GMDSS综合模拟器及评估系统架构设计

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2024年6月28日发(作者：)

第１４卷　

第２期　

２０１４笠　

中　国水运　

ＶＯ１．１４　

Ｆｅｂｒｕａｒｙ　

Ｎｏ．２　

２月　

Ｏｈ　ｉ　ｒｌａ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　

２０１４　

ＧＭＤＳＳ综合模拟器及评估系统架构设计　

马玉丽　

（青岛远洋船员职业学院，山东青岛２６６０７１）　

摘要：文中设计了基于ＦＬＡＳＨ　ＣＳ语言，Ｂ／Ｓ架构风格的ＧＭＤＳＳ综合模拟器及评估系统的三层软件架构。三　

层分另０为表示层，业务逻辑层和数据层。表示层是界面层，业务层通过设备ＩＤ、功能ＩＤ、步骤ＩＤ调用公共接口来　

控制表示层的显示内容，数据层主要保存配置数据，考题和考题的正确操作集合。三层软件架构有利于团队开发，　

缩短了开发设周期，程序的复用性得到了提高。　

关键词：ＧＭＤＳＳ；模拟器；评估；架构　

中图分类号：ＴＰ３１１　

引言　

文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—７９７３（２０１４）０２—００８６一Ｏ３　

的抽象。一个好的架构有利于系统的分层设计、并行开发、　

降低模块之间的耦合、提高模块本身的内聚。良好的架构设　

全球海上遇险与安全系统（ＧＭＤＳＳ）是船舶驾驶员必　

须要培训的项目，针对培训学员人数多真实设备培训成本高，　

容易发生误报警等问题，ＧＭＤＳＳ模拟器已经成为培训的一　

个重用组成部分。　

然而现存的ＧＭＤＳＳ模拟器存在着一些问题，比如界面　

的逼真度不是很好，系统的扩展性不是很好、系统的维护和　

升级困难。　

计，对整个软件项目的开发起着非常重要的指导作用ｌ２　Ｊ。　

在软件体系架构设计中，最常见的架构是分层架构。由　

于软件分层结构是一种弱耦合结构，层与层之间的依赖是通　

过接口来完成的，之间的依赖非常的弱。底层对于上层是通　

过接口，提供上层需要的服务，所以开发人员可以改变层次　

中的任何一层，只要之间的调用接口不发生变化，对其它层　

就没有任何影响，也不用改变其它层＿３，４１。　

目前，海事局”船员ＧＭＤＳＳ设备及航海仪器设备实操　

评估”方式仍采用由评估员对学员人工评估的方式完成，由　

于每一位评估员对评估大纲，评估标准的要求和理解不尽相　

同，掌握的评判标准不尽一致，评判时难免有较浓的个人色　

三层架构是分层架构的一个具体体现。在高度抽象下，　

任何一个企业应用从逻辑结构上都可以划分为三层架构，一　

般情况下我们讨论的三层架构从上到下依次是表示层、业务　

层和数据访问层，如图１所示。采用三层体系的应用程序，　

一

彩。因此，评估员评判的人为因素有时会使学员的评估成绩　

有失公正性【１】。采用标准化试题的自动评估系统是ＧＭＤＳＳ　

设备及航海仪器设备实操评估的发展趋势。　

般是将行业功能、业务逻辑都封装在业务层进行处理，同　

时也容易扩充相关的业务逻辑。表示层即用户界面层，位于　

针对以上这两个方面的问题，我们完成了ＧＭＤＳＳ综合　

模拟器及评估系统的架构设计。学生可以通过该模拟器进行　

设备练习，老师也可以监督学生的练习情况，训练结束后可　

以使用该系统进行学生设备实操的考试和自动打分。　

最上层，是软件提供给用户的交互接口，一般用于显示数据、　

接收用户输入的数据。表示层不直接对数据库进行操作，直　

接操作的是业务逻辑层，经过业务逻辑层对用户输入数据的　

处理，再传递到数据访问层进行数据库的交互。数据访问层　

ＧＭＤＳＳ设备操作评估是在设备模拟器的基础之上扩展　

而来，学员进入考试系统，现场抽题，从而调出模拟器操作　

主要功能就是负责完成业务逻辑层对数据库的访问，包括从　

数据库中检索数据、插入数据、删除数据等，而这里的数据　

