一種電子海圖的嵌入式船舶導航系統的製作方法
2023-05-16 00:52:46 3
專利名稱：一種電子海圖的嵌入式船舶導航系統的製作方法
技術領域：
本發明是涉及一種工業自動控制領域，尤其是一種電子海圖的嵌入式船舶導航系統。
背景技術：
船舶導航系統目前主要有PC機系統、單片機系統和嵌入式系統等三種實現方式。常見的PC機船舶導航系統採用基於Windows的GIS軟體設計，具有系統功能豐富、響應速度快、人機互動界面友好等特點，但成本較高、系統集成度差，不適合作為專業系統使用。單片機電子海圖應用系統由於處理器運算能力較弱，資源有限，支持網絡化困難，而且在圖形用戶界面實現較為困難，近年來已較少使用。隨著嵌入式系統的發展，電子海圖應用系統有了更好的選擇，使用嵌入式32位處理器和嵌入式作業系統的產品逐漸出現。由於系統集成度高、硬體成本較低等特點，在近幾年獲得較多應用。而採用WindowsCE、Vxworks、Palm 0S等商用嵌入式作業系統，存在軟體開發成本較高的缺點。
發明內容
本發明就是針對上述問題，提供了一種基於GPS和電子海圖，使用嵌入式32位處理器和嵌入式Li皿x的船舶導航系統。 為實現上述目的，本發明採用如下技術方案，本發明包括Linux內核，其結構要點是系統通過通用串行總線控制器(USB)外接鍵盤和滑鼠；GPS接收儀、LED顯示器、鍵盤和滑鼠、FLASH、SDRAM ;通過液晶顯示(LCD)控制器外接液晶顯示器，用於圖形用戶界面的顯示；通過RS232外接GPS接收儀，用於存儲Linux內核、應用程式和電子海圖數據。
本發明的有益效果 隨著嵌入式技術的發展，嵌入式系統設備的性能逐步提高，船舶導航系統的構建有了更多的選擇。本發明提出的基於GPS和電子海圖的嵌入式船舶導航系統，使用嵌入式32位處理器和嵌入式Li皿x作業系統，具有海圖漫遊、海圖查詢和航行信息管理等豐富的功能，具有經濟實用、操作簡便、功能可靠、快速響應的優點，已經得到實際的海上應用。
圖1是本發明的結構示意 圖2是本發明的電路原理圖。
具體實施例方式1.電子海圖數據組織結構 本發明用海司航保部的軍用矢量海圖格式MVCF海圖，MVCF以圖幅為單位組織，採用目錄結構，目錄名即為電子海圖的編號。 一個圖幅目錄由一個元數據文件和多個海圖層次文件組成。元數據文件記錄每幅圖的比例尺、基準緯度等控制信息，海圖層次文件由40
3多種圖層文件組成。例如海洋陸地層、港口設施層等。每一種圖層文件由圖形文件、索引文 件和屬性文件組成。其中圖形文件記錄了海圖要素的墨卡託投影坐標數據，索引文件記錄 了對應的圖形文件中海圖要素在圖形文件中的偏移量，屬性文件是dbase表文件，記錄了 海圖要素的屬性，包括要素的名字、備註等。
2.刪除冗餘數據 MVCF海圖數據量大，線狀要素和多邊形要素細節豐富，而嵌入式電子海圖應用系
統由於液晶顯示器的大小和解析度的限制，有相當一部分數據浪費。本系統使用的液晶顯
示器解析度為640X480，長和寬為21cmX15cm，可以計算出像素間距約為0. 031cm。用各種
比例尺的電子海圖顯示時，線狀或面狀實體的某些點的間隔如果小於像素間距，顯然無法
顯示，應刪除這種冗餘點。以像素間距作為閥值，刪除海圖冗餘數據，算法如下 (1)選定一個線狀或面狀實體，順序遍歷其坐標點，除起點和終點外，對每個點計
算該點與上一個點的距離，若小於閥值，則刪除該點。 (2) 二維幾何壓縮 使用合適的二維幾何壓縮算法能使電子海圖在保持形狀的前提下減少數據量。本 發明使用Douglas-Poiker算法進行線狀和面狀實體的壓縮。該算法的思想是，從一個近似 的形狀開始，逐步修正。該算法同樣需要一個閥值，本發明可使用上文的同一閥值。
3.建立網格索引 高效的索引結構是提高數據訪問效率的關鍵。MVCF海圖數據量大，電子海圖應用 系統實際使用過程中，顯示的區域通常只是一個圖幅的一部分，如果能快速搜索到這部分 的海圖數據，系統的響應速度將大大提高。本發明使用網格索引，MVCF海圖按比例尺分為
