专利名称：电子海图实现方向选择的方法
技术领域：
本发明涉及电子海图显示与信息系统，特别涉及一种电子海图实现方向选择的方法。
技术背景 一
电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display and Information System, ECDIS) 是随着航海事业及科技的发展而产生的一种集成实时导航信息系统，它能将海图信息、导航 信息以及雷达目标信息叠加在一个屏幕上显示，在保障航行安全和提高航行工作效率方面发 挥着显著的作用。它在显示电子海图的基础上完成多种有关海上工程设施和船舶航运安全的 监控功能，具有海图显示、船位跟踪与显示、航行危险报警、航行记录、雷达图像叠加以及 其他辅助操船决策等功能。因为它能有效地提高航行预报的安全性，所以被国内外的运输船 舶和VTS岸站监测管理系统广泛使用。
目前绝大多数的电子海图系统中，海图的显示方向都是固定的，即与纸地图一样，上北 下南。
在电子海图系统应用中，实现旋转功能的一种方案是在绘制海图时通过旋转画笔功能来 实现海图的旋转，这样实现起来非常方便。但是通过旋转画笔功能所绘制的海像有失真 的情况，汉字和图形都有扯动变形的效果，例如文字经过旋转绘制后会有出现点的不连续情 况，不容易辨认，这样会导致定位不准，而且用户视觉上也十分不舒服，因此电子海图上实 现不失真旋转图像就成了一个亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种解决方案，以求有效且高质量的
解决了以上的难题，电子海图上实现可选择任意方向为视角，达到任意角度旋转图像而不失 真的效果。
本发明是通过这样的技术方案实现的 一种电子海图实现方向选择的方法，根据建立的 坐标系，建立数学模型，推导出地理坐标到屏幕坐标的计算方法，读取数据库中海图的每一 坐标点的信息，然后根据旋转角度通过坐标转换来确定要绘制的点的屏幕坐标点，最后绘制 出旋转后的海图，所述方法包括如下步骤
(1) 在电子海图系统中建立坐标系；以海图的左下角为原点，以经度增长的方向为X轴 的正方向，以纬度增长的方向为y轴的正方向，建立平面直角坐标系；
(2) 在已有坐标系的基础上建立坐标旋转数学模型
在X-Y坐标系中某一点(x， y)与中心点的连线与X轴正方向所形成的夹角为Q ，中心点 取屏幕的坐标的中心点(CenterX, CenterY),则旋转后的屏幕坐标(xl， yl):
ange 1=arctan-+ a + ;r x < Cew/eM
ange 1 = arctan ^~Ce她rJf + " x> Cew/e/T
xl=
+ Ce她rZ ; + Ce她r卩；
上式为坐标旋转数学模型，其中angel为中间变量； (3)将海图旋转角度值输入坐标旋转数学模型，根据输入海图旋转角度值计算地理坐标到 屏幕坐标转换；(4) 根据步骤3结果判断角度象限值；
(5) 根据所要求旋转的角度绘制出旋转后的海图。
本发明的优点是，能实现电子海图的任意角度旋转，能使电子海图系统中各种运动物体 的前行方向与海图显示的上方保持一致，会让驾驶员更加方便、轻松、直观地使用该系统， 并且以前还没有电子海图系统应用过此方案。对于空中的飞机和大海中的船舶，这一功能将 显得更为重要。这一功能将涉及坐标系的建立、海图显示算法以及各种地理坐标的换算等技 术问题。
图l是海图旋转绘制流程图并作为摘要附图； 图2是坐标旋转模型示意图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发 明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。
第一步在电子海图系统中建立坐标系
ECDIS系统的基础是海图的数字化，即就是将纸海图转换成数字航图，但数字海图并不是 单纯地将纸海图的内容直接复制在屏幕上，它必须具有独特的数据结构，使海图上的信息与 实际的地理信息建立一一对应关系。也就是说，ECDIS显示器上所有的点一定属于某个地理 实体(如海岛、陆地、灯塔等)，反之，所有的地理实体都可以用屏幕上的点、线、面等表 示。为确切地描述这种对应关系，必须建立适合于ECDIS的坐标体系。建立了电子海图显示 及信息系统的坐标系后，可以降低海图作业的复杂程序，提高了导航定位的精度.坐标系建立 后才能进一步推算出屏幕坐标和地理坐标的换算关系。
