
Automatic position reports from fishing vessels,sent to Flag State’s fisheries inspection authorities(FMC, Fisheries Monitoring Centre)
Flag State forwards to Coastal State
“Blue box”, GPS receiver+ communications unit
Global coverage thanks tosatellite communications
Treated as confidential
VMSgraph1
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
15
VMS details
Started 1988
Implementation to national law
EU (CFP; since 1996, last 2006):
All fishing vessels > 15 m
Report every 1-2 hour
Vessel ID, position, course, speed
Satellite communication can be e.g. INMARSAT-C or ARGOS
Implemented in many countries (Russia, US, Canada, Peru, Chile,Australia, New Zealand, …)
International leading role of UN FAO
vms2_130601
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
16
Maritime surveillance systems
Reporting (cooperative) systems
Fishing vessels – VMS
Large cargo & passenger vessels – AIS and LRIT
Ships in problems – GMDSS, SSAS
Reporting to ports and special areas
Observation (non-cooperative) systems
Camera (optical, infrared)
Lidar (laser-radar)
Radar
Radio Direction Finder
Sonar, underwater acoustics
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
17
Satellite remote sensing
Basis for VDS (Vessel Detection System)
Images from satellite
Will show vessels on the sea
One snapshot as the satellitepasses; no continuous monitoring
Typically, 1 imageevery few days
Polar orbit
Radarsat1
SatOrbits
(Equatorial orbit)
Polar orbit
400-800 km
36,000 km
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
18
Ikonos-Istanbul-1
Optical satellite images
 High resolution (<1-10 m)
 Small area (10-60 km)
 Daytime, clear skies
  Use for recognition
Radar satellite images
 Low resolution (8-50 m)
 Wide area (up to 400 km)
 Indept. clouds, night
  Use for detection
Cargo ships in Istanbul
IKONOS satellite
Line of fishing vessels in NE Atlantic
RADARSAT satellite
Radar and optical images
Preferred
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
19
Ship4MS10
SPOT-5  10 m color
SPOTcolor-s
SPOT footprint,60 x 60 km
Optical satellite images
SPOT-5  10 m multispectral
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
20
SPOT-5  10 m color
Optical satellite images
Ship4P2-5
SPOT-5  2.5 m b/w
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
21
ship4
Optical satellite images
LybiaCagesBIGZoom
QuickBird
Tuna cages
Sub-meter resolution, ~15 km swath
EROS
1.8 m b/w
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
22
Synthetic Aperture Radar (SAR)
Radar, suitable for use on satellite
Wide area, low resolution
Narrow area, high resolution
High resolution (<10 m) only when sea is calm
radarsatmodes
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
23
Satellite radar image – Wide
PortWide2007Apr15Swa
AsarWideImgZoom01a
PortWide2007Apr15Img01
50-150 m resolution
300-400 km swath
only to show relative size, not actual zoom
ENVISAT-ASAR © ESA
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
24
PortStdSwa02
Satellite radar image – Standard
AsarIm2007Jul09Img
RsatStdShips01
25 m resolution
100 km swath
ENVISAT-ASAR © ESA
RADARSAT © CSA/MDA
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
25
IQRdam01
PortEmptySwa01
Satellite radar image – High resolution
10 m resolution
50 km swath
RADARSAT © CSA/MDA
RADARSAT © CSA/MDA
IQRdam01z
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
26
corr-FRA000686638
26 m fishing boat
corr-FRA000318050
33 m fishing boat
1409_VDS2
20 m fishing boat
Ships in 100x100 km SAR images (25 m resolution)
cid:image001.jpg@01C83E4B.9CF54C50
20070613_043953_CLUSTER_VESSEL_W_CAGE
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
27
Tsx200806a
TerraSAR-X Stripmap 3 m resolution
Caribbean, June 2008
160 m
TsxSC20080618
TerraSAR-X Scansar 15 m resolution
Caribbean, June 2008
230 m
Merchant Vessel
EADS Astrium, JRC, EUSC, SPOT Image, Nev@ntropic
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
28
Rsat2c
Tsx20080612b
Rsat2e
Rsat2d
Radarsat-2
UltraFine HH
Jan 2009
TerraSAR-X Spotlight 1.5 m resolution
Caribbean, June 2008
18 m
5-12 m
Sans titre
Fishing vessel
Sailing boat
SAR – High resolution in narrow swaths
TerraSAR-X  © Infoterra 2008
RADARSAT © CSA/MDA 2009
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
29
Bragg01
Sea surface backscatter
