一种基于激光投影的纸海图标绘方法与流程

本发明涉及纸海图标绘技术领域，具体涉及一种基于激光投影的纸海图标绘方法。

背景技术：

在船舶航海作业中，需要实时在纸海图上显示本船和其他船舶的位置及运动态势，以及偏航程度，辅助航海人员完成海图标绘作业。在日常航行中，通常使用方法是用标绘目标表示本舰位置，标绘的光点随本舰位置在纸海图上移动。但是，现有的纸海图标绘设备存在标绘能力差，只能单点、单色标绘、标绘光点移动速度慢的问题。

针对上述问题，公开号为cn107680474a的中国专利公开了一种基于高亮度激光投影结构的海图标绘系统，包括：激光投影装置包括控制单元、数字微镜芯片、光学镜头模组、色轮和激光发生器；控制单元与数字微镜芯片和色轮相连接实现控制功能；激光发生器、色轮和数字微镜芯片案顺序固定在同一直线上放置，激光发声器产生的投射光线经过色轮后投射在数字微镜芯片上，数字微镜芯片将光线反射通过光学镜头模组照射到纸海图放置平台上。

上述现有方案中，在纸海图放置平台下方布置激光投影装置，使得将高亮度激光投影技术应用到海图标绘使用中，实现了在纸海图上任意位置标绘图形，提高了标绘的灵活性和扩展性。上述现有方案中，激光投影装置布置于纸海图放置平台的下方进行投影，纸海图放置于纸海图放置平台上，其相当于是通过激光投影装置和纸海图放置平台间固定的相对位置来实现定位的。因此，在实际使用过程中，现有方案存在以下问题：1)纸海图不能脱离纸海图放置平台，一旦脱离了纸海图放置平台就难以对纸海图进行定位，使得纸海图投影的实时性低(需要先找到纸海图放置平台才能投影)，导致纸海图的标绘效果不好；2)由于是通过激光投影装置和纸海图放置平台间固定的相对位置实现定位的，使得一旦激光投影装置和纸海图放置平台的相对位置出现偏差(而海面上很容易出现晃动，导致偏差出现)，就会影响向纸海图投影的准确性，这使得向纸海图的投影稳定性低，同样会导致纸海图的标绘效果不好。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够同时向纸海图投影显示投影信息和定位基准信息的纸海图标绘方法，以能够兼顾向纸海图投影的实时性低和稳定性，从而能够提升纸海图的标绘效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于激光投影的纸海图标绘方法，包括以下步骤：

步骤a：调用目标纸海图对应的海图数据，并基于海图数据以及预设的投影映射关系计算投影显示区域；

步骤b：基于所述海图数据，生成用于确定目标纸海图放置位置的定位基准信息；

步骤c：基于定位基准信息和目标船舶的状态数据，生成用于投影于目标纸海图上的显示投影信息；

步骤d：将显示投影信息和定位基准信息对应的投影到投影显示区域内。

本方案中，首先根据目标纸海图的长宽尺寸以及预存的投影映射关系计算投影显示区域，可用于放置目标纸海图；然后，调用预存的海图数据，并基于海图数据生成定位基准信息，使得能够根据定位基准信息对目标纸海图进行定位；最后，根据定位基准信息和目标船舶的状态数据生成相应的显示投影信息，用于投影到投影显示区域放置的目标纸海图上。此外，本方案中，通过上述步骤能够实现由上至下的投影，从而改变了现有惯用的从下至上的投影方式，使得投影过程能够更灵活、更简单，且便于控制。本方案中，能够生成定位基准信息和显示投影信息，使得能够同时向投影显示区域投影定位基准信息和显示投影信息，使得不需要其他辅助放置和定位的装置就能实现对纸海图的定位和投影，这能够兼顾纸海图投影的实时性和稳定性，从而能够提升纸海图的标绘效果。

优选的，步骤c中，所述的显示投影信息包括基于海图数据和定位基准信息生成的虚拟海图，以及在所述虚拟海图上生成的目标船舶的位置标绘点；所述虚拟海图与目标纸海图相对应，且能够完全投影覆盖于目标纸海图上。

本方案中，投影时将虚拟海图完全投影于目标纸海图上，使得虚拟海图与目标纸海图重合，这样虚拟海图上生成的投影信息能够对应映射到目标纸海图上，更有利于航海人员对目标纸海图进行标绘；此外，生成于虚拟海图上的位置标绘点有利于辅助航海人员在目标纸海图上完成标绘，这有利于提升纸海图的标绘效果。

