船用GPS導(dǎo)航與海圖方案

　一、概述

近年來(lái)，隨著我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入和全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的快速發(fā)展，海洋運(yùn)輸業(yè)正在我國(guó)悄然興起，國(guó)外諸多有實(shí)力的企業(yè)也看準(zhǔn)了我國(guó)海洋運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)，如全球最知名的三家航運(yùn)企業(yè)－英國(guó)鐵行集團(tuán)、丹麥馬士基集團(tuán)、中遠(yuǎn)集團(tuán)和青島港集團(tuán)日前簽約，合資經(jīng)營(yíng)青島港前灣集裝箱碼頭。香港和記黃浦已同國(guó)內(nèi)眾多地方政府合資建立集裝箱碼頭，如：上海， 寧波， 深圳鹽田等。

長(zhǎng)江內(nèi)河黃金水道的開(kāi)通，大大加快了我國(guó)水上運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展，水上運(yùn)輸正成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一亮點(diǎn)。

為了能使運(yùn)輸行業(yè)，漁用行業(yè)有更先進(jìn)，便捷的電子海圖導(dǎo)航設(shè)備，同時(shí)可以為船舶交通事故提供各種海難數(shù)據(jù)，本公司將全力以赴開(kāi)發(fā)電子海圖系統(tǒng)，并盡快實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，為中國(guó)的航運(yùn)事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。

主要用途，性能

船載電子海圖系統(tǒng)(eletricity chart system, 以下簡(jiǎn)稱ECS)，是一種集成式導(dǎo)航信息系統(tǒng)，它在使用電子海圖的基礎(chǔ)上，完成綜合的船舶駕駛?cè)蝿?wù)。ECS可以把推算船位信息、衛(wèi)星定位和無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)、海圖信息和雷達(dá)信息集成在一起處理和顯示，處理的結(jié)果傳回到各種控制設(shè)備對(duì)船舶進(jìn)行控制或以圖像、聲音、語(yǔ)言等媒體提示航海人員。也能根據(jù)航海人員的需求為其提供海圖物標(biāo)的咨詢信息，如航標(biāo)、障礙物和航道等的特征，以及整個(gè)航線上的航行條件信息（來(lái)自航路指南、潮汐表等），對(duì)航海人員選擇最佳的航行時(shí)間和確定船舶的最大裝載量都是大為有利的。ECS不僅能完成在傳統(tǒng)紙海圖上進(jìn)行的作業(yè)，包括計(jì)劃航線設(shè)計(jì)、距離和方位的計(jì)算、推算船位修正、定位計(jì)算、航跡顯示等，而且還能解決新的問(wèn)題，如船舶駛進(jìn)危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)的自動(dòng)報(bào)警、船舶避礁防淺、把電子海圖同雷達(dá)圖像疊加以提供更直觀的避碰信息、海圖的自動(dòng)更正等?！?br/>
本公司的船載電子海圖系統(tǒng)正是在總結(jié)船用電子海圖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和應(yīng)用的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，是一種高檔的電子海圖系統(tǒng)。它的功能更加完善并可取代紙海圖。實(shí)踐結(jié)果表明，ECS不僅是紙海圖的等效物而且是未來(lái)自動(dòng)化船舶的必要組成部分。

本公司產(chǎn)品主要面向商用船只，提供精確的電子海圖（來(lái)源天津海司航保部），直觀便捷的操作方式（超大屏幕），使用當(dāng)代最先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)（運(yùn)行速度快捷），達(dá)到海運(yùn)的工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)， 完全能符合商用船只日益增長(zhǎng)的導(dǎo)航和安全需求。同時(shí)也將推出一款有商用機(jī)性能的漁用電子海圖，改善漁業(yè)導(dǎo)航質(zhì)量，打破漁用導(dǎo)航低端設(shè)備由國(guó)外品牌占主流的現(xiàn)狀。

二、主要功能

1 海圖顯示

包括在給定的投影方式下合成和顯示海圖(在使用墨卡托投影方式時(shí)，可適當(dāng)選取海圖的基準(zhǔn)緯度，以減小海圖的投影變形)；以"正北向上"或"航向向上"方式顯示海圖； 以"相對(duì)運(yùn)動(dòng)"或"絕對(duì)運(yùn)動(dòng)"方式顯示海圖；隨機(jī)改變電子海圖的比例尺(縮放顯示 及漫游)；分層顯示海圖信息(隱去本船在特定航行條件下不需要的信息)。

