海洋调查测量信息系统(二)：应用软件

                                                                                                   

一、引言

测量信息系统作为测量船所有测量设备的信息控制中心和运行指挥中心，是保证海洋测量任务统一、高效、同步开展的核心。测量信息系统由硬件和应用软件两部分组成。硬件部分通过多种硬件设备的组合实现系统的具体功能，应用软件通过完整的架构和良好的人机界面设计实现操作人员与硬件的完美交互。两者相辅相成，是实现测绘信息系统功能不可缺少的组成部分。如果把硬件部分看作人体，那么软件系统就是人的思维和知识系统。外部世界通过影响人类思维来引导身体完成某个动作。

海洋调查信息系统（1）描述了系统的硬件实现。硬件部分通过数据采集与分发平台的建设，实现测量信息的集中采集、公共基础信息的统一分发、同步运行的协调控制和数据信息的远程通信，声学同步控制模块和数据远程通信模块。为了配合系统硬件功能的实现，对应用软件的功能需求进行了梳理。测量信息系统应用软件应具有数据信息管理、调试设备管理、调试任务管理、系统功能管理等功能。其中，数据信息管理主要实现多源调试信息的存储、融合管理和显示，配置数据采集和分发平台，完成数据的远程发送和接收；调试设备管理主要是对所有测量设备的信息进行管理，包括设备基本功能、安装、数据接口、工作状态等信息；调试任务管理主要实现任务的提前规划和现场实施，包括任务设计、测区测线管理、作业导航、任务统计、报表管理等；系统功能管理主要实现界面管理、图表管理及相关辅助功能。根据软件系统可靠性、可扩展性、先进性、通用性、安全性的原则，基于模块化的软件结构和海量数据存储技术，设计了测量信息系统应用软件系统的总体框架，并实现了各模块的功能。

二、应用软件系统设计

为实现系统的功能结构，梳理了系统的管理对象，设计了由数据采集层、数据处理层和综合展示层3个方面组成的总体架构，见图1。

⑴管理对象。应用软件管理的对象包括与调查测量信息系统硬件部分组成的本地网络系统、相关主机设备、系统的配置信息和任务工程的文件信息。本地网络实现应用软件系统与硬件之间的数据交互，主机设备则是组成调查测量信息系统硬件部分的相关设备，配置文件库对调查测量信息系统相关配置参数进行存储管理，工程文件库对调测任务工程进行存储管理。

图1   系统总体架构示意图

⑵数据采集层。基于本地网络，使用数据采集引擎对获取的数据包进行提取和解析，经过一系列处理和封装，生成应用数据，实现数据的自动输入与输出，保证数据的唯一性、准确性和规范性。经过系统配置，数据采集引擎可与数据源自动建立关联，输出利用率极高的结构化数据，实现数据有序、安全、可控的交互。

⑶数据处理层。作为软件系统的核心部分，本层处理的内容包含系统配置、设备配置、调查配置和辅助功能4个部分，相关配置参数通过XML文件存储在本地配置文件库中，系统可以通过读取XML文件进行相关的处理。系统配置部分主要是对系统的界面显示、菜单设置、任务工程、舰船参数信息、海图信息等进行设置、管理和实现；设备配置部分主要是对调查测量设备的基本信息和参数设置管理，数据分配器接口设置和管理，各设备原始数据结构和接口定义，数据收发、解析、处理和显示，设备状态的监控和报告；调测配置部分主要是对调测任务进行规划和管理，包括任务参数设置、测线规划、站位管理、作业导航指挥、海图操作控制等；辅助功能中文件管理主要是进行文件信息设置、文档编辑和打印，历史任务管理主要是对任务的信息进行统计整理、对数据进行存储和管理，其他功能主要是实现数据的远程通信、调测设备的时间同步和辅助计算等。

⑷综合展示层。调查测量信息系统整体应用功能通过该层进行展现，实现人机之间的交互，包括系统界面和各个功能模块的显示，电子海图信息的控制和显示，现场作业的导航指挥，数据信息的实时显示和历史数据的回放浏览。

基于这4个层级的架构，设计了由系统管理、调测管理和辅助功能3个模块组成的应用软件系统结构，见图2。

如图所示，系统管理模块主要实现系统总体信息管理、任务工程管理和设备管理；调测管理模块主要完成调测任务规划、作业管理和海图操作等；辅助功能模块主要完成报表文件管理、历史任务管理和数据远程通信等。

图2 调查测量信息系统应用软件结构示意图

三、系统管理模块

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系统管理模块主要包括系统信息管理、任务工程管理和设备管理3个部分。

