专利名称：：基于电子海图的最短距离航线自动生成方法
技术领域：
：本发明涉及海图制图和航海领域，特别涉及一种基于电子海图的最短距离航线自动生成方法。
背景技术：
：如图1所示，要在海底地形较复杂的地区设计一条从S到D的最短航线。目前基本上还是根据个人经验，主要依靠人工分析海图上的水深注记、等深线、障碍(碍航)物等信息，用手工方式拟定航行的计划路线。这种作业方法存在工作效率低、作业结果依赖于作业者的业务水平和工作态度等缺点(张立华，朱庆，刘雁春，李树军.电子海图平台下的航线自动设计方法，大连海事大学学报，vol33,2007(3):109_112；张立华，朱庆，张安民，刘雁春，韩元利.一种智能的最短航线构建算法，测绘学报，Vol37,2008(1):114_119；李源惠，潘明阳，吴娴.基于动态网格模型的航线自动生成算法，交通运输工程学报，Vol7，2007(3):34-39)。建网优化方法是当前使用最为经典和广泛的航线优化方法，其在海图上选取某些有代表性的航路点，进行路径可行性判断并建立航路网，采用Dijkstra算法进行路径优化。这种方法得到的航程仅针对所建网络是最短的，但还不是从出发点到目的点的最短可行性航线，作业过程中还需要不少的手工干预(张立华，朱庆，张安民，刘雁春，韩元利.一种智能的最短航线构建算法，测绘学报，Vol37,2008(1):114_119)。尽管也有人提出了航线可行性计算机辅助分析判断方法，并进一步探索了基于动态网格模型的航线自动生成，但生成最短航线的质量和作业效率依赖于网格大小。海图网格剖分网格越细，航线质量越高，但生成效率陡然下降。这种方法仍无法达到海图上任意两点S到D的最短航线自动生成的技术指标(李源惠，潘明阳，吴娴.基于动态网格模型的航线自动生成算法，交通运输工程学报，Vol7,2007(3):34-39)。
发明内容本发明的目的是在电子海图平台下，通过计算机自动计算分析，在海图上任意两点之间自动生成出一条距离最短的可行性航线。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是提供一种基于电子海图的最短距离航线自动生成方法，所述基于电子海图的最短距离航线自动生成方法具体步骤为第一步碍航区的自动提取利用海图水深，考虑陆地、岛屿、明礁等约束条件，自动构建水深三角网；根据舰船安全航行要求，追踪安全等深线；在安全等深线的分类及处理的基础上，提取浅水时碍航区，并与养殖区、禁航区等其它固定的碍航区一起组成最后的碍航区；第二步最短距离航线的搜索在绕行碍航区时，每一直线航段与碍航区的关系相当于空间关系中线段与面的关系；如果航段与碍航区相交，此航段为不行航段；如果航段与碍航区相离，则经由航段的航线不是绕行碍航区的最短航线；只有当航段与碍航区相切时，才有可能产生最短距离航线；因此，要想以最短距离方式绕行碍航区时，尽量以航段与碍航区相切的方式去航行；第三步最短距离航线的生成在进行最短距离航线的搜索时，每遇到一个新的碍航区，可能产生两条最短距离航线的可能路径，这类似于二叉树，所以以航路二叉树来生成所有可能的最短路径，最后比较所有可能的路径，得到最短距离航线。本发明的有益效果本发明基于电子海图的最短距离航线自动生成方法与传统的手工作业和建网优化方法相比，不仅具有耗时短、效率高、准确性高的优点，而且能分析碍航区范围，生成航线可自动避开碍航区，在可靠性上也得到了进一步的提高。图1为本发明实施例海区水深及等深线图；图2为本发明实施例的三角网及等深线；图3为本发明实施例碍航区的确定图；图4为本发明实施例二叉树航线的生成图；图5为本发明实施例二叉树航线的生成图；图6为本发明实施例生成的最短航线图；图7为起点在碍航区顶点所组成凸壳内的情形(安全水深为10米)；图8为起点和终点都在凸壳内的情形(安全水深为10米)；图9为起点和终点都在凸壳外的情形(安全水深为5米)。具体实施例方式以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。1、碍航区的自动提取(1)等深线的定义左侧为浅水区，右侧为深水区的前进方向为等深线的正向；反之，浅水区在右、深水区在左的方向为等深线的负向。在图2中，箭头方向表示等深线的正向。内部为浅水区的闭合等深线(如图2中的C1)为第I类等深线；内部为深水区的闭合等深线(如图2中的C2)为第II类等深线；非闭合等深线(如图2中的C3)为第III类等深线。对于闭合等深线与非闭合等深线，在追踪时可根据起点是否与终点重合来区分。