CN2717812Y - 船用电子海图显示装置 - Google Patents

Abstract

一种船用电子海图显示装置，包括加固计算机、显示器、键盘、鼠标、打印机和控制机柜，其加固计算机包括主机模块、A/D接口卡和电源模块；而主机模块由中央处理单元、图形处理单元、软驱、网卡、多串口卡、电子盘和通用串行总线及标准总线组成，并经系统软件集海图信息、图形操作、航海计划、航海资料和航海作业功能为一体，准确、连续地向船只提供相关导航信息并实时地将活动海区和船只位置显示出来，并与船上其它导航设备进行信息交换，实施导航信息传输、船舶定位、图形操作、资料查询故障检测和报警，为船长对导航信息集中管理和控制提供支持，可以广泛应用于各种远洋轮船及军用舰船上，提供可靠的全方位航海保障。

Description

船用电子海图显示装置

技术领域

本实用新型涉及一种船用电子海图显示装置。

背景技术

目前在国外作为综合导航系统的重要图形显示终端电子海图，从20世纪70年代以来随着电子和计算机技术的飞跃发展从研究开发到产品应用已经取得很大进展，并被国际上专门的电子海图委员会在符合ECDIS的功能、制图和数据结构、海图作业和修改方法等规范范围内确认为“纸质海图的合法等效物”，我国的电子海图开发研究起步较晚，只有10多年的历史，虽然海军航保部和交通部及其相关的研究单位在电子海图管理、航迹标绘等国际化、标准化和技术规范化方面做了许多完善工作，但是不论国内外在电子海图从技术到产品上都存在一个很大问题，就是在技术上自成体系，在数据结构设计和基础模块的开发上不仅技术途径不同，其功能和精度相差很大，多个产品存在只具有初步的信息显示能力，对信息处理能力不强、功能不全、使用效能不高、实时性、安全性、可靠性差和用户操作不便等缺点，这从全面实现我国船舶航海自动化、确保航行安全要求、提高综合导航系统性能指标都达不到要求，从现有的可查到的电子海图系统及技术资料中看出，存在调图速度慢(一般需要10秒)，操作平台安全、可靠性不高，一次开机连续运行时间满足不了要求，图形字体显示可视化效果不好，功能不完善等缺点，均不能很好满足船舶航行的要求；国外的电子海图系统种类很多，但价格都比较贵，而且不同国家不同地区对电子海图应用目的、手段和环境不同，各种电子海图系统所用的数据格式是不同的，目前大多数的应用系统的做法是针对不同格式的海图，开发不同的海图显示与检索查询的驱动系统程序，这种程序其缺点是，造成软件开发的重复工作，互不兼容，不同格式海图之间数据不能共享，系统也不能同时使用不同格式的海图。

综上所述当前需要我国的科技人员根据我国国情和需要开发设计出既符合我国国标要求、符合国际相关标准，又能达到功能完善、性能高和可靠性强的船用电子海图显示装置是非常必要的。

发明内容

本实用新型提供的一种船用电子海图显示装置，它是导航信息处理、传输和显示的中心，面向船长实现综合导航系统各设备的集中管理和信息优化处理，并提供自动进行航海作业支持。它集地理信息、航海计划、航海资料、航海作业等功能为一体，向船舶航行实时、准确、连续提供有关的导航信息，为提高航海导航及航海作业自动化水平和安全航行保障能力提供支持。

本实用新型包括加固计算机[1]、大屏幕显示器[2]、键盘和鼠标[3]、打印机[4]和控制机柜[5]。其中自行设计的高性能的微机系统加固机[1]是船舶航海地理信息综合处理、控制和显示中心，也是数据运算和信息转换的中枢，它连接船舶上的外部设备，并通过大屏幕显示器[2]以显示电子海图及船舶航海的位置，键盘和鼠标[3]用以输入和调拨各种航海数据、信息和资料，并根据需要可随时通过打印机[4]打印出来，同时又与船舶上配置的其它导航设备：平台罗经、罗兰C、测深仪、计程仪、航迹仪和GPS/GLONASS等进行信息交换(见附图1)。