2 海圖作業(yè)

在電子海圖上進(jìn)行計(jì)劃航線設(shè)計(jì)（依照推薦航線進(jìn)行手工設(shè)計(jì)或進(jìn)行大圓航線計(jì)算）；以靈活的方式計(jì)算任意兩點(diǎn)間的距離和方位（如利用電子方位線、可變距離圈等方式）；標(biāo)繪船位、航跡和時(shí)間。

3 海圖更新

能夠接受由官方ENC制作部門提供的正式改正數(shù)據(jù)以及由航海人員從航海通告或無(wú)線電航行警告中提取的改正數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)ENC的自動(dòng)和手工改正。

4 定位及導(dǎo)航

能夠與計(jì)程儀、電羅經(jīng)、GPS、Loran-C、測(cè)探儀、氣象儀等設(shè)備連接，接受來(lái)自這些傳感器的信息，并進(jìn)行綜合處理，求得最佳船位；能夠進(jìn)行各種陸標(biāo)定位計(jì)算。

5 航海信息咨詢

獲取電子海圖上要素的詳細(xì)描述信息以及航行條件信息，如潮汐、海流、氣象等。

6 雷達(dá)信息處理

ECS可將雷達(dá)圖像和ARPA信息疊加顯示在電子海圖上，提供本船、本船周圍的靜態(tài)目標(biāo)、本船周圍的動(dòng)態(tài)目標(biāo)三者之間的位置關(guān)系。航海人員可據(jù)此判斷避碰態(tài)勢(shì)，作出避碰決策。同時(shí)，還能夠在電子海圖上檢測(cè)該避碰決策可行與否。

7 航路監(jiān)視

在船舶航行過(guò)程中，ECS能夠自動(dòng)計(jì)算船舶偏離計(jì)劃航線的距離，必要時(shí)給出指示和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)航跡保持。ECS還能夠自動(dòng)檢測(cè)到航行前方的暗礁、禁航區(qū)、淺灘等，實(shí)現(xiàn)避礁、防淺。

8 航行紀(jì)錄

ECS能夠自動(dòng)記錄前12小時(shí)內(nèi)所使用過(guò)的ENC單元及其來(lái)源、版本、日期和改正歷史，以及每隔10秒的船位、航速、航向等。一旦船舶發(fā)生事故，這些信息足以再現(xiàn)當(dāng)時(shí)的航行情況，記錄的信息不允許被操縱和改變。也就是說(shuō)，ECS應(yīng)具備類似"黑匣子"的功能。

9多媒體人機(jī)交互

由于多媒體技術(shù)、視窗技術(shù)、超文本技術(shù)等的發(fā)展， ECS的人機(jī)界面將日趨友好，其出將圖、文、聲、像并茂，功能操作按鍵簡(jiǎn)化，并具有語(yǔ)言控制能力。

10 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組件化

系統(tǒng)硬件采用即插即用模式，以便于各種不同情況下的靈活配置。系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)采用組件化對(duì)象模式，以利于系統(tǒng)的升級(jí)和交互使用。

11 硬件平臺(tái)及操作系統(tǒng)通用

為適應(yīng)硬件平臺(tái)及系統(tǒng)多樣化的客觀情況，滿足各種不同場(chǎng)合下的系統(tǒng)應(yīng)用需求，系統(tǒng)將具有全面的硬件平臺(tái)支持和權(quán)限的操作系統(tǒng)支持。

12 系統(tǒng)軟件采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)

為了滿足不同用戶的不同需求，應(yīng)在統(tǒng)一的操作平臺(tái)基礎(chǔ)之上，容許第三開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)一套具有特定任務(wù)特色的應(yīng)用界面，嵌入特定的功能模塊。為此，系統(tǒng)應(yīng)提供API接口，并擁有相應(yīng)的專用語(yǔ)言或兼容通用標(biāo)注語(yǔ)言。

三、總體結(jié)構(gòu)

船載電子海圖系統(tǒng)包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如下所示；

1. 軟件部門內(nèi)容：

軟件系統(tǒng)包括了系統(tǒng)軟件層的操作系統(tǒng)和海圖導(dǎo)航應(yīng)用的應(yīng)用軟件層，這里我們選用開(kāi)發(fā)源碼的LINUX操作系統(tǒng)，LINUX操作系統(tǒng)的開(kāi)放性和免費(fèi)、穩(wěn)定的特點(diǎn)可以得到很好的利用。

