B类AIS信息介绍及其解码显示
2016-08-18安博文
王 朋，安博文
(上海海事大学 信息工程学院，上海 201306)
B类AIS信息介绍及其解码显示
王朋，安博文
(上海海事大学 信息工程学院，上海 201306)
在内河和近海区域中大多数中小船舶已经安装B类AIS船载设备。详细介绍了B类AIS信息，重点描述了B类CS型AIS具有的特点，并深入研究了AIS信息的报文结构，利用新的算法对报文解码，将解码后的AIS船舶作为新的图层以船舶图形化的方式显示在地图上，实现了船舶相关信息的查询，方便VTS对接收到的船舶实时监测。
船舶自动识别系统；B类AIS；AIS解码 ；符号化
0 引言
船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)是一种新型的航海助航设备，其硬件有船舶上的船载设备以及基站设备，技术上则融合了网络和现代通信。对于船舶而言，AIS系统可以有效帮助船舶之间避免碰撞，同时AIS设备结合海图，可以把船舶的相关信息以图形化的方式显示，有利于海事管理。国际海事组织(IMO)强制要求300总吨以上的大中型船舶必须安装A类船载设备，但在内河和近海区域，以大量的中小型船舶为主，为了适应中小型船舶安装 AIS的需要，B类AIS设备应运而生。在不影响AIS网络的情况下，B类AIS设备与A类AIS设备具有相似功能，且价格低廉，容易普及。AIS信息的解码与海图结合显示已经得到了广泛应用，本文采用新的解码方式，并且与一般地图结合，使用方便、高效快捷，可以满足船舶交通管理中心(VTS)对其海域的船舶进行实时监测。
1 B类AIS信息介绍
1.1B类AIS的通信制式
B类AIS采用自组织时分多址(SOTDMA)和载波侦听时分多址(CSTDMA)两种协议。
B类SO型AIS与A类AIS采用相同的通信模式，会与A类AIS争夺频段资源，增加AIS系统的网络负载，造成设备终端的响应缓慢，影响AIS信息的发送和接收。B类CS型AIS是国际上的通用模式，B类CS型AIS设备听从AIS网络以确定网络是否处于活动空闲状态，并且只有在空闲时才能发送；还要听从于预留消息且满足这些预留消息的要求。这种礼让的运行模式可以保证B类CS型AIS可以共同操作但并不会干扰到其他类型AIS设备。但是英国诺丁汉大学安迪诺里斯教授在《自动识别系统- B类设备对 A类系统的影响》一文中指出，在同一水域之内，若在安装 A类 AIS船载设备的船舶有120艘，安装B类CS型AIS船载设备的船舶有300艘的情况下进行测试，存在发生通信冲突的可能性为20%。
1.2B类AIS的动静态信息
B类AIS船载设备能够自动播发与接收动态信息、静态信息与航行相关信息。对于安全相关信息，只能接收不能播发。
其中动态信息包括船舶位置、世界同一时间、对地航行速度、对地航向、转向率等。
静态信息是指与船舶相关的信息，包括唯一标识的呼号、船名、船型(包括长和宽)及定位天线位置等信息。 B类AIS设备通过消息19和消息24周期性发送静态报告。消息19是B类AIS信息位置报告的扩展，增加了船舶类型和大小等信息，是由B类SO型AIS设备发送。可被其他A类AIS设备识别。其消息占用两个时隙，所以CS型B类AIS不能使用该消息。消息24则由B类CS型AIS设备发送，消息24包括24A和24B两部分，24A发射1 min后应发射24B。由于消息24是新规定的，A类AIS不能识别此消息。根据R-REC-M.1371-5-201402-I规定，消息19将不适用于未来设备，所有内容和消息将会被消息18、24A、24B所代替。
不同信息类型在不同的时间期间内有效，需要不同的更新时间间隔。
静态信息和有关航行的信息每6 min更新一次，当数据修正时，按相关规定发送。
动态信息的播发周期取决于速度和航向的变化，如表1所示。
有关安全消息播发周期按照相关规定[1]。
表1 B类船载移动设备的报告间隔
1.3B类AIS报文
B类AIS报文分为两种，即VDM(本船收到的其他船舶的报文)和VDO(本船报文)。VDM报文和VDO报文的格式完全相同。报文的长度是有严格规定的，最大长度为82 B。如果编码后的报文太长，则报文需要拆分成多条后分条发送。
图1所示是AIS信息的报文结构，图中的数据信息D是AIS信息的主要内容，其一般格式为“!aaaccc,X1,X2,X3,Y,C-C,Z*hh,
图1报文结构