加固计算机[1]的结构由通过锁紧螺栓装在机壳[6]内的电源模块[7]、主机模块[8]、A/D接口卡[9]、硬盘[10]和用于降温的风扇[11]，电源模块[7]通过导线分别与主机模块[8]、A/D接口卡[9]和风扇[11]相连，A/D接口卡[9]通过标准总线[26]与主机模块[8]相连，硬盘[10]通过IDE标准总线与主机模块[8]相连；用于安装在控制机柜[5]内的插槽[12]，机壳[6]的前面板上装有用来接通船上动力电源的电源插座[13]、电源指示灯[14]、复位按钮[15]和电源开关[16]、并设有备用接口中[17]以备用户机动使用(见附图2、3)。

主机模块[8]完成海图信息的处理、导航信息的发、接收、组合及滤波，是系统的核心部分，它包括中央处理单元[18]、图形处理单元[19]、系统时钟[20]、软驱[21]、网卡[22]、多串口卡[23]、电子盘[24]、通用串行总线[25]、系统标准总线[26]、缓冲存储器[27]、视频显示存储器[28]。

中央处理单元[18]是电子海图系统的中枢，它通过系统标准总线[26]提供键盘鼠标[3]、打印机[4]等接口，并负责与船上其它导航设备通讯，是运算和信息处理的中心；并提供用于存储海图系统资料文件、全部海图图形数据、海洋信息数据、界面的图标和记录操作人员进行海图改正信息的硬盘[10]、提供对外部设备信息数据存储的软驱[21]提供用于在网上发导航信息的网卡[22]、提供用于存储航海计划和航海记载的电子盘[24]，其优点是操作可靠性比硬盘[10]高，通用串行总线[25]可根据需要作为海图改正信息的输入接口；多串口卡[23]也是通过系统标准总线[26]与中央处理单元[18]连接在一起，其串口的多少可根据用户的需要选取8个、16个等等，它完成与船上串行导航设备的通讯、实时接收串行信息、并定时发有关数据。

图形处理单元[19]也是电子海图系统的核心之一，它担负着支持各种信息显示的使命，它的技术设计的优劣将直接影响到整个电子海图的显示质量，技术人员通过硬件结构优化设计和软件的支持大大节省了各种浮点的运算时间，提高了图形信息处理速度，其作用是按着来自中央处理单元[18]的内存命令，对图形信息和数据进行处理后再传给中央处理单元[18]，或将处理后的图形信息通过视频显示存储器[28]转换成视频信息到大屏幕显示器[2]显示出来。由于大屏幕显示器[2]的屏幕每次只能显示1280×1024个像素点，而视频显示存储器[28]的存贮容量是2MB，可显示范围中2048×1048，每个像素点占8bits空间，所以电子海图可在视频显示存储器[28]中漫游，显示器[2]的屏幕上，作到匹配显示，且不会造成颜色混乱，缓冲存储器[27]用于存贮整幅海图的点阵数据、符号库、监控程序等，当视频显示存储器[28]需要数据时，缓冲存储器[27]可以将其中所需部分快速映射过去，缓冲存诸器[27]可同时存储两幅海图的点阵数据及符号库、监控程序等，它可支持海图的快速切换显示及两幅海图之间的连续漫游等。

图形处理单元[19]的工作原理是在中央处理单元[18]的控制下，将海图矢量文件由硬盘[10]或电子盘[24]通过中央处理单元[18]的内存调出，并由程序将其解释成点阵存在缓冲存诸器[27]的指定区域中，同时将本舰所在区域内的一部分点阵海图数据映射到视频显示存储器[28]的视口区中，这样航海人员就可在显示器[2]的大屏幕上看到本船所在区域内的海图显示了，另外图形处理单元[19]在工作过程中可以通过系统标准总线[26]接收来自外部设备，如雷达信息，通过软驱[23]在中央处理单元[18]的控制下输  到视频显示存储器[28]中，并在屏幕上以透明覆盖层的形式与海图叠加显示出来。船在航行过程中，图形处理单元[19]按设计要求的时间段不断接收来自中央处理单元[18]的船位信息，并在其控制下转换成屏幕坐标，将船位随时标志出来，同时将航向、航速等信息通过软件程序及时显示出在菜单区。系统时钟[20]连续的发出时间信息，与图像信息同步。

