虛擬NAVTEX仿真教學系統(tǒng)研究

韓云東 鐘云海 蘭國輝 王蘇 馬海瑞

摘? 要 針對NAVTEX的課堂教學需求，在LabVIEW語言平臺上設(shè)計并開發(fā)虛擬NAVTEX教學系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含發(fā)送機和接收機兩大模塊，其中接收機又包括接收機主界面、海區(qū)選擇、播發(fā)臺選擇、報文管理、時間轉(zhuǎn)換、報文標識等子模塊。系統(tǒng)界面接近實物，操作界面簡潔明了，能夠?qū)崿F(xiàn)NAVTEX的模擬仿真運行。學員通過該教學系統(tǒng)的運行演示，能夠清晰了解NAVTEX的工作機理。

關(guān)鍵詞 教學系統(tǒng);LabVIEW;NAVTEX;仿真教學

中圖分類號：TP391.9? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）22-0013-03

Research on Virtual NAVTEX Teaching System//HAN Yundong， ZHONG Yunhai， LAN Guohui， WANG Su， MA Hairui

Abstract To meet the needs of NAVTEX classroom teaching， a vir-

tual NAVTEX teaching system is designed and developed on Lab-VIEW language platform. The system consists of two modules： Transmitter and Receiver. The Receiver module includes the main interface of the receiver， sea area selection， broadcasting station

selection， message management， time conversion， message identifi-cation and other sub-modules. The interface is close to the real equip-

ment， and the operation interface is concise and clear. It can realize the simulation operation of NAVTEX. Through the demonstration of

the teaching system， the students can clearly understand the working mechanism of NAVTEX.

Key words teaching system; LabVIEW; NAVTEX; simulation tea-ching

1 引言

NAVTEX是Navigational Telex的縮寫，直譯為“航行電傳”，1985年交通部將其命名為“奈伏泰斯”。該系統(tǒng)是為海上航行的船舶播發(fā)航行警告、氣象警告、氣象預(yù)報和其他緊急信息的專用廣播系統(tǒng)，是全球航行警告業(yè)務(wù)的一個組成部分。全球NAVTEX業(yè)務(wù)和INMARSAT系統(tǒng)的安全通信網(wǎng)業(yè)務(wù)共同組成GMDSS海上安全信息播發(fā)系統(tǒng)，在保障航行安全、提高航行效率等各個方面，發(fā)揮著十分重要的作用[1]。

NAVTEX是航海信息系統(tǒng)課程教學中的重要章節(jié)，但其教學內(nèi)容抽象，涉及內(nèi)容繁多，學員不易理解。如果在課堂上能夠模擬運行NAVTEX的工作過程，則能夠有效提高學員的學習熱情和對知識的掌握水平[2]。因此，本文充分利用LabVIEW強大的數(shù)據(jù)處理能力，在其圖形化設(shè)計語言開發(fā)平臺上編程實現(xiàn)虛擬NAVTEX的仿真教學系統(tǒng)[3]，整個系統(tǒng)按照模塊化的設(shè)計思路進行編寫，以單個功能為目標編寫功能模塊，以數(shù)據(jù)流向為線索連接函數(shù)，最終整合形成功能完整的系統(tǒng)整體。

2 虛擬NAVTEX教學系統(tǒng)設(shè)計

虛擬NAVTEX教學系統(tǒng)分為發(fā)送機與接收機兩部分，各自又分為前面板和程序框圖兩部分。根據(jù)船舶NAVTEX設(shè)備的實際功能進行方案設(shè)計，系統(tǒng)整體由14個模塊組成，包括數(shù)據(jù)庫導入和顯示、發(fā)送數(shù)據(jù)顯示與監(jiān)聽、海區(qū)選擇與接收報文、一鍵打印與亮度調(diào)節(jié)、報文管理與時間轉(zhuǎn)換、功率調(diào)節(jié)與優(yōu)先等級顯示、主機地址通信段口模塊等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在前面板設(shè)計過程中，“發(fā)送機模塊”前面板僅做了簡單的美化，包括依托Office報表構(gòu)建發(fā)送報文數(shù)據(jù)庫模塊、報文發(fā)送實時顯示模塊、TCP遠程通信收發(fā)監(jiān)聽燈模塊以及導入數(shù)據(jù)庫文件模塊顯示;在“接收機模塊”前面板實現(xiàn)海區(qū)選擇、報文管理、報文接收、一鍵打印、亮度調(diào)節(jié)以及參數(shù)配置界面顯示。這六個顯示面板分別由相應(yīng)布爾元件控制，這樣使前面板看起來非常的整潔、美觀，有層次感。

在程序框圖當中，主要實現(xiàn)對所需打印報文自動生成Office報表、TCP協(xié)議遠程定向接收報文以及系統(tǒng)時間和幫助功能，并通過有線路由器搭建局域網(wǎng)并運用TCP傳輸控制協(xié)議對報文進行遠程數(shù)據(jù)通信，按照語句協(xié)議對字符串進行解析、提取，最后把接收到的在NAVTEX接收機上顯示出來。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

