王朋，安博文

　?。ㄉ虾：Ｊ麓髮W(xué) 信息工程學(xué)院，上海 201306）

　　摘要：在內(nèi)河和近海區(qū)域中大多數(shù)中小船舶已經(jīng)安裝B類AIS船載設(shè)備。詳細(xì)介紹了B類AIS信息，重點(diǎn)描述了B類CS型AIS具有的特點(diǎn)，并深入研究了AIS信息的報(bào)文結(jié)構(gòu)，利用新的算法對(duì)報(bào)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(shí)現(xiàn)了船舶相關(guān)信息的查詢，方便VTS對(duì)接收到的船舶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

　　關(guān)鍵詞：船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)；B類AIS；AIS解碼 ；符號(hào)化

0引言

　　船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System,AIS）是一種新型的航海助航設(shè)備，其硬件有船舶上的船載設(shè)備以及基站設(shè)備，技術(shù)上則融合了網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信。對(duì)于船舶而言，AIS系統(tǒng)可以有效幫助船舶之間避免碰撞，同時(shí)AIS設(shè)備結(jié)合海圖，可以把船舶的相關(guān)信息以圖形化的方式顯示，有利于海事管理。國(guó)際海事組織（IMO）強(qiáng)制要求300總噸以上的大中型船舶必須安裝A類船載設(shè)備，但在內(nèi)河和近海區(qū)域，以大量的中小型船舶為主，為了適應(yīng)中小型船舶安裝 AIS的需要，B類AIS設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。在不影響AIS網(wǎng)絡(luò)的情況下，B類AIS設(shè)備與A類AIS設(shè)備具有相似功能，且價(jià)格低廉，容易普及。AIS信息的解碼與海圖結(jié)合顯示已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，本文采用新的解碼方式，并且與一般地圖結(jié)合，使用方便、高效快捷，可以滿足船舶交通管理中心（VTS）對(duì)其海域的船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

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(shí)分多址（SOTDMA）和載波偵聽(tīng)時(shí)分多址（CSTDMA）兩種協(xié)議。

　　B類SO型AIS與A類AIS采用相同的通信模式，會(huì)與A類AIS爭(zhēng)奪頻段資源，增加AIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，造成設(shè)備終端的響應(yīng)緩慢，影響AIS信息的發(fā)送和接收。B類CS型AIS是國(guó)際上的通用模式，B類CS型AIS設(shè)備聽(tīng)從AIS網(wǎng)絡(luò)以確定網(wǎng)絡(luò)是否處于活動(dòng)空閑狀態(tài)，并且只有在空閑時(shí)才能發(fā)送；還要聽(tīng)從于預(yù)留消息且滿足這些預(yù)留消息的要求。這種禮讓的運(yùn)行模式可以保證B類CS型AIS可以共同操作但并不會(huì)干擾到其他類型AIS設(shè)備。但是英國(guó)諾丁漢大學(xué)安迪諾里斯教授在《自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)– B類設(shè)備對(duì) A類系統(tǒng)的影響》一文中指出，在同一水域之內(nèi)，若在安裝 A類 AIS船載設(shè)備的船舶有120艘，安裝B類CS型AIS船載設(shè)備的船舶有300艘的情況下進(jìn)行測(cè)試，存在發(fā)生通信沖突的可能性為20%。

　　1.2B類AIS的動(dòng)靜態(tài)信息

　　B類AIS船載設(shè)備能夠自動(dòng)播發(fā)與接收動(dòng)態(tài)信息、靜態(tài)信息與航行相關(guān)信息。對(duì)于安全相關(guān)信息，只能接收不能播發(fā)。

　　其中動(dòng)態(tài)信息包括船舶位置、世界同一時(shí)間、對(duì)地航行速度、對(duì)地航向、轉(zhuǎn)向率等。

　　靜態(tài)信息是指與船舶相關(guān)的信息，包括唯一標(biāo)識(shí)的呼號(hào)、船名、船型（包括長(zhǎng)和寬）及定位天線位置等信息。 B類AIS設(shè)備通過(guò)消息19和消息24周期性發(fā)送靜態(tài)報(bào)告。消息19是B類AIS信息位置報(bào)告的擴(kuò)展，增加了船舶類型和大小等信息，是由B類SO型AIS設(shè)備發(fā)送?？杀黄渌鸄類AIS設(shè)備識(shí)別。其消息占用兩個(gè)時(shí)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(shè)備發(fā)送，消息24包括24A和24B兩部分，24A發(fā)射1 min后應(yīng)發(fā)射24B。由于消息24是新規(guī)定的，A類AIS不能識(shí)別此消息。根據(jù)RRECM.13715201402I規(guī)定，消息19將不適用于未來(lái)設(shè)備，所有內(nèi)容和消息將會(huì)被消息18、24A、24B所代替。

　　不同信息類型在不同的時(shí)間期間內(nèi)有效，需要不同的更新時(shí)間間隔。

　　靜態(tài)信息和有關(guān)航行的信息每6 min更新一次，當(dāng)數(shù)據(jù)修正時(shí)，按相關(guān)規(guī)定發(fā)送。

　　動(dòng)態(tài)信息的播發(fā)周期取決于速度和航向的變化，如表1所示。有關(guān)安全消息播發(fā)周期按照相關(guān)規(guī)定［1］。

