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      一種用于船舶駕駛的三維輔助導(dǎo)航系統(tǒng)建立方法

      文檔序號(hào):9487802閱讀:859來(lái)源:國(guó)知局
      一種用于船舶駕駛的三維輔助導(dǎo)航系統(tǒng)建立方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明屬于航海駕駛技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種用于船舶駕駛的三維輔助導(dǎo)航系統(tǒng)建立方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]船舶通航環(huán)境指航行中除人員與設(shè)備以外的客觀環(huán)境。從航行涉及的客觀因素分析,航行環(huán)境包含地理環(huán)境、氣象環(huán)境、水文環(huán)境與通航環(huán)境等,它們的空間形態(tài)隨航行過(guò)程演變,具有多維性。
      [0003]運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬航行環(huán)境,首先需要把航行環(huán)境數(shù)字化,即建立航行環(huán)境的數(shù)字模型,這是航行環(huán)境可視化仿真的基礎(chǔ),通過(guò)三維地形、聲效和海浪等要素展現(xiàn)航行環(huán)境。船舶駕駛員通過(guò)一定的操作界面感知周?chē)h(huán)境,達(dá)到輔助熟悉環(huán)境、掌握態(tài)勢(shì)和輔助決策等目的,這種“環(huán)境感知化”的結(jié)果供人腦認(rèn)識(shí)船舶周?chē)h(huán)境。
      [0004]現(xiàn)有的輔助導(dǎo)航系統(tǒng)均是基于二維平面,只能顯示或模擬部分的航行環(huán)境信息,在遇到一些復(fù)雜的航道環(huán)境,仍然無(wú)法全面真實(shí)的提供準(zhǔn)確的航道信息(如船舶的尺度,類(lèi)型、附近水域水文信息等),難以保證船舶駕駛的安全。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005]針對(duì)上述現(xiàn)有的問(wèn)題和不足,本發(fā)明提供一種用于船舶駕駛的三維輔助導(dǎo)航系統(tǒng)建立方法,包括:
      [0006]根據(jù)電子海圖和實(shí)地采集數(shù)據(jù)構(gòu)建三維航道模型;
      [0007]從所述電子海圖中提取靜態(tài)航道信息并與所述三維航道模型融合構(gòu)建三維電子海圖;
      [0008]將從導(dǎo)航儀器中實(shí)時(shí)接收的與船舶駕駛相關(guān)的位置信息實(shí)時(shí)標(biāo)繪在所述三維電子海圖中,以實(shí)時(shí)表征出附近水域動(dòng)靜態(tài)船舶的位置信息和描述航道信息;
      [0009]通過(guò)所述三維電子海圖上展示的三維航道信息輔助本船的駕駛。
      [0010]進(jìn)一步地,在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,所述根據(jù)電子海圖和實(shí)地采集數(shù)據(jù)構(gòu)建三維航道模型包括:
      [0011]根據(jù)實(shí)地調(diào)研獲取模擬水域現(xiàn)有通航要素技術(shù)資料和導(dǎo)助航設(shè)置相關(guān)資料,分別將其數(shù)字化后生成用于顯示模擬過(guò)程的模擬航行環(huán)境和模擬船舶的電子海圖;
      [0012]對(duì)實(shí)地拍攝視景數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理生成視景數(shù)據(jù)庫(kù),用建模工具對(duì)視景數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行建模生成視景數(shù)據(jù)庫(kù)模型;
      [0013]根據(jù)模擬環(huán)境參數(shù),利用船舶操縱模擬器對(duì)通航環(huán)境進(jìn)行建模,并結(jié)合所述視景數(shù)據(jù)庫(kù)模型建立符合實(shí)際環(huán)境的三維航道模型。
      [0014]進(jìn)一步地,在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,在對(duì)實(shí)地拍攝視景數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理生成視景數(shù)據(jù)庫(kù),用建模工具對(duì)視景數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行建模生成視景數(shù)據(jù)庫(kù)模型之后,還包括:
      [0015]對(duì)視景數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、地理地形細(xì)節(jié)層次處理和導(dǎo)入到船舶操縱模擬系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。
      [0016]進(jìn)一步地,在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,從所述電子海圖中提取靜態(tài)航道信息并與所述三維航道模型融合構(gòu)建三維電子海圖包括:
      [0017]依據(jù)所述電子海圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)讀取數(shù)據(jù)圖層;
      [0018]創(chuàng)建數(shù)據(jù)表單并將所述圖層數(shù)據(jù)分類(lèi)放入對(duì)應(yīng)的表單;
      [0019]將本船的位置信息加載到所述三維航道模型上,并根據(jù)讀取的表單的圖層數(shù)據(jù)在三維航道模型中動(dòng)態(tài)繪制航道信息并以此生成三維電子海圖。
      [0020]進(jìn)一步地,在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,所述導(dǎo)航儀器至少包括導(dǎo)航雷達(dá)、AIS、GPS、測(cè)深儀、計(jì)程儀。
      [0021]進(jìn)一步地,在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,與船舶駕駛相關(guān)的位置信息至少包括本船、目標(biāo)船、靜態(tài)島嶼及礁石的位置信息。
