基于安卓系統(tǒng)的移動(dòng)導(dǎo)航在引航中的應(yīng)用

郭樹(shù)林 張德文

摘 要：隨著電子IT技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，專(zhuān)業(yè)的導(dǎo)航軟件在電腦中的應(yīng)用日趨成熟和完善，各大引航機(jī)構(gòu)紛紛購(gòu)買(mǎi)和使用這些電子導(dǎo)航設(shè)備及軟件，而安卓系統(tǒng)的智能手機(jī)或平板上的應(yīng)用還在起步階段，但相對(duì)于電腦和其配套的軟件，安卓系統(tǒng)在便攜和啟動(dòng)方便性等方面存在很大的優(yōu)勢(shì)。本文主要闡述電子海圖系統(tǒng)及其導(dǎo)航軟件，配合內(nèi)置或外置藍(lán)牙GPS、AIS，在安卓系統(tǒng)的手機(jī)或平板上實(shí)現(xiàn)免費(fèi)無(wú)流量的較高精度、偏航監(jiān)測(cè)及智能語(yǔ)音報(bào)警等功能，應(yīng)用在引航的航道航行，靠離泊參考，也可以應(yīng)用于船舶的沿海航行上，使安卓智能手機(jī)或平板上的移動(dòng)導(dǎo)航軟件成為引航作業(yè)中必要和應(yīng)急的一套獨(dú)立的移動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：安卓系統(tǒng);移動(dòng)導(dǎo)航;引航

中圖分類(lèi)號(hào)：U675? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）06-0126-03

1 安卓系統(tǒng)下的移動(dòng)導(dǎo)航應(yīng)用APP軟件

1.1 移動(dòng)導(dǎo)航應(yīng)用APP軟件現(xiàn)狀

蘋(píng)果IOS系統(tǒng)下的移動(dòng)導(dǎo)航軟件，因?yàn)樵谄溟_(kāi)發(fā)使用都是付費(fèi)的，因而開(kāi)發(fā)得相對(duì)完善和穩(wěn)定。而安卓系統(tǒng)作為源碼開(kāi)放性的免費(fèi)軟件，其開(kāi)發(fā)自然缺乏動(dòng)力，但目前已存在的安卓APP軟件中仍有不少，比如NAVIONIC、LOTUS、ORUXMAPS、OPENCPN等等。各軟件仍舊不斷推出新的版本以更新漏洞或者增添新功能。就其與外部數(shù)據(jù)交換、海圖支持格式、操作方便性能以及是否記錄航跡等方面看，ORUXMAPS（以下簡(jiǎn)稱OR）是比較適合安卓端的APP軟件，本文以此為例進(jìn)行說(shuō)明。

1.2 OR的特點(diǎn)

（1）擁有眾多使用者（包括戶外運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者），地圖和海圖圖元文件豐富且方便下載，界面完全漢化，界面面板反應(yīng)快捷。

（2）藍(lán)牙GPS、藍(lán)牙AIS和手機(jī)內(nèi)置GPS數(shù)據(jù)交換設(shè)置簡(jiǎn)單并易操作。

（3）配置文件存儲(chǔ)后能備份，可以實(shí)現(xiàn)安裝后一鍵調(diào)用，免去各種參數(shù)設(shè)置。

（4）具有轉(zhuǎn)向點(diǎn)導(dǎo)航即航線導(dǎo)航模式。偏離航線距離XTE可隨時(shí)監(jiān)測(cè)，保證船舶行駛在航線上（如圖1）。

（5）支持的電子海圖格式較多，并能由很多第三方軟件直接轉(zhuǎn)化而成，也可以在線下載。支持安卓系統(tǒng)最通用的SQBTILES格式海圖。

（6）航跡記錄功能支持并可導(dǎo)出備查。

（7）支持磁羅經(jīng)航向顯示，可從感應(yīng)器中得到數(shù)據(jù)，不過(guò)受船體磁場(chǎng)影響，該數(shù)值常常誤差較大。

（8）支持語(yǔ)音報(bào)警功能，信號(hào)監(jiān)測(cè)、航線導(dǎo)航模式等均可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警。

（9）支持多圖層疊加顯示，可以把泊位信息等其他必要內(nèi)容做成圖層，隨時(shí)調(diào)用顯示。

2 電子海圖的準(zhǔn)備

2.1下載電子海圖

下載得到的安卓軟件支持的電子海圖與電腦端的標(biāo)準(zhǔn)電子海圖格式不同，但可利用轉(zhuǎn)換軟件將標(biāo)準(zhǔn)電子海圖等轉(zhuǎn)化成OR支持的格式。目前，有些官網(wǎng)提供的電子海圖可免費(fèi)下載作為底圖，其海圖基本已更新至最新，與英版的標(biāo)準(zhǔn)海圖數(shù)據(jù)相差無(wú)幾，因?yàn)橐絽^(qū)域相對(duì)比較固定，只需將所作業(yè)港口和周邊海域即可。若使用OR的自帶在線下載的海圖，其后期修正稍有難度，故建議使用第三方軟件下載并合成轉(zhuǎn)換?？蓪?duì)本海區(qū)電子海圖做具體修改，推薦使用MOAC軟件。當(dāng)然也支持S57、CM93等標(biāo)準(zhǔn)海圖。只是這些標(biāo)準(zhǔn)海圖需要付費(fèi)獲得。利用軟件合成自制的較高精度的免費(fèi)電子海圖自然是首選。