A/D接口卡[9]完成对外部模拟接口设备信息的采样和转换，实时提供给主机模块[8]。本系统中串行通讯导航设备在GPS/GLONASS、罗兰C等，其模拟接口的导航设备有平台罗经、计程仪等，运用信息融合理论、对多种导航信息实时进行优化处理，提高导航定位的精度和可靠性。连续输入平台罗经的航向信息和计程仪的航速信息，推算本船位置，同时根据报告的流向、流速来修正推算船位，提高推算船位精度，并具有航海绘算的功能；实时接收罗兰C、GPS/GLONASS信息与推算船位组合处理获得优化的导航信息，实时估算海流流向、流速，并自动选优切换(其电路原理图见附图5)。

电源模块[7]为加固计算机[1]中的中央处理单元[18]、图形处理单元[19]、A/D接口卡[9]、硬盘[10]等提供5V和12V的驱动电源，其输入为船或岸上220V电源，在转化电压的同时并起到稳定电压的作用(见附图6)。

大屏幕显示器[2]选用高分辨率彩色显示器。

控制机柜[5]的整体采用保护式结构，与甲板和船连接部安装有减震器，增强了抗冲击和振动的能力，为减轻其重量机柜壳体采用铝铸件，显示器[2]悬挂在控制机柜[5]的上方，键盘和鼠标[3]安放在机柜上，节省了使用空间；而该系统与船上外部设备的电缆、接口全部从控制机柜[5]的箱后盖下面的接线板引出(见附图8)，便于维修调试。

该系统主机模块[8]的工作程序是，其中图形处理单元[19]将中央处理单元[18]来的数据处理命令和待处理的数据通过视频显示存储器[28]和缓冲存储器[27]处理后  到大屏幕显示器[2]；中央处理单元[18]与硬盘[10]交互处理数据，模拟数据导航信息经由A/D接口卡[9]转化为数字信息后到中央处理单元[18]，而数字数据导航信息经由多串口卡[23]直接  到中央处理单元[18]，处理后的信息经网卡[22]发到其他需要导航信息的设备中，同时也通过显示器[2]或打印机[4]显示提供给操作人员，而键盘鼠标[3]处理键盘和鼠标信号，经中央处理单元[18]的基本输入输出系统为其提供基本的输入输出控制命令，通用串行总线[25]和软驱[21]输入的信息少部分直接提供给中央处理单元[18]，大部分经由中央处理单元[18]存储到硬盘[10]中，供电子海图系统后续操作使用，系统标准总线[26]提供中央处理单元[18]和电子盘[24]之间的信息通道。

该系统的工作原理：

例1、以执行更换海图功能为例，首先操作人员通过敲击键盘鼠标[3]的键盘将已设计好的更换海图的命令给海图软件系统，该系统将存储于硬盘[10]中的所需要的海图文件通过IDE标准总线输到中央处理单元[18]，由其再将该图形文件  到图形处理单元[19]，然后再由视频显示存储器[28]和缓冲存储器[27]处理，最后由大屏幕显示器[2]显示出来，完成海图的更换任务。

例2、以执行导航配置功能为例，对数字信号量：操作人员通过敲击键盘鼠标[3]的键盘选择已设置的导航配置功能，中央处理单元[18]的软件系统将导航配置的菜单画法到图形处理单元[19]，然后它将存储于视频显示存储器[28]和缓冲存储器[27]上的海图菜单的屏幕像素状态信息到显示器[2]，接下来中央处理单元[18]按设定好的时间间隔(即每隔4秒钟)检查一次多串口卡[23]是否有数据信息量采取相应操作程序，若有数据信息则到中央处理单元[18]中处理，处理完后的信息再到图形处理单元[19]处理后再将信息到显示器[2]显示；若检测到多串口卡没有数据输入，等待下一个4秒的到来。在每次收到有效的数据信息后，中央处理单元[18]将该数据信息通过PCI总线到网卡[22]，同该系统连接的其它导航设备如平台罗经等，便可以得到导航信息。