從i : 4000000到i : 250oo共io多級，對每一種比例尺的海圖，都建立一個網格索引，方
法如下 用一個矩形網格與海圖要素逐個進行相交或包容判斷，凡是在網格中的海圖要 素，就記錄下該要素在圖形文件內的偏移量，最後形成網格索引文件。其中，多邊形要素與 矩形網格的相交判斷方法是，若多邊形的一部分端點落在矩形內，而另一部分卻落在矩形 的外部，則兩者是相交的；多邊形與矩形的包容判斷是，若多邊形所有的端點落在矩形內則 是包容於關係，若矩形所有的端點落在多邊形內則是包容關係。線狀要素也可用相似的方 法判斷。 系統軟體的設計與實現 系統軟體如圖2所示，主要由以下模塊組成系統界面與管理模塊、海圖數據模 塊、海圖算法模塊、海圖顯示模塊、航行信息管理模塊、GPS接收模塊等。 系統界面與管理模塊實現系統主界面和操作菜單，通過調用其它模塊實現海圖 漫遊、自動對中、海圖查詢、管理航線、保存航行記錄等功能。 海圖數據模塊負責讀取電子海圖文件，實現海圖查詢功能。通過dbase屬性文件 搜索地圖要素，可以通過SQL語句在屬性文件中找到該要素，從而得到該要素在索引文件 中的位置。 海圖算法模塊包括程序中用到的各種算法，如地理坐標、墨卡託投影坐標和屏幕
坐標之間的相互轉換，點與點、點與線之間距離，線的長度，多邊形的周長和面積等。
海圖顯示模塊海圖顯示是系統的核心模塊。該模塊根據管理模塊給出的中心點位置及顯示範圍的參數，確定需要繪圖的網格，根據網格索引，快速完成繪製海圖的功能。考慮到海圖漫遊通常是連續的，使用了位圖緩存來提高響應速度，每次畫圖的時候，先在緩存中找，找不到則擴大範圍畫圖，並保存到位圖緩存，對緩存的管理採用最近最少使用替換算法(LRU)。 航行信息管理模塊完成航線設置、航線偏移報警、保存航跡等航行管理功能。航線設置是根據航海用戶對目的點的連續選擇，形成一條航線，並對該航線設置一個偏航極限。本模塊定時從GPS接收模塊獲取地圖坐標信息，判斷當前位置到航線的距離，若超出偏航極限，則發出報警。航跡保存是定時記錄船舶位置並顯示，醒目、直觀的航跡顯示可以使航海人員對船位信息、航行歷程及周邊環境有清楚的了解。 GPS接收模塊負責定時讀取GPS接收儀的數據，解析出地理經緯度坐標、時間、航速與航向等信息。外置的GPS接收儀通過RS232連接到系統，GPS接收儀會定時往系統發送符合NMEA(美國航海電子協會)標準的數據。該模塊只需定向讀取RS232串口數據，根據NMEA格式解析出地理經緯度坐標、時間、航速與航向的信息即可。
權利要求
一種電子海圖的嵌入式船舶導航系統包括Linux內核、其特徵在於系統通過通用串行總線控制器(USB)外接鍵盤和滑鼠；GPS接收儀、LED顯示器、鍵盤和滑鼠、FLASH、SDRAM；通過液晶顯示(LCD)控制器外接液晶顯示器，用於圖形用戶界面的顯示；通過RS232外接GPS接收儀，用於存儲Linux內核、應用程式和電子海圖數據。
全文摘要
一種電子海圖的嵌入式船舶導航系統是涉及一種工業自動控制領域，尤其是一種電子海圖的嵌入式船舶導航系統。本發明就是提供了一種基於GPS和電子海圖，使用嵌入式32位處理器和嵌入式Linux的船舶導航系統。本發明包括Linux內核其結構要點是系統通過通用串行總線控制器(USB)外接鍵盤和滑鼠；GPS接收儀、LED顯示器、鍵盤和滑鼠、FLASH、SDRAM；通過液晶顯示(LCD)控制器外接液晶顯示器，用於圖形用戶界面的顯示；通過RS232外接GPS接收儀，用於存儲Linux內核、應用程式和電子海圖數據。
文檔編號G01C21/00GK101738185SQ20081022868
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月11日 優先權日2008年11月11日
發明者孟紅 申請人:孟紅