船用GPS导航与海图方案

　一、概述

近年来，随着我国改革开放的不断深入和全球经济一体化进程的快速发展，海洋运输业正在我国悄然兴起，国外诸多有实力的企业也看准了我国海洋运输优势，如全球最知名的三家航运企业－英国铁行集团、丹麦马士基集团、中远集团和青岛港集团日前签约，合资经营青岛港前湾集装箱码头。香港和记黄浦已同国内众多地方政府合资建立集装箱码头，如：上海， 宁波， 深圳盐田等。

长江内河黄金水道的开通，大大加快了我国水上运输行业发展，水上运输正成为我国经济发展的又一亮点。

为了能使运输行业，渔用行业有更先进，便捷的电子海图导航设备，同时可以为船舶交通事故提供各种海难数据，本公司将全力以赴开发电子海图系统，并尽快实现成果转化，为中国的航运事业贡献一份力量。

主要用途，性能

船载电子海图系统(eletricity chart system, 以下简称ECS)，是一种集成式导航信息系统，它在使用电子海图的基础上，完成综合的船舶驾驶任务。ECS可以把推算船位信息、卫星定位和无线电导航系统数据、海图信息和雷达信息集成在一起处理和显示，处理的结果传回到各种控制设备对船舶进行控制或以图像、声音、语言等媒体提示航海人员。也能根据航海人员的需求为其提供海图物标的咨询信息，如航标、障碍物和航道等的特征，以及整个航线上的航行条件信息（来自航路指南、潮汐表等），对航海人员选择最佳的航行时间和确定船舶的最大装载量都是大为有利的。ECS不仅能完成在传统纸海图上进行的作业，包括计划航线设计、距离和方位的计算、推算船位修正、定位计算、航迹显示等，而且还能解决新的问题，如船舶驶进危险区域时的自动报警、船舶避礁防浅、把电子海图同雷达图像叠加以提供更直观的避碰信息、海图的自动更正等。　

本公司的船载电子海图系统正是在总结船用电子海图系统的结构、功能和应用的基础上提出来的，是一种高档的电子海图系统。它的功能更加完善并可取代纸海图。实践结果表明，ECS不仅是纸海图的等效物而且是未来自动化船舶的必要组成部分。

本公司产品主要面向商用船只，提供精确的电子海图（来源天津海司航保部），直观便捷的操作方式（超大屏幕），使用当代最先进的嵌入式系统（运行速度快捷），达到海运的工业级设计， 完全能符合商用船只日益增长的导航和安全需求。同时也将推出一款有商用机性能的渔用电子海图，改善渔业导航质量，打破渔用导航低端设备由国外品牌占主流的现状。

二、主要功能

1 海图显示

包括在给定的投影方式下合成和显示海图(在使用墨卡托投影方式时，可适当选取海图的基准纬度，以减小海图的投影变形)；以"正北向上"或"航向向上"方式显示海图； 以"相对运动"或"绝对运动"方式显示海图；随机改变电子海图的比例尺(缩放显示 及漫游)；分层显示海图信息(隐去本船在特定航行条件下不需要的信息)。

2 海图作业

在电子海图上进行计划航线设计（依照推荐航线进行手工设计或进行大圆航线计算）；以灵活的方式计算任意两点间的距离和方位（如利用电子方位线、可变距离圈等方式）；标绘船位、航迹和时间。

3 海图更新

能够接受由官方ENC制作部门提供的正式改正数据以及由航海人员从航海通告或无线电航行警告中提取的改正数据，实现ENC的自动和手工改正。

4 定位及导航

能够与计程仪、电罗经、GPS、Loran-C、测探仪、气象仪等设备连接，接受来自这些传感器的信息，并进行综合处理，求得最佳船位；能够进行各种陆标定位计算。

5 航海信息咨询

获取电子海图上要素的详细描述信息以及航行条件信息，如潮汐、海流、气象等。

6 雷达信息处理

ECS可将雷达图像和ARPA信息叠加显示在电子海图上，提供本船、本船周围的静态目标、本船周围的动态目标三者之间的位置关系。航海人员可据此判断避碰态势，作出避碰决策。同时，还能够在电子海图上检测该避碰决策可行与否。

7 航路监视

在船舶航行过程中，ECS能够自动计算船舶偏离计划航线的距离，必要时给出指示和报警，实现航迹保持。ECS还能够自动检测到航行前方的暗礁、禁航区、浅滩等，实现避礁、防浅。

