基于Qt的电子海图研究与实现

摘要：
电子海图显示与信息系统配备高分辨率的彩色显示屏，为综合导航系统提供人机交互界面，它能够将航海地理信息与地理要素信息以海图的形式显示出来，是整个综合导航系统的重要组成部分。ECDIS的出现使得航海作业模式发生了巨大的变化，它极大地减轻航海作业人员的劳动强度，与船舶自动化系统配合使用，ECDIS能够让航行实现自动化。

Qt是一个跨平台的C++应用程序开发框架，广泛用于GUI程序开发。Qt提供了丰富的应用程序接口（API），可以建立艺术级的图形用户界面；Qt使用类型安全的信号/槽机制代替回调函数，使得各个元件之间的协同工作变得十分简单；Qt独有的项视图模式可以非常简单地实现海图元素显示。当前，Linux作为一种主流操作系统，不仅性能卓越，而且有着完备的软件开发工具和广泛的硬件厂商支持，在安全方面也十分出色。arm linux qt软件开发：http://www.quickembed.com/QEKB/Article/HTML/192.html. 正是基于以上种种优点，本课题最终选择在Linux系统下开发基于Qt的电子海图。电子海图 mapinfo 电子地图引擎 定制开发：http://www.quickembed.com/QEKB/Article/HTML/51.html

本文对电子海图重要模块的实现原理及过程进行了分析。对于电子海图来说，最重要的功能就是状态监控、船舶导航以及信息显示，这一过程涉及到航线设计模块、监控模块和显示模块等。GPS航海导航仪设备成品定制开发，请联系上海速嵌http://www.quickembed.com/QEKB/Article/HTML/54.html.最后详细阐述了系统的开发过程，包括环境的搭建，Qt的GUI开发方法及系统程序的整体设计。
 
电子海图显示与信息系统概述

在现代渔业生产和航运业中，保证航行安全非常重要，GPS（全球卫星定位系统）、雷达/ARPA（自动标绘雷达）以及INMARSAT（国际移动卫星通讯系统）等已被广泛使用，而电子海图显示和信息系统（electronic chart display and information system，ECDIS）的应用提高了船舶驾驶自动化的程度，也保障了船舶航行的安全。与简单的纸海图相比，电子海图系统含有更多的地理和文字信息，且使用简单，操作容易。电子海图具有自动判定功能，能够快速定位碍航物、导航标志及图示物标等物体的位置，对航行安全有重要意义。

电子海图坐标系概念的说明

参心坐标系是以参考椭球的几何中心为原点的大地坐标系。通常分为：参心空间直角坐标系（以x，y，z为坐标元素）和参心大地坐标系（以B，L，H为坐标元素）。

参心空间直角坐标系是在参考椭球内建立的O-XYZ坐标系。原点O为参考椭球的几何中心，X轴是赤道面与本初子午面的交线，向东为正；Z轴是旋转椭球的短 轴，向北为正；Y轴则与XZ平面垂直构成右手关系。参心大地坐标系简称大地坐标，用大地经度L、大地纬度B和大地高度H表示，这种坐标系是大地测量的通用 坐标系。在我国有1954年北京坐标系（BJZ54）和1980年国家大地坐标系（GDZ80），本电子海图采用的是1954年北京坐标系，其值用 （φ，λ）（纬度、经度）表示。

平面直角坐标系简称平面坐标，在绘制海图时，需要把矢量海图上的大地坐标（φ，λ）通过墨卡托投影方式转换为平面坐标。在电子海图系统中涉及的坐标变换算 法包括墨卡托投影正变换和墨卡托投影逆变换，正变换是把BJZ54大地坐标（φ，λ）转换为平面坐标；逆变换则是将平面直角坐标转化为对应的大地坐标经。 

屏幕坐标是导航系统屏幕上显示的坐标，电子海图数据文件中包含平面坐标值以及平面坐标到屏幕坐标的正逆变换。在导航过程中，电子海图系统会定时接收定位设备传输的的经纬度值（φ，λ），然后转换为中间变量平面坐标，最终转换成不同显示比例尺下的屏幕坐标；同时，用户在指定海图中某点位置时，需要将屏幕坐标转换为大地坐标的经纬度值（φ，λ）。

墨卡托投影正变换

墨卡托投影正变换是在绘制海图时，把大地坐标系中的经纬度值（φ，λ）转换为平面直角坐标系中的（ ， ）。其变换公式为：



上式（1）中，
x，y 表示坐标值（墨卡托直角坐标系），
q表示等量纬度，



λ表示经度（大地坐标系）；
表示基准纬度的纬度圈半径，



在式（2）和式（3）中：
表示基准纬度外椭球的卯酉圈曲率半径



表示墨卡托投影的基准纬度，
a 表示地球椭球长半径，
e 表示椭球体第一偏心率。
计算可得到（x，y）值。在实际绘制海图时，设坐标原点为（），考虑到最后的换算单位为厘米（cm）以及海图比例尺（S），由此可得最后的正变换公式为：



这样，绘制海图的平面直角坐标（  ）就得到了。