基于GPS船用導(dǎo)航儀的嵌入式電子海圖數(shù)據(jù)的制作與顯示-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于GPS船用導(dǎo)航儀的嵌入式電子海圖數(shù)據(jù)的制作與顯示-設(shè)計(jì)應(yīng)用摘要：在嵌入式GPS電子海圖顯示系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)ArcMap地圖軟件進(jìn)行定制等功能的二次開(kāi)發(fā)，不僅可性錄入點(diǎn)線面輸入時(shí)所有的參數(shù)，而且在完成修改后可使用定制工具直接輸出特殊的點(diǎn)數(shù)據(jù)文本文件、面數(shù)據(jù)文本文件和線數(shù)據(jù)文本文件?？纱蟠鬁p小海圖文件數(shù)據(jù)的容量。

0前言

地理信息系統(tǒng)(GIS)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域已得到廣泛地應(yīng)用,ArcInfo是美國(guó)ESRI公司開(kāi)發(fā)的GIS平臺(tái)軟件,ArcInfo憑借其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、圖形編輯、信息檢索、地理分析等功能廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、測(cè)繪、國(guó)土信息資源管理、海圖制作等各個(gè)業(yè)。ArcInfo包括ArcMap、ArcCatalog和ArcToolbox三個(gè)應(yīng)用程序,其中ArcMap提供了一體化的地圖繪制、顯示、編輯、輸出的集成環(huán)境,具有強(qiáng)大的制圖編輯功能。用ArcMap編制地圖,首先要獲得數(shù)字形式的地圖數(shù)據(jù),即對(duì)已有地圖進(jìn)行數(shù)字化或把地面測(cè)量中測(cè)得的點(diǎn)輸入計(jì)算機(jī),連接形成各類(lèi)圖形要素,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化和地圖注記的放置，然后按照應(yīng)用的需要,制作出一幅完整的電子地圖,ArcMap為用戶編制電子地圖提供了豐富的功能和途徑，目前已成為嵌入式電子海圖制作領(lǐng)域應(yīng)用為廣泛的工具之一。

1ArcMap軟件功能的二次開(kāi)發(fā)

用ArcMap制作的電子海圖可直接用于工控機(jī)設(shè)計(jì)的船舶電子海圖顯示系統(tǒng)，但是在嵌入式電子海圖顯示系統(tǒng)中，為了充分發(fā)揮嵌入式處理器的優(yōu)點(diǎn)，提高顯示海圖的速度與效率，需要將制作好的電子海圖轉(zhuǎn)換為特殊的二進(jìn)制文件格式。為了方便制作非標(biāo)格式嵌入式電子海圖文件，可對(duì)ArcMap軟件進(jìn)行了定制功能的二次開(kāi)發(fā)。利用該工具可在電子海圖修改或制作中方便并提高輸入速度，使用該工具可進(jìn)行性將點(diǎn)線面輸入時(shí)所有的參數(shù)錄入。在完成修改后可使用該工具輸出三個(gè)文本文件,分別是點(diǎn)數(shù)據(jù)文本文件(point.dat)、面數(shù)據(jù)文本文件(polygon.dat)、線數(shù)據(jù)文本文件(polyline.dat)。圖1為定制功能中命令欄中經(jīng)二次開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的菜單工具功能選擇窗口圖。

圖1定制功能命令欄中經(jīng)二次開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的的菜單工具窗口圖

2嵌入式電子海圖的制作與數(shù)據(jù)導(dǎo)出

嵌入式電子海圖的制作流程為：首先打開(kāi)已有海圖或新建電子海圖，然后修改或創(chuàng)建點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)，保存海圖文件，保存文件名為*.mxd，然后利用專(zhuān)用開(kāi)發(fā)工具導(dǎo)出點(diǎn)數(shù)據(jù)文本文件(point.dat)、面數(shù)據(jù)文本文件(polygon.dat)、線數(shù)據(jù)文本文件(polyline.dat)共三個(gè)文件。三個(gè)文本文件再利用專(zhuān)用軟件生成為一個(gè)二進(jìn)制的文件即可寫(xiě)入嵌入式電子海圖中的存儲(chǔ)器，供處理器調(diào)用顯示海圖。圖2為用ArcMap軟件制作舟山海域海圖時(shí)的操作窗口圖。

圖2ArcMap制作中的舟山海域界面圖

3嵌入式電子海圖數(shù)據(jù)的顯示

嵌入式電子海圖顯示系統(tǒng)使用前需要通過(guò)計(jì)算機(jī)的超級(jí)終端拷入處理主程序及至少5個(gè)文件才能運(yùn)行，5個(gè)文件是國(guó)標(biāo)漢字庫(kù)文件、logo圖片文件、文本文件（港口介紹等）、圖片文件（航行對(duì)景圖片）。首次拷入文件時(shí)需對(duì)Nandflash進(jìn)行格式化，以后如有圖片文件更新等操作，可用DOS命令進(jìn)行刪除或建立。

