摘 要： 在VC 6.0平臺(tái)的基礎(chǔ)上，利用開發(fā)工具M(jìn)apX開發(fā)了一套適用于201鋪管船視景仿真系統(tǒng)的電子海圖軟件，具有縮放、漫游等標(biāo)準(zhǔn)功能。在地理信息校準(zhǔn)上采用精準(zhǔn)的WGS?84地理坐標(biāo)系保證了系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃航線設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)顯示船位信息，船位處水深點(diǎn)模擬計(jì)算，以及多目標(biāo)船監(jiān)控等功能，滿足訓(xùn)練員的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)需求，具有良好的實(shí)用價(jià)值和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞： MapX； 電子海圖； 航線設(shè)計(jì)； 實(shí)時(shí)顯示； 多目標(biāo)監(jiān)控

中圖分類號(hào)： TN710?34； TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）01?0119?04

0 引 言

隨著1995年出臺(tái)的IMO ECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)，確定矢量海圖的發(fā)展，使海圖不僅局限于傳統(tǒng)的紙版海圖，特別是2000年召開的IMO第73次會(huì)議通過的SOLAS公約[1]，使電子海圖越來越普及，但是用戶對(duì)于電子海圖的各種功能以及實(shí)際操作比較陌生。在實(shí)際船舶上進(jìn)行電子海圖操作訓(xùn)練受場(chǎng)地的局限且成本過高。模擬器電子海圖通過數(shù)學(xué)模型實(shí)時(shí)解算獲得主本船和目標(biāo)船的方位信息，采用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)顯示標(biāo)準(zhǔn)海圖信息和船位信息，使操作人員獲取類似于實(shí)船的操作經(jīng)驗(yàn)，通過改變地區(qū)海域轉(zhuǎn)換，操作人員能夠容易的在不同海域海況上練習(xí)電子海圖。

MapX是美國(guó)Mapinfo公司推出的一款低價(jià)高效、功能強(qiáng)大的ActiveX組件式開發(fā)工具[2]，它將基于位置信息的數(shù)據(jù)通過MapInfo表的形式組織起來，每一表都是一個(gè)MapInfo文件，用來建立地圖中的一個(gè)圖層[3?4]。

MapX主要由下面幾個(gè)對(duì)象組成：

（1） mapx對(duì)象：其是MapX的頂層屬性。

（2） Layers對(duì)象：地理信息按照?qǐng)D層集合表示，所有的圖層都存儲(chǔ)在Layers集合中，每個(gè)圖層由Features對(duì)象組成，而Features又由每個(gè)具體的圖元組成。

（3） DataSets對(duì)象：主要用來進(jìn)行地圖和數(shù)據(jù)的綁定。

（4） Annotation對(duì)象：提供操縱地圖中文字和符號(hào)的方法。

本文主要基于Visual C++可視化平臺(tái)[5]，對(duì)真實(shí)世界中的各對(duì)象的屬性信息進(jìn)行分析、創(chuàng)建和編輯，與其空間定位特性有機(jī)結(jié)合一起，從而對(duì)矢量海圖進(jìn)行控制和操作，開發(fā)一套適應(yīng)于201鋪管船仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)導(dǎo)航軟件，即電子海圖仿真子系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

1.1 海圖信息處理流程

本系統(tǒng)基于201鋪管船模擬仿真系統(tǒng)，教練員根據(jù)不同的訓(xùn)練科目，設(shè)置不同的訓(xùn)練環(huán)境（如天氣、海況、能見度、場(chǎng)景等），將訓(xùn)練海域、本船的初始經(jīng)緯度等信息傳遞給電子海圖系統(tǒng)，顯示訓(xùn)練海域和本船初始位置。操縱運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)模型實(shí)時(shí)解算以后，計(jì)算出本船當(dāng)前位置、航速等信息，遵循TCP/IP傳輸協(xié)議傳遞給電子海圖系統(tǒng)，電子海圖系統(tǒng)對(duì)這些信息計(jì)算處理，實(shí)時(shí)顯示出本船的經(jīng)緯度、航速、航向等。海圖內(nèi)部信息處理流程如圖1所示，訓(xùn)練員選擇海圖不同工作模式以后，通過操作它的不同功能模塊，進(jìn)行海圖的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。圖2說明的是訓(xùn)練員操作電子海圖控制面板具體功能，海圖仿真系統(tǒng)通過調(diào)用內(nèi)部的程序，經(jīng)過內(nèi)部處理以后，在海圖上顯示操作的結(jié)果。

