[发明专利]面向船舶可视导航的通航环境可视化表示方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶导航领域，尤其是一种面向船舶可视导航的通航环境可视化表示方法。

背景技术

船舶可视导航是一种将综合视觉、航行和水上交通管理技术有机结合的新型导航方法，需要综合考虑复杂通航环境，融合实时的船舶导航传感器数据和环境传感器数据，实现终端区环境信息精准的统一表示。影响可视导航的环境要素包括地形地物、水文条件、助航标志和危险目标，这些环境要素具有不同的物理性质，其空间尺度和时间变化尺度跨度大并且相互影响。要规避各种危险，必须要透彻感知船舶周围环境。因此船舶终端区环境高效高精度的动态三维表示成为船舶可视导航的重要前提。

现有表示方法基于不同的学科领域、孤立地开展，缺乏对航行船舶终端区环境的统一表示。通航环境信息表示分散使得导航决策需要的信息异构现象严重、融合困难、决策效率降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种面向船舶可视导航的通航环境可视化表示方法，将多源异构信息有机融合到统一的时空框架内，为船舶船舶通航提供可视化的时空分析。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种面向船舶可视导航的通航环境可视化表示方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、建立几何层：

包括通航环境和主题要素的几何模型、初始位置和状态、船舶的运动捕捉数据、运动导航点位置信息，首先抽象为点、线、面、体4类，并根据不同要素的组合特征形成若干父类；

S2、建立物理层：

用于表示主题要素在通航环境中的物理特性和应该遵循的物理规律，这些物理特性和规律应用于复杂行为的表示；通过LOD技术对通航环境中的对象进行多细节层次表示，在保留主题要素主要特征的基础上，提高渲染速度，减少实时渲染的计算开销；在帧频率恒定的情况下，提高通航环境中的角色数目；

S3、建立时态层：

基于时间密度，将通航环境和主题要素的时态特征归纳为状态和过程，针对通航环境中动态对象运动轨迹连续渐变的特点，将研究的时间域指定为连续模型；状态和过程是对应于时刻和时间段的一对基本概念，一个动态要素在其活动周期里的某个时刻称为状态，整个活动周期或其中的某一时间域称为过程；

定义1：动态对象的生命周期T=[t₀,t_n]，TR是场的时间域，对于任意一个时刻t_iT的三元函数F=f(x,y,z,t_i)，称为动态对象在t_i时刻的状态；

定义2：动态对象的生命周期T=[t₀,t_n]，TR是场的时间域，对于任意一个时间域[t_i,t_j]T的四元函数F=f(x,y,z,t)（t[t_i,t_j]），称为动态对象在时间域[t_i,t_j]内的过程；

动态对象活动周期内任意时刻的状态或任意一段时间的过程通过拟合和内插来实现；

S4、建立语义层：

包括3类，分别为专题语义、空间语义和过程语义；

专题语义包括通航环境中地形地物、水文条件、助航标志和威胁目标及其相互耦合关系；

空间语义包括空间的位置、方向和速度，与专题语义通过实体关联，是描述各主题要素的空间关系和实现空间分析的途径；

过程语义将周期变化的动态对象的时间过程语义划分为产生阶段、发展阶段、稳定阶段、衰减阶段和消亡阶段；

关联过程语义和专题语义的事件是引起主题要素发生状态变化的原因，其对主题要素状态的不断驱动构成了时空对象在其运动周期内的变化；通航环境主题要素运动变化的过程语义通过事件的抽象表达以及与专题语义的关联，反映出通航环境要素动态变化过程的物理本质及对船舶可视导航的影响。

本发明的有益效果为：通过采用本发明方法，可以将通航环境和主题要素集成到统一的时空框架下，实现了通航环境信息的集中、统一表示，提高了时空分析的准确性和效率；通过时空数据一体化表示，将矢量与标量结合、动态与静态结合、离散与连续结合，建立了一体化的数据模型；通过4层模型结构，实现了通航环境在虚拟现实技术下的数值映射；通过时空现象耦合模型，表达了通航环境主题要素的时空变化及其耦合作用。

附图说明

图1为本发明一实施例的概念模型图。

图2为本发明一实施例的动态三维GIS数据模型图。