TCP傳輸協(xié)議實現(xiàn)遠程通信? 在LabVIEW中TCP函數(shù)用于與TCP網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進行交互，實現(xiàn)多機TCP通信，其中一端設(shè)定為服務(wù)器端，另一端設(shè)定為客戶端。這樣在運行的時候服務(wù)器端不斷地偵聽，當有客戶端連接的時候進行連接，然后收取和發(fā)送數(shù)據(jù)形成通信，客戶端運行后不斷地與服務(wù)器端進行試探連接，如果沒有連接上則進行一定的處理，直至連接后收發(fā)數(shù)據(jù)進行處理。

RGB模塊實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)? 亮度調(diào)節(jié)實際上就是在Lab-VIEW上實現(xiàn)灰度等級調(diào)節(jié)。彩色圖像中的每個像素的顏色由R、G、B三個分量決定，而每個分量有255種值可取，這樣一個像素點可以有1600多萬（255*255*255）的顏色變化范圍。而灰度圖像是R、G、B三個分量相同的一種特殊的彩色圖像，其一個像素點的變化范圍為255種，所以在數(shù)字圖像處理中，一般調(diào)用選項卡中的屬性節(jié)點“前景色”，通過R、G、B同時增加或減少分量值來反應(yīng)亮度等級。

Office報表實現(xiàn)打印功能? 利用“報表-Word specific”

選項中的“Word Easy Table”將text文本添加到Word文本中，再利用“新建報表”創(chuàng)建新報表，并對窗口狀態(tài)、報表類型等初始化，最后利用“處置報表”關(guān)閉報表并釋放其界面。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

虛擬NAVTEX系統(tǒng)的總體設(shè)計采用模塊化思想，對模塊分別進行程序設(shè)計和仿真，最后將各模塊整合起來，實現(xiàn)航行安全信息的發(fā)送、接收和打印報文的功能實現(xiàn)與綜合顯示。

發(fā)送機界面? 該界面包括“數(shù)據(jù)庫顯示”“發(fā)送內(nèi)容顯示”“數(shù)據(jù)庫文件導入”“連接狀態(tài)監(jiān)聽”等模塊。當在局域網(wǎng)中實現(xiàn)NAVTEX系統(tǒng)功能時，需要將接收機的主機地址填寫為發(fā)送機所在計算機的IP地址，且發(fā)送機與接收機需要在同一個網(wǎng)段內(nèi)。連接成功后，發(fā)送機綠色連接監(jiān)聽燈會亮，如圖2所示。

接收機主界面? 界面集成海區(qū)選擇、報文管理、報文接收和幫助等，下排增設(shè)主界面、亮度調(diào)節(jié)、一鍵打印、確定和返回鍵。設(shè)備右側(cè)模擬出“上下左右”、TAB鍵和數(shù)字鍵，其顯示效果如圖3所示。收發(fā)數(shù)據(jù)時，應(yīng)注意先運行發(fā)送機，再運行接收機。接收機選擇好合適的海區(qū)和播發(fā)臺后，發(fā)送機再發(fā)送相應(yīng)的報文。

接收內(nèi)容界面? 接收到某些重要的報文時，還可以實現(xiàn)“一鍵打印”功能。進入“報文接收”界面，接收到相應(yīng)的報文后單擊“打印”，即可實現(xiàn)自動生成相應(yīng)的Word文檔，然后連接打印機即可打印，如圖4所示。

海區(qū)選擇界面? 用戶在全球16個由羅馬數(shù)字書寫的航行警告業(yè)務(wù)區(qū)設(shè)置了“布爾單選按鈕”，可隨意選擇，當點擊第十一區(qū)（中國區(qū)）時，進入播發(fā)臺選擇界面，如圖5所示。

播發(fā)臺選擇界面? 選擇“大連”臺后，右側(cè)框欄顯示“大連”。此時任由播發(fā)臺如何播發(fā)世界各地和第十一區(qū)其他播發(fā)臺信息，本接收機一律只能接受有關(guān)大連的報文，如圖6所示。

報文管理界面? 模擬每接收一條報文，即可在接收端顯示出來，顯示項目為是否已讀、是否解鎖、日期與時間等，如圖7所示。

時間轉(zhuǎn)換界面? 該界面包括當前系統(tǒng)時間（北京時間）、系統(tǒng)日期、UTC（國際通用時間）和日期變更，一般通常為數(shù)字“-1”或者“0”，如圖8所示。

報文標識界面? 報文中“B2”的識別字，其中A、B、D、L類報文屬于強制接收，不能拒收，如圖9所示。

5 結(jié)語

本文設(shè)計開發(fā)了一種基于LabVIEW的虛擬NAVTEX教學系統(tǒng)，通過基于局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能，實現(xiàn)NAVTEX

發(fā)射岸臺廣播和船舶虛擬接收機接收航行警告、遇險信息和氣象資料等信息的全過程，為課堂授課對象提供了一個直觀的教學手段，是學習掌握NAVTEX的工作原理的有效教學輔助工具。目前，通過該系統(tǒng)進行教學演示，取得較好的課堂教學效果。

參考文獻

[1]韓云東，蔣永馨.航海信息系統(tǒng)[M].海軍大連艦艇學院，2015.

[2]韓云東，袁群哲，楊常青，等.虛擬船舶自動識別系統(tǒng)仿真實驗系統(tǒng)研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2017（8）：9-11.

[3]章佳榮，王璨，趙國宇.精通LabVIEW虛擬儀器程序設(shè)計與案例實現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社，2013.