而对于模拟信号量的导航配置功能的执行，操作人员同样是通过敲击键盘鼠标[3]的键盘选择导航配置功能，中央处理单元[18]将导航配置的菜单画法到图形处理单元[19]后，它将存储于视频显示存储器[28]和缓冲存储器[27]上的海图菜单的屏幕像素状态信息  到显示器[2]显示，接下来是中央处理单元[18]连续不断地每隔1秒钟读取一次从A/D接口卡[9]来的船上其它导航设备信息，模拟信号如从电罗经或计程仪到A/D接口卡[9]。经中央处理单元[18]处理后的数据再经图形处理单元[19]到显示器[2]显示在每次收到数据后，中央处理单元[18]都将该数据通过PCI总线到网卡[22]，同该系统连接的船上其它导航设备，如平台罗经等，便可得到导航信息。

电子海图显示装置的启动可以选择软驱[21]的启动系统或者硬盘[10]的启动系统，这时的启动信息便到中央处理单元[18]中，紧接着系统把启动时最先显示的画面信息从硬盘[10]到图形处理单元[19]处理，处理后它将该信息到显示器[2]，该系统启动完毕，系统进入操作人员的互动模式。

本实用新型完全可以实现实时集中显示导航信息、实时控制导航信息的传输、故障检测和报警，为船长对导航信息的集中管理和控制提供支持；同时为处理复杂操作，提供多种定位手段并对其进行优化处理：具有陆标定位、天文定位、无线电定位、卫星定位计算和校正船位海图标绘功能；可以方便地实现航海计划的制定、修改、航线安全检查及危险报警，对历史航线进行有效管理与使用，自动生成航海计划表和档案；具有船舶航海作业、航海保障实时处理功能，为其提供航海参数显示。可以广泛应用于各种远洋轮船和军用舰艇上。

附图说明

图1船用电子海图显示装置组成原理框图

图2船用电子海图显示装置的加固计算机示意图

图3船用电子海图显示装置的加固计算机前板示意图

图4船用电子海图显示装置的加固计算机的主机模块电路原理框图

图5船用电子海图显示装置的加固计算机的A/D接口卡的电路原理图

图6船用电子海图显示装置的加固计算机的电源模块电路原理图

图7船用电子海图显示装置的控制机柜的结构示意图

图8船用电子海图显示装置控制机柜的接线板示意图

具体实施方式

下面给出本实用新型的实施优选方案，并结合附图加以说明。

本实用新型为提高系统的可靠性，加固计算机[1]采用加固技术，机壳[6]采用嵌入式的密封标准的ATR机箱，用风扇[11]进行风冷散热；对机壳[6]及主机模块[8]、A/D接口卡[9]、电源模块[7]的电路板进行热设计，抗振动、抗冲击设计并采用三防和电磁兼容措施来满足可靠的要求，其各模块的电路板采用小板结构，印制板尺寸选为165mm×120mm，抗振性能好，采用容错技术，系统均采用模块化配置，键盘鼠标[3]的功能互为备份等技术；标准的ATR机箱其允许电路板扩展144芯标准总线[26]，包括PC总线信号。

