专利名称：一种电子海图的嵌入式船舶导航系统的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种工业自动控制领域，尤其是一种电子海图的嵌入式船舶导航系统。
背景技术：
船舶导航系统目前主要有PC机系统、单片机系统和嵌入式系统等三种实现方式。常见的PC机船舶导航系统采用基于Windows的GIS软件设计，具有系统功能丰富、响应速度快、人机交互界面友好等特点，但成本较高、系统集成度差，不适合作为专业系统使用。单片机电子海图应用系统由于处理器运算能力较弱，资源有限，支持网络化困难，而且在图形用户界面实现较为困难，近年来已较少使用。随着嵌入式系统的发展，电子海图应用系统有了更好的选择，使用嵌入式32位处理器和嵌入式操作系统的产品逐渐出现。由于系统集成度高、硬件成本较低等特点，在近几年获得较多应用。而采用WindowsCE、Vxworks、Palm 0S等商用嵌入式操作系统，存在软件开发成本较高的缺点。

发明内容
本发明就是针对上述问题，提供了一种基于GPS和电子海图，使用嵌入式32位处理器和嵌入式Li皿x的船舶导航系统。 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括Linux内核，其结构要点是系统通过通用串行总线控制器(USB)外接键盘和鼠标；GPS接收仪、LED显示器、键盘和鼠标、FLASH、SDRAM ;通过液晶显示(LCD)控制器外接液晶显示器，用于图形用户界面的显示；通过RS232外接GPS接收仪，用于存储Linux内核、应用程序和电子海图数据。
本发明的有益效果 随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统设备的性能逐步提高，船舶导航系统的构建有了更多的选择。本发明提出的基于GPS和电子海图的嵌入式船舶导航系统，使用嵌入式32位处理器和嵌入式Li皿x操作系统，具有海图漫游、海图查询和航行信息管理等丰富的功能，具有经济实用、操作简便、功能可靠、快速响应的优点，已经得到实际的海上应用。


图1是本发明的结构示意 图2是本发明的电路原理图。
具体实施例方式1.电子海图数据组织结构 本发明用海司航保部的军用矢量海图格式MVCF海图，MVCF以图幅为单位组织，采用目录结构，目录名即为电子海图的编号。 一个图幅目录由一个元数据文件和多个海图层次文件组成。元数据文件记录每幅图的比例尺、基准纬度等控制信息，海图层次文件由40
3多种图层文件组成。例如海洋陆地层、港口设施层等。每一种图层文件由图形文件、索引文 件和属性文件组成。其中图形文件记录了海图要素的墨卡托投影坐标数据，索引文件记录 了对应的图形文件中海图要素在图形文件中的偏移量，属性文件是dbase表文件，记录了 海图要素的属性，包括要素的名字、备注等。
2.删除冗余数据 MVCF海图数据量大，线状要素和多边形要素细节丰富，而嵌入式电子海图应用系
统由于液晶显示器的大小和分辨率的限制，有相当一部分数据浪费。本系统使用的液晶显
示器分辨率为640X480，长和宽为21cmX15cm，可以计算出像素间距约为0. 031cm。用各种
比例尺的电子海图显示时，线状或面状实体的某些点的间隔如果小于像素间距，显然无法
显示，应删除这种冗余点。以像素间距作为阀值，删除海图冗余数据，算法如下 (1)选定一个线状或面状实体，顺序遍历其坐标点，除起点和终点外，对每个点计
算该点与上一个点的距离，若小于阀值，则删除该点。 (2) 二维几何压縮 使用合适的二维几何压縮算法能使电子海图在保持形状的前提下减少数据量。本 发明使用Douglas-Poiker算法进行线状和面状实体的压縮。该算法的思想是，从一个近似 的形状开始，逐步修正。该算法同样需要一个阀值，本发明可使用上文的同一阀值。
