以GPS和電子海圖為技術(shù)核心，為航海用戶提供安全航行所必需的海圖、航路等信息的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)目前正在全世界得到廣泛應(yīng)用，大大提高了船舶導(dǎo)航技術(shù)與船舶航行的安全性。
船舶導(dǎo)航系統(tǒng)目前主要有PC機(jī)系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)等三種實(shí)現(xiàn)方式。常見的PC機(jī)船舶導(dǎo)航系統(tǒng)采用基于Windows的GIS軟件(如MapInfo、MapGIS)設(shè)計(jì)，具有系統(tǒng)功能豐富、響應(yīng)速度快、人機(jī)交互界面友好等特點(diǎn)，但成本較高、系統(tǒng)集成度差，不適合作為專業(yè)系統(tǒng)使用。單片機(jī)電子海圖應(yīng)用系統(tǒng)由于處理器運(yùn)算能力較弱，資源有限，支持網(wǎng)絡(luò)化困難，而且在圖形用戶界面實(shí)現(xiàn)較為困難，近年來已較少使用。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，電子海圖應(yīng)用系統(tǒng)有了更好的選擇，使用嵌入式32位處理器和嵌入式操作系統(tǒng)的產(chǎn)品逐漸出現(xiàn)。由于系統(tǒng)集成度高、硬件成本較低等特點(diǎn)，在近幾年獲得較多應(yīng)用。而采用Windows CE、Vxworks、Palm OS等商用嵌入式操作系統(tǒng)，存在軟件開發(fā)成本較高的缺點(diǎn)。
本文提出并設(shè)計(jì)了一種基于GPS和電子海圖，使用嵌入式32位處理器和嵌入式Linux的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Motorola公司的MPC823E嵌入式處理器，外接GPS接收儀和256色液晶顯示器，基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)，具有源碼開放、易移植、模塊化、資源豐富的優(yōu)勢(shì)。圖形用戶界面(GUI)采用QT/Embedded圖形開發(fā)庫(kù)，電子海圖使用海司航保部的符合國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)的矢量海圖，并預(yù)先對(duì)電子海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，刪除冗余數(shù)據(jù)，進(jìn)行二維幾何數(shù)據(jù)壓縮，建立網(wǎng)格索引。在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行船舶導(dǎo)航系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)響應(yīng)速度大大加快。
1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件開發(fā)平臺(tái)
系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)使用Motolora公司的MPC823E嵌入式處理器，該處理器采用嵌入式PowerPC處理核，采用RISC技術(shù)，主頻為75MHz，具有強(qiáng)大的處理能力，并針對(duì)通信進(jìn)行優(yōu)化，通過獨(dú)立的通信處理模塊(CPM)專門處理通信事務(wù)。系統(tǒng)通過通用串行總線控制器(USB)外接鍵盤和鼠標(biāo)；通過液晶顯示(LCD)控制器外接一個(gè)256色的TFT LCD 640×480彩色液晶顯示器，用于圖形用戶界面的顯示；通過RS232外接GPS接收儀；系統(tǒng)外擴(kuò)32MB Flash空間，用于存儲(chǔ)Linux內(nèi)核、應(yīng)用程序和電子海圖數(shù)據(jù)；系統(tǒng)外擴(kuò)32MB SDRAM，用于操作系統(tǒng)內(nèi)存空間，存放動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和運(yùn)行程序。
系統(tǒng)軟件基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)，使用C++語(yǔ)言進(jìn)行軟件開發(fā)，并選擇QT/Embedded作為圖形用戶界面(GUI)開發(fā)環(huán)境。QT是Trolltech公司推出的跨平臺(tái)C++圖形用戶開發(fā)庫(kù)，QT/Embedded是QT面向嵌入式應(yīng)用的版本，具有可移植性強(qiáng)，支持Linux、Windows、Mac的優(yōu)點(diǎn)，移植到新平臺(tái)時(shí)，只需用該平臺(tái)的編譯器重新編譯即可；面向?qū)ο?，采用C++語(yǔ)言，加上特有的信號(hào)/槽(singal/slot)機(jī)制，使得面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單而有效；可裁剪，通過去掉無(wú)關(guān)模塊可以調(diào)整庫(kù)文件的大小，適合嵌入式系統(tǒng)使用；GUI界面支持大量標(biāo)準(zhǔn)的窗口部件，并提供了界面設(shè)計(jì)工具designer；支持國(guó)際化，支持中文顯示，并提供了多語(yǔ)言支持工具linguist。QT/Embedded強(qiáng)大的圖形繪制功能在電子海圖的應(yīng)用系統(tǒng)中得到了充分的應(yīng)用。
系統(tǒng)從全球定位系統(tǒng)GPS實(shí)時(shí)獲取船舶位置(包括經(jīng)緯度與時(shí)間等)和航行信息(包括船速與航向等)，在電子海圖上顯示相關(guān)導(dǎo)航信息，用戶通過精簡(jiǎn)的鼠標(biāo)鍵盤操作，提供海圖漫游、海圖查詢和航行信息管理等功能。
2 電子海圖數(shù)據(jù)處理</strong