⒈系统信息管理

系统信息管理主要是对调查测量信息系统的相关基础信息进行配置和管理，见图2。包括舰船信息管理、数据分配管理、海图管理和系统界面管理等。

舰船信息管理主要功能为，新增、编辑、保存舰船信息，包括舰船编号、名称、船龄、吨位、吃水深度，设置船尺寸，根据设置的舰船信息绘制俯视图。

数据分配管理的功能主要是通过应用软件对数据采集分发平台进行相应的配置管理，一方面保证软件系统能进行正常的数据采集存储，另一方面保证调查测量系统其他设备可以实时的接收公共基础信息，确保其正常开展作业。

海图管理的功能主要是对应用软件所使用的海图文件进行管理，同时设置海图在任务规划、调测导航应用时的显示信息。

⒉任务工程管理

工程管理模块的主要功能是创建、打开或关闭工程文件。通过工程向导设置任务文件存储路径、文件名格式，更新本地时间的时基设备，存储文件的类型和格式等。同时对已创建的工程文件进行管理，应用软件针对任务的特点，每项任务都建立独立的文件夹，并且为每项任务创建一个∗lprj文件，里面存储了与任务相关的参数信息，在关闭工程之后需要重新开展任务时只需导入该文件即可，该文件对应一个工程文件夹，对所有观测数据以文件形式进行存储。

⒊设备管理

设备管理主要是对调测设备的基础信息进行设置，对设备的数据进行采集和显示，对设备的工作状态进行实时监控，具体功能组成见图2。

设备信息管理的主要功能是新增、编辑和删除设备的名称、类型、安装位置、接口、数据格式等信息，同时可对设备的原始数据进行实时显示，从而检查接口和数据格式定义的正确性。

设备数据管理主要是实现应用软件与数据采集分发平台之间的信息交互，显示和存储。能够对系统中所有调测设备的串口进行开启和关闭，接收和解析设备发送的数据报文，并按照相关规则自动生成解析后数据提供给其他模块应用，能够对设备的原始数据进行存储，同时还可按照系统设置对解析后的多要素数据进行综合存储。

设备状态监控基于数据信息判断设备的工作状态，并对其进行实时监测。通过检测设备的状态信息或数据传输的时间间隔判断设备是否正常工作，正常时指示灯为绿色，不正常则为灰色。可以同时对多个设备进行显示，如果数据信息不正确，则其数据与设备信息管理中所定义的格式不一定，解析结果为乱码，数据状态也相应变成灰色。

四、调测管理模块

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调测管理模块主要包括调测任务规划、调测作业指挥和海图操作3个部分。

⒈调测任务规划

调测任务规划主要功能为:设置任务参数信息，图幅范围设置，测线和站位布设，具体见图3。

图3  调测任务规划的功能组成示意图

任务参数信息包括任务名称、实施单位、测船名称、作业人员、任务海域、任务类型、上线半径、坐标框架、投影参数等。投影参数主要取决于投影类型，软件可选的投影类型包括墨卡托投影或高斯投影两种，当投影类型为墨卡托时，用户可以设置基准纬度值，当投影类型为高斯类型时，用户可以设置带宽以及中央经度参数。

图幅管理主要是新增、编辑和删除任务开展过程中所需要的图幅，定义图幅编号，设置图幅范围。图幅范围设置有手动输入图幅坐标，图上鼠标框选图幅，测线自动推算图幅3种方式。

测线管理主要是对任务测线进行布设和编辑，以便于开展调测作业的指挥控制。测线布设的方式有测线导入、手动输入、鼠标划线、自动推算。其中自动推算通过设置相关参数能自动生成平行线、中心辐射线等。测线布设后即可直接在海图中预览布设情况，同时还可直接点选对测线进行编辑。

站位管理主要是对当前测量任务的站位进行设置和管理，包括站点坐标、编号、性质等。选择图幅信息后，用户可新增、编辑、删除和导入站位信息。

⒉调测作业指挥

调测作业指挥主要功能包括:上线控制，选线控制，上下线端点控制，下线控制，测线导航显示，自由测线模式，海图自动调整，航迹显示，导航显示，导航控制，模拟导航。具体见图4。

图4 调测作业指挥的功能组成示意图

在线和离线控制通常是通过设置在线半径来自动控制系统是在线测量还是结束测量和离线。判断船舶平台当前位置与在线点之间的距离是否小于设定的在线半径。如果小于，则自动进入在线状态并开始测量。同样，如果船舶平台的当前位置与离线点之间的距离大于设置的在线半径，它将自动进入离线状态，并将测量线标记为测量线。根据突发事件的影响，系统还提供手动干预，控制上下游。

