CN111414442A - 一种基于航道地形图和水位数据的航标位置校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于航道地形图和水位数据的航标位置校核方法，属于航道测绘与航道维护领域。所述方法包括：以航道地形图为基础，通过读取航道地形图中的测量数据，结合实测水位或预测水位，动态修正图示水深点的水深值，筛选出满足条件的水深点，构成可航区域；利用边界提取算法生成可航区域边界；根据航标实际位置与可航区域边界的关系对航标位置进行校核，输出校核结果，辅助工作人员决策分析，使原本人工化的处理工作变得更加高效，降低工作失误率，节省大量的劳力，有效地提高工作效率，实现更为科学合理的航标位置校核。

Description

一种基于航道地形图和水位数据的航标位置校核方法

技术领域

本发明涉及航道测绘与航道维护领域，具体的，尤其涉及一种基于航道地形图和水位数据的航标位置校核方法。

背景技术

航标是一种重要的助航设备，对船舶起着助航、引航和导航的作用，通过对航道方向、边界以及障碍物的标示，为水上交通运输提供一条安全、经济、便捷的通道。内河航道水下河床地形复杂，水位变化频繁，尤其是在汛期和枯水期，水位涨落幅度较大，导致大部分航标已不处于最佳导航位置，因此需要结合水位数据和航道地形图对航标位置进行调整，保证航标能够及时反映航道水深变化，正确标示可航区域边界。传统工作过程中，工作人员主要是根据以往航标配布工作经验，结合水位变化情况来判断航标当前位置是否合理。这种航标位置校核方法对人工经验依赖程度大，受到工作态度、本身业务技能的限制，工作效率低，容易造成校核结果不可靠。

针对航标位置校核，目前主要有一种解决方案，即结合电子航道图或电子江图，获取航标点的实际水深，将航标点实际水深与航标校核规则库的规则项逐一进行对比，判断是否符合规则项中的相关规定；如果不符合，则输出具体不符合的规则项，并进行报警处理，以此提高航标管理效率和可靠性。但随着航道管理数字化、智能化的不断发展，要满足内河航道航标位置的及时、准确和合理的校核还存在以下问题：

(1)电子航道图更新周期长，且目前对水深数据的提取需要专门机构利用ArcGIS工具箱对电子航道图进行等深线的提取，无法直接对CAD格式的航道地形图进行操作，操作专业性强，不具备普遍适用性；航道地形图是航道规划、航道工程设计与施工、航道维护、船舶航行等工作的重要参考图籍资料，开展航标位置校核需要考虑在航道地形图上进行水深数据的提取；

(2)航标校核规则库是根据航标配布原则形成的用于判断航标位置在航道中的准确性的规则集合，其完整度决定了航标校核的精确度；而规则库的完整度则受规则库设计人员对航标配布原则的理解能力的影响，对人工经验的依赖程度大；

(3)单纯输出校核结果已经不能满足现阶段的可视化管理需求，需要考虑在航道地形图等地图管理软件上正确标示出可航区域边界，让工作人员对航标校核的过程有更全面和直接的了解。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提供一种基于航道地形图和水位数据的航标位置校核方法。所述技术方案如下：

步骤1，利用实测水位或预测水位数据对航道地形图中的水深点进行动态修正，获取实际水深值；

步骤2，根据步骤1得到实际水深值后，筛选出实际水深值大于等于航道维护水深值的所有水深点，获取满足航道维护水深值的水深点集合；

步骤3，根据步骤2得到水深点集合构成了可航区域，对该区域进行边界提取，获取可航区域边界；

步骤4，利用航标实际位置与根据步骤3获得的可航区域边界两者之间的关系对航标位置进行校核。航标实际位置与可航区域边界的关系一般存在三种情况：第一种，航标位于可航区域边界外部；第二种，航标位于可航区域边界内部；第三种，航标位于可航区域边界上。

