电子海图航路线采集及雷达传递

支家茂

(中海电信有限公司 上海船舶通信导航分公司,上海 200098)



电子海图航路线采集及雷达传递

支家茂

(中海电信有限公司 上海船舶通信导航分公司,上海 200098)

摘要:为实现航路线在电子海图和雷达间的连接与传递,分析通导设备电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display and Information System,ECDIS)电子海图航路线语句格式及相关的采集、转换和传输用接口技术。针对JAN901B电子海图不能直接通过USB口向KH雷达输出航路线的问题，提出软硬件解决方案，并成功应用于JAN901B电子海图到KH雷达的航路线传递中。

关键词:电子海图显示与信息系统;雷达;RS458;USB;串行接口;航路线

0引言

电子海图显示与信息系统(Electrofnic Chart Display and Information System,ECDIS)是船舶航行信息化的标志、纸海图作业向屏幕图像作业转变的重要设备、船舶导航系统和辅助决策系统的综合体，具有显示信息全、缩放自如、海图更新方便、易操作等特点，不仅能在图上连续显示船舶航向和位置，而且能提供与航行有关的各种信息，有效防范航行中的险情。

ECDIS具有自动设计航线、监测航向航迹、自动存储本船航迹、回放历史航程等有关功能。航路线不仅供电子海图使用，而且还要送给雷达使用，这样便于通过雷达判断当前航向和潜在的危险。

在船舶导航操作中，驾驶员需要预先规划下个航次的航线。该操作基本上是在ECDIS上完成的，然后发送给雷达(RADAR)或海图雷达(CHART RADAR)使用，以方便驾驶员通过雷达检查航路并提前做好准备，确保航行安全。同时，规划好的航路线要在ECDIS上模拟，通过了解航路、水深和水下障碍物等方面的情况，自动分析航线有无危险，进行调整后生成安全可靠的航路线。

尽管航路线的传递格式有国际标准(即IEC61162)进行规定，且相关数据使用串口来传递,但有些厂家使用了不同的格式和传递方式，如采用网线来传递其自定义的航路线文件，导致航路线无法通过电子海图与不同品牌雷达连接和传递。

在研究和分析KH雷达及JRC电子海图的航路线后，设计了转换模型，完成软件编程及硬件连接电路，实现了JRC电子海图到KH雷达的转换和传递。

1航路线格式分析

在分析输入KH雷达的航路线后，发现其只接收国际标准的WPL和RTL语句，而JRCJAN901B的航路线用网线传输，且格式为厂家自定义。

符合IEC-61162-1标准的格式语句由WPL转向点语句和RTE航路线语句构成。

1.1　数据协议

类型为IEC-61162-1，波特率为4 800 Bd，数据字节为8 bit，优先级为无，起始比特为1，终止比特为1，数据时序为1 min。

1.2　RTE语句

语句格式为：$--RTE,x.x,x.x,a,c—c,c—c,……c—c*hh。其中:开始字符$为串行标准化语句标识;“--”可以是任何字符；RTE为航路线语句的标识字；第一个X.X为RTE的总语句数；第二个X.X为RTE语句序数；a消息字(如C)为完整的路径;第一个c--c为路径识别字符;第二个到第八个c—c为转向点识别;hh为16进制校验位。

该语句实际上用来说明转向点的数量和排序，一个语句最多表示8个点的顺序，一旦超过就要增加语句数量，同时在语句中告知其在总语句数中的位置。

1.3　WPL语句

1) 语句格式为：$--WPL,llll.ll,a,lllll.ll,a,c--c*hh。

2) 语句组成为:WPL语句标识字、纬度数值、经度数值、转向点的标识字、最后2个16进制校验位。

1.4　航路线的显示

航路线是以转向点为主要节点，然后直线连接这些转向点形成船舶航行所要执行的计划路径，船到转向点就转向，之后沿直线继续行进，直至终点。其中,转向点用WPL语句描述，而线段用RTE语句描述。图1为航路线示意图。

图1　航路线示意图

2USB到串口的转换分析

为确保数据有效传输，雷达通常使用串口输入，电子海图输出则有串口输出和USB输出两种方式。其中串口对串口的连接比较简单(直接连线即可)，而USB要复杂些。这里采用USB转485串口的方式实现数据的传递，RS485接口使用了接线端子。

3方案实现

3.1　转换模型

图2航路线采集及传递模型

通过查找指定目录的航路线文档，获取JRC电子海图中的当前航路线文档。航路线是连续转向点的集合，按顺序排列后就形成了航路线。标准的航路线格式仅含有转向点位置及其编号信息，而JRC的航路线文档除包含转向点位置信息之外,还包含速度、航行模式、转向率、时区等信息，这些信息被叠加在所需位置信息的后边。此外,JRC的航路线文档中转向点编号位置被放在了开始处，因此只有在完成JRC航路线文档分析后，才能按需要对信息进行提取。提取出所需信息后进行分析调理,即将信息按照WPL和RTE格式重新格式化和重组，并加上重新计算出的校验位，形成雷达能识别的符合IEC61162-1格式的标准航路线语句，由串行USB接口输出，通过RS485串口协议向雷达传递。航路线采集及传递模型见图2。

