海洋测绘常用nmea 0183数据协议格式解析

水利和授时等多个领域得到广泛应用。为了便于卫星定位系统与其他设备进行信息交互，国内外发布了大量的应 用标准，与海洋测绘相关的主要有NMEA0183. RTCM SC104和RINEX。介绍NMEA机构及NMEA0183协议 发展，分析该协议的通用格式，并解析常用的GGA、VTG和ZDA数据格式。关键词：海洋测绘；NMEA 0183； GGA； VTG； ZDA； GNSS中图分类号：P229 文献标识码：A

文章编号：1008-701X(2020)01 -0064-02DOI： 10. 13641/j. cnki. 33 - 1162/tv. 2020. 01. 018Analysis on Commonly Used Data Protocol Formats of NMEA 0183 in Hydrographic Survey

WEI Rong - hao, ZHANG Kun - jun(1. Zhej iang Surveying Institute of Estuary and Coast, Hangzhou 310008, Zhej iang, China ；2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of HydrauEc Disaster Prevention and Mitigation, Hangzhou 310020, Zhejiang, China)Abstract： Since GPS was put into use in the 1980s, satellite positioning systems have been widely used in military,

transportation, water conservancy and timing because of its great advantage in all 一 day, real - time, high 一 dynamic and continuous output. In order to communicate between satellite positioning devices and other device such as computer, lots of standards have been developed such as NMEA 0183, RTCM SC 104 and RINEX which have been widely used in hydrographic survey. This paper first introduces the institution of NMEA and the development of NMEA 0183 standard,

then analyses the generic format, GGA, VTG and ZDA. This will offer technical detail for applications in hydrographic survey.Key words： hydrographic survey； NMEA 0183； GGA； VTG； ZDA； GNSS1问题的提出自从美国的 GPS 系统(Global Positioning System, GPS)

航系统或者区域增强系统，如我国的北斗系统、俄罗斯的 Glonass、欧盟的Galileo、日本的QZSS和印度的NavIC

自20世纪80年代投入使用以来，全球卫星定位系统(Global

(IRNSS)等。随着GNSS的广泛使用，国内外发布了大量卫星应

Navigation Satellite System, GNSS)因其具有可为全球范 围内数量不限的用户提供全天候、连续实时的位置、速度 和时间等优势，己经广泛应用于军事、交通、水利、授时 等多个领域，多个国家和组织也建设了自己的全球卫星导用标准用于GNSS信息的交互，与海洋测绘相关的GNSS 数据格式标准主要有NMEA 0183、RTCM SC 104和

RINEXt,].其中，NMEA 0183格式主要用于GNSS接收机

与其他设备的交互，RTCM SC 104主要用于差分信号的传 输，RINEX格式主要用于不同厂商GNSS接收机的静/动 态数据处理工作，而海洋测绘中主要使用NMEA0183格

收稿日期：2019-05-30基金项目：浙江省水利科技计划项目(RC1805, RC1708).式数据将GNSS接收机的导航定位和时间等信息传输给计

作者简介：魏荣濒(1982 -),男，高级工程师，硕士，主要 研究海洋物理探测及Lidar数据釆集、处理与融合.算机和测深仪等多种外部设备。本文将在简单介绍NMEA 机构及协议格式发展的基础上，解析海洋测绘常用的若干 种格式。E _ mail： weironghao@gmail.com

• 64 •魏荣澈，等：海洋测绘常用NMEAO183数据协议格式解析2 NMEA机构及NMEA0183协议2.1 NMEA 机构NMEA 0183 协议由 NMEA (National Marine Electronics Association国家海洋电子协会(美国))及IMEA(International Marine Electronics Association国际海洋电子协会)共同拥有。

