一種融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法技術

一種融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法，主要包括以下步驟：a、提取電子海圖中所包含的礙航物地理實體；b、構建礙航物緩沖區；c、對礙航物地理實體、礙航物緩沖區進行拓撲求并操作，形成完整的單幅海圖礙航區數據；d、重復以上所述步驟a?c，形成每幅電子海圖的礙航區數據集；e、求取多幅海圖的重疊范圍；f、定量分析不同海圖的精度和現勢性差異；g、重疊區域保留高精度、高現勢性數據，非重疊區域保留所有數據；h、輸出所有礙航區數據。本發明專利技術克服了當前航線設計僅能針對單幅海圖的不足，使用本方法所生成的礙航區數據能夠實現跨海圖圖幅的航線自動生成，能夠在充分利用現有海圖數據的基礎上，優化航線的長度和安全可靠性。

【技術實現步驟摘要】
一種融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法
本專利技術涉及海洋測繪
，尤其涉及礙航區的生成技術。
技術介紹
電子海圖是海上活動的基礎，航線的自動生成是電子海圖應用的重要內容，礙航區的構建是艦船航線自動生成的理論基礎。為了使艦船能夠安全、快速地到達目的地，基于礙航區繞行的最短距離航線設計一直受到學者的廣泛關注，張立華等于2007年建立了自動、高效繞行礙航區的機制和準則，提出了矢量電子海圖平臺下的計算機智能設計航線方法。汪柱等于2010年針對航線自動生成中存在的貪婪性的弱點，提出了基于航路二叉樹的航線自動生成方法。曹鴻博等于2011年對航路二叉樹方法進行了改進，采用礙航區路徑的遞歸搜索、繞行優化以及動態求解等策略，提高了航線自動生成的質量和效率。王濤等于2016年針對航路二叉樹方法未考慮艦船轉向限制、航道寬度的問題，分別提出了考慮轉向限制和顧及航道寬度的最短距離航線自動生成方法。但上述方法均僅針對單幅海圖數據來構建礙航區，由于海圖尺寸大小的限制，一幅海圖往往很難覆蓋艦船航行經過的整個海區，通常需要多幅海圖才能滿足。此時，現有方法只能使用一幅比例尺較小的海圖，以確保海圖所表達的地理范圍能夠覆蓋航行區域。海圖比例尺越小，其數據表達真實海洋地理信息的精度就越低，基于此海圖礙航區規劃出的航線的安全可靠性也會隨之降低。而且，比例尺過小的海圖往往只是作為一種參考海圖，在實際應用中也很少會直接應用于艦船海上航行。
技術實現思路
為了克服當前航線設計僅能針對單幅海圖的不足，為航線設計提供可靠數據源，本專利技術提供了一種融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法。本專利技術為實現上述目的所采用的技術方案是：一種融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法，主要包括以下步驟：a、依據電子海圖數據詞典中關于礙航物的規定，提取電子海圖中所包含的礙航物地理實體；b、針對獲取到的礙航物地理實體數據，為保證船舶航行安全，依據艦船參數構建礙航物緩沖區；c、對礙航物地理實體、礙航物緩沖區進行拓撲求并操作，將二者融為一體，形成完整的單幅海圖礙航區數據；d、重復以上所述步驟a-c，對已有電子海圖數據進行礙航物的提取、緩沖區分析和拓撲求并處理，形成每幅電子海圖的礙航區數據集；e、求取多幅海圖的重疊范圍，對重疊范圍內來自不同海圖的礙航區數據進行提取，判斷是否存在礙航區拓撲相交的情況，若是，進入步驟f；反之，進入步驟g；f、定量分析不同海圖的精度和現勢性差異，保留高精度，高現勢性的數據，刪除低精度、低現勢性的數據，完成對重疊區域的礙航區數據融合，對于非重疊區域，則保留單幅海圖礙航區數據，并將其同進行融合操作的重疊區域礙航區數據存于同一容器內；g、保留所有數據，將所有礙航區數據存于同一容器中；h、以坐標數組的方式，輸出所有礙航區數據。