下面说明电子屏幕上的坐标系的建立过程
如图l、图2所示，以海图的左下角为原点，以经度增长的方向为x轴的正方向，以纬 度增长的方向为y轴的正方向，建立平面直角坐标系，并称之为x-y坐标系，这样就确定了 屏幕坐标。对于海图上的任意点，都能计算出该点的经纬度值，从而可以检索与该点有关的 资料，若是海域中的点，则可知道该处的海深；若是限制区，则可知道有何限制；若是灯塔， 则可得到灯塔的详细资料。反之，可通过GPS或其它定位设备，测定舰船的经纬度，并自动 地将其换算成屏幕坐标，绘制在屏幕上。
第二步在已有坐标系的基础上建立数学模型。
建立好坐标系后，就可以建立数学模型来计算地理坐标到屏幕坐标的转换。下面是建立 的数学模型如图2所示为坐标旋转模型；
图中a表示在X-Y坐标系中某一点与中心点的连线与X轴正方向所形成的夹角，中心点 取屏幕的坐标的中心点。
第三步根据输入角度值计算地理坐标到屏幕坐标转换 下面叙述一下如何计算地理坐标到屏幕坐标的转换
取海图中的某一坐标点q,q的经纬度为(入，S),q点的旋转角度为a (当旋转角度为零时 a为零，此时是没有旋转时的情况)，屏幕中心点的坐标值分别为centerX和centerY，求q 点的屏幕坐标xl和yl是多少。
首先根据q点的经纬度坐标值计算出q点旋转前的屏幕坐标为(x,y),然后根据(x,y) 和旋转角度a来求出旋转点的坐标。 取变量a和b:
a = x- CenterX; (1) b = y- CenterY; (2)
取变量R:上式代表R等于a和b的平方根。 取变量angel :
angel = arctan (b / a) (4) 上式表示angel等于b比a的反正切角度值，可以通过a来得出angel为第几象限的角
度
假如a小于零那么
angel = angel + a + 兀 (5) 假如a大于零那么
angel = angel+ a ; (6) 最后可以根据以上算出的条件来计算旋转后的屏幕点的xl和yl的坐标值
xl= L"cos(朋ge/)」+ CenterX; (7)
yl= L及承sin(""gW)」+ CenterY; (8) 得出了地理坐标到屏幕坐标的算法后，则可以根据所要求旋转的角度绘制出旋转后的海图。
例如绘制某个地理实体如海岛时，首先取出海岛的每一点的地理坐标(经纬度值)，以经 度为122.09，纬度为-31.45的点为例，计算旋转45度时的屏幕坐标点。
先算出没有旋转前的屏幕坐标值为x等于491.2, y等于60.9,则得出a等于-18. 7, b等 于-264.04，可判断出angel为第三象限的角，得出angel等于5. 42，最后算出旋转后的屏 幕坐标值x等于683， y等于125。
最后，当系统需要根据屏幕中的某一坐标点求出地理坐标时，则需要屏幕坐标到地理坐 标的反推导过程。在电子海图系统上通过坐标系建立起屏幕坐标与大地坐标之间的对应关系 后只需将光标指到电子海图上的任一点，系统就会自动推算出该点的经纬度值并在屏幕上显 示出来，并可查出该点的详细资料。如是否是安全深度海域，是不是塔等。下面描述屏幕 坐标到地理坐标的转换方法-
取海图中的某一坐标点P， P的屏幕坐标为(x2,y2)， p点的旋转角度为a，屏幕中心点的 坐标值分别为CenterX和CenterY,求p点的经纬度是多少。 取变量a和b:
a = x2 - CenterX; (9) b = y2 - CenterY; (10) 假如a和b都等于零的话表示旋转角度为零可以直接计算地理坐标值，假如不为零的话 可以通过以下式子来计算-取变量R:
R =Va2+&2 ; (11)
上式代表R为a和b的平方根。 取变量angel
angel = atan (b / a); (12) 上式表示angel等于b比a的反正切角度值，可以通过a来得出angel为第几象限的角
度，
假如a小于零那么
angel = angel - a + n ; (13) 假如a大于零那么
angel = angel -a ; (14) 然后求出旋转前的屏幕坐标点(x3， y3)的值X3= R * cos(emgel) + CenterX: (15) Y3= R * sin(angel) + CenterY; (16) 最后通过旋转前的屏幕坐标点(x3, y3)得出旋转前的点的地理坐标值。
