应用于内河河道的导航系统及其地图构建方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种应用于内河河道的导航系统，包括存储地图信息的存储单元、处理图像信息的处理单元、显示图像信息的显示单元，还包括采集水纹信息的纹理采集单元，所述纹理采集单元为采集水面下障碍物信息的声呐设备并输出信号至处理单元。本发明专利技术的优点在于通过此导航地图能够直观的查看航道前方、左右放的障碍物信息以及航道中潜在的障碍物信息，通过航道中的浮标航道，能直观看出船舶所处航道的左右距离和航道的偏离情况，能够防止内河船舶碰撞事故的发生，同时，此地图可以发布为离线地图，能够脱离航道二岸的基站以及卫星信息，特别适合在没有基站信息的区域使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及导航领域，尤其涉及内河导航领域。
技术介绍
由于信息技术的发展日趋成熟，地理信息软件的功能日趋完善，现阶段已经有很多成熟的二维电子地图产品，正在逐步向社会各个领域推广，新兴的地图服务也越来越被更多的人多接受。二维电子地图不仅可以进行分层显示，信息查询，各种空间分析，还可以根据需求定制个人或行业的各种专题地图。但是二维地图始终是对现实世界的一种高度抽象表示，并不能真实完整的反映现实世界，于是采用三维的形式对现实世界进行表达成为GIS发展的一个新方向。三维电子地图就是以三维电子地图数据库为基础，按照一定比例对现实世界的某个或多个方面进行三维抽象和描述，其形象性功能性远强于二维电子地图。目前，已有多种三维GIS软件，能进行三维查询，也能进行简单的三维空间分析，比如，ArcGIS中的ArcScene和ArcGlobe工具，Erdas的Image Virtual GIS，Skyline，Google Earth等等。但是，由于三维的理论和技术远比二维复杂，再加之受软硬件条件的限制，其研究和应用仍处于探索阶段，还有很多实际问题有待进一步解决。其中，显示效果不够理想和大范围海量数据运行效率低是主要面临的两个问题。随着以WebGIS技术和移动GIS技术为基础的地图服务逐渐成为GIS行业的主流，地图产品要求建设成本低廉和网络传输速度快等特点，三维地图产品的应用更加受到限制。一种基于侧轴投影的数字侧视地图产品——2.5维电子地图(也称伪三维地图)开始被人们所接受，目前2.5维电子地图在道路中有着普遍的运用，但是缺少一种能够根据内河航道特点适用于内河航道的内河导航系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是实现一种能够直观的看到各种航道信息的内河导航系统。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：应用于内河河道的导航系统，包括存储地图信息的存储单元、处理图像信息的处理单元、显示图像信息的显示单元，还包括采集水纹信息的纹理采集单元，所述纹理采集单元为采集水面下障碍物信息的声呐设备并输出信号至处理单元。所述存储单元包括存储二位地形图的第一子存储单元和存储纹理数据的第二子存储单元。系统还包括定位单元，所述定位单元输出定位信号至处理单元。系统还包括风速传感器和水平仪传感器，所述风速传感器和水平仪传感器输出所采集的信号至处理单元。所述纹理采集单元至少包括水深定位仪、船载声呐设备、三维鱼探仪、多束波探深仪、双频识别声呐中的一种。基于应用于内河河道的导航系统的地图构建方法：1)利用存储的二位地形图信息建模场景地图；2)将采集的水纹信息与存储的纹理数据匹配；3)将匹配的纹理数据贴图至场景地图。所述场景地图将内河分割成路面的环境，每个航道对应的宽度和随着船舶的运行河道进行等比例的变化。所述场景地图显示有水位深度，最大河道深度、区域水流速度信息。本专利技术的优点在于通过此导航地图能够直观的查看航道前方、左右放的障碍物信息以及航道中潜在的障碍物信息，通过航道中的浮标航道，能直观看出船舶所处航道的左右距离和航道的偏离情况，能够防止内河船舶碰撞事故的发生，同时，此地图可以发布为离线地图，能够脱离航道二岸的基站以及卫星信息，特别适合在没有基站信息的区域使用。附图说明下面对本专利技术说明书中每幅附图表达的内容简要说明：图1为应用于内河河道的导航系统的框图。具体实施方式如图1所示，应用于内河河道的导航系统包括存储地图信息的存储单元、处理图像信息的处理单元、显示图像信息的显示单元和采集水纹信息的纹理采集单元，显示单元为显示屏，存储单元包括存储二位地形图的第一子存储单元和存储纹理数据的第二子存储单元。