所述步驟b中，針對獲取到的礙航物地理實體數據，為保證船舶航行安全，依據艦船參數構建礙航物緩沖區的方法為：當從電子海圖中獲取到礙航物后，依據船舶轉彎半徑、定位誤差、船舶寬度等多元參數，根據經驗公式解算所需的緩沖區半徑d(為圖上距離)：其中，r為艦船轉彎半徑、e為定位誤差、b為船舶寬度(為實際距離，單位米)，海圖比例尺為Scale(為圖上比例尺，以分數形式表示)以此大小作為緩沖區距離，對礙航物地理實體做緩沖區。所述步驟e中，求取多幅海圖的重疊范圍，對重疊范圍內來自不同海圖的礙航區數據進行提取的方法為：獲取電子海圖元數據中對海圖圖幅的描述數據，得到電子海圖圖幅的四至點Ai、Bi、Ci、Di，并以此四點生成矩形多邊形Polyi(Polyi＝{Ai,Bi,Ci,Di})；對從每幅海圖中得到的Polyi進行拓撲求交操作，獲得不同海圖的重疊區域，該范圍可能為空：Sij＝Polyi∩PolyjS＝S12∪S13∪L∪Sij∪L∪Sn-1ni＝1,2,Ln-1；j＝2,3,L,n；i＜j其中，Sij為i海圖與j海圖的重疊區域，S為所有海圖重疊區域的并集。所述步驟f中，定量分析不同海圖的精度和現勢性差異的方法為：獲取當前海圖比例尺Scale、海圖所屬海區最小比例尺ScaleMin，當前時間T，出版時間T0，海圖精度指數海圖現勢性指數并以此指標為基礎，評定礙航區數據的精度及現勢性θ：其中α∈[0,1]為自定因子，用于選擇調整指標側重精度或側重現勢性；θ越小，說明在當前自定因子下數據精度越高、現勢性越強。本專利技術的融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法，克服了當前航線設計僅能針對單幅海圖的不足，使用本方法所生成的礙航區數據能夠實現跨海圖圖幅的航線自動生成。已有實驗表明，本方法能夠在充分利用現有海圖數據的基礎上，優化航線的長度和安全可靠性。附圖說明圖1是本專利技術融合多幅海圖數據的礙航區自動生成的主流程框圖。圖2是本專利技術構建礙航物緩沖區的流程圖。圖3是本專利技術獲取多幅海圖疊幅范圍的流程圖。圖4是本專利技術定量分析不同海圖的精度和現勢性差異的流程圖。具體實施方式本專利技術的融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法如圖1所示，實現過程是采用計算機實現基于多幅海圖數據融合的礙航區的自動生成，假設現有海圖A、B，需要融合此二幅海圖生成礙航區數據，采用本專利技術方法進行礙航區數據融合，包括以下步驟，如圖1所示：步驟a，在計算機上讀取海圖，依海圖數據詞典提取礙航物地理實體，剔除無關數據后存儲于內存中，對假設中的海圖A，將其礙航物集合稱為S0(A)；步驟b,依船舶不同參數，根據經驗公式確定緩沖半徑d(為圖上距離)，令艦船轉彎半徑為r、定位誤差為e、船舶寬度為b(為實際距離，單位米)，海圖比例尺為Scale(為圖上比例尺，以分數形式表示)，依據誤差的傳播理論，本方法采用的經驗公式為：構建礙航物緩沖區，將礙航物緩沖區集合稱為S1(A)如圖2所示；步驟c，對海圖A中的礙航物集合S0(A)、礙航物緩沖區S1(A)進行拓撲求并，獲得海圖A所表示的海域的礙航區集合S(A)；步驟d，重復上述步驟，獲得所有已有海圖數據中的礙航區集合，為做簡化，這里只以海圖B及所表示的海域的礙航區集合S(B)為例，對于多幅海圖，則將下文思想進一步擴展至多幅海圖，從而實現多幅海圖的礙航區空間數據融合；步驟e，如圖3所示，讀取電子海圖元數據，獲取電子海圖圖幅四至點，及當前海圖比例尺Scale、海圖所屬海區最小比例尺ScaleMin，當前時間T，出版時間T0