　　1.3B類AIS報(bào)文

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

　　圖1所示是AIS信息的報(bào)文結(jié)構(gòu)，圖中的數(shù)據(jù)信息D是AIS信息的主要內(nèi)容，其一般格式為“!aaaccc,X1,X2,X3,Y,C-C,Z*hh, <CR><LF>”，其中“aaccc”是報(bào)文標(biāo)識(shí)，“AIVDM”表示接收到的報(bào)文是本船信息；若是“AIVOM”則表示為其他船舶的信息。X1 表示發(fā)送本次消息需要的報(bào)文條數(shù)，X2表示該條報(bào)文是本消息序列號(hào)，X3是報(bào)文識(shí)別碼，Y 表示AIS頻道（A 或 B），C-C是報(bào)文的核心部分，如果是多條報(bào)文，需要將此消息的多條報(bào)文中本字段合并才能獲得完整的報(bào)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(bào)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?cái)?shù)，因?yàn)閳?bào)文信息是6 bit ASCII文本。hh是校驗(yàn)碼，緊接編碼后的報(bào)文，可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)。

2AIS信息解碼

　　AIS報(bào)文的編碼方式采用特殊的編碼規(guī)則。編碼方式采用6 bit的ASCII可見(jiàn)字符（如果直接壓縮，可能會(huì)產(chǎn)生不可見(jiàn)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(jìn)行傳輸。

　　計(jì)算機(jī)通過(guò)串口接收AIS報(bào)文信息，然后對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，得到完整的報(bào)文。接收到的報(bào)文以文本的形式保存到硬盤。

　　程序按行讀取硬盤上存儲(chǔ)的信息文本，根據(jù)報(bào)文的X1、X2、X3這三個(gè)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(gè) ASCII字符轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的6 bit二進(jìn)制碼，再將這些6 bit碼按順序組織成6 bit二進(jìn)制數(shù)據(jù)串，并經(jīng)過(guò)移位轉(zhuǎn)換后最終保存到8 bit字節(jié)串中。單個(gè)字符的轉(zhuǎn)換過(guò)程，首先需要判斷輸入編碼后的ASCII是否為有效字符，根據(jù)8 bit ASCII對(duì)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(gè)字符進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在0x30~0x57之間的字符減掉48，然后和0x3f做與運(yùn)算；0x60~0x77之間的字符減掉56，和0x3f做與運(yùn)算。將得到的每個(gè)新字符保存成字符串。最后按照RRECM.13715協(xié)議定義，不同字段從不同的指定位開(kāi)始，提取指定位寬的數(shù)據(jù)。信息提取包括對(duì)整數(shù)和字符串兩種存儲(chǔ)類型分別進(jìn)行處理，其中整數(shù)類型的最大長(zhǎng)度是1~32位［4］。從字符串第一位開(kāi)始，根據(jù)不同消息類型中規(guī)定的字段所占的位數(shù)，逐個(gè)進(jìn)行截取選擇，移位合并成完整的字段，再依照字段規(guī)定的有效位數(shù)進(jìn)行修改即可得到需要的船舶信息。

　　解碼出的結(jié)果圖2所示?！?/p>

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(bào)告，即經(jīng)緯度。經(jīng)過(guò)解碼之后即可獲得船舶的經(jīng)緯度信息。經(jīng)緯度采用的是大地坐標(biāo)系（大地坐標(biāo)系是大地測(cè)量中以參考橢球面為基準(zhǔn)面建立起來(lái)的坐標(biāo)系。地面點(diǎn)的位置用大地經(jīng)度、大地緯度和大地高度表示。大地坐標(biāo)系的確立包括選擇一個(gè)橢球、對(duì)橢球進(jìn)行定位和確定大地起算數(shù)據(jù)），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(jīng)緯度坐標(biāo)還需要進(jìn)行墨卡托投影，轉(zhuǎn)換之后的AIS船舶才能作為新的圖層準(zhǔn)確地添加到海圖之上［5］。本文加載方法則更為簡(jiǎn)潔。

　　地圖符號(hào)化是表達(dá)地圖的基本方法，是地圖形象化的語(yǔ)言。船舶在地圖上顯示時(shí)，使用自制的船舶符號(hào)，符號(hào)化顯示。本文采用的船舶符號(hào)是自制的字體符號(hào)庫(kù)。字體符號(hào)是根據(jù)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(hào)庫(kù)形成映射。安裝制作好船舶符號(hào)字體之后，用ERSI公司提供的工具可以制作成可識(shí)別的字體符號(hào)庫(kù)，根據(jù)映射原則選擇相應(yīng)符號(hào)加載到地圖上。每個(gè)船舶具有唯一的MMSI標(biāo)識(shí)符，作為存儲(chǔ)不同船舶的主鍵，解碼出來(lái)的其他信息可作為其他字段存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)查詢船舶的相關(guān)信息。效果如圖3所示。

4結(jié)束語(yǔ)

　　本文詳細(xì)介紹了 B類AIS信息，包括B類AIS采用的通信方式以及其對(duì)A類AIS的影響，研究了AIS信息的報(bào)文內(nèi)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(hào)化顯示，并實(shí)現(xiàn)船舶相關(guān)信息的查詢功能。在內(nèi)河和近海區(qū)域安裝船載B類AIS設(shè)備的中小型船舶越來(lái)越多，B類AIS的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，隨著科技的進(jìn)步，B類AIS信息技術(shù)和內(nèi)容將會(huì)更加完善，將提供更多的相關(guān)信息，這將有利于船舶之間航行和航運(yùn)部門的管理。圖3船舶符號(hào)化效果

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