韓云東 鐘云海 蘭國(guó)輝 王蘇 馬海瑞

摘? 要 針對(duì)NAVTEX的課堂教學(xué)需求，在LabVIEW語(yǔ)言平臺(tái)上設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)虛擬NAVTEX教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含發(fā)送機(jī)和接收機(jī)兩大模塊，其中接收機(jī)又包括接收機(jī)主界面、海區(qū)選擇、播發(fā)臺(tái)選擇、報(bào)文管理、時(shí)間轉(zhuǎn)換、報(bào)文標(biāo)識(shí)等子模塊。系統(tǒng)界面接近實(shí)物，操作界面簡(jiǎn)潔明了，能夠?qū)崿F(xiàn)NAVTEX的模擬仿真運(yùn)行。學(xué)員通過(guò)該教學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行演示，能夠清晰了解NAVTEX的工作機(jī)理。

關(guān)鍵詞 教學(xué)系統(tǒng);LabVIEW;NAVTEX;仿真教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP391.9? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）22-0013-03

Research on Virtual NAVTEX Teaching System//HAN Yundong， ZHONG Yunhai， LAN Guohui， WANG Su， MA Hairui

Abstract To meet the needs of NAVTEX classroom teaching， a vir-

tual NAVTEX teaching system is designed and developed on Lab-VIEW language platform. The system consists of two modules： Transmitter and Receiver. The Receiver module includes the main interface of the receiver， sea area selection， broadcasting station

selection， message management， time conversion， message identifi-cation and other sub-modules. The interface is close to the real equip-

ment， and the operation interface is concise and clear. It can realize the simulation operation of NAVTEX. Through the demonstration of

the teaching system， the students can clearly understand the working mechanism of NAVTEX.

Key words teaching system; LabVIEW; NAVTEX; simulation tea-ching

1 引言

NAVTEX是Navigational Telex的縮寫(xiě)，直譯為“航行電傳”，1985年交通部將其命名為“奈伏泰斯”。該系統(tǒng)是為海上航行的船舶播發(fā)航行警告、氣象警告、氣象預(yù)報(bào)和其他緊急信息的專用廣播系統(tǒng)，是全球航行警告業(yè)務(wù)的一個(gè)組成部分。全球NAVTEX業(yè)務(wù)和INMARSAT系統(tǒng)的安全通信網(wǎng)業(yè)務(wù)共同組成GMDSS海上安全信息播發(fā)系統(tǒng)，在保障航行安全、提高航行效率等各個(gè)方面，發(fā)揮著十分重要的作用[1]。

NAVTEX是航海信息系統(tǒng)課程教學(xué)中的重要章節(jié)，但其教學(xué)內(nèi)容抽象，涉及內(nèi)容繁多，學(xué)員不易理解。如果在課堂上能夠模擬運(yùn)行NAVTEX的工作過(guò)程，則能夠有效提高學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和對(duì)知識(shí)的掌握水平[2]。因此，本文充分利用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在其圖形化設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)上編程實(shí)現(xiàn)虛擬NAVTEX的仿真教學(xué)系統(tǒng)[3]，整個(gè)系統(tǒng)按照模塊化的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行編寫(xiě)，以單個(gè)功能為目標(biāo)編寫(xiě)功能模塊，以數(shù)據(jù)流向?yàn)榫€索連接函數(shù)，最終整合形成功能完整的系統(tǒng)整體。

