[发明专利]基于GIS与虚拟现实技术的三维电子海图生成方法

说明书

本发明提供一种基于GIS与虚拟现实技术的三维电子海图生成方法，建立三维地形模型；建立专题数据库模型；建立水面模型及水流数值模拟模型；建立船舶模型数据库模块；将三维地形模型、专题数据库模型、水面模型及水流数值模拟模型、船舶模型数据库模块的模拟计算结果关联融合，对各类数据综合显示，构建虚拟现实场景；通过模型分析和空间计算，为船舶导航提供服务。本发明用于构建可应用于实船生产实践的三维电子海图，为驾驶员提供一个直观、逼真的决策环境，提高航运的安全性。

技术领域

本发明属于船舶导航领域，尤其是一种基于GIS与虚拟现实技术的三维电子海图生成方法。

背景技术

近年来，随着GPS/GIS/GSM技术、船舶自动识别系统(AIS)、电子海图显示与信息系统(ECDIS)等技术的发展，我国涉海机构陆续开展了基于虚拟现实的三维电子海图的开发工作，取得了一定成果。然而，我国目前在三维电子海图系统开发方面仍然存在着如下不足：①水下地形、流场数值、航标配布等大多单独进行仿真，综合显示能力弱，且大多停留在演示阶段；②重在仿真，未能有效集成GIS的模型分析与空间分析功能，因而缺乏科学的定量分析；③大多数是在国外相关系统上进行二次开发，缺乏自主知识产权，系统的维护和升级都存在一定问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于GIS与虚拟现实技术的三维电子海图生成方法，为驾驶员提供一个直观、逼真的决策环境，提高航运的安全性。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于GIS与虚拟现实技术的三维电子海图生成方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、建立三维地形模型：

基于GIS与3ds Max，以高度真实感的三维地理场景为基础，利用不规则网格模型的方法建立海/河床DEM，并完成海/河床DEM与陆地DEM的拼接；

S2、建立专题数据库模型：

根据调研数据对场景区域的视景建模，还原真实、逼真的地形地貌、航标及人工建筑物；

S3、建立水面模型及水流数值模拟模型：

用固定项与扰动项两部分来表示水面实时水位，其中固定项是深度基准面，扰动项包括潮汐部分和非潮汐部分；采用基于潮汐表数据同化的天文潮数值预报模型进行潮汐预报，进而求得瞬时水面的深度信息；

水流数值模拟模型基于航道CAD图、实测流量、水位和比降信息，建立质量守恒连续方程和动量守恒运动方程，对航道流场进行数值模拟；

S4、建立船舶模型数据库模块

以AIS的串口数据为输入，通过解析AIS原始报文中的船舶要素信息，对船舶模型数据库的模型进行查询匹配；

S5、建立关联可视化模块

将三维地形模型、专题数据库模型、水面模型及水流数值模拟模型、船舶模型数据库模块的模拟计算结果关联融合，对各类数据综合显示，构建虚拟现实场景；

S6、水面动态船舶信息显示

通过模型分析和空间计算，为船与海/河床、船与船之间的碰撞提供预警信息；

通过对AIS输入的原始报文进行解析，获取周围船舶的要素信息，对周围船舶的运动态势在虚拟现实场景中予以显示，同时叠加上与安全决策相关的船舶动态和静态信息。

按上述方案，所述的S1采用分层构建实体模型的策略，构建完成各层次实体模型后再组合集成；对水域范围内涉及到的实体模型仿真分为三个层次：①航标、代表船型，无论是几何建模还是纹理贴图全部采用精细的方式制作；②桥梁、码头、船舶、沿岸标志性建筑物，保持几何样式和纹理特征；③陆上其他地物，只表示其大致轮廓和几何形态。