2.2 利用軟件制作合成電子海圖

2.2.1 電子海圖底圖獲得

使用MAOC軟件（全稱Mobile Atlas Creator，簡(jiǎn)稱MOAC）圖源文件選擇NAVI海圖，然后對(duì)選中所選海圖區(qū)域，層數(shù)16級(jí)（目前中國(guó)沿海海圖都能提供下載，而且都是最近更新版本）。層數(shù)越大，海圖體積越高（手機(jī)用文件體積最好不要超過(guò)100M，否則調(diào)用時(shí)反應(yīng)遲鈍），一般16級(jí)精度已經(jīng)夠用。輸出格式為OR支持的SQBTILES格式。軟件就會(huì)自動(dòng)下載各個(gè)地圖塊拼接后輸出光柵海圖。該下載海圖為基圖即為底圖，該圖包含了手機(jī)所用電子海圖的必要數(shù)據(jù)，且是專(zhuān)業(yè)海圖繪制網(wǎng)站提供，很好地保證了電子海圖的精度。

2.2.2 根據(jù)引航站掌握的最新港口水文資料對(duì)海圖進(jìn)行修正

使用谷歌地球軟件新建KMZ格式的地標(biāo)信息文件，對(duì)浮標(biāo)、航道邊線中心線、淺點(diǎn)、泊位參考線、泊位數(shù)據(jù)等依次標(biāo)繪好。因?yàn)橹苯泳哂薪?jīng)緯度，可準(zhǔn)確確定好位置。同時(shí)可參考港圖和衛(wèi)星圖疊加一致程度，準(zhǔn)確標(biāo)繪各個(gè)必要點(diǎn)，統(tǒng)一修正后將需要顯示的內(nèi)容存儲(chǔ)成為KMZ格式文件。將KMZ文件利用軟件轉(zhuǎn)換成為MBT格式文件，該MBT文件作為本地圖源文件備用。后期的海圖修正也是用本方法快捷地得到小圖層，然后用下面的合成海圖方法最終免費(fèi)成圖。這樣就為海圖的修正很好地提供了路徑，不像很多付費(fèi)海圖修正那樣，需要反映給軟件維護(hù)團(tuán)隊(duì)來(lái)更新，處理常常很不及時(shí)。

2.2.3 本地海圖合成

利用下載的電子海圖，和上面做好的本地已修正的小體積海圖圖層，在MOAC中合成，兩圖層整合疊加后輸出為作業(yè)港口附近的電子海圖。若有新的修正可再次修改或重做KMZ文件，然后重新疊加合成和輸出通用的SQBTILES格式標(biāo)準(zhǔn)電子海圖供OR調(diào)用。該過(guò)程可用來(lái)對(duì)電子海圖修正和更新，確保使用的電子海圖更新到最新。

2.3 其他生成電子海圖的方法

在MOAC中可下載指定區(qū)域電子海圖，輸出帶經(jīng)緯度的JPG格式圖片，該電子海圖有兩部分文件組成：一個(gè)是JPG圖片格式文件，一個(gè)是經(jīng)緯度定義文件?？衫脠D片修改軟件如PhotoShop，對(duì)該圖片文件進(jìn)行修改和改正后再存儲(chǔ)就可以了。需要注意的是，篇幅尺寸不能修改，否則經(jīng)緯度發(fā)生錯(cuò)誤。還可以輸出其他格式的海圖，然后用相應(yīng)軟件再次轉(zhuǎn)換直至滿足手機(jī)上導(dǎo)航軟件所需要的那種電子海圖格式。這樣，做一份電子海圖往往可以轉(zhuǎn)換后給不同的手機(jī)導(dǎo)航軟件使用。

3 GPS船位獲得

3.1 使用內(nèi)置Gps

智能安卓手機(jī)或平板自帶內(nèi)置GPS功能，OR可以調(diào)用內(nèi)置GPS來(lái)導(dǎo)航，搜星時(shí)要處于寬廣區(qū)域，搜尋衛(wèi)星時(shí)間1分鐘左右。手機(jī)內(nèi)置GPS缺點(diǎn)是手機(jī)耗電并且船速在低速時(shí)一般三節(jié)以下，OR更新不明顯，速度顯示接近于零從而失去意義，在3節(jié)以上時(shí)會(huì)相對(duì)穩(wěn)定。