圖1 海圖內(nèi)部信息處理流程圖

圖2 電子海圖仿真系統(tǒng)控制面板響應(yīng)時(shí)序圖

1.2 系統(tǒng)功能劃分

本系統(tǒng)對(duì)電子海圖的操作主要分為海圖顯示、海圖作業(yè)、海圖改正和注釋、定位及導(dǎo)航、航行記錄、航路監(jiān)視、航海信息查詢、數(shù)據(jù)庫(kù)管理以及數(shù)據(jù)通信8部分[6]。電子海圖功能劃分圖如圖3所示。

圖3 電子海圖功能劃分圖

（1） 符合航海習(xí)慣友好的軟件界面設(shè)計(jì)

電子海圖軟件分為工具欄、海圖顯示區(qū)、激活式功能菜單三部分。海圖顯示區(qū)展示當(dāng)前海圖比例尺、本船位置、障礙物等圖形信息；工具欄區(qū)通過文本信息顯示當(dāng)前船舶的航速、航向、經(jīng)緯度等信息；通過激活式菜單功能能夠?qū)D進(jìn)行相應(yīng)的功能操作。

（2） 海圖顯示

通過讀取tab格式數(shù)據(jù)文件，在給定的投影方式下，正確的顯示對(duì)象的顏色、形狀和符號(hào)，自動(dòng)的按照顯示區(qū)域的最大比例尺數(shù)據(jù)作為初始顯示標(biāo)準(zhǔn)，通過分層處理技術(shù)[7]，在不同圖層上，顯示海圖信息。訓(xùn)練人員可以通過對(duì)海圖不同色彩及符號(hào)進(jìn)行海圖識(shí)圖練習(xí)。隨著本船的運(yùn)動(dòng)，海圖顯示分為“正北向上”、“航向向上”、“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”和“絕對(duì)運(yùn)動(dòng)”四種模式。

（3） 海圖作業(yè)

通過本船與離岸的距離選擇，正確選擇航線上各個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)和航線點(diǎn)的位置，并且通過本船的參數(shù)設(shè)置，在轉(zhuǎn)向點(diǎn)列表中自動(dòng)添加該點(diǎn)處的最大航速，當(dāng)前計(jì)劃航線的距離等信息；通過讀取相關(guān)的計(jì)劃航線，對(duì)海圖進(jìn)行縮放、拖拽以及測(cè)距，對(duì)航向點(diǎn)和轉(zhuǎn)向點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，以繪制更好的航線。

（4） 海圖改正和注釋

通過添加新圖層的方式，修改海圖信息。

通過在臨時(shí)圖層上添加點(diǎn)、線、面、文本標(biāo)簽等對(duì)象，在航線設(shè)計(jì)或者航行時(shí)給訓(xùn)練員提供一些輔助的標(biāo)注信息。

（5） 定位及導(dǎo)航

通過TCP/IP 協(xié)議，接收操縱運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型實(shí)時(shí)解算出的船舶位置、航向、航速等信息，將本船船位和航跡實(shí)時(shí)顯示在電子海圖上。通過接收模擬AIS信息，在海圖上不同位置顯示不同航速、航向、船舶經(jīng)緯度等信息的船位，從而訓(xùn)練員可以控制和操縱多船情況下的海圖練習(xí)。