选线控制主要是选择要操作的测线。选线方式分为自动、手动和自定义。在自动模式下，自动选择距离测量船最近的未测量线的端点所在的线作为待在线，最近线的端点为在线点。当距离小于在线半径时，将自动执行在线。在手动模式下，手动选择要联机的线，其最近的线端点为联机点。当距离小于联机半径时，将自动执行联机。在用户定义模式下，根据预定义顺序选择直线，最近的直线端点为在线点。当距离小于在线半径时，将自动执行在线。对于每条测线，有“已测量”和“未测量”两种状态。操作员也可以根据需要手动更改。

上下游端点控制主要是选择上下游端点。默认情况下，软件将选择最靠近船舶的测线端点作为在线点，导航显示屏也将以该点为起点旋转屏幕，以确保测线垂直。在海图显示界面中，测线在线点闪烁蓝白，离线点闪烁黑白。

自由测线主要手动控制上、下测线。在此模式下，测量船不需要沿计划测线航行，上下测线由人工控制，偏航标尺无效。

海图自动调整主要是根据卫星定位系统获取的船舶位置信息，自动调整海图上显示的内容。当船舶移动时，海图将被调整，以确保船舶位置始终在图片中。

对于“轨迹设置”，可以选择是否显示轨迹，并根据需要设置轨迹点数。控制是否在图表上显示已完成的测量线。选择“隐藏测量线”后，系统将不再以“已测量”状态显示测量线。

导航显示主要用于设置导航界面及其显示内容。如果软件分别显示和控制导航显示器和主窗口的海图和观测数据信息界面，则可以设置是否在导航窗口中显示海图，并选择要在导航中显示的数据信息。

⒊海图操作

海图操作主要功能包括海图显示配置、海图操作、海图量算３个部分，具体见图5。

海图显示配置主要是新增、编辑主窗口和导航串口海图的显示信息，保存配置信息，恢复系统默认设置。

图5 海图操作的功能组成示意图

海图控制主要是实现海图加载、海图移动、显示模式控制、昼夜模式控制、选择模式控制、新增物标、编辑物标、删除物标、物标分层显示、物标查询、航偏尺控制、比例尺控制、指北针控制、鹰眼图控制、GNSS图控制、经纬网控制、海图旋转控制、测线控制、海图坐标控制等，其中，在海图测线部分还分为手动海图测线，指定坐标点测线，测线复制，测线删除，测线移动，测线延长。

海图量算主要是在海图的基础上开展位置、距离、线长、周长和面积的计算。

五、辅助功能模块

辅助功能模块主要包括报表文件管理、历史任务管理和远程数据通信3个部分。

⒈报表文件管理

报表文件主要是针对调测任务的相关记录文件，对整个任务过程中，不同时间节点，不同的要素信息进行汇总记录，并在任务完成后进行生成。应用软件针对不同的任务类型可选择不同的记录参数，设置不同的记录格式。基于这个功能，可大大简化调测任务过程中人员值班的工作，提升作业效率。

⒉历史任务管理

历史任务管理的主要功能包括历史任务数据浏览、历史测量航迹回放、任务测线长度统计、任务测量区域面积统计、任务航行里程统计，具体见图2。

历史任务数据浏览主要是对任务所获取的全部数据信息进行查看。任务所有的测量信息均保存在任务文件夹下，在任务测线信息列表中选取即可查看相关数据。

历史测量过程回放主要是基于历史的任务数据对任务实施的过程进行动态回放，便于开展任务的分析和回顾。

任务测线长度统计、测量区域面积统计和航行里程统计主要是对整个任务过程中所有完成测线的累计长度、任务所覆盖的区域面积和累计的航行里程进行计算。

⒊远程数据通信

远程数据通信主要为实现调查测量信息系统硬件部分远程数据交互功能，提供可视化的操作界面。

⒋时间同步

时间同步基于北斗卫星导航系统所提供的时间基准，利用服务器端和客户端的结构，通过网络进行时间统一，保证各调查测量设备时间的一致性。调查测量信息系统为服务器端，各设备主机为客户端，当应用软件启动后服务器端自动启动，并通过北斗指挥型用户机实时获取时间基准，同时对客户端的时间同步请求进行监听工作，当接收到客户端请求后，实时抓取当前系统时间，并将本地时间发送出去，然后继续进行监听，从而实现时间系统的有效同步。

六、结束语

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