應(yīng)用軟件層，就是要實(shí)現(xiàn)我們所有需要的航海導(dǎo)航的功能，包括海圖顯示和導(dǎo)航等。 這里選用SJMap地圖引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的海圖操作，包括地圖的顯示、移動(dòng)、放縮等。

把軟件層分層兩個(gè)層次來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)系統(tǒng)軟件又采用公用的操作系統(tǒng)，使得第三方用戶可以非常容易地增加自己的應(yīng)用軟件模塊。

2. 硬件部門內(nèi)容：

硬件部門主要是嵌入式設(shè)備的開(kāi)發(fā)，需要一款性能比較好的嵌入式CPU芯片。 這里我們選用ARM9芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)需要的功能。同時(shí)硬件設(shè)備上還應(yīng)包括GPS模塊和聲納模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)定位和探深的功能需求。

GPS模塊可以采用GPS芯片直接接到嵌入式主板上，通過(guò)CPU 來(lái)通信得到GPS導(dǎo)航和定位的數(shù)據(jù)。同時(shí)也可以采用簡(jiǎn)單方便的方案，即采用大的GPS廠商生產(chǎn)的GPS OEM 板，直接接入嵌入式主板的串口來(lái)通信，從而得到GPS數(shù)據(jù)。

四、應(yīng)用前景

本項(xiàng)目的選擇符合江澤民同志在1998年提出的實(shí)現(xiàn)"數(shù)字中國(guó)"的戰(zhàn)略目標(biāo)。作為海上電子導(dǎo)航系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)海上數(shù)字管理的、必不可少的重要組成部分。

　　1.技術(shù)改造需求

我國(guó)航海業(yè)（包括漁業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、海上測(cè)量等）迫切需要解決科學(xué)導(dǎo)航問(wèn)題。海洋是一個(gè)極為復(fù)雜的地理環(huán)境，過(guò)去由于大部分船只的航行靠簡(jiǎn)單的儀器和航海人的經(jīng)驗(yàn)，由此而造成的海難不計(jì)其數(shù)，據(jù)交通部海事局統(tǒng)計(jì)，僅2003年1月至4月共發(fā)生船舶交通事故214件。總之，航海業(yè)付出了沉重的代價(jià)。另外由于我們的設(shè)備落后,在海上缺乏與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力，由此造成的損失也很難計(jì)算。改革開(kāi)放以后我國(guó)的漁業(yè)和海上運(yùn)輸業(yè)都得到了迅猛的發(fā)展,年輕一代海上工作者迫切需要有先進(jìn)的、高效的、可靠的導(dǎo)航設(shè)備實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和管理。以上是我們選擇這個(gè)項(xiàng)目的根本出點(diǎn)。

　2. 我國(guó)當(dāng)前的需求量

我國(guó)有5000余公里的海岸線，北起遼寧省，南至海南省，共有十個(gè)沿海城市，這些省市都有發(fā)達(dá)的漁業(yè)和海上運(yùn)輸業(yè)，近年來(lái)，浙江等省都提出了"發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、建設(shè)海洋強(qiáng)省"的口號(hào)，這不但給我們提供了項(xiàng)目發(fā)展的機(jī)遇，而且預(yù)示著產(chǎn)品市場(chǎng)的廣闊前景。據(jù)國(guó)家有關(guān)部門2001年公布的資料，我國(guó)共有機(jī)動(dòng)船18萬(wàn)條（包括貨運(yùn)、客運(yùn)、客貨兩用），漁船120萬(wàn)條。如果每條機(jī)動(dòng)船上都配備一套導(dǎo)航系統(tǒng)，且每五年更新一次，每年需求量為9萬(wàn)臺(tái)，按每臺(tái)0.8萬(wàn)元計(jì)算，價(jià)值達(dá)7.2億元人民幣；魚船上一般配備二臺(tái)導(dǎo)航儀且每十年更新一次，每年的需求量為24萬(wàn)臺(tái)，按每臺(tái)0.4萬(wàn)元計(jì)算，價(jià)值達(dá)9.6億元人民幣，兩項(xiàng)合計(jì)為16.8億元人民幣，可見(jiàn)該產(chǎn)品有很大的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)。