3.建立网格索引 高效的索引结构是提高数据访问效率的关键。MVCF海图数据量大，电子海图应用 系统实际使用过程中，显示的区域通常只是一个图幅的一部分，如果能快速搜索到这部分 的海图数据，系统的响应速度将大大提高。本发明使用网格索引，MVCF海图按比例尺分为
从i : 4000000到i : 250oo共io多级，对每一种比例尺的海图，都建立一个网格索引，方
法如下 用一个矩形网格与海图要素逐个进行相交或包容判断，凡是在网格中的海图要 素，就记录下该要素在图形文件内的偏移量，最后形成网格索引文件。其中，多边形要素与 矩形网格的相交判断方法是，若多边形的一部分端点落在矩形内，而另一部分却落在矩形 的外部，则两者是相交的；多边形与矩形的包容判断是，若多边形所有的端点落在矩形内则 是包容于关系，若矩形所有的端点落在多边形内则是包容关系。线状要素也可用相似的方 法判断。 系统软件的设计与实现 系统软件如图2所示，主要由以下模块组成系统界面与管理模块、海图数据模 块、海图算法模块、海图显示模块、航行信息管理模块、GPS接收模块等。 系统界面与管理模块实现系统主界面和操作菜单，通过调用其它模块实现海图 漫游、自动对中、海图查询、管理航线、保存航行记录等功能。 海图数据模块负责读取电子海图文件，实现海图查询功能。通过dbase属性文件 搜索地图要素，可以通过SQL语句在属性文件中找到该要素，从而得到该要素在索引文件 中的位置。 海图算法模块包括程序中用到的各种算法，如地理坐标、墨卡托投影坐标和屏幕
坐标之间的相互转换，点与点、点与线之间距离，线的长度，多边形的周长和面积等。
海图显示模块海图显示是系统的核心模块。该模块根据管理模块给出的中心点位置及显示范围的参数，确定需要绘图的网格，根据网格索引，快速完成绘制海图的功能。考虑到海图漫游通常是连续的，使用了位图缓存来提高响应速度，每次画图的时候，先在缓存中找，找不到则扩大范围画图，并保存到位图缓存，对缓存的管理采用最近最少使用替换算法(LRU)。 航行信息管理模块完成航线设置、航线偏移报警、保存航迹等航行管理功能。航线设置是根据航海用户对目的点的连续选择，形成一条航线，并对该航线设置一个偏航极限。本模块定时从GPS接收模块获取地图坐标信息，判断当前位置到航线的距离，若超出偏航极限，则发出报警。航迹保存是定时记录船舶位置并显示，醒目、直观的航迹显示可以使航海人员对船位信息、航行历程及周边环境有清楚的了解。 GPS接收模块负责定时读取GPS接收仪的数据，解析出地理经纬度坐标、时间、航速与航向等信息。外置的GPS接收仪通过RS232连接到系统，GPS接收仪会定时往系统发送符合NMEA(美国航海电子协会)标准的数据。该模块只需定向读取RS232串口数据，根据NMEA格式解析出地理经纬度坐标、时间、航速与航向的信息即可。
权利要求
一种电子海图的嵌入式船舶导航系统包括Linux内核、其特征在于系统通过通用串行总线控制器(USB)外接键盘和鼠标；GPS接收仪、LED显示器、键盘和鼠标、FLASH、SDRAM；通过液晶显示(LCD)控制器外接液晶显示器，用于图形用户界面的显示；通过RS232外接GPS接收仪，用于存储Linux内核、应用程序和电子海图数据。
全文摘要
一种电子海图的嵌入式船舶导航系统是涉及一种工业自动控制领域，尤其是一种电子海图的嵌入式船舶导航系统。本发明就是提供了一种基于GPS和电子海图，使用嵌入式32位处理器和嵌入式Linux的船舶导航系统。本发明包括Linux内核其结构要点是系统通过通用串行总线控制器(USB)外接键盘和鼠标；GPS接收仪、LED显示器、键盘和鼠标、FLASH、SDRAM；通过液晶显示(LCD)控制器外接液晶显示器，用于图形用户界面的显示；通过RS232外接GPS接收仪，用于存储Linux内核、应用程序和电子海图数据。
文档编号G01C21/00GK101738185SQ20081022868
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月11日 优先权日2008年11月11日
发明者孟红 申请人:孟红