而且，步骤4中对航标实际位置与可航区域边界两者之间关系进行判断的实现方式如下：

步骤4.1，遍历可航区域边界点集合，查找与航标位置最近的两个边界点A、B，计算航标P到AB连线的垂直距离PC，记为s；理论上，当s＝0时，认为航标点位于航道边界上，若不等于0，则该航标点可能位于可航区域范围内，也可能位于可航区域之外；但在实际航标配布过程中，航标的设置一般会留有一定的阈值δ，因此当s≤δ时，认为航标位置基本正确，不需要调整；

步骤4.2，当s＞δ时，继续判断航标位于可航区域内部还是外部，以提供给工作人员更多的参考信息，辅助工作人员进行后续的调标工作。

而且，步骤4.2中对航标位于可航区域内部还是外部进行判断的实现方式如下：

从航标位置点出发，引一条垂直于航道方向的射线，计算射线与可航区域边界的交点数，若交点数为偶数，则说明航标位于可航区域外部；若交点数为奇数，则说明航标位于可航区域内部。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

利用航道地形图的测量数据以及水位数据，通过动态修正图示水深点的水深值，筛选出满足条件的水深点，构成可航区域；并利用边界提取算法生成可航区域边界，根据航标实际位置与可航区域边界的关系对航标位置进行校核，输出校核结果，辅助工作人员决策分析，使原本人工化的处理工作变得更加高效，降低了对人工经验的依赖程度，节省了大量的劳力，有效地提高工作效率，使航标位置校核质量得到较好的保证，便于工作人员及时开展后续调标工作。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种航标位置校核方法流程图

图2是本发明实施例提供的一种判断航标是否位于可航区域边界的方法示意图

图3是本发明实施例提供的一种判断航标位于可航区域内部还是外部的方法示意图

图4是本发明实施例提供的一种判断航标实际位置与可航区域边界两者之间关系的方法流程图

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述：

本实施例以航道部门对所管辖区域的航标进行日常维护为例阐述实现方法，通过对沿线水位数据的定时采集，结合管辖区域的航道地形图，对图示水深点进行动态修正；然后根据航道部门发布的航道维护水深值，筛选出满足条件的水深点，利用边界提取算法提取出可航区域边界；通过航标遥测遥控***获取到航标的实时位置，判断航标实际位置与边界的关系，从而确定航标位置是否合理。具体实施时采用计算机软件技术自动实现，工作人员只需要导入对应区域的航道地形图，输入要求的航道维护水深，***便可自动输出最终的航标位置校核信息。如图1所示，具体实施包括以下步骤：

步骤1，读取航道地形图中的测量数据。该测量数据包括水深点信息以及基准面代码信息等。航道地形图采用矩形区域分幅的方式将整个长江航道分割成一个个图幅，每一个图幅都有一个对应的图幅编码，表示对应的航段。每个图幅采用统一的基准面，其中的水深点所采用的基准面与图幅基准面相同。基准面信息一般通过代码的方式进行存储，包含三种值：24代码航行基准面，101代表吴淞高程，102代表理论最低潮面。

步骤2，根据水位站发布的实测或预测水位信息，对步骤1中的水深点处的水深值进行动态修正，获取实际水位值。

步骤3，获取到实际水位值后，即可根据航道地形图的基准面代码来计算实际水深值。当基准面为航行基准面或理论最低潮面时，实际水深值为图示水深值与实际水位值之和；当基准面为吴淞高程时，实际水深值为实际水位值与图示水深值之差。记基准面代码为Datum，实际水深值为D_A，图示水深值为D_R，实际水位值为W，具体的计算公式如下：

当Datum＝24或Datum＝102时，

D_A＝D_R+W

当Datum＝101时，

D_A＝W-D_R

步骤4，得到实际水深值后，即可根据用户输入的水深阈值确定可航区域。由于航道部门在进行航道维护水深值设定时，一般会留有0.5m-1.5m的富裕水深，因此，需要将用户输入的航道维护水深值与用户输入的阈值相加，再与实际水深值进行比较。记水深点处的实际水深值为D_A，用户输入的维护水深值为D_U，阈值为δ_h，则此时可航区域的实际水深值应满足：