优选的，所述目标船舶的位置标绘点通过如下步骤生成：

步骤c01：获取目标船舶的地理位置，并将目标船舶的地理位置转换成能够对应于目标纸海图上相应位置的目标船舶坐标；

步骤c02：基于目标船舶坐标，在虚拟海图上生成用于投影于目标纸海图上相应位置的位置标绘点。

本方案通过目标船舶的地理位置生成对应于目标纸海图上相应位置的目标船舶坐标，再根据目标船舶坐标在虚拟海图上生成目标船舶位置标绘点；这样得到的位置标绘点能够很好的对应于目标纸海图上相应位置，能够提升纸海图的标绘效果。

优选的，所述步骤c01中，通过如下公式转换得到目标船舶坐标(x,y)：

式中：δx表示目标船舶坐标的x，δy目标船舶坐标的y，m赤表示目标纸海图上的赤道比例尺，α表示地球椭球体长半轴，e表示地球椭球体偏心率，φz表示目标纸海图的主纬度，φm表示目标纸海图的平均纬度，φt表示当前时刻所处地理位置的纬度，δφ表示目标船舶地理位置的纬度，δλ表示目标船舶地理位置的经度。

本方案通过上述公式，能够很好的将目标船舶的地理位置转换成对应于目标纸海图上相应位置的目标船舶坐标，使得投影到目标纸海图上的位置标绘点能够更好的与目标纸海图对应，有利于提升纸海图表示的准确性。

优选的，步骤c中，所述的显示投影信息还包括在所述虚拟海图上生成的目标船舶的运动路径。

这样，航海人员能够通过目标船舶的运动路径，获知目标船舶的运动状态，有利于辅助航海人员完成纸海图标绘，能提升纸海图的标绘效果；此外，当目标船舶为航海人员周边的其他船舶时，航海人员能够根据目标船舶的运动路径预测目标船舶的运动趋势，这有利于辅助航海人员预判海面情况，还能辅助提升船舶行驶的安全性。

优选的，所述目标船舶的运动路径通过如下步骤生成：

步骤c11：基于目标船舶各个时段的实时地理位置，并分别将目标船舶各个时段的实时地理位置转换成能够对应于目标纸海图上相应位置的实时目标船舶坐标；

步骤c12：基于各个时段的实时目标船舶坐标以及对应的时间，在虚拟海图上对应生成用于投影于目标纸海图上相应位置的目标船舶的运动路径。

本方案通过上述步骤能够很好的根据目标船舶地理位置的变化生成对应于目标纸海图上相应位置的运动路径，使得航海人员能够通过目标船舶的运动路径获知目标船舶的运动状态，有利于辅助航海人员完成纸海图标绘，能提升纸海图的标绘效果。

优选的，步骤c中，所述的显示投影信息还包括在虚拟海图上生成的能够模拟目标船舶运动状态的模拟路径动画。

这样，航海人员能够通过模拟路径动画更直观的获知目标船舶的运动状态，有利于进一步的辅助航海人员完成纸海图标绘，能提升纸海图的标绘效果；此外，当目标船舶为航海人员周边的其他船舶时，航海人员能够根据目标船舶的模拟路径动画更好的预测目标船舶的运动趋势，这有利于辅助航海人员预判海面情况，还能辅助提升船舶行驶的安全性。

优选的，所述目标船舶的模拟路径动画通过如下步骤生成：

步骤c21：基于目标船舶生成相应的目标船舶模型；

步骤c22：基于目标船舶各个时段的实时地理位置，分别将目标船舶各个时段的实时地理位置转换成能够对应于目标纸海图上相应位置的实时目标船舶坐标；

步骤c23：基于各个时段的实时目标船舶坐标以及对应的时间，对应生成目标船舶的运动路径；

步骤c24：基于目标船舶的运动路径，控制目标船舶模型在虚拟海图上模拟目标船舶运动状态，以在虚拟海图上生成用于投影于目标纸海图上相应位置的模拟路径动画。

本方案通过上述步骤，能够很好的根据目标船舶地理位置的变化生成能过模拟目标船舶运动状态的模拟路径动画，使得航海人员能够通过模拟路径动画更直观的获知目标船舶的运动状态，有利于进一步的辅助航海人员完成纸海图标绘，能提升纸海图的标绘效果。

优选的，步骤a中所述的投影映射关系基于投影显示范围和海图标绘范围生成，公式如下：

式中，a′表示投影分辨率的长度，a表示海图标绘范围的长度，l表示目标纸海图的长度，l′表示投影显示区域的长度；

b′表示投影分辨率的宽度，b表示海图标绘范围的宽度，w表示目标纸海图的宽度，w′表示投影显示区域的宽度。

这样，通过上述投影映射关系能够很好的适应各种长宽尺寸的目标纸海图，使得在投影不同长宽尺寸的纸海图时均能够很好的实现定位，有利于辅助提升纸海图的标绘效果。

优选的，所述目标纸海图对应的海图数据中存储有该目标纸海图对应的尺寸数据；所述步骤b中，基于目标纸海图对应的尺寸数据生成用于对目标纸海图四个角进行定位的定位基准信息。