在海洋测绘中，NMEA 0183协议主要应用于各种设备 间的信息传输与时间同步，一般使用GNSS或组合导航设 备获取定位和时间信息后，使用该协议将相关数据传输至

数据釆集系统，如单频测深仪、多波束测深系统、浅地层 剖面仪和侧扫声呐设备等用于定位和授时，这些设备将获 取定位、时间的声纳数据发送给数据釆集计算机，由计算

这2个协会主要致力于制订船用电子设备之间的数据传输标

机集成后进行记录并保存，保存的原始数据经相关后处理 便可得到各种成果。准。NMEA机构于1957年由一批电子设备销售厂商在纽约

成立，最初目的是为了加强电子设备厂商之间的联系，随着 行业的发展逐渐吸引设备制造厂商的加入，并与美国联邦通 信委员会(FFC, Federal Communications Commission)、美 国海岸警卫队(United States Coast Guard)及国际海运事业

3常用的NMEA 0183数据协议3.1 NMEA 0183通用数据格式定义NMEA 0183协议类型有3种⑶，分别是信息源、查 询和属性，本文仅讨论信息源。协议传输的数据语句基于

无线电技术委员会(RTCM, The Radio Technical Commission for Maritime Services)等组织和机构建立紧密的联系⑷。

ASCII 码，常用的格式为\"$ttsss, c—c*hh < CR >< LF

NMEA当前制订的协议主要有NMEA 2000、NMEA 0183和 NMEA 0400 等”>”。该语句最大长度为82个字节，除去行首的“$”和 行末的“”，单次最多传输79个字符。 语句各个字段的意义如下：“$”代表语句的开始；“tt”

2.2 NMEA 0183协议简介NMEA 0183协议主要是为替换原有主要为Loran C及

代表信息源的类型，卫星导航系统中常用的信息源类型见

相关自动导航系统使用的NMEA 0180及NMEA 0182协议 而开发的，其能为海洋电子设备、导航设备和通信设备间

表2； “sss”代表信息识别码，如“GGA”、“VTG”

和“ZDA”等；“c--c”代表数据内容，可以包含0到 多个字段，采用逗号作为分隔符；“*”代表检验和识别符；

的数据传输提供接口，满足将一个设备的串口数据播发给

一个或多个设备接收。“hh”为校验和，其计算方法为和\"*”之间所有字 符的按位异或值(不包括此2字符)；“” 代表语句结束。NMEA 0183协议主要定义了在4 800波特率的串行 数据总线上的电信号需求、传输协议及计时和数据格式。 从1992年发布2.0版本以来，已经根据行业的发展进行

表2卫星定位系统信息源类型表类型信息源多次更新，所有更新的版本都保持对2.0版本的兼容，版

本变化见表1。当前最新的版本是发布于2018年11月的

4.11版，其与4.10版的主要更新是数据格式完善了对现有 卫星定位系统的支持，明确包含对美国的GPS、俄罗斯的 Glonass、欧盟的Galileo,我国的北斗、日本的QZSS和印 度的NavIC (IRNSS)的支持。GA欧盟Galileo系统中国北斗系统印度IRNSS系统GBGIGLGN俄罗斯Glonass系统多个卫星定位系统表1版本号NMEA版本变化表发布时间GPGQ美国GPS系统日本QZSS系统NMEA 2.00NMEA 2.01NMEA 2.10NMEA 2.20NMEA 2.301992.011994.081995.113.2 GGA格式GGA格式主要提供定位的时间及位置，其字符串为：$ 一一 GGA, hhmmss.ss, 1111.1L a, yyyyy.yy, a, x, xx, x.x, x.x, M, x.x, M, x.x, xxxx*hh < CR >< LF >1997.011998.032000.06NMEA 3.00NMEA 3.01NMEA 4.00NMEA 4.10其中，hhmmss.ss表示定位的UTC时间，格式为时分

2002.01秒.秒；1111.11代表纬度，为ddmm.mmmm的度分格式； a可为N或S,分别代表北纬及南纬；yyyyy.yy代表经度，

2008.112012.06为dddmm.mmmm的度分格式；a可为E或W,分别代表

NMEA4.il2018.11东经及西经；x代表定位模式，0代表不可用，1代表标准 定位模式，2代表差分模式，3代表精密定位(下转第69页)・65・胡正松，等：灌区智能监测系统研究与应用6结语灌区智能监测系统在铜山源水库灌区水利工程标准化

