王朋，安博文

　　（上海海事大學 信息工程學院，上海 201306）

　　摘要：在內河和近海區域中大多數中小船舶已經安裝B類AIS船載設備。詳細介紹了B類AIS信息，重點描述了B類CS型AIS具有的特點，并深入研究了AIS信息的報文結構，利用新的算法對報文解碼，將解碼后的AIS船舶作為新的圖層以船舶圖形化的方式顯示在地圖上，實現了船舶相關信息的查詢，方便VTS對接收到的船舶實時監測。

　　關鍵詞：船舶自動識別系統；B類AIS；AIS解碼 ；符號化

0引言

　　船舶自動識別系統（Automatic Identification System,AIS）是一種新型的航海助航設備，其硬件有船舶上的船載設備以及基站設備，技術上則融合了網絡和現代通信。對于船舶而言，AIS系統可以有效幫助船舶之間避免碰撞，同時AIS設備結合海圖，可以把船舶的相關信息以圖形化的方式顯示，有利于海事管理。國際海事組織（IMO）強制要求300總噸以上的大中型船舶必須安裝A類船載設備，但在內河和近海區域，以大量的中小型船舶為主，為了適應中小型船舶安裝 AIS的需要，B類AIS設備應運而生。在不影響AIS網絡的情況下，B類AIS設備與A類AIS設備具有相似功能，且價格低廉，容易普及。AIS信息的解碼與海圖結合顯示已經得到了廣泛應用，本文采用新的解碼方式，并且與一般地圖結合，使用方便、高效快捷，可以滿足船舶交通管理中心（VTS）對其海域的船舶進行實時監測。

1B類AIS信息介紹

　　1.1B類AIS的通信制式

　　B類AIS采用自組織時分多址（SOTDMA）和載波偵聽時分多址（CSTDMA）兩種協議。

　　B類SO型AIS與A類AIS采用相同的通信模式，會與A類AIS爭奪頻段資源，增加AIS系統的網絡負載，造成設備終端的響應緩慢，影響AIS信息的發送和接收。B類CS型AIS是國際上的通用模式，B類CS型AIS設備聽從AIS網絡以確定網絡是否處于活動空閑狀態，并且只有在空閑時才能發送；還要聽從于預留消息且滿足這些預留消息的要求。這種禮讓的運行模式可以保證B類CS型AIS可以共同操作但并不會干擾到其他類型AIS設備。但是英國諾丁漢大學安迪諾里斯教授在《自動識別系統– B類設備對 A類系統的影響》一文中指出，在同一水域之內，若在安裝 A類 AIS船載設備的船舶有120艘，安裝B類CS型AIS船載設備的船舶有300艘的情況下進行測試，存在發生通信沖突的可能性為20%。

　　1.2B類AIS的動靜態信息

　　B類AIS船載設備能夠自動播發與接收動態信息、靜態信息與航行相關信息。對于安全相關信息，只能接收不能播發。

　　其中動態信息包括船舶位置、世界同一時間、對地航行速度、對地航向、轉向率等。

　　靜態信息是指與船舶相關的信息，包括唯一標識的呼號、船名、船型（包括長和寬）及定位天線位置等信息。 B類AIS設備通過消息19和消息24周期性發送靜態報告。消息19是B類AIS信息位置報告的擴展，增加了船舶類型和大小等信息，是由B類SO型AIS設備發送。可被其他A類AIS設備識別。其消息占用兩個時隙，所以CS型B類AIS不能使用該消息。消息24則由B類CS型AIS設備發送，消息24包括24A和24B兩部分，24A發射1 min后應發射24B。由于消息24是新規定的，A類AIS不能識別此消息。根據RRECM.13715201402I規定，消息19將不適用于未來設備，所有內容和消息將會被消息18、24A、24B所代替。

　　不同信息類型在不同的時間期間內有效，需要不同的更新時間間隔。

　　靜態信息和有關航行的信息每6 min更新一次，當數據修正時，按相關規定發送。

　　動態信息的播發周期取決于速度和航向的變化，如表1所示。有關安全消息播發周期按照相關規定［1］。

　　1.3B類AIS報文

　　B類AIS報文分為兩種，即VDM（本船收到的其他船舶的報文）和VDO（本船報文）。VDM報文和VDO報文的格式完全相同。報文的長度是有嚴格規定的，最大長度為82 B。如果編碼后的報文太長，則報文需要拆分成多條后分條發送。

　　圖1所示是AIS信息的報文結構，圖中的數據信息D是AIS信息的主要內容，其一般格式為“!aaaccc,X1,X2,X3,Y,C-C,Z*hh, <CR><LF>”，其中“aaccc”是報文標識，“AIVDM”表示接收到的報文是本船信息；若是“AIVOM”則表示為其他船舶的信息。X1 表示發送本次消息需要的報文條數，X2表示該條報文是本消息序列號，X3是報文識別碼，Y 表示AIS頻道（A 或 B），C-C是報文的核心部分，如果是多條報文，需要將此消息的多條報文中本字段合并才能獲得完整的報文信息。例如，“!ABVDM,2,1,4,B,56:aFKh000032222221=F1@tpN04r0QDv3WSR2169P277000003PC`2RCQp8,0*02”和“!ABVDM,2,2,4,B,88888888888,2*20”是兩條報文，合并之后的字符串“6:aFKh000032222221=F1@tpN04r0QDv3WSR2169P277000003PC`2RCQp888888888888”才是有效信息［23］。

