一种基于网格的控制河段船舶位置判定方法

1.本发明属于智能航运与船舶导航应用领域，尤其涉及一种基于网格的控制河段船舶位置判定方法。


背景技术：

2.长江是中国第一大河，素有“黄金水道”之称。长江航线上起云南水富港，下至长江入海口，全长2838公里，形成了以国家主要港口为骨干、地区重要港口为基础辐射全流域的总体格局，形成了比较齐备的集装箱、铁矿石、煤炭等江海转运体系以及汽车滚装和液化品等专业化运输体系，是我国唯一贯穿东、中、西部地区的水路运输大通道，也是国家综合运输体系长江运输大通道的核心，长江经济带建设的重要支撑。
3.由于长江内存在滩多水急，弯曲狭窄的河段，这部分河段只允许船舶单向通行，因此需要人工参与进行指挥。目前采用的指挥方式是基于“控制河段信号台智能通行指挥系统”辅助信号员的方式，实现对通行船舶进行智能指挥，系统利用船舶ais数据，解码后得到船舶的动态信息与静态信息，并通过内置算法求出预计通过时间和通行队列，结合信号员的经验对船舶通行进行指挥。这种智能辅助指挥方式，能够主动掌握通行船舶动态，并能自动生成通行指挥记录。
4.在智能指挥中，控制河段船舶位置判定是非常重要的一环，船舶位置判定错误或者不准确会导致整个指挥出现混乱。现有智能指挥系统的判定是基于航道中心线进行判定的，该判定方法的基本思路是，通过在长江电子航道图的可航行区域连续打点，由这些连续的点组成一条航道中心线，当船舶进入该范围后，找寻距离当前船舶最近的点，进而确定船舶在控制河段中的位置。目前人工绘制航道中心线的方法，即按河道的方向进行绘制，在绘制时容易出现误差，在求取距离船舶最近的航道中心点时需要遍历整个航道中心点集合，且有可能匹配到错误的航道中心点，故以航道中心线进行船舶位置判定这种方式的速度慢、准确度低。
5.有鉴与此，本发明的目的在于提供一种基于网格的控制河段船舶位置判定方法，以控制河段的计算范围和航道里程线坐标为基础，结合控制河段实际情况和二维数组优势，将控制河段网格化并建立索引，同时以网格中心点为坐标，计算网格与航道里程线的位置关系。通过该方法，将控制河段内船舶ais的经纬度进行坐标变换即可得到网格索引，进而得到船舶在控制河段中的具体位置，提供给指挥系统用于指挥，为航道内的船舶指挥提供有力依据，提高指挥系统的工作效率和准确率，为船舶安全航行提供保障。


