應用於內河河道的導航系統及其地圖構建方法與流程
2023-05-29 00:09:01
本發明涉及導航領域，尤其涉及內河導航領域。
背景技術：
由於信息技術的發展日趨成熟，地理信息軟體的功能日趨完善，現階段已經有很多成熟的二維電子地圖產品，正在逐步向社會各個領域推廣，新興的地圖服務也越來越被更多的人多接受。二維電子地圖不僅可以進行分層顯示，信息查詢，各種空間分析，還可以根據需求定製個人或行業的各種專題地圖。但是二維地圖始終是對現實世界的一種高度抽象表示，並不能真實完整的反映現實世界，於是採用三維的形式對現實世界進行表達成為GIS發展的一個新方向。三維電子地圖就是以三維電子地圖資料庫為基礎，按照一定比例對現實世界的某個或多個方面進行三維抽象和描述，其形象性功能性遠強於二維電子地圖。
目前，已有多種三維GIS軟體，能進行三維查詢，也能進行簡單的三維空間分析，比如，ArcGIS中的ArcScene和ArcGlobe工具，Erdas的Image Virtual GIS，Skyline，Google Earth等等。但是，由於三維的理論和技術遠比二維複雜，再加之受軟硬體條件的限制，其研究和應用仍處於探索階段，還有很多實際問題有待進一步解決。其中，顯示效果不夠理想和大範圍海量數據運行效率低是主要面臨的兩個問題。隨著以WebGIS技術和移動GIS技術為基礎的地圖服務逐漸成為GIS行業的主流，地圖產品要求建設成本低廉和網絡傳輸速度快等特點，三維地圖產品的應用更加受到限制。一種基於側軸投影的數字側視地圖產品——2.5維電子地圖(也稱偽三維地圖)開始被人們所接受，目前2.5維電子地圖在道路中有著普遍的運用，但是缺少一種能夠根據內河航道特點適用於內河航道的內河導航系統。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是實現一種能夠直觀的看到各種航道信息的內河導航系統。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為：應用於內河河道的導航系統，包括存儲地圖信息的存儲單元、處理圖像信息的處理單元、顯示圖像信息的顯示單元，還包括採集水紋信息的紋理採集單元，所述紋理採集單元為採集水面下障礙物信息的聲吶設備並輸出信號至處理單元。
所述存儲單元包括存儲二位地形圖的第一子存儲單元和存儲紋理數據的第二子存儲單元。
系統還包括定位單元，所述定位單元輸出定位信號至處理單元。
系統還包括風速傳感器和水平儀傳感器，所述風速傳感器和水平儀傳感器輸出所採集的信號至處理單元。
所述紋理採集單元至少包括水深定位儀、船載聲吶設備、三維魚探儀、多束波探深儀、雙頻識別聲吶中的一種。
基於應用於內河河道的導航系統的地圖構建方法：
1)利用存儲的二位地形圖信息建模場景地圖；
2)將採集的水紋信息與存儲的紋理數據匹配；
3)將匹配的紋理數據貼圖至場景地圖。
所述場景地圖將內河分割成路面的環境，每個航道對應的寬度和隨著船舶的運行河道進行等比例的變化。
所述場景地圖顯示有水位深度，最大河道深度、區域水流速度信息。
本發明的優點在於通過此導航地圖能夠直觀的查看航道前方、左右放的障礙物信息以及航道中潛在的障礙物信息，通過航道中的浮標航道，能直觀看出船舶所處航道的左右距離和航道的偏離情況，能夠防止內河船舶碰撞事故的發生，同時，此地圖可以發布為離線地圖，能夠脫離航道二岸的基站以及衛星信息，特別適合在沒有基站信息的區域使用。
附圖說明
下面對本發明說明書中每幅附圖表達的內容簡要說明：
圖1為應用於內河河道的導航系統的框圖。
具體實施方式
如圖1所示，應用於內河河道的導航系統包括存儲地圖信息的存儲單元、處理圖像信息的處理單元、顯示圖像信息的顯示單元和採集水紋信息的紋理採集單元，顯示單元為顯示屏，存儲單元包括存儲二位地形圖的第一子存儲單元和存儲紋理數據的第二子存儲單元。處理器從存儲單元中調取數據信息，紋理採集單元為採集水面下障礙物信息的聲吶設備，紋理採集單元輸出所採集的信號至處理單元，處理單元輸出圖像信息至顯示單元顯示。
地圖紋理數據：
內河航道(長江)水面上的地形地貌，主要是航道上是否有建築物，水面浮標、跨越江面的大橋，延伸到江面的碼頭浮臺，長江上的船舶，長江周邊岸線的一些高層建築、山體等
內河航道(長江)水面下的地形地貌，主要是長江水位深度，河道水面實時寬度，河道水面水流速度，河床地貌情況，河床地段地形情況，河床底部地質情況，河道底部水生物情況，河道底部礁石情況，河道底部沉降物建築物情況等。
紋理採集單元至少包括水深定位儀、船載聲吶設備、三維魚探儀、多束波探深儀、雙頻識別聲吶中的一種。
單頻單波束測深(點測量),安裝在測量船底的發射換能器垂直向水下發射一定頻率的聲波脈衝，以聲速c在水中傳播到水底，經反射返回，被接收換能器所接收，若往返傳播時間為△t。則水深H為：
雙頻單波束測深(點測量),換能器垂直向水下發射高、低頻聲脈衝，由於低頻聲脈衝具有較強的穿透能力，因而可以打到硬質層；高頻聲脈衝僅能打到沉積物表層，兩個脈衝所得深度之差便是淤泥厚度Δh
多波束測深(面測量),多波束測深系統是從單波束測深系統發展起來，能一次給出與航線相垂直的平面內的幾十個甚至上百個深度。它能夠精確地、快速地測定沿航線一定寬度內水下目標的大小、形狀、最高點和最低點，從而較可靠地描繪出水下地形的精細特徵，從真正意義上實現了海底地形的面測量。
此外，系統還包括定位單元、風速傳感器和水平儀傳感器，這些信息採集單元將所採集的信號輸送至處理單元，用於在顯示單元上顯示相關數據，定位單元可以是GPS或北鬥星系統，通過定位輔助駕駛員完成駕駛工作。
基於上述應用於內河河道的導航系統的地圖構建方法：
1)利用存儲的二位地形圖信息建模場景地圖；
2)將採集的水紋信息與存儲的紋理數據匹配；
3)將匹配的紋理數據貼圖至場景地圖。
通過數據建模，結合二位地形圖和紋理數據圖，同時結合真實的實景圖和三維模型圖最終產生基於內河航道的2.5維電子地圖，2.5維電子地圖能夠虛擬出一個真實的內河環境，能夠直觀的看到河道情況，河道的寬度以及前方的河面障礙物一覽無餘。
利用數據模型建模，在真實環境中通過聲吶設備進行河面的水位深度測量，並及時準確的在2.5維地圖上進行展示，船舶經過河道將顯示附件區域的水位深度，最大河道深度、區域水流速度等信息。
在地圖中有醒目的虛擬實境環境的航道浮標，將內河分割成路面的環境，每個航道對應的寬度和隨著船舶的運行河道進行等比例的變化。地圖集成了河道及航道附近的天氣情況，區域內河航道的天氣情況跟進不同區域顯示不同圖標。
上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。