本发明专利技术提供一种面向船舶可视导航的通航环境可视化表示方法，包括几何层：包括通航环境和主题要素的几何模型、初始位置和状态、船舶的动态数据、运动导航点位置信息；物理层用于表示主题要素在通航环境中的物理特性和应遵循的物理规律；时态层基于时间密度，将通航环境和主题要素的时态特征归纳为状态和过程，将研究的时间域指定为连续模型；建立语义层，包括专题语义、空间语义和过程语义，反映通航环境要素动态变化过程的物理本质及对船舶可视导航的影响。通过采用本发明专利技术方法，将通航环境和主题要素集成到统一的时空框架下，实现通航环境信息的集中、统一表示，提高了可视化时空分析的准确性和效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶导航领域，尤其是一种。
技术介绍
船舶可视导航是一种将综合视觉、航行和水上交通管理技术有机结合的新型导航方法，需要综合考虑复杂通航环境，融合实时的船舶导航传感器数据和环境传感器数据，实现终端区环境信息精准的统一表示。影响可视导航的环境要素包括地形地物、水文条件、助航标志和危险目标，这些环境要素具有不同的物理性质，其空间尺度和时间变化尺度跨度大并且相互影响。要规避各种危险，必须要透彻感知船舶周围环境。因此船舶终端区环境高效高精度的动态三维表示成为船舶可视导航的重要前提。现有表示方法基于不同的学科领域、孤立地开展，缺乏对航行船舶终端区环境的统一表示。通航环境信息表示分散使得导航决策需要的信息异构现象严重、融合困难、决策效率降低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:提供一种，将多源异构信息有机融合到统一的时空框架内，为船舶船舶通航提供可视化的时空分析。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种，其特征在于:它包括以下步骤: 51、建立几何层: 包括通航环境和主题要素的几何模型、初始位置和状态、船舶的运动捕捉数据、运动导航点位置信息，首先抽象为点、线、面、体4类，并根据不同要素的组合特征形成若干父类； 52、建立物理层: 用于表示主题要素在通航环境中的物理特性和应该遵循的物理规律，这些物理特性和规律应用于复杂行为的表示；通过LOD技术对通航环境中的对象进行多细节层次表示，在保留主题要素主要特征的基础上，提高渲染速度，减少实时渲染的计算开销；在帧频率恒定的情况下，提高通航环境中的角色数目； 53、建立时态层: 基于时间密度，将通航环境和主题要素的时态特征归纳为状态和过程，针对通航环境中动态对象运动轨迹连续渐变的特点，将研究的时间域指定为连续模型；状态和过程是对应于时刻和时间段的一对基本概念，一个动态要素在其活动周期里的某个时刻称为状态，整个活动周期或其中的某一时间域称为过程； 定义1:动态对象的生命周期T=，TR是场的时间域，对于任意一个时间域T的四元函数F=f (X，y, z, t) (t)，称为动态对象在时间域Iiti, tj]内的过程；动态对象活动周期内任意时刻的状态或任意一段时间的过程通过拟合和内插来实现； S4、建立语义层: 包括3类，分别为专题语义、空间语义和过程语义； 专题语义包括通航环境中地形地物、水文条件、助航标志和威胁目标及其相互耦合关系; 空间语义包括空间的位置、方向和速度，与专题语义通过实体关联，是描述各主题要素的空间关系和实现空间分析的途径； 过程语义将周期变化的动态对象的时间过程语义划分为产生阶段、发展阶段、稳定阶段、衰减阶段和消亡阶段； 关联过程语义和专题语义的事件是引起主题要素发生状态变化的原因，其对主题要素状态的不断驱动构成了时空对象在其运动周期内的变化；通航环境主题要素运动变化的过程语义通过事件的抽象表达以及与专题语义的关联，反映出通航环境要素动态变化过程的物理本质及对船舶可视导航的影响。本专利技术的有益效果为:通过采用本专利技术方法，可以将通航环境和主题要素集成到统一的时空框架下，实现了通航环境信息的集中、统一表示，提高了时空分析的准确性和效率；通过时空数据一体化表示，将矢量与标量结合、动态与静态结合、离散与连续结合，建立了一体化的数据模型；通过4层模型结构，实现了通航环境在虚拟现实技术下的数值映射；通过时空现象耦合模型，表达了通航环境主题要素的时空变化及其耦合作用。【附图说明】图1为本专利技术一实施例的概念模型图。图2为本专利技术一实施例的动态三维GIS数据模型图。【具体实施方式】下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。针对船舶导航决策对通航环境数据高效组织管理和高性能多维可视化分析的需求，首先要建立船舶复杂通航环境要素的几何模型、物理模型和过程模型的集成表示，将多源异构信息有机融合到统一的时空框架内，并提供高效精确的时空分析，其概念模型如图1所示。