技术实现要素：

6.为解决现有技术的问题，达到上述目的，本发明提供一种基于网格的控制河段船舶位置判定方法。所述技术方案如下：
7.步骤1：读取控制河段计算范围，该数据包括计算范围的最大经度、最小经度、最大纬度、最小纬度；
8.步骤2：读取控制河段内航道里程线数据，该数据包括航道里程公里数、航道里程线左侧点经纬度(按水流方向)、航道里程线右侧点经纬度(按水流方向)；
9.步骤3：根据步骤1获得的计算范围，结合人工确定的网格间距将控制河段网格化并建立索引。即以控制河段计算范围的最小经纬度坐标作为原点，以经度为x轴，纬度为y轴建立坐标系，网格间距为单位变量，建立坐标系索引；
10.步骤4：根据步骤2获得的航道里程线坐标，结合网格的中心点坐标，计算每个网格所在控制河段的具体位置；
11.步骤5：将船舶经纬度转换为网格索引，求取该船舶所在控制河段位置。
12.而且步骤3中，为网格建立索引的模型如下：
[0013][0014]
所述网格索引为(x,y)，所述lon表示网格中心经度，所述lat表示网格中心纬度，所述lon
min
表示计算范围最小经度，所述lat
min
表示最小纬度，所述interval表示网格间距。
[0015]
而且步骤4中，求取网格所在控制河段具体位置的实现方式如下：
[0016]
步骤4.1：将航道里程线左侧点、右侧点转换为对应网格索引；
[0017]
步骤4.2：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格到前一航道里程线的距离，设该网格中心点的经纬度为(lon,lat)，航道里程线的直线方程为ax+by+c＝0，则其距离d1的计算公式为：
[0018][0019]
步骤4.3：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格到后一航道里程线的距离d2；
[0020]
步骤4.4：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格在控制河段的具体位置，设当前网格在航道里程线n km和(n
‑
1)km范围内，则该网格所在控制河段的具体位置为d＝(n
‑
d1/(d1+d2))；
[0021]
而且步骤5中，求取船舶所在具体位置的实现方式如下：
[0022]
步骤5.1：利用经纬度求取网格索引，设经纬度为(lon,lat)，网格索引为(x,y)，转换模型如下：
[0023][0024]
步骤5.2：利用网格索引，得到该船舶所在控制河段的具体位置。
[0025]
本发明技术方案带来的有益效果为：
[0026]
本发明的提供一种基于网格的控制河段船舶位置判定方法，以控制河段航道地形图为基础，将控制河段网格化并建立索引，读取航道里程线坐标，将相邻航道里程线组成的矩形范围内的网格设置为可航行区域，同时计算并存储该网格位于控制河段内的具体位置，利用此方法，即可将船舶经纬度转换为网格索引，进而得到其所在控制河段的具体位置，为船舶通行指挥提供依据，有效提高船舶位置判定过程，提高指挥效率。
附图说明
[0027]
图1是本发明实施例提供的一种基于网格的控制河段船舶位置判定方法流程图
具体实施方式
[0028]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述：
[0029]
本实施例以长江航道控制河段为例阐述实施方案，通过对控制河段计算范围和网格间距的确定将控制河段网格化并建立索引，通过电子航道图录入航道里程坐标，计算并存储网格在控制河段的具体位置。系统只须将解析过后的船舶位置数据转换为网格索引，即可得到船舶所在控制河段的具体位置，为船舶指挥提供帮助，如图1所示，具体实施包括以下步骤：
[0030]
步骤1：读取控制河段计算范围和网格间距。计算范围为矩形框，因此，计算范围的实际数据包括最小经度、最小纬度、最大经度、最大纬度四个数据；网格间距为在控制河段进行网格过程中单位网格的经纬度差，间距过大，则会导致船舶位置确定精度不高，间距过小则会导致系统计算量大。
[0031]
步骤2：读取航道里程线数据。在电子航道图上，每隔一千米会出现一条航道里程线，通过电子航道图录入航道里程线时，需要确定左右两点在对应航道里程线上，同时相邻航道里程线组成的矩形框须把航道包含在内，该数据包括航道里程公里数、航道里程线左侧点经纬度(按水流方向)、航道里程线右侧点经纬度(按水流方向)。
[0032]
步骤3：控制河段网格化并建立索引。以计算范围的最小经纬度坐标作为原点，以经度为x轴，纬度为y轴建立坐标系，网格间距为单位变量，建立坐标系索引，经纬度转换网格索引模型为：
[0033][0034]
其中网格索引为(x,y)，lon表示网格中心经度，lat表示网格中心纬度，lon
min
表示计算范围最小经度，lat
min
表示最小纬度，interval表示网格间距。
[0035]
步骤4：计算网格所在控制河段具体位置；
[0036]
步骤4.1：将航道里程线左侧点、右侧点转换为对应网格索引；
[0037]
步骤4.2：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格到前一航道里程线的距离，设该网格中心点的经纬度为(lon,lat)，航道里程线的直线方程为ax+by+c＝0，则其距离d1的计算公式为：
[0038][0039]
步骤4.3：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格到后一航道里程线的距离d2；
[0040]
步骤4.4：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格在控制河段的具体位置，设当前网格在航道里程线n km和(n
‑
1)km范围内，则该网格所在控制河段的具体位置为d＝(n
‑
d1/(d1+d2))。
[0041]
步骤5：求取船舶所在控制河段具体位置；
[0042]
步骤5.1：利用经纬度求取网格索引，设经纬度为(lon,lat)，网格索引为(x,y)，转
换模型如下：
[0043][0044]
步骤5.2：利用网格索引，得到该船舶所在控制河段的具体位置。
[0045]
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。