根據(jù)實(shí)際情況可自行設(shè)置安全等深線（默認(rèn)情況下安全水深線[8]為30 m），并采用不同的顏色區(qū)分不同的深度。

（6） 航海信息查詢

船舶在航行中，常常需要知道本船周圍航標(biāo)物，引航站等相關(guān)信息，以掌握船舶航行時(shí)的環(huán)境信息。航海信息查詢，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊獲取目標(biāo)（如港口、引航站等），可以獲取物標(biāo)的詳細(xì)信息，從而為船舶航行做出正確的指引。

（7） 航路監(jiān)視

設(shè)置一個(gè)偏離計(jì)劃航線的閾值，自動(dòng)計(jì)算船位與計(jì)劃航線的最短距離并將其顯示在海圖上，當(dāng)超過其閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)生警報(bào)。當(dāng)本船穿越設(shè)定的安全等深線以后，也自動(dòng)發(fā)生警報(bào)。

（8） 航行記錄

每隔1 s，記錄本船經(jīng)緯度、航速、航向等信息，并將其保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便進(jìn)行航跡回放時(shí)調(diào)用該數(shù)據(jù)。該記錄信息不允許有處理和編輯操作。

（9） 數(shù)據(jù)通信

連接計(jì)算機(jī)、鼠標(biāo)以及控制面板之間的數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化友好可視化界面，接收操縱運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)本船航速、航向以及船位信息，實(shí)時(shí)顯示在海圖上；接收模擬AIS和仿真駕控臺(tái)信息，在不同海況下，實(shí)時(shí)監(jiān)控本船和目標(biāo)船的位置，進(jìn)行海圖作業(yè)和操作。

2 基于MapX的模擬器電子海圖軟件關(guān)鍵技術(shù)

2.1 航線規(guī)劃

船舶航線計(jì)劃是航次計(jì)劃指南的重要組成部分之一，它的好壞直接關(guān)系到船舶的航行安全，以及船舶公司的經(jīng)濟(jì)效益[9]。對(duì)于不同類型的船舶，其航線計(jì)劃的內(nèi)容都各有差異，但是總體而言，其主要內(nèi)容是一致的。普通的紙質(zhì)海圖在制定航線計(jì)劃時(shí)，需要準(zhǔn)備大量的航海資料，根據(jù)航次的水文氣象、海況條件結(jié)合船舶載貨以及船員的應(yīng)變能力，繪制粗略的航線，求出大概的航程。而且由于航線附近有礙航物（島嶼、礁石、淺點(diǎn)和禁航區(qū)等），修正航向時(shí)需重新擦除修改航線，增加了大量的工作。電子海圖可以設(shè)定計(jì)劃航線的初始位置的時(shí)間、船舶不同時(shí)刻的航速，采用推薦的航線，根據(jù)電子海圖查詢功能，獲取相應(yīng)航區(qū)的障礙物、水文、氣象等信息，在海圖上通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊獲取轉(zhuǎn)向點(diǎn)和航向點(diǎn)，連接這些轉(zhuǎn)向點(diǎn)和航線點(diǎn)繪制航線。當(dāng)訓(xùn)練員需要修正計(jì)劃航線時(shí)，可以直接通過添加、刪除或修改航線上的某個(gè)航向點(diǎn)或轉(zhuǎn)向點(diǎn)的具體經(jīng)緯度來實(shí)現(xiàn)，具有高效、準(zhǔn)確性。圖4是一條正在初步設(shè)計(jì)的航線。

2.2 跟蹤定位和多目標(biāo)監(jiān)控

船舶實(shí)時(shí)定位是指電子海圖首先創(chuàng)建一個(gè)本船圖元，采用TCP/IP傳輸協(xié)議，接收操縱運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型傳遞的船位信息，經(jīng)分析計(jì)算得到本船的經(jīng)緯度、航速、航向等信息，實(shí)時(shí)將其顯示在電子海圖上。航路監(jiān)控是指在本船航行過程中，通過本船附近的水深點(diǎn)的位置信息和本船的位置信息，實(shí)時(shí)模擬計(jì)算得出本船當(dāng)前位置的水深信息，與設(shè)定的水深值相比較，當(dāng)超過的設(shè)定的閾值時(shí)，給出必要的指示和報(bào)警。