8 航行纪录

ECS能够自动记录前12小时内所使用过的ENC单元及其来源、版本、日期和改正历史，以及每隔10秒的船位、航速、航向等。一旦船舶发生事故，这些信息足以再现当时的航行情况，记录的信息不允许被操纵和改变。也就是说，ECS应具备类似"黑匣子"的功能。

9多媒体人机交互

由于多媒体技术、视窗技术、超文本技术等的发展， ECS的人机界面将日趋友好，其出将图、文、声、像并茂，功能操作按键简化，并具有语言控制能力。

10 系统结构组件化

系统硬件采用即插即用模式，以便于各种不同情况下的灵活配置。系统软件开发采用组件化对象模式，以利于系统的升级和交互使用。

11 硬件平台及操作系统通用

为适应硬件平台及系统多样化的客观情况，满足各种不同场合下的系统应用需求，系统将具有全面的硬件平台支持和权限的操作系统支持。

12 系统软件采用开放式结构

为了满足不同用户的不同需求，应在统一的操作平台基础之上，容许第三开发者开发一套具有特定任务特色的应用界面，嵌入特定的功能模块。为此，系统应提供API接口，并拥有相应的专用语言或兼容通用标注语言。

三、总体结构

船载电子海图系统包括软件系统和硬件系统两大部分构成，系统的总体结构图如下所示；

1. 软件部门内容：

软件系统包括了系统软件层的操作系统和海图导航应用的应用软件层，这里我们选用开发源码的LINUX操作系统，LINUX操作系统的开放性和免费、稳定的特点可以得到很好的利用。

应用软件层，就是要实现我们所有需要的航海导航的功能，包括海图显示和导航等。 这里选用SJMap地图引擎来实现所有的海图操作，包括地图的显示、移动、放缩等。

把软件层分层两个层次来实现，同时系统软件又采用公用的操作系统，使得第三方用户可以非常容易地增加自己的应用软件模块。

2. 硬件部门内容：

硬件部门主要是嵌入式设备的开发，需要一款性能比较好的嵌入式CPU芯片。 这里我们选用ARM9芯片来实现需要的功能。同时硬件设备上还应包括GPS模块和声纳模块来实现定位和探深的功能需求。

GPS模块可以采用GPS芯片直接接到嵌入式主板上，通过CPU 来通信得到GPS导航和定位的数据。同时也可以采用简单方便的方案，即采用大的GPS厂商生产的GPS OEM 板，直接接入嵌入式主板的串口来通信，从而得到GPS数据。

四、应用前景

本项目的选择符合江泽民同志在1998年提出的实现"数字中国"的战略目标。作为海上电子导航系统是实现海上数字管理的、必不可少的重要组成部分。

　　1.技术改造需求

我国航海业（包括渔业、运输业、海上测量等）迫切需要解决科学导航问题。海洋是一个极为复杂的地理环境，过去由于大部分船只的航行靠简单的仪器和航海人的经验，由此而造成的海难不计其数，据交通部海事局统计，仅2003年1月至4月共发生船舶交通事故214件。总之，航海业付出了沉重的代价。另外由于我们的设备落后,在海上缺乏与国际先进国家的竞争力，由此造成的损失也很难计算。改革开放以后我国的渔业和海上运输业都得到了迅猛的发展,年轻一代海上工作者迫切需要有先进的、高效的、可靠的导航设备实现导航和管理。以上是我们选择这个项目的根本出点。

　2. 我国当前的需求量

我国有5000余公里的海岸线，北起辽宁省，南至海南省，共有十个沿海城市，这些省市都有发达的渔业和海上运输业，近年来，浙江等省都提出了"发展海洋经济、建设海洋强省"的口号，这不但给我们提供了项目发展的机遇，而且预示着产品市场的广阔前景。据国家有关部门2001年公布的资料，我国共有机动船18万条（包括货运、客运、客货两用），渔船120万条。如果每条机动船上都配备一套导航系统，且每五年更新一次，每年需求量为9万台，按每台0.8万元计算，价值达7.2亿元人民币；鱼船上一般配备二台导航仪且每十年更新一次，每年的需求量为24万台，按每台0.4万元计算，价值达9.6亿元人民币，两项合计为16.8亿元人民币，可见该产品有很大的现实市场。