船舶導航接口設計論文范文

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1導航信息分析

船舶導航信息系統處理和儲存多種信息，首先，系統需要處理硬件接口遞交的監測信息，并根據上層用戶的需求給予硬件設備相應的反饋;其次，系統需要將處理和合成之后的信息顯示給用戶，同時從用戶的輸入設備中收集用戶的需求并進行處理;最后，系統還需要與GIS、衛星通信系統等模塊進行交互，實現信息的分析和更新。因此，導航信息在系統的流動過程中形成3個閉環，如圖2所示。在硬件信息閉環中，硬件接口產生的信息主要為經緯度、航向、航速等初始信息，并通過硬件設備本身接口輸出該信息。然而，由于不同設備采用不同的標準并由不同的廠商制造，因而其產生的數據格式差異較大，無法被信息接口直接使用，因而需要信息收集與格式化模塊進行數據的格式化。該模塊從硬件接口中收集數據，并根據預先定義的數據結構將數據重新組織，并以一定的格式提交給信息接收接口，在信息接收接口中，則對數據的合法性進行檢驗，同時識別數據的類型，交付給相應的中央處理功能。在用戶信息閉環中，中央處理模塊將處理完畢的信息，按照一定的消息格式，通過信息交付接口輸出給用戶界面，并顯示給終端用戶。因此可以看出，用戶界面的設計需要相應的信息交付接口的支持，同時用戶根據自己的需求，通過用戶界面對導航信息系統進行相應的操作，該請求也通過信息交付接口遞交給中央處理模塊，進行進一步的處理。在外部信息閉環中，中央處理模塊需要借助一些外部系統獲取需要的信息，如通過GIS可以結合數字地圖等平臺，直觀地顯示導航信息，而通過衛星通信網絡，可以將通信功能集成入導航信息平臺中，實現多節點的位置和導航信息交換。在整個過程中，中央處理模塊根據實際的需要向外部系統提交信息請求，并從外部系統中下載相應的信息。需要注意的是，外部系統中采用的消息格式往往有較為明確的標準，因而信息擴展接口必須具備相應的適配機制，支持相應的標準，識別對應格式的數據和消息，并將其轉換為中央處理模塊能夠處理的數據結構。

2信息接口設計

在第2節中，對系統應用的信息接口進行了介紹，并對其功能進行了較為詳細的描述，根據其功能和作用位置的不同，可以將其分為信息接收接口、信息交付接口和信息擴展接口3類。

2.1信息接收接口信息接收接口的主要功能是:接收由硬件提交的信息，并對信息的格式進行檢驗和分類，最終遞交給中央處理模塊。其主要結構和工作流程如圖5所示。如圖5所示，在信息接收接口中，收到的信息首先存儲在消息緩沖中，信息格式模式匹配單元通過預先定義的合法消息格式，對消息緩沖中的信息進行匹配，監測其合法性，當出現異常時，反饋控制單元調度消息緩沖，根據異常消息的來源，向相應的硬件接口做出反饋，進而將異常消息丟棄或封閉/重置相應的硬件接口。合法的消息被送入消息分類單元，該單元維護若干個列表，列表中存儲格式化的消息數據。當中央處理模塊或其他模塊，調用相應的功能時，則通過相應的功能子接口，將對應的數據取出并交給相應的功能。信息接收接口是基礎硬件設施和軟件處理單元之間的橋梁，通過擴展消息格式化的適配功能，能夠有效拓展支持的硬件種類，從而使得系統的功能更加強大。

2.2信息交付接口信息接收接口面向的是底層硬件設備和系統，而信息交付接口面向的是上層的用戶和用戶界面，其功能是:將中央處理模塊處理完畢的數據和信息，按照不同的種類遞交給用戶界面，在用戶界面中進行集成和顯示。其主要結構和工作流程如圖6所示。與信息接收接口的不同之處在于，交付接口擔負了雙向的信息傳遞功能。首先，通過數據調用單元可以將處理完成的數據交付給用戶界面使用，根據類型的不同有圖形化數據、字節化數據、GIS數據等，用戶界面通過調用這些不同種類的數據，即可按照實際需求，合成和顯示出包含豐富內容的導航信息圖示。同時，用戶通過用戶界面對導航信息系統進行控制、設置或調用其需要的單個數據，此時用戶指令被傳遞到用戶指令解釋單元，若用戶指令合法，則通過編譯器對指令進行解釋，產生針對系統每個模塊的具體指令，并通過控制信息產生單元將具體指令轉換為系統模塊能夠識別的具體控制信息。然后利用系統控制接口，對系統的軟件和硬件進行直接的控制或設置等操作。信息交付接口是實現用戶界面的基礎，其并不關心用戶界面如何實現，終端用戶有著怎樣的具體需求，僅僅是提供了一系列標準化的數據交付接口，這樣就可以根據不同類型的船舶和不同的應用場景，設計不同的用戶界面，而不需要受到核心軟件系統的束縛。

2.3信息擴展接口與前2種接口不同，信息擴展接口是向外部開放的接口，通過這個接口，例如衛星通信網、GIS系統、AIS系統等，均可以連接入導航信息系統，為系統提供更加豐富的信息和更加強大的功能。其主要結構和工作流程如圖7所示。信息擴展接口同樣需要擔負數據的雙向傳遞任務，一方面其運行有相應數據交換/傳輸協議的協議棧，如AIS數據傳輸協議棧、VSAT衛星通信協議棧等，以便通過相應系統的接口下載和傳輸消息，同時將接收到的消息轉換為系統能夠識別的數據結構，供中央處理模塊處理。另一方面，系統根據需要，提出相應的信息下載請求，該請求通過請求處理單元，轉換為相應系統的控制和請求指令，封裝為合適的控制消息后，發送給對應的外部系統。信息擴展接口可以通過擴展外部數據交換協議棧來擴展其可以支持的外部系統種類，從而能夠綜合更多的外部信息，豐富導航信息系統的內容。

3仿真與實現

根據以上研究和設計，本文采用軟件實現的方法對導航信息系統進行仿真和模擬。采用的環境是Corei31.8GHz，4G內存，Win764bit，采用Java作為程序開發語言。仿真的重點在于實現各個接口的功能，驗證各個接口工作的有效性和高效性，依托當前較為成熟的中央處理模塊［7］，實現對信息的處理和存儲，并使用Java語言開發整個模擬系統，模擬系統界面如圖8所示。通過編寫相應的代碼，模擬各種硬件設備，信息接收接口成功地收集和轉換了不同種類的消息，并通過信息交付接口遞交給用戶界面，從圖8可以看出其成功地實現了信息的收集和顯示。如圖9所示，進行信息設置的測試，通過設計控制面板，設置相應的參數，觀察能否對系統進行有效控制。通過以上實踐證明，在理論上本文所設計的接口能夠發揮相應的功能，實現導航信息的收集、處理和交付等功能，說明了本文提出的方案具有一定的可行性。

4結語

本文針對當前船舶導航系統的新發展，研究了該系統的實際需求，分析了系統需要處理的信息種類和結構，并對導航信息系統中若干關鍵接口進行了研究和設計，并在此基礎上，進行了初步的實現和仿真，證明了本文提出方案的可行性，同時為今后導航信息系統的設計和制造提供了一定的依據。在下一步的工作中，將通過在實踐中實用本文提出的方案，來檢驗各個接口的實際功能，并對各個接口的設計方法進行進一步的優化，最終構建一個功能完備、性能穩定的船舶導航信息系統。

作者：萬軍陳凱華單位：重慶科創職業學院上海海事大學