基于GPS和电子海图的嵌入式船舶导航系统设计
时间：2020-12-18 20:07:36 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要： 本文主要介绍了一种基于GPS技术和电子海图进行结合并且导入现有嵌入式Linux导航图的船舶导航系统，并且讨论了船舶导航基于电子海图数据的预处理及相关专业技术存在的问题，并针对目前的技术问题提出相应的解决方案。
关键词： GPS;船舶导航;电子海图;嵌入式;Linux
中图分类号： U666 文献标识码： A 文章编号： 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
随着社会的不断发展，与科学技术不断进步，人们的足迹也从陆地逐渐扩展到海洋上，因此船舶运行就显得尤为重要。在船舶的安全运行中，导航成为其控制方向的核心技术备受人们关注，而以GPS和电子海图为技术核心的船舶导航系统，能够为船舶提供必备的海图、风向、风力等各方面因素，因此在全世界的船舶业得到非常广泛的应用，极大的提升了船舶出海的安全性，并且为全部导航技术开拓了新领域。
就目前船舶导航系统而言，大概分为三类，即PC系统/单片机系统及嵌入式系统，通过以上三种方式来实现船舶的导航系统。PC船舶导航系统采用的是windows环境下的GPS系统，其系统具有较高的功能丰富性、响应速度较快、人机互交界面设计优化等特点，但因为其设计成本较高、集成图像能力较差的缺点，不适合作为专业的导航使用。单片机电子海图应用主要是，对于处理器CPU要求较高，并且能够传输的信息有限，支持网络现代化的导航较为困难，并且将图像界面转化为用户使用界面系统还不成熟，近年来已经逐步被人们所抛弃。而嵌入式系统的发展，随着科学技术的不断进步，电子海图应用有了非常广阔的选择，在嵌入式32位处理系统时能够保证其实现集成度较高，硬件成本低等特点，近几年来在更多的系统中得到了广泛的应用，并且在其软件相对开发过程中，语言环境相对稳定，能够提供较为稳定的导航服务而备受人们喜欢。
1 系统硬件结构与软件开发平台
该嵌入式系统整体分为以下几部分：系船舶导航软件处理系统、图形库系统、嵌入式系统内核、嵌入式处理器等，其中嵌入式处理器的组成包括嵌入式处理核其具有75兆赫兹的频率，能够具有非常强大的数字处理功能，并且通过通信技术对其进行项目优化来确保其能够完成航海过程中的导航任务。在对相关数据信息进行处理时，所有的信息将通过液晶显示屏向使用者展示出来，同时外接键盘鼠标能够对其中的关键数据进行定点标注。该操作系统是基于c++语言环境下进行开发的，该系统的优点在于将其移植到不同的平台，是能够与不同平台有良好的兼容性，采用c++语言对其进行编程能够为其设定特殊信号，并且当面向相关使用者，是能够以非常良好的用户界面展现在使用者面前，具有简单操作易上手的特点。并且该系统有16种国家语言的版本，能够供不同国籍的船员进行操作。该系统从全球GPS定位系统的失量图中进行图库的建立，保证了地图的准确性，同时还能通过鼠标操作确保海图的精确度，并且帮助船员进行相关数据查询时，能够做到简单迅速反应。
2 电子海图数据处理
因为该船舶导航系统具有良好的兼容性和数据储存功能，可以将现有的多种海图保存在同一张图像上，进行不同的叠加对数据源文件进行比例尺、基準经纬度等相关信息的换算，能够将所有的图层文件整合到同一张图形中，既在搜索过程中能够起到了简明扼要及时反馈的目标。其中包含多种要素能够及时进行在菜单栏的快捷搜索。在一幅船舶导航海图中大概包括130多个文件，每个文件中又包括260多兆的字节，因此在嵌入式系统中其储存空间要比PC机和单片机要大的多，以提高通过对图片的压缩和简化，能够提升其反应速度。同时由于该设计趋于人性化，因此在实现系统界面用户界面时，对其进行操作具有保留路径和对管理航线的功能。并且能够对风速、风向、雨季天气等信息进行自动收集，进行分析并提出合理化的航行路线，避免能遇到极端恶劣天气，提高了船舶在运行过程中的安全性。
3 系统算法分析
因为该系统是基于c++语言环境下所作出的系统编程，因此该系统具有较强的数据运算能力。能够对于海图算法模块进行定点编程，实现各种算法的相互转化，例如将地图坐标、摩卡投影坐标及屏幕坐标之间进行相互转换，点与点、点与线点、线段长度、多边形周长等问题，在图像上的体现，能够实现数字化和实时变化性，为船舶的导航提供了更加科学的数据支持。
4 小结
随着我国卫星及航天技术的不断发展，导航的技术也会随之丰富，嵌入式船舶导航技术也会随之进行不断的技术革新。相信在不久的将来，船舶导航系统的构建将会有更多的选择。本文提供了一种基于GPS和电子海图的嵌入式船舶导航系统，该系统具有海图查询、航行管理、规划航线、预测天气信息等丰富的功能，并且因为其性价比较高、操作简便、反应迅速、兼容性较好等特点，在船舶导航业具有非常广泛的应用。
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