虚拟NAVTEX仿真教学系统研究

作者:未知

  摘  要 针对NAVTEX的课堂教学需求,在LabVIEW语言平台上设计并开发虚拟NAVTEX教学系统。该系统包含发送机和接收机两大模块,其中接收机又包括接收机主界面、海区选择、播发台选择、报文管理、时间转换、报文标识等子模块。系统界面接近实物,操作界面简洁明了,能够实现NAVTEX的模拟仿真运行。学员通过该教学系统的运行演示,能够清晰了解NAVTEX的工作机理。
  关键词 教学系统;LabVIEW;NAVTEX;仿真教学
  中图分类号:TP391.9    文献标识码:B
  文章编号: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的縮写,直译为“航行电传”,1985年交通部将其命名为“奈伏泰斯”。该系统是为海上航行的船舶播发航行警告、气象警告、气象预报和其他紧急信息的专用广播系统,是全球航行警告业务的一个组成部分。全球NAVTEX业务和INMARSAT系统的安全通信网业务共同组成GMDSS海上安全信息播发系统,在保障航行安全、提高航行效率等各个方面,发挥着十分重要的作用[1]。
  NAVTEX是航海信息系统课程教学中的重要章节,但其教学内容抽象,涉及内容繁多,学员不易理解。如果在课堂上能够模拟运行NAVTEX的工作过程,则能够有效提高学员的学习热情和对知识的掌握水平[2]。因此,本文充分利用LabVIEW强大的数据处理能力,在其图形化设计语言开发平台上编程实现虚拟NAVTEX的仿真教学系统[3],整个系统按照模块化的设计思路进行编写,以单个功能为目标编写功能模块,以数据流向为线索连接函数,最终整合形成功能完整的系统整体。
  2 虚拟NAVTEX教学系统设计
  虚拟NAVTEX教学系统分为发送机与接收机两部分,各自又分为前面板和程序框图两部分。根据船舶NAVTEX设备的实际功能进行方案设计,系统整体由14个模块组成,包括数据库导入和显示、发送数据显示与监听、海区选择与接收报文、一键打印与亮度调节、报文管理与时间转换、功率调节与优先等级显示、主机地址通信段口模块等,系统结构如图1所示。
  在前面板设计过程中,“发送机模块”前面板仅做了简单的美化,包括依托Office报表构建发送报文数据库模块、报文发送实时显示模块、TCP远程通信收发监听灯模块以及导入数据库文件模块显示;在“接收机模块”前面板实现海区选择、报文管理、报文接收、一键打印、亮度调节以及参数配置界面显示。这六个显示面板分别由相应布尔元件控制,这样使前面板看起来非常的整洁、美观,有层次感。
  在程序框图当中,主要实现对所需打印报文自动生成Office报表、TCP协议远程定向接收报文以及系统时间和帮助功能,并通过有线路由器搭建局域网并运用TCP传输控制协议对报文进行远程数据通信,按照语句协议对字符串进行解析、提取,最后把接收到的在NAVTEX接收机上显示出来。
  3 系统实现关键技术
  TCP传输协议实现远程通信  在LabVIEW中TCP函数用于与TCP网络上的设备进行交互,实现多机TCP通信,其中一端设定为服务器端,另一端设定为客户端。这样在运行的时候服务器端不断地侦听,当有客户端连接的时候进行连接,然后收取和发送数据形成通信,客户端运行后不断地与服务器端进行试探连接,如果没有连接上则进行一定的处理,直至连接后收发数据进行处理。
  RGB模块实现亮度调节  亮度调节实际上就是在Lab-VIEW上实现灰度等级调节。彩色图像中的每个像素的颜色由R、G、B三个分量决定,而每个分量有255种值可取,这样一个像素点可以有1600多万(255*255*255)的颜色变化范围。而灰度图像是R、G、B三个分量相同的一种特殊的彩色图像,其一个像素点的变化范围为255种,所以在数字图像处理中,一般调用选项卡中的属性节点“前景色”,通过R、G、B同时增加或减少分量值来反应亮度等级。   Office报表实现打印功能  利用“报表-Word specific”
  选项中的“Word Easy Table”将text文本添加到Word文本中,再利用“新建报表”创建新报表,并对窗口状态、报表类型等初始化,最后利用“处置报表”关闭报表并释放其界面。
  4 系统实现
  虚拟NAVTEX系统的总体设计采用模块化思想,对模块分别进行程序设计和仿真,最后将各模块整合起来,实现航行安全信息的发送、接收和打印报文的功能实现与综合显示。
  发送机界面  该界面包括“数据库显示”“发送内容显示”“数据库文件导入”“连接状态监听”等模块。当在局域网中实现NAVTEX系统功能时,需要将接收机的主机地址填写为发送机所在计算机的IP地址,且发送机与接收机需要在同一个网段内。连接成功后,发送机绿色连接监听灯会亮,如图2所示。
  接收机主界面  界面集成海区选择、报文管理、报文接收和帮助等,下排增设主界面、亮度调节、一键打印、确定和返回键。设备右侧模拟出“上下左右”、TAB键和数字键,其显示效果如图3所示。收发数据时,应注意先运行发送机,再运行接收机。接收机选择好合适的海区和播发台后,发送机再发送相应的报文。
  接收内容界面  接收到某些重要的报文时,还可以实现“一键打印”功能。进入“报文接收”界面,接收到相应的报文后单击“打印”,即可实现自动生成相应的Word文档,然后连接打印机即可打印,如图4所示。
  海区选择界面  用户在全球16个由罗马数字书写的航行警告业务区设置了“布尔单选按钮”,可随意选择,当点击第十一区(中国区)时,进入播发台选择界面,如圖5所示。
  播发台选择界面  选择“大连”台后,右侧框栏显示“大连”。此时任由播发台如何播发世界各地和第十一区其他播发台信息,本接收机一律只能接受有关大连的报文,如图6所示。
  报文管理界面  模拟每接收一条报文,即可在接收端显示出来,显示项目为是否已读、是否解锁、日期与时间等,如图7所示。
  时间转换界面  该界面包括当前系统时间(北京时间)、系统日期、UTC(国际通用时间)和日期变更,一般通常为数字“-1”或者“0”,如图8所示。
  报文标识界面  报文中“B2”的识别字,其中A、B、D、L类报文属于强制接收,不能拒收,如图9所示。
  5 结语
  本文设计开发了一种基于LabVIEW的虚拟NAVTEX教学系统,通过基于局域网的数据发送和接收功能,实现NAVTEX
  发射岸台广播和船舶虚拟接收机接收航行警告、遇险信息和气象资料等信息的全过程,为课堂授课对象提供了一个直观的教学手段,是学习掌握NAVTEX的工作原理的有效教学辅助工具。目前,通过该系统进行教学演示,取得较好的课堂教学效果。
  参考文献
  [1]韩云东,蒋永馨.航海信息系统[M].海军大连舰艇学院,2015.
  [2]韩云东,袁群哲,杨常青,等.虚拟船舶自动识别系统仿真实验系统研究[J].中国教育技术装备,2017(8):9-11.
  [3]章佳荣,王璨,赵国宇.精通LabVIEW虚拟仪器程序设计与案例实现[M].北京:人民邮电出版社,2013.
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