这样，能够根据目标纸海图对应的尺寸数据生成的定位基准信息；首先，根据目标纸海图对应的尺寸数据生成的定位基准信息能够与目标纸海图对应，能提升目标纸海图的定位准确性；此外，通过对目标纸海图四个角的定位，能够从多个角度完成目标纸海图定位，有利于提升纸海图的定位准确性，从而能够辅助提升纸海图的标绘效果。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例中纸海图标绘方法的逻辑框图；

图2为实施例中向目标纸海图投影时的结构示意图；

图3为实施例中生成位置标绘点的逻辑框图；

图4为实施例中生成运动路径的逻辑框图；

图5为实施例中生成模拟路径动画方法的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例：

本实施例中公开了一种基于激光投影的纸海图标绘方法。

如图1所示：一种基于激光投影的纸海图标绘方法，包括以下步骤：

步骤a：调用目标纸海图对应的海图数据，并基于海图数据以及预设的投影映射关系计算投影显示区域；

步骤b：基于海图数据，生成用于确定目标纸海图放置位置的定位基准信息；

步骤c：基于定位基准信息和目标船舶的状态数据，生成用于投影于目标纸海图上的显示投影信息；

步骤d：将显示投影信息和定位基准信息对应的投影到投影显示区域内。

本实施例中，首先根据目标纸海图的长宽尺寸以及预存的投影映射关系计算投影显示区域，可用于放置目标纸海图；然后，调用预存的海图数据，并基于海图数据生成定位基准信息，使得能够根据定位基准信息对纸海图进行定位；最后，根据定位基准信息和目标船舶的状态数据生成相应的显示投影信息，用于投影到投影显示区域放置的目标纸海图上。此外，本方案中，通过上述步骤能够实现由上至下的投影，从而改变了现有惯用的从下至上的投影方式，使得投影过程能够更灵活、更简单，且便于控制。本方案中，能够生成定位基准信息和显示投影信息，使得能够同时向投影显示区域投影定位基准信息和显示投影信息，使得不需要其他辅助放置和定位的装置就能实现对纸海图的定位和投影，这能够兼顾纸海图投影的实时性和稳定性，从而能够提升纸海图的标绘效果。

具体实施过程中，步骤a中的投影映射关系基于投影显示范围和海图标绘范围生成，公式如下：式中，a′表示投影分辨率的长度，a表示海图标绘范围的长度，l表示目标纸海图的长度，l′表示投影显示区域的长度；

b′表示投影分辨率的宽度，b表示海图标绘范围的宽度，w表示目标纸海图的宽度，w′表示投影显示区域的宽度。

本实施例中，通过上述投影映射关系能够很好的适应各种长宽尺寸的纸海图，使得在投影不同长宽尺寸的纸海图时均能够很好的实现定位，有利于辅助提升纸海图的标绘效果。

具体实施过程中，目标纸海图对应的海图数据中存储有该目标纸海图对应的尺寸数据；如图2所示：步骤b中，基于目标纸海图对应的尺寸数据生成用于对目标纸海图四个角进行定位的定位基准信息。

本实施例中，能够根据目标纸海图对应的尺寸数据生成的定位基准信息；首先，根据目标纸海图对应的尺寸数据生成的定位基准信息能够与目标纸海图对应，能提升目标纸海图的定位准确性；此外，通过对目标纸海图四个角的定位，能够从多个角度完成目标纸海图定位，有利于提升纸海图的定位准确性，从而能够辅助提升纸海图的标绘效果。

具体实施过程中，步骤c中，所述的显示投影信息包括基于海图数据和定位基准信息生成的虚拟海图，以及在所述虚拟海图上生成的目标船舶的位置标绘点；所述虚拟海图与目标纸海图相对应，且能够完全投影覆盖于目标纸海图上。

本实施例中，投影时将虚拟海图完全投影于目标纸海图上，使得虚拟海图与目标纸海图重合，这样虚拟海图上生成的投影信息能够对应映射到目标纸海图上，更有利于航海人员对纸海图进行标绘；此外，生成于虚拟海图上的位置标绘点有利于辅助航海人员在纸海图上完成标绘，这有利于提升纸海图的标绘效果。