界面，在模拟器上完成操作，系统自动记录并评分。ＧＭＤＳＳ　

设备类型众多，而且，同种设备生产厂商众多，导致设备的　

操作没有固定的格式和步骤，所以模拟器的开发存在很大的　

困难，工作量非常大。在这种情况下，开发出比较全面逼真　

稳定的ＧＭＤＳＳ综合模拟器及评估系统必须引入软件工程的　

开发方法。　

一

库是个广义的概念，比如Ｏｒａｃｌｅ数据库、ｓＱＬ数据库、文　

本文档等。　

业　

、

三层软件架构简介　

表　务　数　

不　・●＿－＇　逻　●Ｉ＿＿－　据　

层　辑　层　

层　

一　

软件架构是软件工程中最重要的一环，是一个软件系统　

中的核心，它决定了一个系统的主体结构、宏观特性，它位　

图１系统三层架构　

二、系统要求　

于软件开发过程的前期阶段，架构设计的过程，是分析客户　

需求、挖掘非功能性需求，并将客户需求的领域知识转化为　

软件系统模型的过程Ｉ　。本质上软件架构是对整个软件功能　

收稿日期：２０１３—１２—０６　

软件系统的架构必须是在满足软件的需求上做出的选　

择。对于ＧＭＤＳＳ综合模拟器及评估系统来说，它的特点和　

作者简介：马玉丽（１９７８一），女，硕士，青岛远洋船员职业学院讲师，主要从事电子电气、船舶通信的教学与研究。　

基金项目：青岛远洋船员职业学院科研项目“ＧＭＤＳＳ综合模拟器设计与研究”２０１０一Ｒ一０３，已经通过山东省验收。　

第２期　

要求决定了软件的架构风格。　

马玉丽：ＧＭＤＳＳ综合模拟器及评估系统架构设计　

１．表示层　

８７　

系统完成功能主要包括两方面。　

（１）多种设备的模拟训练，多名学生可以同时根据要求　

选择需要练习的设备，训练结束后，学生还可以在线测试，　

或者提交作业。　

（２）可以进行考试评估。这个模块根据用户的级别，有　

不同的操作权限，而且不在海事局安排的评估考试期间这个　

模块是无法进入的。　

作为一个大型仿真训练及评估系统，要求系统逼真度高、　

使用方便、系统稳定、易于维护和升级；系统层次划分清晰、　

表示层实现了一个页面框架，该页面框架提供了系统对　

外的一个一致风格的主页面。它可以选择“模拟器训练”模　

式或者“评估考试”模式。进入“模拟器训练”模式后显示　

所有的ＧＭＤＳＳ设备型号，点击相应的设备即可进入该设备　

操作主界面。图３为ＪＲＣ　ＶＨＦ设备主界面。　

各个应用系统功能相对独立、减少应用功能之间的耦合度；　

系统应有良好的扩展性，应用功能的增加不会对系统结构有　

影响。　

三、ＧＭＤＳＳ设备操作自动评估系统架构　

为了实现模拟器逼真的操作界面和流畅的通信，我们选　

用ＦＬＡＳＨ　ＣＳ来完成模拟器的研制开发。ＦＬＡＳＨ　ＣＳ的脚　

本语言ＡｃｔｉｏｎＳｃｒｉｐｔ所具有的网络编程功能，使得开发人员　

可以非常容易地在多媒体环境中开发出与用户“交互”的，　

逼真度非常高的ＧＭＤＳＳ模拟器。在进行电话通信、ＤＳＣ　

呼叫和电传通信的开发过程中，我们以ＦＭＳ（Ｆｌａｓｈ　Ｍｅｄｉａ　

Ｓｅｒｖｅｒ）为网络通信服务器，基于ＲＴＭＰ（Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ　

Ｍｅｓｓａｇｅ　Ｐｒｏｔｏｃｏ１）协议实现了不同模拟器间高效稳定的通　

信与应答Ｉ５ｌ。　

从系统要求可以看出该系统需要支持多用户的并发访　

问，同时该系统需要大量的人机交互界面，考虑到现在良好　

的网络环境，以及客户机／服务器（ｃ／ｓ）架构风格在开发效　

率、难度以及系统维护、升级等方面的弱势【５ｌ，浏览器／服务　

器（Ｂ／Ｓ）架构风格是我们的首选。学生机通过浏览器来访　

问该系统，整个系统部署非常简单，系统维护和升级也只集　

中在服务器端，客户端不需要进行任何改动。　

本系统选择三层软件架构，如图２所示。三层架构的特　

点能够很好的满足系统的特点和要求。首先，三层架构由于　

层之间的低耦合、层间内的高内聚，以及接口的不同实现能　