各模块选用低功耗大规模集成电路器件，线路简单、功耗低，可靠性高；加固计算机[1]的主机模块[8]选用深圳盛博公司的PC104作为主板，微机及相应的扩充电路板，其中中央处理单元[18]由VIA-686A实现，图形处理单元[19]由CRUSOE PROCESSOR实现，软驱[21]由Sony Floppy实现，网卡[22]由82C559实现，多串口卡[23]选用SERIALL，电子盘[24]选用SSD芯片，这种先进的DOC技术不仅可用于存放程序或数据，并可直接启动，系统存储量可高达1GB以上，而且读写速度快，通用串行总线[25]由标准USB实现，缓冲存储器[27]选用板上集成SDRAM，其容量是256MB，视频显示存储器[28]选取VRM，其容量2MB；A/D接口卡[9]选用ADIO VER2.12，硬盘[10]选取IBM公司的Travelmate；大屏幕显示器[2]选用BARCO公司的RFD251，键盘鼠标[3]的键盘为自行设计的防水键盘和罗技公司的“土星”；控制机柜[5]的机柜壳地与信号地分离，其整体采用保护式结构，采用铝铸件，增强其抗冲击和抗振动的能力，该系统的全部接口电缆都在其控制机柜[5]的上箱后盖的接线板上(见附图8)。

依实时记录显示本船舶航行状态为例说明系统的工作原理：海图系统接通电源后，系统首先完成自检，在自检过程中，完成对硬盘[10]、图形处理单元[19]、A/D卡[9]、各接口的检查；接下来海图系统需要根据当前的船位调用相应的海图，来保证当前船位所在位置以最大比例尺的海图显示，然后航海操作人员选择航海作业功能中的启航选项，启动系统，检查各个输入信号导航接口的通讯协议，如GPS和罗兰C等，在协议正确的情况下，开始航行状态。系统在进入航行状态后每隔4秒钟就要记录下来当前的船位点和当前时间，从GPS收到的信号通过标准总线[26]到中央处理单元[18]中，中央处理单元[18]根据处理后的船位信息将需要调用的海图图号和画法到图形处理单元[19]，然后图形处理单元[19]同缓冲存储器[27]和视频显示存储器[28]共同处理后，显示数据便到大屏幕显示器[2]上；中央处理单元[18]还要将当前船位和当前时间等数据  到硬盘[10]上；中央处理单元[18]还要将船位和时间信息通过标准总线[26]到各输出导航接口，这样就完成了本船舶航行状态的记录、发和显示，直至结束航行状态。

本实用新型的技术指标可达到：

显示分辨率为：航向0.1°；航速0.1kn；航程：0.1nmile；纬度：0.0l′。

海图显示性能指标为：分层显示不可少于26层；开窗显示不少于4个；海图切换不大于4秒；16种色及异或、替代、透明三种彩色方式任选；可实现实时记录最近4小时的本船舶航行状态并可复示。

本实用新型可以应用于各种远洋轮船及军用舰艇上。

Claims (2)

1.一种船用电子海图显示装置，它包括加固计算机[1]、大屏幕显示器[2]、键盘和鼠标[3]、打印机[4]和控制机柜[5]，其特征在于加固计算机[1]由装在机壳[6]内电源模块[7]、主机模块[8]、A/D接口卡[9]、硬盘[10]和风扇[11]组成；电源模块[7]通过导线分别与主机模块[8]、A/D接口卡[9]和风扇相连；A/D接口卡[9]通过标准总线[26]与主机模块[8]相互进行信息传递；硬盘[10]通过IDE标准总线与主机模块[8]相互进行信息传递；风扇[11]安装在机壳[6]的前面板上。

2.如权利要求1所述的船用电子海图显示装置，其特征在于主机模块[8]它包括：中央处理单元[18]、图形处理单元[19]、系统时钟[20]、软驱[21]、网卡[22]、多串口卡[23]、电子盘[24]、通用串行总线[25]、标准总线[26]、缓冲存储器[27]和视频显示存储器[28]；其中系统时钟[20]通过片外总线向图形处理单元[19]传递信息，图形处理单元[19]分别通过存贮总线向缓冲存储器[27]和视频显示存储器[28]传递信息，并与中央处理单元[18]相互传递信息；中央处理单元[18]通过系统总线向网卡[22]传递信息，并通过标准总线[26]分别与软驱[21]、多串口卡[23]、电子盘[24]和通用串行总线[25]进行信息交换。

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