船舶導(dǎo)航接口設(shè)計(jì)論文范文

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1導(dǎo)航信息分析

船舶導(dǎo)航信息系統(tǒng)處理和儲(chǔ)存多種信息，首先，系統(tǒng)需要處理硬件接口遞交的監(jiān)測(cè)信息，并根據(jù)上層用戶的需求給予硬件設(shè)備相應(yīng)的反饋;其次，系統(tǒng)需要將處理和合成之后的信息顯示給用戶，同時(shí)從用戶的輸入設(shè)備中收集用戶的需求并進(jìn)行處理;最后，系統(tǒng)還需要與GIS、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等模塊進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)信息的分析和更新。因此，導(dǎo)航信息在系統(tǒng)的流動(dòng)過(guò)程中形成3個(gè)閉環(huán)，如圖2所示。在硬件信息閉環(huán)中，硬件接口產(chǎn)生的信息主要為經(jīng)緯度、航向、航速等初始信息，并通過(guò)硬件設(shè)備本身接口輸出該信息。然而，由于不同設(shè)備采用不同的標(biāo)準(zhǔn)并由不同的廠商制造，因而其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式差異較大，無(wú)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(jìn)行數(shù)據(jù)的格式化。該模塊從硬件接口中收集數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)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(duì)數(shù)據(jù)的合法性進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)識(shí)別數(shù)據(jù)的類型，交付給相應(yīng)的中央處理功能。在用戶信息閉環(huán)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(guò)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(shè)計(jì)需要相應(yīng)的信息交付接口的支持，同時(shí)用戶根據(jù)自己的需求，通過(guò)用戶界面對(duì)導(dǎo)航信息系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的操作，該請(qǐng)求也通過(guò)信息交付接口遞交給中央處理模塊，進(jìn)行進(jìn)一步的處理。在外部信息閉環(huán)中，中央處理模塊需要借助一些外部系統(tǒng)獲取需要的信息，如通過(guò)GIS可以結(jié)合數(shù)字地圖等平臺(tái)，直觀地顯示導(dǎo)航信息，而通過(guò)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，可以將通信功能集成入導(dǎo)航信息平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的位置和導(dǎo)航信息交換。在整個(gè)過(guò)程中，中央處理模塊根據(jù)實(shí)際的需要向外部系統(tǒng)提交信息請(qǐng)求，并從外部系統(tǒng)中下載相應(yīng)的信息。需要注意的是，外部系統(tǒng)中采用的消息格式往往有較為明確的標(biāo)準(zhǔn)，因而信息擴(kuò)展接口必須具備相應(yīng)的適配機(jī)制，支持相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，識(shí)別對(duì)應(yīng)格式的數(shù)據(jù)和消息，并將其轉(zhuǎn)換為中央處理模塊能夠處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2信息接口設(shè)計(jì)

在第2節(jié)中，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用的信息接口進(jìn)行了介紹，并對(duì)其功能進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述，根據(jù)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(kuò)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(duì)信息的格式進(jìn)行檢驗(yàn)和分類，最終遞交給中央處理模塊。其主要結(jié)構(gòu)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(chǔ)在消息緩沖中，信息格式模式匹配單元通過(guò)預(yù)先定義的合法消息格式，對(duì)消息緩沖中的信息進(jìn)行匹配，監(jiān)測(cè)其合法性，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，反饋控制單元調(diào)度消息緩沖，根據(jù)異常消息的來(lái)源，向相應(yīng)的硬件接口做出反饋，進(jìn)而將異常消息丟棄或封閉/重置相應(yīng)的硬件接口。合法的消息被送入消息分類單元，該單元維護(hù)若干個(gè)列表，列表中存儲(chǔ)格式化的消息數(shù)據(jù)。當(dāng)中央處理模塊或其他模塊，調(diào)用相應(yīng)的功能時(shí)，則通過(guò)相應(yīng)的功能子接口，將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)取出并交給相應(yīng)的功能。信息接收接口是基礎(chǔ)硬件設(shè)施和軟件處理單元之間的橋梁，通過(guò)擴(kuò)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(tǒng)的功能更加強(qiáng)大。