Radar
backscatter
Surface
roughness
Wind
roughsurf
Backscatter when surface roughnesshas wavelength of the same order asradar wavelength (5 cm)
Backscatter proportional to roughness amplitude
“Bragg backscattering”
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
30
rsat_17092003_base
Radarsat-1 ScanSAR Narrow A 17Sept 2003 16:13 UTC
envi_160903_warp
Oil spills and slicks
Natural slicks
ERS-1
Envisat Wide Swath VV16 Sept 2003 20:03 UTC
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
31
Tidal area
Ocean waves
Wind front
Internal waves
Wind effect
Ocean features
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
32
Sea bottom topography
Cover2
North SeaRhine outflow
ERS image
River outflow fronts
IQBalt05
Heavy rain cells
Baltic Sea
RADARSAT Std
Ocean features
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
33
Direct reflections from objects
Reflections from sea surface
Indirect effects
ship2
Indirect
Direct
Sea
Backscatter by vessels
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
34
Current
3D
Surface
current
Surface
roughness
contrasts
Radar image
contrasts
Surface
roughness
Wind
CortanaWake1
Image from C.V. Swanson
Types of wakes
Kelvin
Turbulent
Narrow-V
Internal wave
Ship wakes
Wave and current patternset up by passing ship
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
35
Ship wakes (II)
corsica_ship_south
Optical:
SPOT
Radar:
ERS-2
Corsica
corsica_sm5
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
36
FinlandOvr02
97
85
18
43
Ship traffic survey
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
37
Southwestern_Europe
Western_Med_Sea
UK_North_Sea
Traffic routes
Pompei, April 2009
Use of Satellite AIS
POMPEI_preview
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
39
SumoScr12a
SumoScr15
Tracking the “Jolly Verde”: Genova –Horn of Africa – South Africa and back
Coastal AIS, Satellite AIS, Ship-loggedAIS, Satellite SAR
Jolly-Verde-269054
12 Aug 2009, 02:53 UT
MSSIS
S 07° 04’ 20”, E 39° 42’ 53”
D’Appolonia, JRC, EADS Astrium,Telespazio, KSAT, EUSC
Radarsat-2 SCN
© MDA/CSA 2009
image006
image006
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
40
FishBoat2
SumoPic04a
SumoPic05b
SumoPic02
Ship detection
NEAFCmatches1a
Correlate withVMS, AIS andsurveillancereports
FishPatrolAC
Total:
30 min
Suspect positions
to authorities
Vessel Detection System (VDS)
AIS
satdish
envisat2
Acquisition
Downlink
Processing
FTP to JRC
VMS
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
41
Example: 25 July 2008
57 VDS (satellite targets)
Strong signatures
Others
Correlations with VMS & AIS data
AIS data
2 cargo vessels
all correlated
VMS data
9 Fishing vessels out of port
8 correlated
1 uncorrelated
20 additional VDS reported tosurveillance means as
“suspected targets”
   possible illegal fishing (to check)
Two Radarsat Standard images
Mediterranean
Visualise results in Google Earth
Used as pilot in Mediterraneantuna fishing control campaignsto direct Member State patrol vessels
Joint Research Centre
03
Logo univerze z napisom fakultete copy
Logo univerze z napisom fakultete copy
42
C:\Documents and Settings\Marko\Desktop\PISCES-screen.png
Sat image, AIS shipping, HF currents and Wind Stress on top Navigational chart
PISCES 2 - Transas Technology
INGV – NASCUM project on HF currents
ESA - ENVISAT/MERIS
INTEGRATION
ISRSE-33    Stresa07.05.2009
Joint Research Centre
03
Logo univerze z napisom fakultete copy
Logo univerze z napisom fakultete copy
43
D:\Backtracking3\Backtracking3.gif
Backtracking the polluter - animation
ISRSE-33    Stresa07.05.2009
M. Perkovic et al., ISRSE 33, 4-8 May 2009
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
44
Way ahead – research needed
Improvement of sensors
Detecting small boats over wide areas
More flexible / cheaper platforms
Unmanned Aerial Vehicles (UAV), balloons, …
Better processing
Automatic flagging of anomalies
Further integration of data
From different sensors
By different users
SlidesJRC_bannerLogoJRC
University of Ljubljana, Faculty of Maritime Studies and Transport, 28 Oct 2009
45
FishBoatCalm2
 Harm.Greidanus @ jrc.ec.europa.eu
 EC Joint Research Centre
 TP 670
 21020 Ispra (VA),  Italy
 T +39-0332-78 9739
 http://ipsc.jrc.ec.europa.eu
 http://maritimeaffairs.jrc.ec.europa.eu
The end