王　朋，安博文

(上海海事大學(xué) 信息工程學(xué)院，上海 201306)

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B類AIS信息介紹及其解碼顯示

王朋，安博文

(上海海事大學(xué) 信息工程學(xué)院，上海 201306)

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)。

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)。

1　B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]。

表1　B類船載移動(dòng)設(shè)備的報(bào)告間隔

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, ”，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]。

圖1報(bào)文結(jié)構(gòu)

2　AIS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(pán)。

程序按行讀取硬盤(pán)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。

圖2　解碼結(jié)果

3　AIS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(mén)的管理。

圖3　船舶符號(hào)化效果

[1] 國(guó)際電信聯(lián)盟. R-REC-M.1371-5. 在VHF水上移動(dòng)頻段內(nèi)使用時(shí)分多址的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的技術(shù)特性[Z].2014.

[2] 畢月琨. AIS基站系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)解析與壓縮[D].舟山：浙江海洋學(xué)院,2014.

[3] 丁振國(guó).AIS信息解析的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)研究[J].中國(guó)水運(yùn)，2008，8(10),115-117.

[4] 莫紅飛,張勇. AIS數(shù)據(jù)解碼分析[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用,2012(6):60-61.

[5] 付瀟瀟，劉人杰，韋磊，等.AIS報(bào)文數(shù)據(jù)解碼顯示技術(shù)的研究[C].中國(guó)航海學(xué)會(huì)通信導(dǎo)航專業(yè)委員會(huì)2006年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2006：141-145.

Class B AIS information presentation and its decoding display

Wang Peng, An Bowen

(Information Engineering College, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China)

In the inland and offshore areas, most small ships have been installed class B AIS shipborne equipment. This article introduces the class B AIS information in detail. It is focusing on the type of CS class B AIS features, and in-depth studies of the structure of AIS information packets. Adopting new algorithms for packet decoding, the AIS ships decoded as a new layer graphically display on the map to achieve the ship information query, and it facilitates real-time monitoring of ships VTS received.

automatic identification system; class B AIS; AIS decoding; symbolic

TN915.09

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.15.020

2016-04-12)

王朋(1989-)，男，碩士研究生，主要研究方向：通信與信息系統(tǒng)。

安博文(1964-)，男，博士，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：遙感圖像的獲取與處理、信號(hào)檢測(cè)與信息處理。

引用格式：王朋，安博文. B類AIS信息介紹及其解碼顯示[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(15)：69-71.