2.2信息交付接口信息接收接口面向的是底層硬件設(shè)備和系統(tǒng)，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(shù)據(jù)和信息，按照不同的種類遞交給用戶界面，在用戶界面中進(jìn)行集成和顯示。其主要結(jié)構(gòu)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(dān)負(fù)了雙向的信息傳遞功能。首先，通過(guò)數(shù)據(jù)調(diào)用單元可以將處理完成的數(shù)據(jù)交付給用戶界面使用，根據(jù)類型的不同有圖形化數(shù)據(jù)、字節(jié)化數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)等，用戶界面通過(guò)調(diào)用這些不同種類的數(shù)據(jù)，即可按照實(shí)際需求，合成和顯示出包含豐富內(nèi)容的導(dǎo)航信息圖示。同時(shí)，用戶通過(guò)用戶界面對(duì)導(dǎo)航信息系統(tǒng)進(jìn)行控制、設(shè)置或調(diào)用其需要的單個(gè)數(shù)據(jù)，此時(shí)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(guò)編譯器對(duì)指令進(jìn)行解釋，產(chǎn)生針對(duì)系統(tǒng)每個(gè)模塊的具體指令，并通過(guò)控制信息產(chǎn)生單元將具體指令轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)模塊能夠識(shí)別的具體控制信息。然后利用系統(tǒng)控制接口，對(duì)系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行直接的控制或設(shè)置等操作。信息交付接口是實(shí)現(xiàn)用戶界面的基礎(chǔ)，其并不關(guān)心用戶界面如何實(shí)現(xiàn)，終端用戶有著怎樣的具體需求，僅僅是提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交付接口，這樣就可以根據(jù)不同類型的船舶和不同的應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)不同的用戶界面，而不需要受到核心軟件系統(tǒng)的束縛。

2.3信息擴(kuò)展接口與前2種接口不同，信息擴(kuò)展接口是向外部開(kāi)放的接口，通過(guò)這個(gè)接口，例如衛(wèi)星通信網(wǎng)、GIS系統(tǒng)、AIS系統(tǒng)等，均可以連接入導(dǎo)航信息系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供更加豐富的信息和更加強(qiáng)大的功能。其主要結(jié)構(gòu)和工作流程如圖7所示。信息擴(kuò)展接口同樣需要擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)的雙向傳遞任務(wù)，一方面其運(yùn)行有相應(yīng)數(shù)據(jù)交換/傳輸協(xié)議的協(xié)議棧，如AIS數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議棧、VSAT衛(wèi)星通信協(xié)議棧等，以便通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)的接口下載和傳輸消息，同時(shí)將接收到的消息轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，供中央處理模塊處理。另一方面，系統(tǒng)根據(jù)需要，提出相應(yīng)的信息下載請(qǐng)求，該請(qǐng)求通過(guò)請(qǐng)求處理單元，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)系統(tǒng)的控制和請(qǐng)求指令，封裝為合適的控制消息后，發(fā)送給對(duì)應(yīng)的外部系統(tǒng)。信息擴(kuò)展接口可以通過(guò)擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)交換協(xié)議棧來(lái)擴(kuò)展其可以支持的外部系統(tǒng)種類，從而能夠綜合更多的外部信息，豐富導(dǎo)航信息系統(tǒng)的內(nèi)容。

3仿真與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上研究和設(shè)計(jì)，本文采用軟件實(shí)現(xiàn)的方法對(duì)導(dǎo)航信息系統(tǒng)進(jìn)行仿真和模擬。采用的環(huán)境是Corei31.8GHz，4G內(nèi)存，Win764bit，采用Java作為程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。仿真的重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)各個(gè)接口的功能，驗(yàn)證各個(gè)接口工作的有效性和高效性，依托當(dāng)前較為成熟的中央處理模塊［7］，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的處理和存儲(chǔ)，并使用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)整個(gè)模擬系統(tǒng)，模擬系統(tǒng)界面如圖8所示。通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的代碼，模擬各種硬件設(shè)備，信息接收接口成功地收集和轉(zhuǎn)換了不同種類的消息，并通過(guò)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(shí)現(xiàn)了信息的收集和顯示。如圖9所示，進(jìn)行信息設(shè)置的測(cè)試，通過(guò)設(shè)計(jì)控制面板，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，觀察能否對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效控制。通過(guò)以上實(shí)踐證明，在理論上本文所設(shè)計(jì)的接口能夠發(fā)揮相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信息的收集、處理和交付等功能，說(shuō)明了本文提出的方案具有一定的可行性。

4結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的新發(fā)展，研究了該系統(tǒng)的實(shí)際需求，分析了系統(tǒng)需要處理的信息種類和結(jié)構(gòu)，并對(duì)導(dǎo)航信息系統(tǒng)中若干關(guān)鍵接口進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了初步的實(shí)現(xiàn)和仿真，證明了本文提出方案的可行性，同時(shí)為今后導(dǎo)航信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造提供了一定的依據(jù)。在下一步的工作中，將通過(guò)在實(shí)踐中實(shí)用本文提出的方案，來(lái)檢驗(yàn)各個(gè)接口的實(shí)際功能，并對(duì)各個(gè)接口的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，最終構(gòu)建一個(gè)功能完備、性能穩(wěn)定的船舶導(dǎo)航信息系統(tǒng)。

作者：萬(wàn)軍陳凱華單位：重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院上海海事大學(xué)