　　Z（0~5）為填出的比特數，因為報文信息是6 bit ASCII文本。hh是校驗碼，緊接編碼后的報文，可以驗證數據是否出錯。

2AIS信息解碼

　　AIS報文的編碼方式采用特殊的編碼規則。編碼方式采用6 bit的ASCII可見字符（如果直接壓縮，可能會產生不可見字符）,這樣不僅可以壓縮信息，還可以使得信息以ASCII的方式顯示，方便以文本的格式進行傳輸。

　　計算機通過串口接收AIS報文信息，然后對接收到的報文進行校驗，得到完整的報文。接收到的報文以文本的形式保存到硬盤。

　　程序按行讀取硬盤上存儲的信息文本，根據報文的X1、X2、X3這三個字段判斷是否需要截取合并，獲得有效字符串。然后將保存后的有效字符串中的每一個 ASCII字符轉換成對應的6 bit二進制碼，再將這些6 bit碼按順序組織成6 bit二進制數據串，并經過移位轉換后最終保存到8 bit字節串中。單個字符的轉換過程，首先需要判斷輸入編碼后的ASCII是否為有效字符，根據8 bit ASCII對照表，可顯字符分為兩部分，0x30~0x77之間以及0x57~0x60之間。再把單個字符進行轉化，在0x30~0x57之間的字符減掉48，然后和0x3f做與運算；0x60~0x77之間的字符減掉56，和0x3f做與運算。將得到的每個新字符保存成字符串。最后按照RRECM.13715協議定義，不同字段從不同的指定位開始，提取指定位寬的數據。信息提取包括對整數和字符串兩種存儲類型分別進行處理，其中整數類型的最大長度是1~32位［4］。從字符串第一位開始，根據不同消息類型中規定的字段所占的位數，逐個進行截取選擇，移位合并成完整的字段，再依照字段規定的有效位數進行修改即可得到需要的船舶信息。

　　解碼出的結果圖2所示。　

3AIS信息在地圖上的顯示

　　B類AIS消息類型中的18和19含有船舶位置報告，即經緯度。經過解碼之后即可獲得船舶的經緯度信息。經緯度采用的是大地坐標系（大地坐標系是大地測量中以參考橢球面為基準面建立起來的坐標系。地面點的位置用大地經度、大地緯度和大地高度表示。大地坐標系的確立包括選擇一個橢球、對橢球進行定位和確定大地起算數據），使AIS船舶可以直接作為新的圖層顯示在地圖上。若使用海圖，經緯度坐標還需要進行墨卡托投影，轉換之后的AIS船舶才能作為新的圖層準確地添加到海圖之上［5］。本文加載方法則更為簡潔。

　　地圖符號化是表達地圖的基本方法，是地圖形象化的語言。船舶在地圖上顯示時，使用自制的船舶符號，符號化顯示。本文采用的船舶符號是自制的字體符號庫。字體符號是根據船舶的大小和航行速度制作成的大小、形狀不一的字體，使船舶大小和航速與符號庫形成映射。安裝制作好船舶符號字體之后，用ERSI公司提供的工具可以制作成可識別的字體符號庫，根據映射原則選擇相應符號加載到地圖上。每個船舶具有唯一的MMSI標識符，作為存儲不同船舶的主鍵，解碼出來的其他信息可作為其他字段存儲，實現查詢船舶的相關信息。效果如圖3所示。

4結束語

　　本文詳細介紹了 B類AIS信息，包括B類AIS采用的通信方式以及其對A類AIS的影響，研究了AIS信息的報文內容，以及如何正確解碼出AIS信息，將18、19這兩種包含地理位置信息的船舶在地圖上符號化顯示，并實現船舶相關信息的查詢功能。在內河和近海區域安裝船載B類AIS設備的中小型船舶越來越多，B類AIS的應用將會越來越廣泛，隨著科技的進步，B類AIS信息技術和內容將會更加完善，將提供更多的相關信息，這將有利于船舶之間航行和航運部門的管理。圖3船舶符號化效果

參考文獻

　　［1］ 國際電信聯盟. RRECM.13715. 在VHF水上移動頻段內使用時分多址的自動識別系統的技術特性［Z］.2014.

　　［2］ 畢月琨. AIS基站系統中的數據解析與壓縮［D］.舟山：浙江海洋學院,2014.

　　［3］ 丁振國.AIS信息解析的計算機實現研究［J］.中國水運，2008，8(10),115117.

　　［4］ 莫紅飛,張勇. AIS數據解碼分析［J］.計算機光盤軟件與應用,2012(6):6061.

　　［5］ 付瀟瀟，劉人杰，韋磊，等.AIS報文數據解碼顯示技術的研究［C］.中國航海學會通信導航專業委員會2006年學術年會論文集，2006：141145.