(1)logo圖片(PCX格式)的顯示方法

在嵌入式電子海圖顯示系統(tǒng)中，開(kāi)機(jī)后會(huì)顯示一幅開(kāi)機(jī)圖片，由于嵌入式電子海圖系統(tǒng)中內(nèi)存較小，CPU處理速度有限，對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)流行的圖片格式進(jìn)行比較后，嵌入式電子海圖系統(tǒng)中選擇了PCX圖片格式作為開(kāi)機(jī)顯示圖片。PCX格式比BMP格式占有存儲(chǔ)容量小，比JPG格式圖片解壓時(shí)占有CPU資源也少得多。顯示PCX圖片的過(guò)程如下：

讀取PCX文件頭（讀出圖片文件的大小、判斷是否是PCX圖片、顏色位數(shù)等）

讀調(diào)色板（讀取圖片的顏色信息）

解壓圖片數(shù)據(jù)（圖片數(shù)據(jù)恢復(fù)）

設(shè)置調(diào)色板（設(shè)置嵌入式海圖系統(tǒng)中的調(diào)色板與顯示圖片調(diào)色板一致）

顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面

以下是標(biāo)準(zhǔn)PCX格式圖片的文件頭：

typedefstructstPcxHead

{//PCX文件頭數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),共128字節(jié)

int8Signature;//PCX文件標(biāo)志,始終是0AH

int8Version;//版本號(hào)

int8Encoding;//壓縮標(biāo)志，始終是1,表示有限行程編碼

int8BitsPerPixel;//每像素所占位數(shù)

int16XMin,YMin;//圖像左上角坐標(biāo)

int16XMax,YMax;//圖像右下角坐標(biāo)

int16HRes,VRes;//存儲(chǔ)此PCX文件的圖形模式分辨率

int8Palette[48];//16色DAC調(diào)色板

int8Reserved1;//保留

int8ColorPlaneNum;//顏色平面數(shù)

int16BytesPerLine;//每行字節(jié)數(shù)

int16PaletteType;//DAC調(diào)色板類(lèi)型

int8Reserved2[58];//全為零

}stPcxHead;

圖3為嵌入式電子海圖顯示系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)的顯示畫(huà)面。

圖3嵌入式電子海圖顯示系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)的顯示畫(huà)面

(2)嵌入式電子海圖數(shù)據(jù)的顯示方法

電子海圖數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示是系統(tǒng)的程序。該程序根據(jù)給出的中心點(diǎn)位置（通常為GPS給出的船位點(diǎn)坐標(biāo)）及顯示比例范圍參數(shù)，確定需要顯示的空間數(shù)據(jù)范圍，并從海圖文件中找出符合顯示范圍的數(shù)據(jù)，從海圖文件中讀出圖層分層控制信息以實(shí)現(xiàn)電子海圖的分層顯示控制，按各類(lèi)實(shí)體對(duì)應(yīng)的符號(hào)要素代碼繪制相應(yīng)的圖形符號(hào)在內(nèi)存中快速完成海圖的繪制。電子海圖顯示程序流程為：1、根據(jù)中心（船位）經(jīng)緯度及顯示比例參數(shù)，計(jì)算出顯示數(shù)據(jù)塊的大小；2、從海圖文件中找出符合顯示塊范圍的所有點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)；3、將要顯示的點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)按類(lèi)型及屬性在顯示緩存中按對(duì)應(yīng)的位置、圖案顏色、中文標(biāo)注進(jìn)行畫(huà)圖；4、顯示涮新屏幕；5、按操作命令選擇顯示要素，重新計(jì)算顯示數(shù)據(jù)塊。

嵌入式電子海圖顯示系統(tǒng)中使用了16M字節(jié)的內(nèi)存空間，電子海圖數(shù)據(jù)一般在10MB左右，剩下4MB中用于顯示緩存作圖的為480KB，這是按800*600點(diǎn)顯示屏幕計(jì)算的容量。剩下的空間用于程序計(jì)算及漢字庫(kù)、文本等數(shù)據(jù)的存放。由于顯示緩存只有一塊，因此在每次顯示范圍發(fā)行變化時(shí)，都要從內(nèi)存中將海圖數(shù)據(jù)重新讀算一遍，再重新進(jìn)行畫(huà)圖。這在海圖移動(dòng)操作中會(huì)影響涮新的速度，使用大容量位圖緩沖內(nèi)存技術(shù)可提高海圖在移動(dòng)或漫游時(shí)的涮新速度。圖4為嵌入式電子海圖顯示效果圖。