本发明采用的方法实现旋转功能后，电子海图的失真小，定位更准确。并且可以从屏幕 坐标反推出地理坐标值，为海图的查询、搜索提供了便利。电子海图在现代海图系统中发挥 着越来越大的作用，本发明也会给海图的广泛应用带来方便。
根据上述说明，结合本领域公知技术可实现本发明的技术方案。
权利要求
1、一种电子海图实现方向选择的方法，根据建立的坐标系，建立数学模型，推导出地理坐标到屏幕坐标的计算方法，读取数据库中海图的每一坐标点的信息，然后根据旋转角度通过坐标转换来确定要绘制的点的屏幕坐标点，最后绘制出旋转后的海图，所述方法包括如下步骤(1)在电子海图系统中建立坐标系以海图的左下角为原点，以经度增长的方向为x轴的正方向，以纬度增长的方向为y轴的正方向，建立平面直角坐标系；(2)在已有坐标系的基础上建立坐标旋转数学模型在X-Y坐标系中某一点(x，y)与中心点的连线与X轴正方向所形成的夹角α，中心点取屏幕的坐标的中心点(CenterX，CenterY)，则旋转后的屏幕坐标(x1，y1)以公式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>angel</mi><mo>=</mo><mi>arctan</mi><mfrac> <mrow><mi>x</mi><mo>-</mo><mi>CenterX</mi> </mrow> <mrow><mi>y</mi><mo>-</mo><mi>CenterY</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mi>α</mi><mo>+</mo><mi>π</mi> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100688460002C1.tif" wi="55" he="9" top= "77" left = "43" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>x＜CenterX<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>angel</mi><mo>=</mo><mi>arctan</mi><mfrac> <mrow><mi>x</mi><mo>-</mo><mi>CenterX</mi> </mrow> <mrow><mi>y</mi><mo>-</mo><mi>CenterY</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mi>α</mi> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009100688460002C2.tif" wi="51" he="9" top= "93" left = "42" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>x＞CenterY为坐标旋转数学模型，其中angel为中间变量；(3)将海图旋转角度值输入坐标旋转数学模型根据输入海图旋转角度值计算地理坐标到屏幕坐标转换；(4)根据步骤3结果判断角度象限值；(5)根据所要求旋转的角度绘制出旋转后的海图。
全文摘要
本发明涉及一种电子海图实现方向选择的方法，根据建立的坐标系，建立数学模型，推导出地理坐标到屏幕坐标的计算方法，读取数据库中海图的每一坐标点的信息，然后根据旋转角度通过坐标转换来确定要绘制的点的屏幕坐标点，最后绘制出旋转后的海图，本发明的优点是，能实现电子海图的任意角度旋转，能使电子海图系统中各种运动物体的前行方向与海图显示的上方保持一致，会让驾驶员更加方便、轻松、直观地使用该系统，对于空中的飞机和大海中的船舶，这一功能将显得更为重要。
文档编号G06T3/00GK101645166SQ20091006884
公开日2010年2月10日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者孔令辉, 李广涛, 熊平民, 肖文雄, 宁 郭, 陈维琨 申请人:天津七一二通信广播有限公司