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[摘 要]随着黑龙江水运事业的发展，提高水上作业船只航行的安全性势在必行，同时行业监管部门更需要对水上作业船只进行管理，研发性能卓越的船只导航系统，以GPS定位和相关技术为依托，开发作业船只导航系统的研究制定解决方案，是促进信息化航道的根本举措。通过船只导航系统，航行船就能够安全、有效地在水上航行，这样就充分发挥信息化航道的重要作用。
[关键词]安全性 船舶导航 GPS定位
中图分类号：TN21.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0042-01
1 目的
本系统的建设基于电子江图的作业船只导航系统，突破黑龙江水上作业船只传统的航行模式，确保船只全天候的高精度的安全航行。同时借助无线通信网络实现船岸通信、岸船监管。采用目前领先的架构模式，该系统以船舶导航终端为基础，外接GPS和SIM内置的通讯机，并通过通信网络将船舶动态传送到调度中心，实现省局、各分局调度中心对航道作业船舶的有效监管。船只导航系统可以保障通航船舶更安全、便捷地航行。它是智能航运系统的重要组成部分，也是数字航道和系统支撑平台的重要服务对象。
2 船舶导航系统总体设计
2.1 系统构思
船只导航系统是依托电子江图显示的。在功能实现上，船舶导航系统主要划分为六个主要模块，分别为：电子航道图显示与控制、船舶航行管理、报警与预警、船舶动态监控与查询、导航设备的接收与显示、信息接收与发送。构建当前船只导航系统的功能模型，如图1所示。
1）电子航道图显示与控制
（1）高斯-克吕格坐标系与WGS84坐标相互改变呈现：可将系统所有状态数据呈现。
（2）所有水面形态进行虚拟场景浏览：将黑龙江省内所有水域形态呈现在电子江图上。
（3）相应倍数显示：操作缩放按钮时，软件会按照目前电子江图图中心的位置下，按相应倍数放大、缩小呈现电子江图；拉框放大：在目前电子江图界面上用鼠标左键“拖动”相应大小的矩形框，软件将框内的区域放大至系统当前最大屏幕窗口范围显示，缩小则应按相反操作。
（4）操作界面呈现：在不同条件下，可显示相应的白、黑背景，以适应电子江图显示查询环境。
（5）两点之间距离算法显示：在电子江图操作界面点击鼠标左键，选取彼此两点间距离、位置算出相应距离。
2）船舶航行管理
（1）航行路线的选择：航行路线的增减、方位点的更正；正在航行路线选取与呈现。
（2）船舶日常工作的记录：船舶日常工作的记录的增减、完善和信息寻找。
（3）航行参数操作：船只种类、船只浸在水里的深度等参数操作。
（4）软件参数操作：操作所用系统工作时的参数。
（5）船只起点到终点的距离统计：计算所有航次的相应航程信息。
（6）到达终点目标时刻：依托航行路线和航行速度，计算到达终点目标时刻。
（7）船只历史轨迹信息查询：船只轨迹全时段储存，可查询任意时段的船只航行路线。
3）报警與预警管理
自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警 信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。
（1）远离航线报警：偏离航线超过设定值。
（2）搁浅报警：需要连接测深仪，船舶航行在小于本船安全水深的区域。
（3）禁航区报警：本船进入禁航区域。
（4）碰标报警：距离航标或航行危险物小于设定值。
（5）CPA报警：与目标船的DCPA小于设定值。
4）船舶动态监控与查询
（1）船只位置显示：在江图上显示船只的行驶方向、速度、船艏等信息。
（2）船只参数调取：调取该船出厂参数或其他数据。
（3）船只位置中央显示：一直显示该船在江图中央位置。
5）定位数据接收与显示
（1）GPS数据传输与呈现：按设定参数传输GPS数据，呈现所在地理位置、速度等信息。
（2）AIS数据传输与呈现：按设定参数传输AIS数据，呈现所在地理位置、速度等信息。
（3）计程仪数据传输与呈现：按设定参数传输计程仪数据，呈现该船航速。
（4）测深仪数据传输与呈现：按设定参数传输测深仪数据，呈现水深。
（5）罗经数据传输与呈现：按设定参数传输罗经数据，呈现艏向。
6）信息接收与发送