3.2 使用外置Gps

智能安卓手機(jī)利用藍(lán)牙連接外置藍(lán)牙GPS模塊定位藍(lán)牙GPS和智能手機(jī)藍(lán)牙配對(duì)后，即可在OR中啟動(dòng)外置藍(lán)牙來(lái)導(dǎo)航，外置藍(lán)牙GPS定位快精度高，靈敏度高漂移小，同時(shí)手機(jī)更省電。GPS模塊置于船中線的駕駛臺(tái)窗上，手機(jī)任意移動(dòng)至雷達(dá)和駕駛臺(tái)兩翼，船位不受影響。缺點(diǎn)是民用GPS模塊在速度上，會(huì)有0.4節(jié)左右的漂移，使用時(shí)多加留意。

3.3使用外置藍(lán)牙AIS

藍(lán)牙AIS數(shù)據(jù)使用4.0版以上的智能安卓手機(jī)或平板都能同時(shí)連接兩臺(tái)以上的藍(lán)牙設(shè)備，若手頭上配備了藍(lán)牙AIS，當(dāng)連接大船后OR軟件里可以調(diào)用AIS數(shù)據(jù)到電子海圖中，如圖2。不過(guò)該軟件顯示的AIS船舶的圖標(biāo)有不夠?qū)I(yè)，并且不能直接顯示船名而是MMSI的ID號(hào)，有待后續(xù)改進(jìn)。

4 引航中具體使用技巧

（1）在電腦中規(guī)劃好計(jì)劃航線導(dǎo)出GPX格式，然后在OR中調(diào)取該航線開(kāi)始路點(diǎn)導(dǎo)航。這樣偏行距就會(huì)顯示出來(lái)，讓你準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)偏航情況。

（2）利用泊位輔助線做參考。掉頭時(shí)候，注意船首船尾標(biāo)識(shí)距碼頭距離，準(zhǔn)確安全實(shí)現(xiàn)掉頭，也可以作為拋錨靠泊時(shí)拋錨時(shí)機(jī)監(jiān)控，到達(dá)拋錨參考線時(shí)下錨，即可控制錨鏈節(jié)數(shù)。

（3）導(dǎo)航圖中，在百分之百顯示模式下，本船微距與其他參考目標(biāo)的距離判斷，有100米、200米、300米和40米距標(biāo)圈，但該距標(biāo)圈必須在指定模式下為實(shí)際顯示距離。不能隨時(shí)或任意變換比例，因?yàn)楸壤兓?，?biāo)示距離已被相應(yīng)縮放后的距離。

（4）靠離泊作業(yè)時(shí)本船位置的船型符號(hào)的使用，根據(jù)符號(hào)顯示運(yùn)動(dòng)方向來(lái)確定船舶的趨勢(shì)及時(shí)進(jìn)退車(chē)。特別是在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，來(lái)判斷船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，用眼觀察相對(duì)困難，此時(shí)根據(jù)所示圖形趨勢(shì)可有效判斷船舶是在前進(jìn)中還是在后退中。另外距標(biāo)圈和航道邊線是否相切，也可以判斷船位是否行駛在航道中線上。這一點(diǎn)和雷達(dá)的固定距標(biāo)圈有些類(lèi)似，可作為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船位是否在航道中線的一種有效手段。

（5）引航過(guò)程中，航道以及泊位的信息可以轉(zhuǎn)向點(diǎn)方式存儲(chǔ)，可隨時(shí)調(diào)用查看。

5 引航應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

（1）充分注意到GPS模塊的精度，理論上是兩米但不可避免仍有速度上的漂移，大約正負(fù)0.4節(jié)左右。因?yàn)闀r(shí)間有時(shí)需要較長(zhǎng)，若駕駛臺(tái)封閉較好，需要將外置GPS模塊置于開(kāi)暢處更方便其搜索衛(wèi)星。必要時(shí)移到駕駛臺(tái)外的兩翼上。

（2）各種參考線僅作參考，尚不能精確到兩米以內(nèi)，但滿足日常引航系泊作業(yè)的常規(guī)需求。

（3）藍(lán)牙傳輸有一定延遲性，盡管很短，但也應(yīng)適當(dāng)注意。

（4）安卓系統(tǒng)中大多軟件尚不能直接從藍(lán)牙AIS數(shù)據(jù)中解析出本船船位、速度和航向信息等，故所顯示的速度航向，都是通過(guò)GPS計(jì)算所得。有必要充分了解其對(duì)引航作業(yè)影響。

6 結(jié)語(yǔ)

最新版的Opencpn知名軟件已經(jīng)能夠順暢解析AIS數(shù)據(jù)，并且AIS物標(biāo)和電腦上顯示一樣。可見(jiàn)，安卓系統(tǒng)移動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展越來(lái)越完善，在便捷性和操作性上有很大優(yōu)勢(shì)，作為一種有效的移動(dòng)導(dǎo)航手段是對(duì)傳統(tǒng)引航作業(yè)強(qiáng)而有力的補(bǔ)充，也是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一。隨著APP軟件的不斷開(kāi)發(fā)和完善，會(huì)使其在引領(lǐng)船舶、漁船作業(yè)、船舶航行等方面得到更廣泛的應(yīng)用。