具体的，如图3所示：目标船舶的位置标绘点通过如下步骤生成：

步骤c01：获取目标船舶的地理位置，并将目标船舶的地理位置转换成能够对应于目标纸海图上相应位置的目标船舶坐标；

步骤c02：基于目标船舶坐标，在虚拟海图上生成用于投影于目标纸海图上相应位置的位置标绘点。

本实施例中，通过目标船舶的地理位置生成对应于目标纸海图上相应位置的目标船舶坐标，再根据目标船舶坐标在虚拟海图上生成目标船舶位置标绘点；这样得到的位置标绘点能够很好的对应于目标纸海图上相应位置，能够提升纸海图的标绘效果。具体的，基于坐标(目标船舶坐标)在相应位置生成一个点(位置标绘点)是现有技术中的成熟手段。

其中，步骤c01中，通过如下公式转换得到目标船舶坐标(x,y)：

式中：δx表示目标船舶坐标的x，δy目标船舶坐标的y，m赤表示目标纸海图上的赤道比例尺，α表示地球椭球体长半轴，e表示地球椭球体偏心率，φz表示目标纸海图的主纬度，φm表示目标纸海图的平均纬度，φt表示当前时刻所处地理位置的纬度，δφ表示目标船舶地理位置的纬度，δλ表示目标船舶地理位置的经度。

具体的，所述m赤＝cosφt/[mz(1-e²sinφz)]，所述mz为目标纸海图的主纬度比例尺分母。

具体实施过程中，步骤c中，显示投影信息还包括在虚拟海图上生成的目标船舶的运动路径。

本实施例中，航海人员能够通过目标船舶的运动路径，获知目标船舶的运动状态，有利于辅助航海人员完成纸海图标绘，能提升纸海图的标绘效果；此外，当目标船舶为航海人员周边的其他船舶时，航海人员能够根据目标船舶的运动路径预测目标船舶的运动趋势，这有利于辅助航海人员预判海面情况，还能辅助提升船舶行驶的安全性。

具体的，如图4所示：目标船舶的运动路径，通过如下步骤生成：

目标船舶的运动路径通过如下步骤生成：

步骤c11：基于目标船舶各个时段的实时地理位置，并分别将目标船舶各个时段的实时地理位置转换成能够对应于目标纸海图上相应位置的实时目标船舶坐标；

步骤c12：基于各个时段的实时目标船舶坐标以及对应的时间，在虚拟海图上对应生成用于投影于目标纸海图上相应位置的目标船舶的运动路径。

本实施例中，通过上述步骤能够很好的根据目标船舶地理位置的变化生成对应于目标纸海图上相应位置的运动路径，使得航海人员能够通过目标船舶的运动路径获知目标船舶的运动状态，有利于辅助航海人员完成纸海图标绘，能提升纸海图的标绘效果。具体的，将目标船舶的实时地理位置转换成目标船舶坐标仍采用上述公式完成；根据多个坐标确定一条路径已经是现有技术中的成熟手段。

具体实施过程中，步骤c中，显示投影信息还包括在虚拟海图上生成的能够模拟目标船舶运动状态的模拟路径动画。

本实施例中，航海人员能够通过模拟路径动画更直观的获知目标船舶的运动状态，有利于进一步的辅助航海人员完成纸海图标绘，能提升纸海图的标绘效果；此外，当目标船舶为航海人员周边的其他船舶时，航海人员能够根据目标船舶的模拟路径动画更好的预测目标船舶的运动趋势，这有利于辅助航海人员预判海面情况，还能辅助提升船舶行驶的安全性。

具体的，如图5所示：目标船舶的模拟路径动画通过如下步骤生成：

步骤c21：基于目标船舶生成相应的目标船舶模型；

步骤c22：基于目标船舶各个时段的实时地理位置，分别将目标船舶各个时段的实时地理位置转换成能够对应于目标纸海图上相应位置的实时目标船舶坐标；

步骤c23：基于各个时段的实时目标船舶坐标以及对应的时间，对应生成目标船舶的运动路径；

步骤c24：基于目标船舶的运动路径，控制目标船舶模型在虚拟海图上模拟目标船舶运动状态，以在虚拟海图上生成用于投影于目标纸海图上相应位置的模拟路径动画。

本实施例中，通过上述步骤，能够很好的根据目标船舶地理位置的变化生成能过模拟目标船舶运动状态的模拟路径动画，使得航海人员能够通过模拟路径动画更直观的获知目标船舶的运动状态，有利于进一步的辅助航海人员完成纸海图标绘，能提升纸海图的标绘效果。具体的，将目标船舶的实时地理位置转换成目标船舶坐标仍采用上述公式完成；根据多个坐标确定一条路径已经是现有技术中的成熟手段；根据一条已知的路径控制一个虚拟模型沿该路径运动也是现有技术中的成熟手段。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。