，構建電子海圖圖幅面要素ε，海圖精度指數海圖現勢性指數構建礙航區的表達函數為F(ε，μ，τ)，此時海圖A/B的礙航區集合可以表示為ai/bj分別代表A、B海圖中的第i、j個礙航區地理實體；步驟f，如圖4所示，判斷是否存在疊幅區域，若存在，則對其進行提取，此時疊幅區域的礙航區S(A0)、S(B0)表示為ε0代表兩幅海圖圖幅的交疊海域，ax(x∈z,i≤x≤i+k)、by(y∈Z,j≤y≤j+h)分別代表A、B海圖中的第x/y個礙航區地理實體，均在A、B海圖的交疊海域內，隨后進入步驟(g)；若不存在，則保留原有所有礙航區數據，此時A、B兩幅海圖融合生成后的礙航區集合S(c)為S(c)＝S(A)+S(B)＝F(ε1,μ1,t1)+F(ε2,μ2,t2),隨后進入步驟(h)；步驟g，若存在疊幅區域，依精度和現勢性對交疊海域內的礙航區集合進行替換，本方法所用的定量指標為：其中α∈[0,1]為自本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法，其特征在于：主要包括以下步驟：a、依據電子海圖數據詞典中關于礙航物的規定，提取電子海圖中所包含的礙航物地理實體；b、針對獲取到的礙航物地理實體數據，依據艦船參數構建礙航物緩沖區；c、對礙航物地理實體、礙航物緩沖區進行拓撲求并操作，將二者融為一體，形成完整的單幅海圖礙航區數據；d、重復以上所述步驟a?c，對已有電子海圖數據進行礙航物的提取、緩沖區分析和拓撲求并處理，形成每幅電子海圖的礙航區數據集；e、求取多幅海圖的重疊范圍，對重疊范圍內來自不同海圖的礙航區數據進行提取，判斷是否存在礙航區拓撲相交的情況，若是，進入步驟f；反之，進入步驟g；f、定量分析不同海圖的精度和現勢性差異，保留高精度，高現勢性的數據，刪除低精度、低現勢性的數據，完成對重疊區域的礙航區數據融合，對于非重疊區域，則保留單幅海圖礙航區數據，并將其同進行融合操作的重疊區域礙航區數據存于同一容器內；g、保留所有數據，將所有礙航區數據存于同一容器中；h、以坐標數組的方式，輸出所有礙航區數據。

【技術特征摘要】
1.一種融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法，其特征在于：主要包括以下步驟：a、依據電子海圖數據詞典中關于礙航物的規定，提取電子海圖中所包含的礙航物地理實體；b、針對獲取到的礙航物地理實體數據，依據艦船參數構建礙航物緩沖區；c、對礙航物地理實體、礙航物緩沖區進行拓撲求并操作，將二者融為一體，形成完整的單幅海圖礙航區數據；d、重復以上所述步驟a-c，對已有電子海圖數據進行礙航物的提取、緩沖區分析和拓撲求并處理，形成每幅電子海圖的礙航區數據集；e、求取多幅海圖的重疊范圍，對重疊范圍內來自不同海圖的礙航區數據進行提取，判斷是否存在礙航區拓撲相交的情況，若是，進入步驟f；反之，進入步驟g；f、定量分析不同海圖的精度和現勢性差異，保留高精度，高現勢性的數據，刪除低精度、低現勢性的數據，完成對重疊區域的礙航區數據融合，對于非重疊區域，則保留單幅海圖礙航區數據，并將其同進行融合操作的重疊區域礙航區數據存于同一容器內；g、保留所有數據，將所有礙航區數據存于同一容器中；h、以坐標數組的方式，輸出所有礙航區數據。2.根據權利要求1所述的一種融合多幅海圖數據的礙航區自動生成方法，其特征在于：所述步驟b中，針對獲取到的礙航物地理實體數據，依據艦船參數構建礙航物緩沖區的方法為：當從電子海圖中獲取到礙航物后，依據船舶轉彎半徑、定位誤差、船舶寬度，根據經驗...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張立華，戴澤源，賈帥東，
申請(專利權)人：張立華，賈帥東，戴澤源，
類型：發明
國別省市：遼寧,21