三维数字航道图的生成与发布方法技术

一种三维数字航道图的生成方法，包括：（1）数字航道地形建模；（2）数字航道地物建模；（3）基于osgEarth构建三维数字航道场景；（4）基于实时数据确定航道中船舶适航区域。本发明专利技术的三维电子航道图能够将如地形、地貌、地物等三维实体逼真的体现在电子航道平台中，给用户一种身临其境的画面感与真实感，为用户提供了更直观、更有效的交互体验，使得用户可以更容易地掌控当前水流条件下适合该船航行的区域，降低船舶事故发生的几率。

Method for generating and releasing 3D digital channel map

Including the method to generate a 3D digital channel chart: (1) digital channel (2) digital terrain modeling; channel surface modeling; (3) constructing the 3D scene based on osgEarth digital channel; (4) the ship seaworthy regional channel is determined based on the real-time data. The invention of the three-dimensional electronic chart can be such as the terrain and physiognomy of realistic 3D entities such as reflected in the electronic channel platform, to give users a sense of the picture personally on the scene and sense of reality, provides a more intuitive and more effective interactive experience for the user, so that users can more easily control the current flow conditions for the ship sailing area, reduce the probability of ship accident.

【技术实现步骤摘要】
三维数字航道图的生成与发布方法
本专利技术涉及一种三维数字航道图的生成方法，尤其是基于实时数据的三维数字航道图的生成方法。
技术介绍
航运作为国家战略性基础产业，是综合运输体系的重要组成部分，也是实现经济社会可持续发展的重要战略资源。而航道数字化是航运信息化的重要组成部分与发展趋势，对内河航运的安全与高效管理有着举足轻重的作用。信息化是实现内河水运现代化的关键。内河电子航道图（InlandElectronicNavigationCharts，IENCs）是数字航道的核心部分。当前主要采用基于二维矢量电子航道图辅以一系列决策分析系统对内河通航情况进行分析与管理。然而，随着内河水运事业的不断发展，内河通航情况、运输方式等都发生了巨大的变化，同时也带来了一系列新的问题。例如，大量新的沿江、跨江建筑物的修建使得内河航道环境日益复杂。二维矢量电子航道图与普通航道图一样都是基于抽象符号对现实世界的抽象与概括，不能直观的还原显示三维世界的真实信息，给使用者（尤其是非专业人士）辨识、分析与还原符号意义带来一定的困难。三维可视化技术、空间信息技术等在数字地球领域已经有很多的研究和应用，但在智能航道研究方面国内外仍处于探索阶段。因此，仍然需要以三维的形式建立数字航道模型，该模型不仅具有河道水面的数据信息，而且还能真实的反映河底、河岸、沿江与跨江建筑物以及航标的真实空间信息，逼真的再现航道真实环境，解决二维电子航道图中的不足，并结合实际的地形、水情与实时的GPS定位信息等对航道通航情况进行分析，目的是通过对智能航运功能体系、水动力学模型并行计算技术、三维数字航道构建技术的研究，开发多体系协同集成的智能航运综合仿真系统，形成多体系协同的智能航运实时仿真技术等创新技术，提高航运管理的信息化水平与安全预警能力。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种三维数字航道图的生成方法，尤其是以下技术方案所确定的三维数字航道图的生成方法。1、一种三维数字航道图的生成方法，包括：（1）数字航道地形建模，包括大范围低精度地形建模和小范围较高精度航道地形建模；（2）数字航道地物建模，包括普通地物建模与典型地物建模；（3）基于osgEarth构建三维数字航道场景，包括高程层数据可视化、影像层数据可视化、模型层数据可视化；（4）基于实时数据确定航道中船舶适航区域，包括：步骤100，输入船舶参数，船舶参数包括船长、船宽、船高与吃水；步骤200，获取（1）船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；（2）航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和（3）水流数据，包括：水深、流速、流向；步骤300，计算最小通航参数阈值，包括最小航道水深、最小航道宽度、最小航道曲率半径、最小净高值和最小净跨值；步骤400，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域。OpenSceneGraph（OSG）是一个开源的三维引擎，被广泛的应用在可视化仿真、游戏、虚拟现实、科学计算、三维重建、地理信息、太空探索、石油矿产等领域。OSG采用标准C++和OpenGL编写而成，可运行在所有的Windows平台、OSX、GNU/Linux、IRIX、Solaris、HP-Ux、AIX、Android和FreeBSD操作系统。osgEarth是一款用于OpenSceneGraph（OSG）中的规模化3D地景渲染工具箱，只需创建一个简单的XML文件，指向影像、高程和矢量模型信息，导入OpenSceneGraph中，即可实现渲染。