4. AIS报文解析基础

AIS设备对外输出的并不是“裸”的二进制数据，而是经过两层包装的文本语句：外层是航海电子设备通用的NMEA 0183语句格式，内层才是AIS自定义的六位ASCII编码载荷。要解析一条位置报告，必须先把这两层“剥开”，再按报文类型定义逐字段解码。本节围绕一条典型的A类船载位置报告（报文类型1）展开，讲清结构、字段与可复现的解析步骤。

一、外层：NMEA 0183语句的封装结构

AIS信息通过VHF数据链路（VDL）接收后，由AIS设备以NMEA 0183语句形式经串口或网络输出。常见语句标识有!AIVDM（其他台站发来的VDL报文）和!AIVDO（本船自身信息）。一条语句以!起始，以*加两位十六进制校验和结束，字段之间用逗号分隔：

!AIVDM,1,1,,A,13aG?P0P00PD;88MD5MTDww@2D0S,0*5C

各字段含义依次为：语句标识符AIVDM；片段总数（1）；当前片段序号（1）；多片段报文时的消息序列号（此处为空）；AIS信道（A或B）；六位ASCII编码的载荷；填充位数（0表示载荷位数恰为6的整数倍，无需补位）；最后是*后的校验和。校验和的计算方法是：对!与*之间的所有字符（不含这两个符号）逐字节做异或，结果以两位大写十六进制表示。接收端应先校验再解析，校验失败说明语句在传输中出错，应丢弃。

当一条AIS报文较长（如类型5静态与航程数据）时，会被拆成多个片段，此时片段总数大于1，接收端需按序列号缓存并拼接载荷后再解码。位置报告报文通常较短，单片段即可承载。

二、内层：六位ASCII编码与位流还原

载荷中的每个字符并不是普通ASCII，而是AIS规定的“六位ASCII”字符集。解码规则是：取字符的ASCII码值减48；若结果大于40，再减8；得到的值即6位二进制数（0～63）。例如字符1（ASCII 49）→ 49−48=1 → 000001；字符W（ASCII 87）→ 87−48=39 → 100111。把所有字符依次展开成6位二进制并串接，就得到AIS报文的原始位流。若语句末尾填充位字段为n，则位流末尾的n位是补齐用的，解码时应剔除。

位流按“从高位到低位、从第0位开始”的顺序，依报文类型定义切分为各字段。字段可能是无符号整数、有符号整数（补码）、布尔值、字符串或特殊编码（如经度纬度以1/10000分为单位）。理解“位偏移+位长度+数据类型”这三要素，是逐字段解码的关键。

三、逐字段解码：以经度、纬度、航速为例

位流切分后，各字段按定义换算为物理量。位置报告中最关键的三个字段换算规则如下：

• 经度：位偏移61、长度28，有符号整数，单位为1/10000分。解码值除以600000即得度（因为1度=60分，60×10000=600000）。例如解码值为121500000，则经度为121.5°；负值表示西经。
• 纬度：位偏移89、长度27，有符号整数，单位同为1/10000分，除以600000得度。正值北纬，负值南纬。注意纬度位长比经度少1位，是因为纬度范围只需±90°。
• 对地航速：位偏移50、长度10，无符号整数，单位0.1节。解码值1023表示“不可用”，1022表示“102.2节及以上”。例如解码值123即12.3节。

此外，航行状态（0=在航、1=锚泊、5=系泊等）、转向率（有符号，单位°/分，−128表示不可用）、对地航向（单位0.1°，3600表示不可用）、时间戳（0～59秒，60表示不可用）等字段也需按各自定义判读。解析时务必区分“数值0”与“不可用标记”，否则会把无效数据误当作真实位置。

四、可复现的解析步骤

1. 接收并校验：读取以!AIVDM开头的语句，计算!与*之间字符的异或校验和，与语句末尾两位十六进制比对，不一致则丢弃。
2. 提取载荷与填充位：按逗号分割字段，取第6个字段为载荷，第7个字段为填充位数。
3. 六位ASCII转位流：逐字符按“减48、大于40再减8”得到6位值，拼接成二进制串，并按填充位数剔除末尾补位。
4. 读取报文类型：取前6位得类型号，确认是否为位置报告（1、2、3类结构相同）。
5. 按偏移切字段：依类型定义表，用位偏移和长度截取各字段，按有无符号及单位换算为物理量。
6. 合理性检查：核对经纬度是否在合法范围、航速航向是否为不可用标记、时间戳是否有效，再交给上层应用显示或存储。

掌握上述两层封装与字段换算规则后，任何一条标准位置报告都可以被稳定还原为船位、航速、航向与时间信息，这也是后续实现AIS目标跟踪、避碰辅助与轨迹回放的数据基础。