处理器从存储单元中调取数据信息，纹理采集单元为采集水面下障碍物信息的声呐设备，纹理采集单元输出所采集的信号至处理单元，处理单元输出图像信息至显示单元显示。地图纹理数据：内河航道(长江)水面上的地形地貌，主要是航道上是否有建筑物，水面浮标、跨越江面的大桥，延伸到江面的码头浮台，长江上的船舶，长江周边岸线的一些高层建筑、山体等内河航道(长江)水面下的地形地貌，主要是长江水位深度，河道水面实时宽度，河道水面水流速度，河床地貌情况，河床地段地形情况，河床底部地质情况，河道底部水生物情况，河道底部礁石情况，河道底部沉降物建筑物情况等。纹理采集单元至少包括水深定位仪、船载声呐设备、三维鱼探仪、多束波探深仪、双频识别声呐中的一种。单频单波束测深(点测量),安装在测量船底的发射换能器垂直向水下发射一定频率的声波脉冲，以声速c在水中传播到水底，经反射返回，被接收换能器所接收，若往返传播时间为△t。则水深H为：双频单波束测深(点测量),换能器垂直向水下发射高、低频声脉冲，由于低频声脉冲具有较强的穿透能力，因而可以打到硬质层；高频声脉冲仅能打到沉积物表层，两个脉冲所得深度之差便是淤泥厚度Δh多波束测深(面测量),多波束测深系统是从单波束测深系统发展起来，能一次给出与航线相垂直的平面内的几十个甚至上百个深度。它能够精确地、快速地测定沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状、最高点和最低点，从而较可靠地描绘出水下地形的精细特征，从真正意义上实现了海底地形的面测量。此外，系统还包括定位单元、风速传感器和水平仪传感器，这些信息采集单元将所采集的信号输送至处理单元，用于在显示单元上显示相关数据，定位单元可以是GPS或北斗星系统，通过定位辅助驾驶员完成驾驶工作。基于上述应用于内河河道的导航系统的地图构建方法：1)利用存储的二位地形图信息建模场景地图；2)将采集的水纹信息与存储的纹理数据匹配；3)将匹配的纹理数据贴图至场景地图。通过数据建模，结合二位地形图和纹理数据图，同时结合真实的实景图和三维模型图最终产生基于内河航道的2.5维电子地图，2.5维电子地图能够虚拟出一个真实的内河环境，能够直观的看到河道情况，河道的宽度以及前方的河面障碍物一览无余。利用数据模型建模，在真实环境中通过声呐设备进行河面的水位深度测量，并及时准确的在2.5维地图上进行展示，船舶经过河道将显示附件区域的水位深度，最大河道深度、区域水流速度等信息。在地图中有醒目的虚拟现实环境的航道浮标，将内河分割成路面的环境，每个航道对应的宽度和随着船舶的运行河道进行等比例的变化。地图集成了河道及航道附近的天气情况，区域内河航道的天气情况跟进不同区域显示不同图标。上面结合附图对本专利技术进行了示例性描述，显然本专利技术具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本专利技术的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本专利技术的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
应用于内河河道的导航系统，包括存储地图信息的存储单元、处理图像信息的处理单元、显示图像信息的显示单元，其特征在于：还包括采集水纹信息的纹理采集单元，所述纹理采集单元为采集水面下障碍物信息的声呐设备并输出信号至处理单元。

【技术特征摘要】
1.应用于内河河道的导航系统，包括存储地图信息的存储单元、处理图像信息的处理单元、显示图像信息的显示单元，其特征在于：还包括采集水纹信息的纹理采集单元，所述纹理采集单元为采集水面下障碍物信息的声呐设备并输出信号至处理单元。2.根据权利要求1所述的应用于内河河道的导航系统其特征在于：所述存储单元包括存储二位地形图的第一子存储单元和存储纹理数据的第二子存储单元。3.根据权利要求1或2所述的应用于内河河道的导航系统其特征在于：系统还包括定位单元，所述定位单元输出定位信号至处理单元。4.根据权利要求3所述的应用于内河河道的导航系统其特征在于：系统还包括风速传感器和水平仪传感器，所述风速传感器和水平仪传感器输出所采集的信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：史方，陈兵，黄彩平，张伟，
申请(专利权)人：长信智控网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34