力，增强了采用三层架构系统的可扩展性和可维护性。其次　

三层架构具有定义明确的层接口提高了可测试性，提高了采　

用三层架构系统的开发效率。　

图２　ＧＭＤＳＳ综合模拟器及评估系统架构　

图３　ＶＨＦ模拟器主界面　

进入“评估考试”模式时系统的界面根据不同的用户身　

份动态生成的。评估员、教师、学员等用户登录后会显示各　

自的操作界面，评估员可以调看学生操作步骤和成绩，进行　

成绩汇总打印，教师可以录入试题，修改试题等，学员登录　

之后是考试界面，根据所抽取的试卷，调取相应的设备操作　

界面。　

表示层主要完成系统功能界面选择、设备界面和考试界　

面的显示。在这一层上需要完成界面图片的处理，包括按钮　

按下和弹起状态的变化，显示屏显示效果，旋钮旋转效果，　

手柄拿起和放下的状态，还有界面的美化，力求最大限度的　

接近真机。　

ＧＭＤＳＳ综合模拟器及评估系统需要提供大量的人机交　

互界面，需要系统具有较为复杂的表示逻辑，同时，在子系　

统之间存在数据交换，问题领域逻辑复杂，并且考虑到日后　

的升级问题，将表示层与业务逻辑层分离有助于丰富用户界　

面的提供、有利于对领域逻辑的处理以及系统的升级等。表　

示层不涉及具体的业务功能，只是界面显示，当用户点击了　

某个按钮或选项，就会通过接口把数据传到业务层，由业务　

层来完成业务的处理。　

２．业务逻辑层　

由于本系统设备类型众多，所以给每个设备分配一个设　

备ＩＤ。通过ＩＤ号可以唯一的定位到这个设备。　

每个设备又有很多功能，给每个功能分配一个功能ＩＤ。　

每个功能又可以分为很多的步骤，给每个步骤分配一个步骤　

ＩＤ。例如开机功能，我们给这个功能分配一个功能ＩＤ为　

ＦＵＮＣ

—

ＰＯＷＥＲＯＮ，用户开机后，会有两个界面的显示，　

首先是开机检查画面，然后自动跳转到开机界面，按照这个　

逻辑我们给第一个界面定义步骤ＩＤ为　

ＦＵＮＣ

—

ＰＯＷＥＲＯＮ

＿

ＳＴＥＰ１，给第二个界面定义步骤ＩＤ为　

ＦＵＮＣ

—

ＰＯＷＥＲＯＮ

—

ＳＴＥＰ２。通过设备ＩＤ、功能ＩＤ、步骤　

ＩＤ就可以唯一确定应该显示的页面内容。　

打开系统时，根据用户选择的设备或者抽题抽到的设备，　

获得设备ＩＤ并初始化一个功能ＩＤ和一个步骤ＩＤ。随着操作　

的不断进行，功能ＩＤ和步骤ＩＤ会不断的变化。每次功能ＩＤ　

和步骤ＩＤ的变化，都会调用公共接口ＳｅｔＤｉｓｐｌａｙ（），传入　

中国水运　第１４卷　

设备ＩＤ，功能ＩＤ和步骤ＩＤ，控制表示层的显示内容。　

因为模拟器的每个操作都有相应的设备ＩＤ，功能ＩＤ和　

步骤ＩＤ，所以，调用ＳｅｔＤｉｓｐｌａｙ（）之后，再调用另一个　

公共接口ＳａｖｅＵｓｅｒＯｐｅｒａｔｉｏｎ（），将这三个ＩＤ上传并保　

存到服务器上。这样就可以得到学生的操作集合，然后在服　

务器端将该操作集合与保存在服务器上的正确操作进行比　

对，可以准确的获得学生操作是否正确，正确了几步，从而　

进行打分。　

四、结语　

州　

本文设计了基于ＦＬＡＳＨ　ＣＳ语言，Ｂ／Ｓ架构风格的　

ＧＭＤＳＳ综合模拟器及评估系统的三层软件架构。ＦＬＡＳＨ　

ＣＳ制作的动画媒体，具有体积小、适合网络浏览且交互性强、　

逼真度高的特点，非常适合ＧＭＤＳＳ模拟器的开发；Ｂ／Ｓ架　

构风格达到了“瘦客户端”的目的，系统的部署、维护和升　

级只在服务器端进行即可；三层架构设计通过合理的接口和　

分层，有利于团队开发，缩短了开发设备类型众多的ＧＭＤＳＳ　

综合模拟器的周期，程序得到很好的优化，程序的复用性得　

到了提高。　

在综合模拟器的基础上本系统增加了评估考试模块，在　

业务逻辑层中的公共模块主要分为五大部分，模拟器操　

作子系统，提供各种类型设备的模拟操作；题库子系统，提　

供试题的录入、答案的录入、试题的审核、查询等功能；试　

卷发布子系统，提供试卷的生成、审核、发布等功能；考试　