⑵李慧伶，王修贵，催远来，等.灌区运行状况综合评价的方法

研究[J].水科学进展，2006（4）： 543-548.管理工程项目的应用，实现了对人员考勤、日常巡查情况、

[3] 周亚平，李欣苓，李晓辉，等.找析我国大型灌区信息化建设

[J].水利水文自动化，2007（3）： 1-7.调度运行的情况、 水位、雨量、流量、水位尺图片等信息 的实时智能监测。 系统投入运行后，实践证明该系统功能 齐全、运行稳定、 操作方便，大大提高了铜山源水库灌区

[4] 浙江省政府办公厅.浙江省人民政府办公厅关于全面推行水利

工程标准化管理的意见[EB/OL]. [2016-01-16]. http://www.zj.

gov.en/art/2016/l/25/art_38271_259315.html.的日常管理效率， 减轻管理人员的负担，降低运营成本，[5] 刘瑞霞，曹宇隆，李文军，等.浅议灌区信息化管理[J].内蒙古

水利，2012（5）： 103 - 104.提高水资源配置效益，实现铜山源水库灌区的信息化和标 准化，达到了预期的效果。（责任编辑 姚小槐）参考文献：[1]黄红.我国水资源利用现状及对策分析[J].江西化工，2011（1）：207 - 208.（上接第65页）模式，4代表RTK固定解，5代表RTK >< LF >浮动解，6代表估算模式（外推），7代表手动输入，8代 其中，hhmmss.ss代表时间，格式为时分秒.秒；第一个

表模拟模式；xx代表定位使用的卫星数；x.x代表平面精度 衰减因子；x.x及后面的M代表平均海平面（大地水准面） 高度（m）；随后的x.x及M代表大地水准面差距（m）；

xx表示日期，取值从01-31；第二个XX表示月份，取值 从01-12； xxxx表示年份。以上时间系统都采用UTC时。 之后的xx表示当地时区的小时改正值，取值为0~ ±13 h,

之后的x.x代表差分数据龄期；xxxx代表差分参考台站编 号，取值为0 000- 1 023o需要注意的是GGA格式中不提

最后一个xx表示当地时区的分钟改正值，取值为0~±59

min。供日期信息，一般结合ZDA数据格式使用，以获取数据完 整的日期和时间。4结语本文主要介绍NMEA机构及其制订的NMEA 0183协 议，在介绍该协议版本变化的基础上解析协议的通用格式 和常用的几种协议，可为海洋测绘工作中卫星定位设备与 测深仪、计算机等多种外部设备的信息交互提供参考，有 助于提高卫星定位系统在海洋测绘工作中的应用水平。3.3 VTG格式VTG格式提供的信息主要为对地方向及速度，其字符

串为：$ — VTG, x.x, T, x.x, M, x.x, N, x.x, K, a*hh < CR >< LF >其中，x.x, T表示相对于正北的方向；x.x, M表示相

参考文献：[1] 郭玉婷，黄飞炯，方杰.国外卫星导航应用标准综述[J].卫星

应用，2015（4）： 30-33.对于磁北的方向；xx, N表示相对于地面的速度，单位为节； x.x, K表示相对于地面的速度（km/h） ； a表示工作模式，

其中A表示自主导航，D表示差分模式（地面站差分或星 站差分），E表示估算模式（外推），M代表手动输入，N 表示数据无效，P代表精密定位模式，S代表模拟模式。[2] The Nationla Marine Electronics Association. History of the NMEA

[EB/OL]. [2019 - 05 - 05]. https://www.nmea.org/content/about_

thenmea/aboutthenmea.asp.[3] The Nationla Marine Electronics Association. NMEA - 0183

3.4 ZDA格式ZDA格式提供了基于UTC的日期和时间，并可设置当 地的时间偏移量以获得当地时间，其字符串为：Standard For Interfacing Marine Electronic Devices V4. 11 [EB/OL]. [2018- 11 -01]. https://www.nmea.oi^/content/.（责任编辑

$ ——ZDA, hhmmss.ss, xx, xx, xxxx, xx, xx*hh < CR郎忘忧）・69・