[发明专利]一种基于海图数据的动态航线生成方法

说明书

一种基于海图数据的动态航线生成方法。本发明的步骤包括提取和处理碍航区、生成缓冲区、利用双向扩展随机树生成航线、路径优化及航线动态更新。本发明能够根据用户输入或从海图中获取的起点、终点自动计算出较优的安全航线，能够在航行偏离计划航线时给出警告和提示，并根据船舶位置和环境的变化实时地动态更新航线，保障人员、船舶的安全，提高航线效率和经济性。另外本发明的效果已在XX海警系统的研制中得到了验证。

技术领域

本发明属于船舶航线设计领域，具体地是一种基于提取的海图碍航区数据，动态实时地自动更新船舶航线设计的方法。

背景技术

船舶航行安全一直是海上航行人员最主要关注的话题，特别是在执行诸如海上避难、救援、执法维权等特殊行动时，更是对航线设计的准确性和实时性提出更高的需求。现有的船舶航线设计基本都是依靠人工分析纸质海图，凭借个人的经验知识，在执行任务前完成计划航线的拟定。这种人工方法效率低，且设计的航线质量受限于作业人员的专业水平以及航线经验。

船舶在海上航行时亟需一种高效、快捷、准确地航线设计自动生成方法，来提高船舶导航的自动化水平，保障人员、船舶的安全，提高航线效率和经济性。随着电子海图的不断发展，数据不断完善，这也为航线设计自动生成带来了可能性以及准确性。同时考虑到船舶位置的变化以及实际环境的突变，航线设计的动态更新也将是研究的重点。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种可以利用电子航道图中的环境信息，高效、快捷地实现计划航线的自动生成；二是根据船舶的实时位置动态地更新航线。

本发明的技术方案是：1、一种基于海图数据的动态航线生成方法，包括地图中碍航区数据的处理：从地图数据中提取和处理碍航区：

通过地图数据访问接口，获取各个区域的属性信息；碍航区根据其形状，可划分为点、面状碍航区；

1.1、点状碍航区处理：

把地图中暗礁、沉船、适淹礁形成的碍航区当成点状碍航区进行处理，点与点之间距离大于500米时，实际情况中可根据安全距离进行调整，直接作为单独的点状碍航区进行处理；对于距离小于500米的点集合，通过Graham算法求得最小凸多边形后存储边界点，具体步骤如下，

(1)、找出{P₁,P₂,...,P₅}点集中纵坐标最小的点，若纵坐标相同，则找横坐标最小的点，图例中P₁纵坐标最小；以P₁为参考点，和点集中其他各点用直线段连接，并计算这些线段与水平线的夹角，方向取逆时针为正，按夹角从小到大对点集进行排序，如果夹角相同，则只保留距离最大的点；

(2)、排序后点集为{P₁,P₃,P₄,P₂,P₅}，依次连接所有点，得到一个多边形；

(3)、以逆时针方向，根据右手法则确定相邻两向量的外积的方向，垂直确定的平面向上，故保留P₃；同样根据判断外积的方向也垂直确定的平面向上，故保留P₄；判断外积的方向垂直确定的平面向下，故删除P₂；判断外积的方向垂直确定的平面向上，故保留P₅；最后形成凸包点集：{P₁,P₃,P₄,P₅}；

1.2、面状碍航区处理：

把地图中岛礁、浅滩、低于本船吃水的浅水区域、流向和流速比较复杂的影响船舶正常行驶的区域当成面状碍航区进行处理，所记录的数据点集采用垂距法进行压缩存储，具体方法为：按顶点顺序依次将相邻的三个顶点组成一个三元组，计算中间点到前后两点连线的距离，当计算的距离大于门限时，保留该顶点；否则删除该顶点；直至所有组合处理完毕。