基于GPS和电子海图的嵌入式船舶导航系统设计-Read.doc

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1、基于GPS和电子海图的嵌入式船舶导航系统设计[日期：2005-9-16]来源：电子技术应用 作者：胡力陈耀武汪乐宇[字体：大中小]　   摘要：介绍了一种基于GPS和电子海图、使用嵌入式Linux操作系统的船舶导航系统，讨论了船舶导航GUI、电子海图数据的预海图显示等关键技术，并给出了解决方案。   关键词：船舶导航电子海图嵌入式LinuxQTMVCF以GPS和电子海图为技术核心，为航海用户提供安全航行所必需的海图、航路等信息的船舶导航系统目前正在全世界得到广泛应用，大大提高了船舶导航技术与船航行的安全性。船舶导航系统

2、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（如MapInfo、MapGIS）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，不适合用为专业系统使用。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

3、特点，在近几年获得较多应用。而采用WindowsCE、Vxworks、PalmOS等商用嵌入式操作系统，存在软件开发成本较高的缺点。本文提出并设计了一种基于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。该系统采用Motorola公司的MPC823E嵌入式处理器，外接GPS接收仪和256色液晶显示器，基于嵌入式Linux操作系统，具有源码开放、易移植、模块化、资源丰富的优势。图形用户界面（GUI）采用QT/Embedded图形开发库，电子海图用海司航保部的符合国家军用标准的矢量海图，并预先对电

4、子海图数据进行预处理，删除冗余数据，进行二维几何数据压缩、建立网络索引。在此基础上进行船舶导航系统软件设计，使得系统响应速度大大加快。1系统硬件结构和软件开发平台系统整体结构如图1所示。本系统使用Motolora公司的MPC823E嵌入式处理器，该处理器采用嵌入式PowerPC处理核，采用RISC技术，主频为75MHz，具有强大的处理能力，并针对通信进行优化，通过独立的通信模块（CPM）专门处理通信事务。系统通过通用串行总线控制器（USB）外接键盘和鼠标；通过液晶显示（LCD）控制器外接一个256色的TFTLCD640

5、×480彩色液晶显示器，用于图形用户界面的显示；通过RS232外接GPS接收仪；系统外扩32MBFlash空间，用于存储Linux内核、应用程序和电子海图数据；系统外扩32MBSDRAM，用于操作系统内存空间，存放动态数据和运行程序。系统软件基于嵌入式Linux操作系统，使用C++语言进行软件开发，并选择QT/Embedded作为图形用户界面（GUI）开发环境。QT是Trolltech公司推出的跨平台C++图形用户开发库，QT/Embedded是QT面向嵌入式应用的版本，具有可移植性强，支持Linux、Windows、

6、Mac的优点，移值到新平台时，只需用该平台的编译器重新编译即可；面向对象，采用C++语言，加上特有的信号/槽（singal/slot）机制，使得面向对象的程序设计变得简单而有效；可裁剪，通过去掉无关模块可以调整库文件的大小、适合嵌入式系统使用；GUI界面支持大量标准的窗口部件，并提供了界面设计工具designer；支持国际化，支持中文显示，并提供了多语言支持工具linguist。QT/Embedded强大的图形绘制功能在电子海图的应用系统中得到了充分的应用。系统从全球定位系统GPS实时获取船舶位置（包括经纬度与时间等）

7、和航行信息（包括船速与航向等），在电子海图上显示相关导航信息，用户通过精简的鼠标键盘操作，提供海图漫游、海图查询和航行信息管理等功能。2电子海图数据处理2.1电子海图数据组织结构本系统使用海司航保部的军用矢量格式MVCF（MilitaryVectorChartFormat）[1]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多种图层文件组成。例如海洋陆地层、港口设施层等。每一

8、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，记录了海图要素属性，包括要素的名字、备注等。这样一幅海图包括130多个文件，本系统使用的海图包括中国总图、沿海航行图、港湾图等共74幅海图，占用空间2