开发模拟器的过程中设置合理的接口，使评估考试系统利用　

本模拟器来完成考试，节省了开发系统的工作量和投入成本。　

参考文献　

及评分子系统，提供在线评估考试、计时、自动评分等功能；　

试卷管理子系统，提供成绩汇总、统计以及试卷的保存、查　

询、分析等功能。　

通过这样的业务逻辑处理后，增加新的设备时，主要增　

加新设备的界面显示处理，需要在配置中增加新的设备ＩＤ，　

功能ＩＤ和步骤ＩＤ，然后扩展ＳｅｔＤｉｓｐｌａｙ（）接口，增加相　

应的代码，评估打分部分的代码基本不用修改，增加了系统　

的灵活性，提高了代码的复用性，缩短了开发周期。　

３．数据层　

…１李军．ｃ移动站自动评估系统的设计与实现Ｕｉ＿中国航海，　

２０１２，（１）：２７—３０．　

【２１曾超，吴斌．基于消息的三层架构在监管系统中的应用Ⅲ．　

计算机测量与控制，２０１１，（１）：１９２—１９４．　

【３】陈超．深入理解三层软件架构　福建电脑，２０１０，（１１）：　

７５－７６．　

【４】陈飞．软件架构模式在信息系统开发中的应用研究【Ｄｊ．大　

连：大连海事大学，２００５．　

数据层主要保存配置数据，考题和考题的正确操作集合。　

可以保存在数据库中，也可以保存在文本文件中。　

【５】魏伟．船舶甚高频电台模拟器的研制与应用Ｕｌ＿中国航海，　

２（）１０．（１）１６－１９．　

（上接第８５页）　的Ｍｏｄｅｍ池直接拨号进入因特网。通信协议是在ＳＭＴＰ　

ＰＯＰ３协议基础上自行开发的支持断点续传的无线通信协　

议。压缩算法采用ＬＺＳＳ算法，压缩率高，编译码算法简单。　

纠错方式采用ＣＲＣ循环冗余校验码纠错，检错率达　

９９．９９８４％。通过控制数据包长度及合理安排文件处理在整　

个通信过程中的逻辑位置等方法提高传输速率。实验表明，　

数据包每包在２ｋ字节，且将文件的存储放在通信过程结束　

以后进行，能够大大提高传输速率。同时，ＣｅｍａｉｌＦａｘ的单　

』　ｊ＝＝　

ｌ　

微机多用户方案使得软件可以对多个用户开放【４】。　

、　

（！竺：：里　０　妻　苎　０－　ｊ　ｔ）　

图４　Ｃｅｍａｊ　ＩＦａｘ通信系统组成　

２．通信过程　

五、结束语　

与传统的海上通信技术相比，ＶＳＡＴ卫星通信系统、铱　

星通信系统、高频电子邮件技术以及ＣｅｍａｉｌＦａｘ通信系统等　

数字通信新技术所带来的强大的功能、高速的传输速率、高　

（１）船站ＰＣ机通过ＣｅｍａｉｌＦａｘ构造子用户（该子用　

效的传输质量等优势将使其逐渐成为海上通信的主要手段，　

带领水上无线电通信进入全新的数字通信时代。　

参考文献　

户需要绑定一个电子邮件地址），并将该子用户向卫星通信服　

务器注册，得到拨号帐户和密码；　

（２）通过ＣｅｍａｉｌＦａｘ构造电子邮件、传真和短信；　

（３）调用ＣｅｍａｉｌＦａｘ拨叫功能将船站所有子用户文件　

（包括电子邮件、传真、短信）发送到卫星通信服务器，同　

时接收卫星通信服务器上本船站的文件；　

（４）卫星通信服务器将收到的文件按类型分别打包为相　

应的格式送到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络、固定电话网络和短信网络。　

３．主要技术特点　

【１］王化民，冯文仙，常满文．海上高频电子邮件技术Ｕ　Ｊ．舰　

船科学技术，２０１２，（２）：９３—９８．　

【２】张颖，王化民．基于ＧＳＭ的铱星通信系统【ｌ１．航海技术，　

２０１３，（３）：３５—３７．　

【３Ｊ　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｏｃ８８．ｃｏｍ／ｐ一９１　１　９５（）２６（）２９８　ｈｔｍ１．　

【４】杨兵．基于Ｉｎｍａｒｓａｔ的无线数字通信的研究与－＃．Ｓ￣ｌＪ１．数　

字通信世界，２００５，（　）．　

ＣｅｍａｉｌＦａｘ通信系统利用Ｉｎｍａｒｓａｔ　Ｍｉｎｉ—Ｍ终端自带　

本文标签： 系统评估模拟器设备功能