日本JRC出品的JAN901电子海图中的航路线是放在d:ECDIS_DATA oute目录下的，文件名为out.csv，该文件打开后见表1,从表1中提取出经纬度信息和位置编号，供转换用。

表1　转向点表

3.2　航路线格式转换编程

航路线转换流程见图3,航路线格式转换软件使用LABVIEW编程，程序片段见图4。

图3　航路线转换流程

图4　转向点WPL语句提取和转换程序

转换软件的主要作用是提取出转向点数组，读出其中的经纬度部分，重新合成为不含校验位的WPL格式语句并送至检验位算法程序。计算检验位后再次打包,合成为完整的WPL语句，直接送至串行端口。

RTE语句也是通过从转向点数组读出数据，计算出转换点的数量，按照8个一组排列成RTE语句序列计算出校验位，形成完整的RTE语句序列并送至串行端口。

4仿真实现

首先在电脑系统上安装串口模拟软件和串口测试软件，即可在同1台计算机中里实现转换程序的模拟运行。程序首先会检测到模拟串行端口，随后向这个模拟端口发送航路线语，最后在端口检测软件上看到从端口输入的航路线语句。具体模拟转换及传输架构见图4。

将串口检测软件模拟为雷达的输入，将配置过的本地子目录模拟为电子海图的发送目录。通过模拟可检测出编制的软件已成功转换航路线，在模拟端口可看到RTE和WPL语句及正确的排序。

5应用

在计算机上实现仿真的基础上，分以下2个步骤测试并应用到ECDIS到雷达的传递中。

1) 将程序安装在笔记本上，后面的输出硬件接口同真实的相连接，即USB转485串口，然后用电缆接到导航雷达(KH雷达)接口板上(见图6)。

图5　电脑内模拟转换及传输架构

图6　笔记本连接雷达

连接后,在笔记本中任意改变航路线文件内容，在雷达上的端口测试窗口中可看到输入的航路线语句，在雷达回波屏幕上可看到叠加的以红色圈标记的航路点以及以红线连接的航路线，实现了笔记本到雷达的传递。

2) 将软件安装到ECDIS中(JRC的电子海图型号为JAN901B)，然后从USB端口输出，加上USB转485串口转换器后连接KH雷达。启动程序，输出正常，雷达上航路线显示及ECDIS使用均正常。当其在电子海图上生成航路线并保存后，该航路线就会显示在所连接的雷达上(见图7)。

程序运行可靠、稳定，可自动检测串口，进而方便地选择和定位串口。航路线数据从该串口送出，实现了将JRC厂家的航路线文件转换为标准航路线语句，并在电子海图系统和雷达间成功转换，被实际应用于JAN901B电子海图到KH雷达的传输中。图8为KH雷达上显示的电子海图航路线。

图8　KH雷达上显示的电子海图航路线

6结语

通过对电子海图航路线进行采集、分析、调理、转换和传递，可看出航路线采集技术、转换技术及硬件接口技术对不同品牌设备间实现航路线传递的重要性，确保了雷达的性能可得到充分展示，同时也有利于航行安全、方便驾驶员观察。

该软件只是针对JRC的电子海图，系统是Windows的XP系统，有一定的局限性。后期将进一步改进，以实现安装linux系统的古野电子海图到雷达的传输。该航路线转换集成了采集、转换及传递等技术，完全可以用于船舶物联网。

参考文献：

[1]JRC. JRC JAN901B技术手册[K].东京:日本无线公司,2000.

[2]JRC. JRC JAN901B操作手册[K].东京:日本无线公司,2000.

[3]IMO. IMO A.694(17),关于作为全球海上遇险和安全系统(GMDSS)组成部分的船载无线电设备和电子助航设备一般要求的建议案[S].

[4]IMO. IMO MSC.232(82),通过的对电子海图显示与信息系统(ECDIS)性能标准的修正[S].

[5]IEC 61174,电子海图显示与信息系统(ECDIS)操作和性能要求、测试方法和测试结果[S].

[6]张载鸿.微型机接口控制教程[M].北京:清华大学出版社,1992.

[7]陈锡辉.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2007.

Extraction of ECDIS Routes and Delivery to RADAR

ZhiJiamao

(China Shipping Telecommunication Co.,Ltd, Shanghai Marine Telecommunication &

Navigation Branch Co., Shanghai 200090, China)

Abstract:The rout message format of JAN901B ECDIS is analyzed and the conversion procedure to make them fit for radar is devised. The interfacing hardware and software are developed for connecting KH radar to JAN901B ECDIS through the USB port. The route massage delivery from JAN901B ECDIS to KH radar has been successfully achieved.

Key words:telecommunication and navigation; ECDIS; RADAR; USB; serial interface; route

中图分类号：U675.81

文献标志码：A

文章编号：1674-5949(2015)04-053-04

作者简介：支家茂(1964—)，男，浙江慈溪人，高级工程师，主要从事船舶通信导航设备的安装维护、通导技术研究、通导信息化、船舶数据采集、船舶物联网等相关研究。

收稿日期：2015-07-01