地图导航防触礁安全助航技术应用模型制造技术

本发明专利技术公开了地图导航防触礁安全助航技术应用模型。该模型是基于地形匹配导航技术的最近点搜索原则和水运交通多维变化、多样高程基准的导航特点，运用计算机技术、曲面方程高程拟合在航水位改正模型、水下地形特征分析算法模型，构建的高频、实时、动态的防触礁安全助航技术应用模型。该模型充分发挥了地图的本质助航功能、运行精度，可应用于重点航段航标设置、雾区船舶应急辅助停泊，以及近海岸、内河等导航助航服务。

Application Model of Map Navigation Anti-Rock Safety Navigation Aid Technology

【技术实现步骤摘要】
地图导航防触礁安全助航技术应用模型一、
本专利技术涉及水运交通地图导航安全助航技术的应用。其主要技术核心是基于地形匹配导航技术，是结合水运交通航行多维变化、多样高程基准特点，提出的防触礁安全助航技术的应用模型算法结构及防触礁安全助航系统的计算机处理模型结构。二、
技术介绍
1、导航地图API(SDK)实现的技术功能现状现行的导航地图API(SDK)广泛用于陆路运输导航服务，由于水运交通导航存在诸如水流流态、流速、比降、暗礁以及风力、雾情等多种自然环境因素影响，以及众多导航地图API(SDK)还未全面应用等高线地图。几乎所有的导航地图API(SDK)没有涉足水运交通导航功能技术开发。2、安全助航技术的研究应用现状目前有关电子航道图安全助航技术研究有两种方法，一种方法是基于电子航道图航线生成的碍航区缓冲区和可航水域生成安全航行边界【李發等编著《基于长江电子航道图的航线动态生成算法及实现》】【杨保岑等编著《长江电子航道图可航水域动态计算模型研究》】，这些面域的形成需要通过GIS平台预先制作，预处理工作量较大、操作步骤较多；在落差变化和水位变幅较大航段实时发布运行中，低分辨率的碍航区缓冲区和可航水域将因为地图更新发布的迟滞影响出现边界交接断层，降低了地图导航防触礁安全助航的现势性和时效性。【李箐等编著《内河电子航道图动态水沫线算法与实现》】。另一种方法是电子航道图+数字航道实体航标设置，这种方法是传统人工航标设置的数字化应用，其相对成本高、劳动强度大的特点依然没有改变，也没有根本发挥地图本质动态安全助航的服务功能。3、水深线性插值算法模型的缺陷水深点线性插值算法是航行基准面落差的传统描述方法，该方法能够较好的体现水位空间变化特征，但不能很好的反映航行基准面纵向坡降、横向坡降、反向坡降以及紊流凸凹连续变化复合曲面的形态特征，不适于采样点在航水位改正应用。4、地图导航防触礁安全助航技术应用模型发展的环境状况地图导航防触礁安全助航技术应用模型的本质要求是船舶当前位置的水下地形高程低于船舶富裕的安全吃水高程，其技术核心是测量高程与数字地图高程等值线匹配的地形匹配导航技术【刘承香编著《水下潜器的地形匹配辅助定位技术研究》】。目前地形匹配导航技术应用于GNSS卫星信号中断区域或海底潜艇惯性导航系统导航校正工作，近年来车道级汽车自动驾驶技术兴起，和地形匹配导航技术相关的矢量道路辅助导航算法【李翔等编著《粗精匹配结合的矢量道路辅助惯性导航算法》】也得到广泛求证。这些技术成果为地图导航防触礁安全助航技术的应用提供了很好的示范引领作用。随着多波束回声测深技术、机载ALB高分辨率高现势性水下地形测图技术的崛起，以及GNSS星基增强差分系统的应用，传感器技术的发展，海洋无缝垂直基准、内河航行基准面研究的深入，水下地形特征分析方法【张毅等编著《水下地形匹配导航中的地形可导航性分析》】和相对水深图航段高程拟合技术【孙军等编撰《曲面方程求解相对水深改正的应用探讨》】的成熟。基于精密导航地图的防触礁安全助航技术应用模型，将获得精密的导航地图背景场、精确实时的航行外部要素参数和严密的计算处理模型结构，将为地图导航防触礁安全助航技术应用模型的运行提供可靠保障。5、地图导航防触礁安全助航技术应用模型的设计参考基础影响地图导航防触礁安全助航技术应用模型安全助航边界精度的主要因素是导航地图背景场精度、采样频率与航段落差。其采样频率的设计参考基础是导航地图背景场高程设计精度等高距0.5米，设计航段最大落差1‰、船舶航行最高速度40公里/小时。三、
技术实现思路
1、主要技术方案组织结构流程(1)进入防触礁安全助航系统界面，输入航段、船舶参数①输入船型坐标及GNSS天线高度。②输入船舶载重、长度、型宽、高度及型深，航线信息、航段信息。(2)获取解算当前船舶GNSS天线坐标、航向及水面高程①获取GNSS接收机定位三维坐标及GNSS双天线定向航向方位角。②通过船型坐标及天线高度解算船艏GNSS坐标及当前水面高程。(3)相对水深航段当地航行基准面高程拟合参数确定或航行基准面拟合参数在线发布①获取导航地图发布的当前航段水位和航行基准面相关基面控制三维坐标。②调入二次曲面方程高程拟合模型解算当前区域航行基面高程拟合参数。③依据航段信息和相对水深图航段分界线物标属性逻辑判断，获取在线分区发布的航行基准面拟合参数，(4)解算船舶当前安全吃水高程和相对安全吃水高程在航水位改正①绝对高程通行航段，通过船舶吃水深度解算船舶当前绝对安全吃水高程。②相对水深通行航段，调用航行基准面拟合参数求解相对安全吃水高程在航水位改正。(5)防触礁预警系统设计①建立以船艏坐标为圆心，搜索半径2公里、航向角定向的最小搜索圆外接正方形，形成检索相交判断范围。②依据搜索圆外接正方形范围相交原则，检索安全吃水高程匹配的安全航行保障线和水下地形高程等值线节点矢量坐标集合。③依据船舶当前安全吃水高程，分段标注、高亮显示匹配的水下地形高程等值线边界或安全航行保障线边界。(6)防触礁报警系统设计①标注船艏沿航行轨迹法线方向与安全吃水高程匹配的水下地形高程等值线或安全航行保障线的最短警示报警安全距离。②标注船舶航行轨迹航向方位角与安全吃水高程匹配的安全航行保障线或水下地形高程等值线线段方位角差限差警示报警安全航向。③结合安全距离和安全航向，启动报警提示语音。2、本专利技术有益效果本专利技术模型设计的参数采样频率较高，获取的安全助航参数及数据处理成果能动态体现当前航道水位及落差影响，有效避免了分辨率较低的碍航区缓冲区和可航水域导致的边界交接断层，降低了重复工作强度，提高了安全助航信息应用的时效性和现势性。本专利技术设计由于充分全面的分析了模型运行状态，获得了有益的技术处理手段。(1)地图导航防触礁安全助航技术应用模型采用GNSS接收机双天线获取定位定向数据，并采用GNSS接收机双天线定位定向数据的应用解算模型，①形成GNSS船艏坐标为圆心、GNSS双天线航向角定向的最小外接搜索圆正方形搜索模型(见说明书附图2)，采用前进方向正方形右顶点夹角与对角联合判断确定相交范围逻辑处理模型(见说明书附图3)，最大化检索船舶当前安全吃水高程匹配的水下地形高程等值线、安全航行保障线矢量坐标集合及航行基准面相关基面控制、水位信息。2公里半径最小外接搜索圆正方形坐标计算数学模型：X(i＝1、4)＝X船艏+2000×sin(α航向±90)Y(i＝1、4)＝Y船艏+2000×cos(α航向±90)X(i＝2、3)＝X船艏+2000×sin(α航向+180±90)Y(i＝2、3)＝Y船艏+2000×cos(α航向+180±90)②采用船型坐标运用逻辑判断模型，通过合理布设GNSS船艏坐标天线，排除船型坐标在地图导航防触礁安全助航技术应用模型中的运算，提高模型计算处理效率。船型坐标参与船艏坐标解算数学模型：X船艏＝XGNSS+D船型×sinα船型Y船艏＝YGNSS+D船型×cosα船型(2)相对安全吃水高程在航水位改正模型是地图导航防触礁安全助航技术应用模型依据设置的航段信息、相对水深航道分界物标属性逻辑判断(见说明书附图4)，启用曲面方程高程拟合模型以物理趋近拟合方式，快速实时获取不规则几何曲面形态特征的航行基准面高程拟合改正值。2014年航本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.防触礁安全助航技术应用的总体模型算法结构，其特征在于：依据地图导航防触礁安全助航参数、地形匹配导航技术最近点搜索原则和水运交通多维变化、多样高程基准的导航特点构建了安全航行保障线和水下地形高程等值线节点坐标矢量集合的最大化检索模型、安全助航警示边界、警示距离、警示航向信息的高频率分段标注模型；运用曲面方程高程拟合在航水位改正模型解算相对安全吃水高程，实现全航段实时动态的安全助航服务；利用水下地形特征分析算法模型划定的适淹礁和桥梁等区域安全航行保障线解决安全助航信息失真现象。