      [0022]本發(fā)明實(shí)施例提供的用于船舶駕駛的三維輔助導(dǎo)航系統(tǒng)建立方法,通過(guò)從所述電子海圖中提取靜態(tài)航道信息并與三維航道模型融合構(gòu)建三維電子海圖,再將從導(dǎo)航儀器中實(shí)時(shí)接收的與船舶駕駛相關(guān)的位置信息實(shí)時(shí)標(biāo)繪在三維電子海圖中以輔助本船的駕駛。實(shí)現(xiàn)在多種導(dǎo)航儀器同時(shí)作用于船舶導(dǎo)航時(shí),合理利用有關(guān)資源,確保本船與目標(biāo)船等障礙物的精確定位,通過(guò)三維虛擬場(chǎng)景展示航道上船舶信息,輔助船舶駕駛。
      【附圖說(shuō)明】
      [0023]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見(jiàn)地,下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
      [0024]圖1為本發(fā)明用于船舶駕駛的三維輔助導(dǎo)航系統(tǒng)建立方法的實(shí)施例流程圖;
      [0025]圖2為本發(fā)明中電子海圖的制作流程圖;
      [0026]圖3為本發(fā)明中視景數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行建模的流程圖;
      [0027]圖4為本發(fā)明中構(gòu)建三維電子海圖的流程圖;
      [0028]圖5為本發(fā)明中AIS與雷達(dá)信息融合模型圖;
      [0029]圖6為本發(fā)明中開(kāi)發(fā)的E⑶IS系統(tǒng)平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)圖;
      [0030]圖7為本發(fā)明中用于船舶駕駛的三維輔助導(dǎo)航系統(tǒng)的工作流程圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0031]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
      [0032]圖1為本發(fā)明用于船舶駕駛的三維輔助導(dǎo)航系統(tǒng)建立方法的實(shí)施例流程圖,如圖1所示,該方法包括:
      [0033]步驟101、根據(jù)電子海圖和實(shí)地采集數(shù)據(jù)構(gòu)建三維航道模型,上述電子海圖為二維地圖;
      [0034]步驟103、從所述電子海圖中提取靜態(tài)航道信息并與所述三維航道模型融合構(gòu)建三維電子海圖;
      [0035]步驟105、將從導(dǎo)航儀器中實(shí)時(shí)接收的與船舶駕駛相關(guān)的位置信息實(shí)時(shí)標(biāo)繪在所述三維電子海圖中,以實(shí)時(shí)表征出附近水域動(dòng)靜態(tài)船舶的位置信息和描述航道信息;本步驟中具體地與船舶駕駛相關(guān)的位置信息至少包括本船、目標(biāo)船、靜態(tài)島嶼及礁石的位置信息。所述導(dǎo)航儀器至少包括導(dǎo)航雷達(dá)、AIS、GPS、測(cè)深儀、計(jì)程儀。
      [0036]步驟107、通過(guò)所述三維電子海圖上展示的三維航道信息輔助本船的駕駛。
      [0037]在上述實(shí)施例中,具體地,在步驟101中,可以包括三個(gè)步驟:
      [0038]第一步:根據(jù)實(shí)地調(diào)研獲取模擬水域現(xiàn)有通航要素技術(shù)資料和導(dǎo)助航設(shè)置相關(guān)資料,分別將其數(shù)字化后生成用于顯示模擬過(guò)程的模擬航行環(huán)境和模擬船舶的電子海圖;圖2為本發(fā)明中電子海圖的制作流程圖,如圖2所示,根據(jù)實(shí)地調(diào)研獲取模擬水域現(xiàn)有碼頭、航道等通航要素技術(shù)資料和導(dǎo)助航設(shè)置等相關(guān)資料,分別將其數(shù)字化后,對(duì)不同投影方式生成的數(shù)字化海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、變換,形成符合本模擬試驗(yàn)要求的數(shù)字化平面圖(即電子海圖),用于顯示模擬過(guò)程的模擬航行環(huán)境和模擬船舶。
      [0039]第二步:對(duì)實(shí)地拍攝視景數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理生成視景數(shù)據(jù)庫(kù),用建模工具對(duì)視景數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行建模生成視景數(shù)據(jù)庫(kù)模型;圖3為本發(fā)明中視景數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行建模的流程圖,如圖3所示,通過(guò)實(shí)地采集現(xiàn)有特征(標(biāo)志性)建筑高分辨率視景影像材料為建模做準(zhǔn)備,對(duì)實(shí)地拍攝視景數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,獲取真實(shí)材質(zhì)和模型,并用3DMax或AutoCAD等主流建模工具進(jìn)行三維模型建立及優(yōu)化,然后將紋理材質(zhì)圖片進(jìn)行渲染,生成真實(shí)感很強(qiáng)的三維模型。
      [0040]優(yōu)選地,在上述步驟之后還包括:對(duì)視景數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、地理地形細(xì)節(jié)層次處理和導(dǎo)入到船舶操縱模擬系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。
      [0041 ] 第三步:根據(jù)模擬環(huán)境參數(shù),利用船舶操縱模擬器對(duì)通航環(huán)境進(jìn)行建模,并結(jié)合所述視景數(shù)據(jù)庫(kù)模型建立符合實(shí)際環(huán)境的三維航道模型。
      [0042]本步驟中,根據(jù)模擬水域水文、氣象、航道尺度、船舶特征等環(huán)境參數(shù),利用全任務(wù)大型船舶操縱模擬器對(duì)通航環(huán)境進(jìn)行建模,建立符合實(shí)際環(huán)境的三維視景系統(tǒng)、建立ECDIS海圖及具有六自由度(前后、側(cè)移、船首向變化、縱搖、橫搖、垂蕩)的特征船舶數(shù)學(xué)模型。模型真實(shí)地模擬本船在開(kāi)闊水域及限制水域的水動(dòng)力學(xué)特征,包括氣象、潮汐、水流影響;模型真實(shí)地模擬本船在錨、車(chē)、舵、纜、拖輪作用下的多工況響應(yīng)。航行水域應(yīng)包括與所用電子海圖相應(yīng)的隨時(shí)間變更的水流模型,水位應(yīng)反映與所用電子海圖相應(yīng)的水深,并應(yīng)反映相應(yīng)的水位狀況。船舶操縱模型考慮限制水域特性,計(jì)及
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