[发明专利]一种基于S-57电子海图数据的三维地形和雷达地形生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维地形和雷达地形生成方法，尤其是适用于基于S-57电子海图数据的大范围高精度匹配的航海模拟器视景三维地形和雷达地形生成方法。

背景技术

近年来，随着虚拟现实技术应用的不断发展，在城市建设、教育、电子商务、军工等领域都有了成功的应用。其中，国内科研机构和院校自主研发了具有三维视景的船舶操纵模拟器，在船员操船培训、港航设计论证中发挥了重要作用。

在船舶操纵模拟器虚拟现实技术的开发应用中，三维视景地形、雷达地形、水深数据以及导航物标的数据提取是整个项目开发的基础。因此，如何以S-57电子海图为基准，构建统一数据源的视景三维地形、雷达地形、水深数据生成以及导航物标数据的提取成为关键的技术问题。

目前，国内在该领域通常采用基于电子海图等高线生成DEM高程数据，导入Multigen Creator进行转换，生成DED格式文件，同时进行地形纹理、坐标原点等设置，使地形逼真度和坐标与实际视景和电子海图相匹配，最后，将地形文件转换为OpenFlight数据格式供视景驱动使用。这种方法存在几个缺陷：

（1）该方法生成的地形模型精度依赖于电子海图的高程数据的质量。由于电子海图对于陆地地形高程信息的描述十分粗略，因而在仿真过程中所提供的数据与实际环境存在较大的差异。此外，这种方法无法提供等高线和等深线之间区域的连续、精确的数据。这些都影响了仿真数据的客观性和逼真性。

（2）利用这种方法生成的DEM高程数据，在满足精度需求的同时，造成了地形面数的大幅增加。对于大范围视景，该方法生成的地形模型必须分块导入，影响了视景绘制的效率，增加了对硬件的需求。

发明内容

为了克服现有方法的局限性，本发明融合三维地形数据生成技术、GPS定位技术、GIS地理信息技术，提出了基于电子海图数据统一数据源的视景三维地形数据生成、雷达地形生成、水深数据生成以及导航物标数据提取方法，在保证三维视景绘制效率和逼真度的同时，实现了地形数据、雷达地形、水深数据和导航物标数据与电子海图的精确匹配。

本发明所采用技术方案的总体思路是：基于电子海图统一数据源，生成简化三维地形模型用于视景显示，生成高精度地形模型用于雷达地形绘制和水深数据、导航物标数据提取。

本发明所述基于S-57电子海图数据的三维地形和雷达地形生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）生成基于电子海图的统一数据源：结合基于S-57电子海图数据提取的电子海图高程数据以及从GDEM（全称“Global Digital Elevation Model”，全球数字高程模型）数据提取的等高线和等深线，生成基于电子海图的高程矢量图；

（2）生成视景三维地形模型：将高程矢量图生成DWG格式文件，通过三维模型简化技术简化地形模型，并在Multigen Creator中进行纹理编辑，生成视景三维地形模型；

（3）生成高程数据文件：在高程矢量图的基础上，对矢量进行插值计算，提取高程信息，生成数据文件，分别完成雷达地形数据的生成和水深数据、导航物标数据的提取。

优选地，所述步骤（1）的具体步骤为：

（1.1）提取原始数据：基于电子海图源数据，采用GIS软件Global Mapper提取海图高程信息；将GDEM数据导入Global Mapper中，依据海图坐标设置和投影方式对GDEM数据进行校正；提取GDEM数据等高线和等深线；

（1.2）数据处理：以电子海图为基本参照，针对海图高程数据缺失部分、通过编辑高程矢量线的方法将海图高程数据和GDEM提取的等高线和等深线数据进行合并处理；

优选地，所述（1.1）根据GDEM数据提取等高线和等深线的过程中，提取范围为海图高程信息缺少区域，提取间隔距离为2米。

优选地，所述步骤（1.2）中，数据处理过程，要确保海图的岸线、码头、导航物、航道建筑与原海图保持一致；对于有特殊精细要求地域的高程数据，采用人工测量，手工输入的方法。

优选地，所述步骤（2）的具体步骤为：

（2.1）数据预处理：对基于电子海图的统一数据源进行简化，只保留山体的等高线；对于岸线局部进行手工绘制；最后，将数据输出为矢量数据文件，保存为DWG格式；