【技术特征摘要】
1.防触礁安全助航技术应用的总体模型算法结构，其特征在于：依据地图导航防触礁安全助航参数、地形匹配导航技术最近点搜索原则和水运交通多维变化、多样高程基准的导航特点构建了安全航行保障线和水下地形高程等值线节点坐标矢量集合的最大化检索模型、安全助航警示边界、警示距离、警示航向信息的高频率分段标注模型；运用曲面方程高程拟合在航水位改正模型解算相对安全吃水高程，实现全航段实时动态的安全助航服务；利用水下地形特征分析算法模型划定的适淹礁和桥梁等区域安全航行保障线解决安全助航信息失真现象。2.GNSS接收机双天线定位定向数据的应用算法模型，其特征在于：采用最小外接搜索圆正方形搜索模型和前进方向正方形右顶点夹角与对角联合形成的相交范围判断模型，最大化检索当前航段安全吃水高程匹配的安全航行保障线和水下地形高程等值线节点矢量坐标集合、航行基准面相关水尺及水位信息；采用船型坐标逻辑判断模型，排除船型坐标在地图导航防触礁安全助航技术应用模型中的运算，提高模型计算处理效率。3.相对安全吃水高程在航水位改正模型，其特征在于：能依据航段信息和相对水深图航段分界线物标属性逻辑...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军，
申请(专利权)人：孙军，
类型：发明
国别省市：重庆,50