统一的时空框架下，通航环境的表示模型是一种可计算、推理和全息感知的信息模型。从图1可见，复杂通航环境表示模型包含四方面的内容:时空数据一体化表示、多源异构信息融合、复杂时空现象耦合、通航环境信息可视化表达。L I时空数据一体化表示 船舶通航环境要素一般包括地形地物、水文条件、助航标志和危险目标，种类多、分布广且有动态变化的特点，时空数据一体化表示将包括这些环境要素的几何模型、物理模型及显示其动态变化的过程模型。与传统三维GIS数据表示模型相比，需要将矢量与标量结合、动态与静态结合、离散与连续结合，建立一体化的数据模型和数据结构。1.2多源异构信息融合 多源异构信息融合包括语法和语义两层含义:语法上，多源信息需要统一时空基准、尺度转换和配准，以及传播误差修正等；语义上，多源通航环境数据语义众多，不同专题语义的细节层次尺度不同，动态情景时空过程语义及关系语义比较复杂，需要统一描述过程语义和关系语义。船舶通航环境信息在采集过程中的多平台和多传感器特点导致数据在时空基准、表示方法、尺度、精度等方面存在不同程度差异，多源异构信息融合是面向船舶可视导航的通航环境表示的关键问题之一。1.3复杂时空现象耦合 复杂通航环境时空现象耦合是指地形地物、水文条件、助航标志、危险目标等环境要素相互影响的状态和过程，其结果是其中某种或几种要素的方向、强度和空间分布等发生了一定改变，如复杂地形与水流态势(主流、缓流、回流、推压流、吸入流、扫弯水、漩水等)的耦合，船间效应、岸壁效应等耦合现象。1.4通航环境信息可视化表达 按照通航环境要素的直观程度和动态特征，可以将通航环境可视化表达划分为3个层次:①对显著的、边界分明的通航环境要素的可视化表达，如岸线、地物、助航标志等对时空分布连续、不易见但对船舶导航有直接或间接影响的通航环境要素的可视化表达，如水下地形、水流态势等?’③对时空分布渐变、具有周期性变化过程的环境要素的可视化表达，如水位等，需要着重表达变化规律的过程语义。特别地，通航环境要素信息量大且动态变化，需要利用LOD (level of details)技术，在有限载荷前提下确保关键信息的清晰和可信表达，实现通航环境自适应动态可视化。[00当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种面向船舶可视导航的通航环境可视化表示方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、建立几何层：包括通航环境和主题要素的几何模型、初始位置和状态、船舶的运动捕捉数据、运动导航点位置信息，首先抽象为点、线、面、体4类，并根据不同要素的组合特征形成若干父类；S2、建立物理层：用于表示主题要素在通航环境中的物理特性和应该遵循的物理规律，这些物理特性和规律应用于复杂行为的表示；通过 LOD技术对通航环境中的对象进行多细节层次表示，在保留主题要素主要特征的基础上，提高渲染速度，减少实时渲染的计算开销；在帧频率恒定的情况下，提高通航环境中的角色数目；S3、建立时态层：基于时间密度，将通航环境和主题要素的时态特征归纳为状态和过程，针对通航环境中动态对象运动轨迹连续渐变的特点，将研究的时间域指定为连续模型；状态和过程是对应于时刻和时间段的一对基本概念，一个动态要素在其活动周期里的某个时刻称为状态，整个活动周期或其中的某一时间域称为过程；定义1：动态对象的生命周期T=[t0,tn]，TR是场的时间域，对于任意一个时刻tiT的三元函数F=f(x,y,z,ti)，称为动态对象在ti时刻的状态；定义2：动态对象的生命周期T=[t0,tn]，TR是场的时间域，对于任意一个时间域[ti,tj]T 的四元函数F=f(x,y,z,t)（t[ti,tj]），称为动态对象在时间域[ti,tj]内的过程；动态对象活动周期内任意时刻的状态或任意一段时间的过程通过拟合和内插来实现；S4、建立语义层：包括3类，分别为专题语义、空间语义和过程语义；专题语义包括通航环境中地形地物、水文条件、助航标志和威胁目标及其相互耦合关系；空间语义包括空间的位置、方向和速度，与专题语义通过实体关联，是描述各主题要素的空间关系和实现空间分析的途径；过程语义将周期变化的动态对象的时间过程语义划分为产生阶段、发展阶段、稳定阶段、衰减阶段和消亡阶段；关联过程语义和专题语义的事件是引起主题要素发生状态变化的原因，其对主题要素状态的不断驱动构成了时空对象在其运动周期内的变化；通航环境主题要素运动变化的过程语义通过事件的抽象表达以及与专题语义的关联，反映出通航环境要素动态变化过程的物理本质及对船舶可视导航的影响。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，魏晓阳，严新平，刘立群，王乐，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。