[发明专利]一种电子海图的嵌入式船舶导航系统

说明书

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 OS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Linux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Linux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。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电路原理图。

具体实施方式：

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640×480，长和宽为21cm×15cm，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)二维几何压缩

使用合适的二维几何压缩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缩。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1∶4000000到1∶25000共10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：