（1）传输数据调取：调取全部传输数据的信息。
（2）传输数据到数据中心：通过船只通信网络，往数据中心传输该船动态、信息等数据。
（3）服从数据中心轮询船只位置：马上反馈数据中心传送该船动态。
（4）数据中心传送数据指令：含有短消息、数据信息和邮件。
（5）其他协助信息：例如水位数据、航标动态、气象数据等。
2.2 关键技术与算法
1）基于国际标准（S-52、S-57）水上空间数据组织技术
IHO S-57数字航道数据传输标准描述了用于各国航道测量部门之间的数字化航道测量数据的交换以及向航海人员、ECDIS的生产商发布这类数据的标准。该标准是具有法律效力的矢量形式电子航海图的数据交换和传输标准。
该标准采用ISO/IEC8211标准作为数据封装依据，这种封装采用由子字段、字段、数据记录、数据文件直至交换集组成的由下向上的数据组织模式。这种组织模式形成了S-57 ENC应用简档，该简档详细说明了一个交换集中的目录文件以及文件的结构和内容。
2）船舶定位、导航技术
在船只导航系统里， GPS船舶定位系统采用单GPS模块的方式，其定位精度小于15米。为了满足某些其他用户高精度定位的需求，则选用更精准的差分GPS的方式。通过GPS卫星定位手段，确定船只位置、航标位置或其他标的物位置。
导航系统能够将船载的GPS、AIS、GPRS通信机等硬件当做数据传感器，获取信息并通过电子江图的数据进行整合处理，船只航行更为便捷、安全。在电子江图上实时标绘本船GPS位置、运动方向和速度，实现本船航迹的跟踪。可通过本船AIS自动接收周围AIS船只的状态数据，并在电子江图上实时标绘；系统自动计算与AIS目标的相对运动关系。
3 结语
船只导航系统是通过先进的卫星定位技术和通信网络技术开发的，是水上船只安全导航、动态查询及预警的服务平台，结合黑龙江水域的特点，通过GPS先进定位手段、移动通信网络及GIS地理信息系统手段等技术，研发了船只导航系统。本系统可以实现船只航行导航，提高安全防范和管理预控能力，降低水上事故率，促进黑龙江航运事业的发展。
参考文献
[1]赵文同.GPS航海导航系统信息处理模块研究与开发[D].华中科技大学，2005.
[2]刘晓慧. 基于GPS的导航信息接口的研究[D].大连海事大学，2010.
[3]徐建设，史保勇. 基于电子海图的船舶航线显示与监控系统设计[J]. 地理空间信息，2008，04：46-48.
[关键词]安全性 船舶导航 GPS定位
中图分类号：TN21.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0042-01
1 目的
本系统的建设基于电子江图的作业船只导航系统，突破黑龙江水上作业船只传统的航行模式，确保船只全天候的高精度的安全航行。同时借助无线通信网络实现船岸通信、岸船监管。采用目前领先的架构模式，该系统以船舶导航终端为基础，外接GPS和SIM内置的通讯机，并通过通信网络将船舶动态传送到调度中心，实现省局、各分局调度中心对航道作业船舶的有效监管。船只导航系统可以保障通航船舶更安全、便捷地航行。它是智能航运系统的重要组成部分，也是数字航道和系统支撑平台的重要服务对象。
2 船舶导航系统总体设计
2.1 系统构思
船只导航系统是依托电子江图显示的。在功能实现上，船舶导航系统主要划分为六个主要模块，分别为：电子航道图显示与控制、船舶航行管理、报警与预警、船舶动态监控与查询、导航设备的接收与显示、信息接收与发送。构建当前船只导航系统的功能模型，如图1所示。
1）电子航道图显示与控制
（1）高斯-克吕格坐标系与WGS84坐标相互改变呈现：可将系统所有状态数据呈现。
（2）所有水面形态进行虚拟场景浏览：将黑龙江省内所有水域形态呈现在电子江图上。
（3）相应倍数显示：操作缩放按钮时，软件会按照目前电子江图图中心的位置下，按相应倍数放大、缩小呈现电子江图；拉框放大：在目前电子江图界面上用鼠标左键“拖动”相应大小的矩形框，软件将框内的区域放大至系统当前最大屏幕窗口范围显示，缩小则应按相反操作。
（4）操作界面呈现：在不同条件下，可显示相应的白、黑背景，以适应电子江图显示查询环境。
（5）两点之间距离算法显示：在电子江图操作界面点击鼠标左键，选取彼此两点间距离、位置算出相应距离。
2）船舶航行管理
