基于GPS和電子海圖的嵌入式船舶導航系統設計

孫健

摘要： 本文主要介紹了一種基于GPS技術和電子海圖進行結合并且導入現有嵌入式Linux導航圖的船舶導航系統，并且討論了船舶導航基于電子海圖數據的預處理及相關專業技術存在的問題，并針對目前的技術問題提出相應的解決方案。

關鍵詞： GPS;船舶導航;電子海圖;嵌入式;Linux

中圖分類號： U666?? ?文獻標識碼： A?? ?文章編號： 1672-9129（2018）09-0080-01

Absrtact： ?this paper mainly introduces a ship navigation system based on GPS technology and electronic chart， which can import the existing embedded Linux navigation chart. The problems of ship navigation based on electronic chart data preprocessing and related professional technology are discussed， and the corresponding solutions to the current technical problems are put forward.

Keywords： GPS;ship navigation;electronic chart;embedded Linux

隨著社會的不斷發展，與科學技術不斷進步，人們的足跡也從陸地逐漸擴展到海洋上，因此船舶運行就顯得尤為重要。在船舶的安全運行中，導航成為其控制方向的核心技術備受人們關注，而以GPS和電子海圖為技術核心的船舶導航系統，能夠為船舶提供必備的海圖、風向、風力等各方面因素，因此在全世界的船舶業得到非常廣泛的應用，極大的提升了船舶出海的安全性，并且為全部導航技術開拓了新領域。

就目前船舶導航系統而言，大概分為三類，即PC系統/單片機系統及嵌入式系統，通過以上三種方式來實現船舶的導航系統。PC船舶導航系統采用的是windows環境下的GPS系統，其系統具有較高的功能豐富性、響應速度較快、人機互交界面設計優化等特點，但因為其設計成本較高、集成圖像能力較差的缺點，不適合作為專業的導航使用。單片機電子海圖應用主要是，對于處理器CPU要求較高，并且能夠傳輸的信息有限，支持網絡現代化的導航較為困難，并且將圖像界面轉化為用戶使用界面系統還不成熟，近年來已經逐步被人們所拋棄。而嵌入式系統的發展，隨著科學技術的不斷進步，電子海圖應用有了非常廣闊的選擇，在嵌入式32位處理系統時能夠保證其實現集成度較高，硬件成本低等特點，近幾年來在更多的系統中得到了廣泛的應用，并且在其軟件相對開發過程中，語言環境相對穩定，能夠提供較為穩定的導航服務而備受人們喜歡。

1 系統硬件結構與軟件開發平臺

該嵌入式系統整體分為以下幾部分：系船舶導航軟件處理系統、圖形庫系統、嵌入式系統內核、嵌入式處理器等，其中嵌入式處理器的組成包括嵌入式處理核其具有75兆赫茲的頻率，能夠具有非常強大的數字處理功能，并且通過通信技術對其進行項目優化來確保其能夠完成航海過程中的導航任務。在對相關數據信息進行處理時，所有的信息將通過液晶顯示屏向使用者展示出來，同時外接鍵盤鼠標能夠對其中的關鍵數據進行定點標注。該操作系統是基于c++語言環境下進行開發的，該系統的優點在于將其移植到不同的平臺，是能夠與不同平臺有良好的兼容性，采用c++語言對其進行編程能夠為其設定特殊信號，并且當面向相關使用者，是能夠以非常良好的用戶界面展現在使用者面前，具有簡單操作易上手的特點。并且該系統有16種國家語言的版本，能夠供不同國籍的船員進行操作。該系統從全球GPS定位系統的失量圖中進行圖庫的建立，保證了地圖的準確性，同時還能通過鼠標操作確保海圖的精確度，并且幫助船員進行相關數據查詢時，能夠做到簡單迅速反應。

2 電子海圖數據處理

因為該船舶導航系統具有良好的兼容性和數據儲存功能，可以將現有的多種海圖保存在同一張圖像上，進行不同的疊加對數據源文件進行比例尺、基準經緯度等相關信息的換算，能夠將所有的圖層文件整合到同一張圖形中，既在搜索過程中能夠起到了簡明扼要及時反饋的目標。其中包含多種要素能夠及時進行在菜單欄的快捷搜索。在一幅船舶導航海圖中大概包括130多個文件，每個文件中又包括260多兆的字節，因此在嵌入式系統中其儲存空間要比PC機和單片機要大的多，以提高通過對圖片的壓縮和簡化，能夠提升其反應速度。同時由于該設計趨于人性化，因此在實現系統界面用戶界面時，對其進行操作具有保留路徑和對管理航線的功能。并且能夠對風速、風向、雨季天氣等信息進行自動收集，進行分析并提出合理化的航行路線，避免能遇到極端惡劣天氣，提高了船舶在運行過程中的安全性。

3 系統算法分析

因為該系統是基于c++語言環境下所作出的系統編程，因此該系統具有較強的數據運算能力。能夠對于海圖算法模塊進行定點編程，實現各種算法的相互轉化，例如將地圖坐標、摩卡投影坐標及屏幕坐標之間進行相互轉換，點與點、點與線點、線段長度、多邊形周長等問題，在圖像上的體現，能夠實現數字化和實時變化性，為船舶的導航提供了更加科學的數據支持。

4 小結

隨著我國衛星及航天技術的不斷發展，導航的技術也會隨之豐富，嵌入式船舶導航技術也會隨之進行不斷的技術革新。相信在不久的將來，船舶導航系統的構建將會有更多的選擇。本文提供了一種基于GPS和電子海圖的嵌入式船舶導航系統，該系統具有海圖查詢、航行管理、規劃航線、預測天氣信息等豐富的功能，并且因為其性價比較高、操作簡便、反應迅速、兼容性較好等特點，在船舶導航業具有非常廣泛的應用。

參考文獻：

[1]陳立家，汪益兵，王捷等;《基于嵌入式Linux的船舶組合導航系統設計與實現》[M];《船舶工程》;2014年第3期P84-86

[2]應士君，鄒緒平，劉衛，王坤等;《基于北斗二代系統的船用導航儀硬件設計及關鍵算法研究》[M];《科學技術與工程》;2012年第9期P2237-2240

[3]胡力，陳耀武，汪樂宇等;《基于GPS和電子海圖的嵌入式船舶導航系統設計》[M];《電子技術應用》;2005年第6期P7-9