单纯的电子海图显示功能在实践中是远远不够的,需要接入诸如计程仪、罗经、AIS、GPS、雷达等数据,才能满足基本的航海实践需要。而不同航海电子传感器之间数据交互主要采用NMEA 0183格式。
NMEA 0183是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association )为海用电子设备制定的标准格式,目前已成为船舶各电子设备(如:测深仪,电罗经,自动舵,AIS,GPS,计程仪等)之间数据传输的标准。该协议采用ASCII码,其串行通信默认参数为:波特率=9600bps,数据位=8bit,开始位=1bit,停止位=1bit,无奇偶校验。NEMA协议的数据结构如下:
ASCII | 十六进制 | 十进制 | 描述 |
---|---|---|---|
<CR> | 0x0d | 13 | 回车 |
<LF> | 0x0a | 10 | 换行 |
! | 0x21 | 33 | 封装语句的开始标志 |
$ | 0x24 | 36 | 开始标志 |
* | 0x2a | 42 | 校验和 |
, | 0x2c | 44 | 字段分隔标志 |
\ | 0x5c | 92 | 标签块标志 |
^ | 0x5e | 94 | 用十六进制表示ASCII的编码标志 |
~ | 0x7e | 126 | 保留 |
- 消息的最大长度为82个字符,包括开始字符‘$’或‘!’和结束字符<LF>;
- 每个消息的起始字符可以是‘$’(对于常规的字段分隔消息)或'!'(对于具有特殊封装的消息);
- 接下来的五个字符标识设备类型TalkID(两个字符)和报文类型(三个字符);
- 后面的所有数据字段均以逗号分隔;
- 如果没有数据,则相应的字段保持空白(在下一个分隔符之前不包含任何字符);
- 在最后一个数据字段字符之后的第一个字符是星号,但仅在提供校验和时才包括在内;
- 星号后紧跟一个校验和,以两位十六进制数表示,校验和是‘$’和‘*’之间的所有字符的ASCII码的按位异或。根据官方规范,校验和对于大多数数据语句是可选的,但对有些设备则是强制性的;
- <CR> <LF>表示消息结束。
例1:$GPAAM,A,A,0.10,N,WPTNME*32
表示:常规消息(‘$’为开始符);设备类型为:GP;消息类型:AAM;数据为:A,A,0.10,N,WPTNME,校验和:32。
例2:!AIVDM,1,1,,B,177KQJ5000G?tO`K>RA1wUbN0TKH,0*5C
表示:封装消息(‘!’为开始符);设备类型为:AI;消息类型:VDM;数据为:1,1,,B,177KQJ5000G?tO`K>RA1wUbN0TKH,0,校验和:5C。
新建一类库NMEAParser,并添加静态类NMEA0813Parser
去解析NMEA0813标准ASCII字符,通过识别不同的设备而采用不用的解码器。
public static class NMEA0813Parser
{
/// <summary>
/// 将NMEA数据解析,并封装成Hashtable。
/// </summary>
/// <param name="sentence">NMEA标准的ASCII字符串</param>
/// <returns>将数据解析成Hashtable</returns>
/// <exception cref="Exception"></exception>
public static Hashtable Parse(string sentence)
{
if (IsChecksumCorrect(sentence))
{
var ss = sentence.Split('*');
switch (ss[0].Substring(0, 6))
{
//GPS数据 暂时只支持以下八种
case "$GPRMC":
case "$GPGGA":
case "$GPGSA":
case "$GPGLL":
case "$GPGST":
case "$GPGSV":
case "$GPVTG":
case "$GPZDA":
return GPSParser.ParseSentence(ss[0]);
//AIS数据 暂时只支持以下两种
case "!AIVDM":
case "!AIVDO":
return AISParser.ParseSentence(ss[0]);
default:
break;
}
}
return null;
}
private static bool IsChecksumCorrect(string sentence)
{
if (sentence[0] != '!' && sentence[0] != '$') throw new Exception("NMEA数据开始标志不正确");
var lastIndex = sentence.LastIndexOf('*');
if (lastIndex > 1)
{
byte checksum = 0;
for (int i = 1; i < lastIndex; i++)
{
// 使用异或
checksum ^= (byte)sentence[i];
}
// 返回十六进制的校验和
return checksum.ToString("X2") == sentence.Substring(lastIndex+1, 2);
}
else //不存在校验和
{
return true;
}
}
}
考虑到简单应用,代码并不能完全解析NMEA0813的全部类型的数据。目前,GPS解码器与AIS解码器只考虑最常见的情况,具体流程见后文。