（1）航行路线的选择：航行路线的增减、方位点的更正；正在航行路线选取与呈现。
（2）船舶日常工作的记录：船舶日常工作的记录的增减、完善和信息寻找。
（3）航行参数操作：船只种类、船只浸在水里的深度等参数操作。
（4）软件参数操作：操作所用系统工作时的参数。
（5）船只起点到终点的距离统计：计算所有航次的相应航程信息。
（6）到达终点目标时刻：依托航行路线和航行速度，计算到达终点目标时刻。
（7）船只历史轨迹信息查询：船只轨迹全时段储存，可查询任意时段的船只航行路线。
3）报警與预警管理
自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警 信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。
（1）远离航线报警：偏离航线超过设定值。
（2）搁浅报警：需要连接测深仪，船舶航行在小于本船安全水深的区域。
（3）禁航区报警：本船进入禁航区域。
（4）碰标报警：距离航标或航行危险物小于设定值。
（5）CPA报警：与目标船的DCPA小于设定值。
4）船舶动态监控与查询
（1）船只位置显示：在江图上显示船只的行驶方向、速度、船艏等信息。
（2）船只参数调取：调取该船出厂参数或其他数据。
（3）船只位置中央显示：一直显示该船在江图中央位置。
5）定位数据接收与显示
（1）GPS数据传输与呈现：按设定参数传输GPS数据，呈现所在地理位置、速度等信息。
（2）AIS数据传输与呈现：按设定参数传输AIS数据，呈现所在地理位置、速度等信息。
（3）计程仪数据传输与呈现：按设定参数传输计程仪数据，呈现该船航速。
（4）测深仪数据传输与呈现：按设定参数传输测深仪数据，呈现水深。
（5）罗经数据传输与呈现：按设定参数传输罗经数据，呈现艏向。
6）信息接收与发送
（1）传输数据调取：调取全部传输数据的信息。
（2）传输数据到数据中心：通过船只通信网络，往数据中心传输该船动态、信息等数据。
（3）服从数据中心轮询船只位置：马上反馈数据中心传送该船动态。
（4）数据中心传送数据指令：含有短消息、数据信息和邮件。
（5）其他协助信息：例如水位数据、航标动态、气象数据等。
2.2 关键技术与算法
1）基于国际标准（S-52、S-57）水上空间数据组织技术
IHO S-57数字航道数据传输标准描述了用于各国航道测量部门之间的数字化航道测量数据的交换以及向航海人员、ECDIS的生产商发布这类数据的标准。该标准是具有法律效力的矢量形式电子航海图的数据交换和传输标准。
该标准采用ISO/IEC8211标准作为数据封装依据，这种封装采用由子字段、字段、数据记录、数据文件直至交换集组成的由下向上的数据组织模式。这种组织模式形成了S-57 ENC应用简档，该简档详细说明了一个交换集中的目录文件以及文件的结构和内容。
2）船舶定位、导航技术
在船只导航系统里， GPS船舶定位系统采用单GPS模块的方式，其定位精度小于15米。为了满足某些其他用户高精度定位的需求，则选用更精准的差分GPS的方式。通过GPS卫星定位手段，确定船只位置、航标位置或其他标的物位置。
导航系统能够将船载的GPS、AIS、GPRS通信机等硬件当做数据传感器，获取信息并通过电子江图的数据进行整合处理，船只航行更为便捷、安全。在电子江图上实时标绘本船GPS位置、运动方向和速度，实现本船航迹的跟踪。可通过本船AIS自动接收周围AIS船只的状态数据，并在电子江图上实时标绘；系统自动计算与AIS目标的相对运动关系。
3 结语
船只导航系统是通过先进的卫星定位技术和通信网络技术开发的，是水上船只安全导航、动态查询及预警的服务平台，结合黑龙江水域的特点，通过GPS先进定位手段、移动通信网络及GIS地理信息系统手段等技术，研发了船只导航系统。本系统可以实现船只航行导航，提高安全防范和管理预控能力，降低水上事故率，促进黑龙江航运事业的发展。
参考文献
[1]赵文同.GPS航海导航系统信息处理模块研究与开发[D].华中科技大学，2005.
[2]刘晓慧. 基于GPS的导航信息接口的研究[D].大连海事大学，2010.
[3]徐建设，史保勇. 基于电子海图的船舶航线显示与监控系统设计[J]. 地理空间信息，2008，04：46-48.