2 虛擬NAVTEX教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

虛擬NAVTEX教學(xué)系統(tǒng)分為發(fā)送機(jī)與接收機(jī)兩部分，各自又分為前面板和程序框圖兩部分。根據(jù)船舶NAVTEX設(shè)備的實(shí)際功能進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)整體由14個(gè)模塊組成，包括數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入和顯示、發(fā)送數(shù)據(jù)顯示與監(jiān)聽(tīng)、海區(qū)選擇與接收?qǐng)?bào)文、一鍵打印與亮度調(diào)節(jié)、報(bào)文管理與時(shí)間轉(zhuǎn)換、功率調(diào)節(jié)與優(yōu)先等級(jí)顯示、主機(jī)地址通信段口模塊等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在前面板設(shè)計(jì)過(guò)程中，“發(fā)送機(jī)模塊”前面板僅做了簡(jiǎn)單的美化，包括依托Office報(bào)表構(gòu)建發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、報(bào)文發(fā)送實(shí)時(shí)顯示模塊、TCP遠(yuǎn)程通信收發(fā)監(jiān)聽(tīng)燈模塊以及導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)文件模塊顯示;在“接收機(jī)模塊”前面板實(shí)現(xiàn)海區(qū)選擇、報(bào)文管理、報(bào)文接收、一鍵打印、亮度調(diào)節(jié)以及參數(shù)配置界面顯示。這六個(gè)顯示面板分別由相應(yīng)布爾元件控制，這樣使前面板看起來(lái)非常的整潔、美觀，有層次感。

在程序框圖當(dāng)中，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)所需打印報(bào)文自動(dòng)生成Office報(bào)表、TCP協(xié)議遠(yuǎn)程定向接收?qǐng)?bào)文以及系統(tǒng)時(shí)間和幫助功能，并通過(guò)有線路由器搭建局域網(wǎng)并運(yùn)用TCP傳輸控制協(xié)議對(duì)報(bào)文進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，按照語(yǔ)句協(xié)議對(duì)字符串進(jìn)行解析、提取，最后把接收到的在NAVTEX接收機(jī)上顯示出來(lái)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

TCP傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信? 在LabVIEW中TCP函數(shù)用于與TCP網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)多機(jī)TCP通信，其中一端設(shè)定為服務(wù)器端，另一端設(shè)定為客戶端。這樣在運(yùn)行的時(shí)候服務(wù)器端不斷地偵聽(tīng)，當(dāng)有客戶端連接的時(shí)候進(jìn)行連接，然后收取和發(fā)送數(shù)據(jù)形成通信，客戶端運(yùn)行后不斷地與服務(wù)器端進(jìn)行試探連接，如果沒(méi)有連接上則進(jìn)行一定的處理，直至連接后收發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

RGB模塊實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)? 亮度調(diào)節(jié)實(shí)際上就是在Lab-VIEW上實(shí)現(xiàn)灰度等級(jí)調(diào)節(jié)。彩色圖像中的每個(gè)像素的顏色由R、G、B三個(gè)分量決定，而每個(gè)分量有255種值可取，這樣一個(gè)像素點(diǎn)可以有1600多萬(wàn)（255*255*255）的顏色變化范圍。而灰度圖像是R、G、B三個(gè)分量相同的一種特殊的彩色圖像，其一個(gè)像素點(diǎn)的變化范圍為255種，所以在數(shù)字圖像處理中，一般調(diào)用選項(xiàng)卡中的屬性節(jié)點(diǎn)“前景色”，通過(guò)R、G、B同時(shí)增加或減少分量值來(lái)反應(yīng)亮度等級(jí)。

Office報(bào)表實(shí)現(xiàn)打印功能? 利用“報(bào)表-Word specific”

選項(xiàng)中的“Word Easy Table”將text文本添加到Word文本中，再利用“新建報(bào)表”創(chuàng)建新報(bào)表，并對(duì)窗口狀態(tài)、報(bào)表類型等初始化，最后利用“處置報(bào)表”關(guān)閉報(bào)表并釋放其界面。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

虛擬NAVTEX系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)采用模塊化思想，對(duì)模塊分別進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和仿真，最后將各模塊整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)航行安全信息的發(fā)送、接收和打印報(bào)文的功能實(shí)現(xiàn)與綜合顯示。