2 AIS信息解码
AIS报文的编码方式采用特殊的编码规则。编码方式采用6 bit的ASCII可见字符(如果直接压缩，可能会产生不可见字符),这样不仅可以压缩信息，还可以使得信息以ASCII的方式显示，方便以文本的格式进行传输。
计算机通过串口接收AIS报文信息，然后对接收到的报文进行校验，得到完整的报文。接收到的报文以文本的形式保存到硬盘。
程序按行读取硬盘上存储的信息文本，根据报文的X1、X2、X3这三个字段判断是否需要截取合并，获得有效字符串。然后将保存后的有效字符串中的每一个 ASCII字符转换成对应的6 bit二进制码，再将这些6 bit码按顺序组织成6 bit二进制数据串，并经过移位转换后最终保存到8 bit字节串中。单个字符的转换过程，首先需要判断输入编码后的ASCII是否为有效字符，根据8 bit ASCII对照表，可显字符分为两部分，0x30～0x77之间以及0x57～0x60之间。再把单个字符进行转化，在0x30～0x57之间的字符减掉48，然后和0x3f做与运算；0x60～0x77之间的字符减掉56，和0x3f做与运算。将得到的每个新字符保存成字符串。最后按照R-REC-M.1371-5协议定义，不同字段从不同的指定位开始，提取指定位宽的数据。信息提取包括对整数和字符串两种存储类型分别进行处理，其中整数类型的最大长度是1～32位[4]。从字符串第一位开始，根据不同消息类型中规定的字段所占的位数，逐个进行截取选择，移位合并成完整的字段，再依照字段规定的有效位数进行修改即可得到需要的船舶信息。
解码出的结果图2所示。
图2 解码结果
3 AIS信息在地图上的显示
B类AIS消息类型中的18和19含有船舶位置报告，即经纬度。经过解码之后即可获得船舶的经纬度信息。经纬度采用的是大地坐标系(大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据)，使AIS船舶可以直接作为新的图层显示在地图上。若使用海图，经纬度坐标还需要进行墨卡托投影，转换之后的AIS船舶才能作为新的图层准确地添加到海图之上[5]。本文加载方法则更为简洁。
地图符号化是表达地图的基本方法，是地图形象化的语言。船舶在地图上显示时，使用自制的船舶符号，符号化显示。本文采用的船舶符号是自制的字体符号库。字体符号是根据船舶的大小和航行速度制作成的大小、形状不一的字体，使船舶大小和航速与符号库形成映射。安装制作好船舶符号字体之后，用ERSI公司提供的工具可以制作成可识别的字体符号库，根据映射原则选择相应符号加载到地图上。每个船舶具有唯一的MMSI标识符，作为存储不同船舶的主键，解码出来的其他信息可作为其他字段存储，实现查询船舶的相关信息。效果如图3所示。
4 结束语
本文详细介绍了 B类AIS信息，包括B类AIS采用的通信方式以及其对A类AIS的影响，研究了AIS信息的报文内容，以及如何正确解码出AIS信息，将18、19这两种包含地理位置信息的船舶在地图上符号化显示，并实现船舶相关信息的查询功能。在内河和近海区域安装船载B类AIS设备的中小型船舶越来越多，B类AIS的应用将会越来越广泛，随着科技的进步，B类AIS信息技术和内容将会更加完善，将提供更多的相关信息，这将有利于船舶之间航行和航运部门的管理。
图3 船舶符号化效果
[1] 国际电信联盟. R-REC-M.1371-5. 在VHF水上移动频段内使用时分多址的自动识别系统的技术特性[Z].2014.
[2] 毕月琨. AIS基站系统中的数据解析与压缩[D].舟山：浙江海洋学院,2014.
[3] 丁振国.AIS信息解析的计算机实现研究[J].中国水运，2008，8(10),115-117.
[4] 莫红飞,张勇. AIS数据解码分析[J].计算机光盘软件与应用,2012(6):60-61.
[5] 付潇潇，刘人杰，韦磊，等.AIS报文数据解码显示技术的研究[C].中国航海学会通信导航专业委员会2006年学术年会论文集，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，硕士研究生，主要研究方向：通信与信息系统。
安博文(1964-)，男，博士，博士生导师，主要研究方向：遥感图像的获取与处理、信号检测与信息处理。
引用格式：王朋，安博文. B类AIS信息介绍及其解码显示[J].微型机与应用，2016,35(15)：69-71.