D_A≥D_U+δ_h

筛选出满足该条件的所有水深点后，即可计算生成一个多边形，保证该多边形包含所有满足该条件的水深点，从而确定出可航区域。

步骤5，利用边界提取算法提取出可航区域边界。首先利用现有的Delaunay三角剖分算法对步骤4筛选出的水深点进行三角网格的划分，并对三角形、边以及顶点之间的邻接关系进行存储，建立三角形的拓扑关系；然后以相邻水深点的平均距离作为提取水深边界的阈值，从任意一个三角形的边开始遍历；先判断该边的邻接三角形个数是否小于1，若小于1，则该边属于边界三角形的一条边，可继续比较该边的长度与阈值的大小，若该边长度小于阈值，则将该边的两个顶点存入边界点集合中；最终获取到的边界点集合即构成了可航区域的边界。

步骤6，对航标实际位置与可航区域边界两者之间关系进行判断，如附图4所示，实施例采用如下流程：

第一步，由航标遥测遥控***获取航标的实际位置，判断航标是否位于可航区域边界上，如图2所示，具体实施方法如下：

遍历可航区域边界点集合，查找与航标位置最近的两个边界点A、B，计算航标P到AB连线的垂直距离PC，记为s。理论上，当s＝0时，认为航标点位于航道边界上，若不等于0，则该航标点可能位于可航区域范围内，也可能位于可航区域之外；但在实际航标配布过程中，航标的设置一般会留有一定的阈值δ，该值由工作人员进行设定，因此需要结合阈值δ判断航标位于可航区域内部还是外部。若s≤δ，认为航标位置基本正确，不需要调整；若s＞δ时，则说明航标位置不合理，需要判断航标位于可航区域内部还是外部；

第二步，判断航标位于可航区域内部还是外部，如图3所示，具体实施方法如下：

从航标位置点出发，引一条垂直于航道方向的射线，计算射线与可航区域边界的交点数，若交点数为偶数，则说明航标位于可航区域外部；若交点数为奇数，则说明航标位于可航区域内部。

步骤7，利用由步骤6获得的航标实际位置与可航区域边界两者之间的关系对航标位置进行校核，在航道地形图上显示可航区域及可航区域边界，并输出校核结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于航道地形图和水位数据的航标位置校核方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用实测水位或预测水位数据对航道地形图中的水深点进行动态修正，获取实际水深值；

步骤2，根据步骤1得到实际水深值后，筛选出实际水深值大于等于航道维护水深值的所有水深点，获取满足航道维护水深值的水深点集合；

步骤3，根据步骤2得到水深点集合构成了可航区域，对该区域进行边界提取，获取可航区域边界；

步骤4，利用航标实际位置与根据步骤3获得的可航区域边界两者之间的关系对航标位置进行校核。航标实际位置与可航区域边界的关系一般存在三种情况：第一种，航标位于可航区域边界外部；第二种，航标位于可航区域边界内部；第三种，航标位于可航区域边界上。

2.根据权利要求1所述基于航道地形图和水位数据的航标位置校核方法，其特征在于：步骤4中对航标实际位置与可航区域边界两者之间关系进行判断的实现方式如下：

步骤4.1，遍历可航区域边界点集合，查找与航标位置最近的两个边界点A、B，计算航标P到AB连线的垂直距离PC，记为s；理论上，当s＝0时，认为航标点位于航道边界上，若不等于0，则该航标点可能位于可航区域范围内，也可能位于可航区域之外；但在实际航标配布过程中，航标的设置一般会留有一定的阈值δ，因此当s≤δ时，认为航标位置基本正确，不需要调整；

步骤4.2，当s＞δ时，继续判断航标位于可航区域内部还是外部，以提供给工作人员更多的参考信息，辅助工作人员进行后续的调标工作。

3.根据权利要求1所述基于航道地形图和水位数据的航标位置校核方法，其特征在于：步骤4.2中对航标位于可航区域内部还是外部进行判断的实现方式如下：

从航标位置点出发，引一条垂直于航道方向的射线，计算射线与可航区域边界的交点数，若交点数为偶数，则说明航标位于可航区域外部；若交点数为奇数，则说明航标位于可航区域内部。

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