發(fā)送機(jī)界面? 該界面包括“數(shù)據(jù)庫(kù)顯示”“發(fā)送內(nèi)容顯示”“數(shù)據(jù)庫(kù)文件導(dǎo)入”“連接狀態(tài)監(jiān)聽(tīng)”等模塊。當(dāng)在局域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)NAVTEX系統(tǒng)功能時(shí)，需要將接收機(jī)的主機(jī)地址填寫(xiě)為發(fā)送機(jī)所在計(jì)算機(jī)的IP地址，且發(fā)送機(jī)與接收機(jī)需要在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)。連接成功后，發(fā)送機(jī)綠色連接監(jiān)聽(tīng)燈會(huì)亮，如圖2所示。

接收機(jī)主界面? 界面集成海區(qū)選擇、報(bào)文管理、報(bào)文接收和幫助等，下排增設(shè)主界面、亮度調(diào)節(jié)、一鍵打印、確定和返回鍵。設(shè)備右側(cè)模擬出“上下左右”、TAB鍵和數(shù)字鍵，其顯示效果如圖3所示。收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意先運(yùn)行發(fā)送機(jī)，再運(yùn)行接收機(jī)。接收機(jī)選擇好合適的海區(qū)和播發(fā)臺(tái)后，發(fā)送機(jī)再發(fā)送相應(yīng)的報(bào)文。

接收內(nèi)容界面? 接收到某些重要的報(bào)文時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)“一鍵打印”功能。進(jìn)入“報(bào)文接收”界面，接收到相應(yīng)的報(bào)文后單擊“打印”，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成相應(yīng)的Word文檔，然后連接打印機(jī)即可打印，如圖4所示。

海區(qū)選擇界面? 用戶在全球16個(gè)由羅馬數(shù)字書(shū)寫(xiě)的航行警告業(yè)務(wù)區(qū)設(shè)置了“布爾單選按鈕”，可隨意選擇，當(dāng)點(diǎn)擊第十一區(qū)（中國(guó)區(qū)）時(shí)，進(jìn)入播發(fā)臺(tái)選擇界面，如圖5所示。

播發(fā)臺(tái)選擇界面? 選擇“大連”臺(tái)后，右側(cè)框欄顯示“大連”。此時(shí)任由播發(fā)臺(tái)如何播發(fā)世界各地和第十一區(qū)其他播發(fā)臺(tái)信息，本接收機(jī)一律只能接受有關(guān)大連的報(bào)文，如圖6所示。

報(bào)文管理界面? 模擬每接收一條報(bào)文，即可在接收端顯示出來(lái)，顯示項(xiàng)目為是否已讀、是否解鎖、日期與時(shí)間等，如圖7所示。

時(shí)間轉(zhuǎn)換界面? 該界面包括當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間（北京時(shí)間）、系統(tǒng)日期、UTC（國(guó)際通用時(shí)間）和日期變更，一般通常為數(shù)字“-1”或者“0”，如圖8所示。

報(bào)文標(biāo)識(shí)界面? 報(bào)文中“B2”的識(shí)別字，其中A、B、D、L類報(bào)文屬于強(qiáng)制接收，不能拒收，如圖9所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于LabVIEW的虛擬NAVTEX教學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)基于局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能，實(shí)現(xiàn)NAVTEX

發(fā)射岸臺(tái)廣播和船舶虛擬接收機(jī)接收航行警告、遇險(xiǎn)信息和氣象資料等信息的全過(guò)程，為課堂授課對(duì)象提供了一個(gè)直觀的教學(xué)手段，是學(xué)習(xí)掌握NAVTEX的工作原理的有效教學(xué)輔助工具。目前，通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)演示，取得較好的課堂教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]韓云東，蔣永馨.航海信息系統(tǒng)[M].海軍大連艦艇學(xué)院，2015.

[2]韓云東，袁群哲，楊常青，等.虛擬船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2017（8）：9-11.

[3]章佳榮，王璨，趙國(guó)宇.精通LabVIEW虛擬儀器程序設(shè)計(jì)與案例實(shí)現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社，2013.