2、根据技术方案1的三维数字航道图的生成方法，其中：步骤100，输入船舶参数，船舶参数主要包括船长、船宽、船高与吃水；输入船舶参数可以有两种方式；一种是从数据库中选择已备案的船舶，可以从数据库中选择一条需要船舶，选择好后该船舶的参数信息（船长、船高、船宽与吃水）自动录入系统船舶参数栏中；另一种是针对数据库中缺乏的船舶信息，手动进行船舶参数输入，输入的信息主要包括船长、船宽、船高与吃水；步骤200，获取（1）船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；（2）航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和（3）水流数据，包括：航道内如水深、流速、流向等水流数据；船舶数据可以通过船载GPS接收机获取实时定位信息（经纬度，航速，航向角）；航道数据，包括：航道地形数据和地物数据，地物包括航道内地物和航道外地物，航道内地物包括助航设施（浮标、岸标、灯船、灯塔等）和跨航道建筑（桥梁、索道等），航道外地物包括沿航道建筑、房屋、公园、花草等地面实物；可以通过获取的船舶定位信息从预存于服务器中的航道数据库中调取船舶所在地的航道数据；水流数据可以基于二维水动力学模型对航道通航水流条件进行模拟而获得，或者通过公共网络发布的水情信息获得；步骤300，计算最小通航参数阈值，包括最小航道水深、最小航道宽度、最小航道曲率半径、最小净高值和最小净跨值；基于上述船舶参数、水流数据和船舶数据，可以计算出对航道航行有较大影响的参数阈值（包括水深值、航宽值、净高净跨值、航道曲率半径）；步骤400，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域。3、根据技术方案2的三维数字航道图的生成方法，其中步骤300的最小航道水深由下式计算得到：式中：H表示航道水深（m）；t为船舶吃水（m）；△H表示航道富裕水深（m）。其中，航道富裕水深是指船舶龙骨板外缘最低点至相应河床底部之间的垂直距离，其作用就是让船底与河底保持一定的安全距离，避免船舶出现触底等事故。富裕水深值的计算需要考虑的因素有很多，如:（1）船舶在航行时，由于自身载重与压力差，船舶将会产生一定量的下沉，这个下沉的水深通常占整个富裕水深值的三分之二以上，比较通用的有Huuska公式、Eryuzlu公式与Ankudinov公式，不同的公式有不同的使用范围，应根据船型特点、航道特点以及通航密度等因素进行选择，结合上述公式的计算方法，经过实践经验修正，论文以下述船舶在宽敞浅水域中的下沉量（（））估算公式为例进行分析：式中：表示船舶下沉量，即船舶动吃水量（m）；为船舶自身宽度；L为船舶自身长度；为船舶方形系数（与船速有关）；为船速（船舶上行时取，下行时取）。（2）船舶在航行时需要考虑推进器的安全而预留一部分水深值，一来可以使船舶的操纵更加灵活，二来可以保证推进器的安全避免触底损坏；通常，对船舶航行时推进器的安全有影响的水深吃水比为，对船舶航行时推进器的安全有十分明显影响的水深吃水比为[59]。根据经验，在考虑船体固定下沉量之后，保持0.5~1.0m的船底预留水深即可保证船舶推进器的安全运行。（3）由于波浪等自然气象原因的影响，通常也需要预留一定的水深。4、根据技术方案2的三维数字航道图的生成方法，其中步骤300的最小航道宽度由下式计算得到：在顺直航段中，单线的最小航道宽度为：，双线的最小航道宽度为：在弯曲航段中，单线的最小航道宽度为：双线的最小航道宽度为：其中，1）船舶航迹带的宽度与船舶自身宽度、长度以及航行时的偏航角有关，可以根据下式计算：式中：为船舶在航行时的偏航角，三级航道通常偏航角取3°；2）航道预留富裕宽度D是指在保证船舶可以安全航行的前提下，不产生岸吸、互吸的现象所需要的最小富裕宽度，所谓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维数字航道图的生成方法，包括：（1）数字航道地形建模，包括大范围低精度地形建模和小范围较高精度航道地形建模；（2）数字航道地物建模，包括普通地物建模与典型地物建模；（3）基于osgEarth构建三维数字航道场景，包括高程层数据可视化、影像层数据可视化、模型层数据可视化；（4）基于实时数据确定航道中船舶适航区域，包括：步骤100，输入船舶参数，船舶参数包括船长、船宽、船高与吃水；步骤200，获取（1）船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；（2）航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和（3）水流数据，包括：水深、流速、流向；步骤300，计算最小通航参数阈值，包括最小航道水深、最小航道宽度、最小航道曲率半径、最小净高值和最小净跨值；步骤400，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域。

【技术特征摘要】
1.一种三维数字航道图的生成方法，包括：（1）数字航道地形建模，包括大范围低精度地形建模和小范围较高精度航道地形建模；（2）数字航道地物建模，包括普通地物建模与典型地物建模；（3）基于osgEarth构建三维数字航道场景，包括高程层数据可视化、影像层数据可视化、模型层数据可视化；（4）基于实时数据确定航道中船舶适航区域，包括：步骤100，输入船舶参数，船舶参数包括船长、船宽、船高与吃水；步骤200，获取（1）船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；（2）航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和（3）水流数据，包括：水深、流速、流向；步骤300，计算最小通航参数阈值，包括最小航道水深、最小航道宽度、最小航道曲率半径、最小净高值和最小净跨值；步骤400，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域。2.根据权利要求1的三维数字航道图的生成方法，其中，大范围低精度地形建模采用较低精度地形数据，然后与全球影像数据叠加，进行地表真实纹理的贴图；小范围较高精度航道地形建模选用小范围、大比例尺较高精度的地形数据来获得更好的模拟可视化效果；优选地，将高精度的高程数据叠加至低精度的高程数据上，显示时高精度数据将覆盖低精度数据，以得到更科学更逼真的模拟效果。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：张尚弘，范威威，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11