可是第I类和第II类等深线都是一种闭合的多边形，区分第I类和第II类等深线还需进一步判断等深线的节点是顺时针还是逆时针排列。(2)碍航区的自动提取安全等深线是舰船航行的安全区域与危险区域的分界线。第I类安全等深线的内部区域，通常是岛礁、浅地等地理要素，为自然碍航区。第III类不封闭安全等深线，为安全水深区与危险水深区的边界线。沿这类等深线的正向，先将其与研究区域外边界形成一个封闭区域，其内部为浅水区域。在对这些浅水区进行相应的封闭与叠置处理后，它们也构成了一种自然碍航区。第II类等深线，尽管内域深于安全水深，但其位于更大碍航区的内部，航线分析时只需考虑外围碍航区。除从安全等深线提取的自然碍航区外，还有沉船、养殖区等点、线、面障碍物，称为人工障碍物。考虑这些障碍物影响域，就为点、线、面目标的缓冲区。图3中A1是一种面状目标，方框内区域为此人工障碍物的影响域。障碍物位置的准确性、风(流、浪)的影响、导航定位系统精度等不确定性因素，将会影响航行安全性。出于可靠性的考虑，可对碍航区(或物)范围进行一定量的扩大，并进行扩充后碍航区相交的处理。最后生成的碍航区如图3中阴影区所示。2、最短距离航线的搜索如何从起点S以最合理航行方式绕过碍航区，到达目的点D。在绕行碍航区时，每一直线航段与碍航区的关系相当于空间关系中线段与面的关系(如SP1与O1的关系)。如图4所示，如果航段与碍航区相交，此航段为不行航段；如果航段与碍航区相离(如SP1'与O1的关系)，则经由航段SP1'的航线不是绕行碍航的最短航线(P/不是以最短方式绕行碍航区的航路点)；只有当航段与碍航区相切时，才有可能才生最短距离航线(P1是可能以最短方式绕行碍航区的航路点)。因此，要想以最短距离方式绕行碍航区时，尽量以航段与碍航区相切的方式去航行。通常，以相切的方式绕行碍航区时，最多可能从碍航区的左侧或右侧两条路径通过，如图4和图5。3、最短距离航线的生成在进行最短路径搜索时，每遇到一个新的碍航区，可能产生两条最短距离航线的可能路径，这类似于二叉树，所以以航路二叉树来生成所有可能的最短路径。最后比较所有可能的路径，得到最短距离航线。最后生成的最短距离航线结果如图6、图7、图8和图9所示，图上显示的折线为采用本发明所述方法得出的航线，其中，图7是起点在碍航区顶点所组成凸壳内的情形(安全水深为10米)，图8是起点和终点都在凸壳内的情形(安全水深为10米)，图9是起点和终点都在凸壳外的情形(安全水深为5米)。4、有益效果验证为了对比自动生成方法与传统的建网优化方法的性能，选用某组数据进行了实验，最后的比对结果如表1所示。建网优化方法是某作业人员在海图上选取某些有代表性的航路点，进行路径可行性判断并建立航路网，采用Dijkstra算法进行路径优化后实现的。表1中的可靠率采用可行性路径分析的正确率估计，是选取某组航路点，分析组建航路网时，正确的可行性路径占整个航路网路径的比率。表1不同方法的性能对比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1根据表1中的数据，对本文所提方法与传统方法进行如下几点比较与分析(1)效率分析。采用传统的建网优化方法，其耗时随选用航路点个数增多而陡然增加；而采用基于电子海图的最短距离航线自动生成方法，比建网优化方法在耗时上明显减少。(2)准确性分析。传统方法所得出的最短航程取决于选定航路点的多少及合理性，但都不如本文所提方法得到的航程短。所以基于电子海图的最短距离航线自动生成方法比建网优化方法在最短航程的搜索上，准确性更高。(3)可靠性分析。采用传统方法组建航路网时，可行性路径分析的正确性与航海人员的经验、作业熟练程度及工作态度有关，有可能由于疏忽而误将不可航渡的路径当作可行性路径。本文所提的基于电子海图的最短距离航线自动生成方法能分析碍航区范围，航线可自动避开碍航区，所以说在可靠性上也得到了进一步的提高。以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。权利要求一种基于电子海图的最短距离航线自动生成方法，其特征在于所述基于电子海图的最短距离航线自动生成方法具体步骤为第一步碍航区的自动提取利用海图水深，考虑陆地、岛屿、明礁等约束条件，自动构建水深三角网；根据舰船安全航行要求，追踪安全等深线；在安全等深线的分类及处理的基础上，提取浅水时碍航区，并与养殖区、禁航区等其它固定的碍航区一起组成最后的碍航区；第二步最短距离航线的搜索在绕行碍航区时，每一直线航段与碍航区的关系相当于空间关系中线段与面的关系；如果航段与碍航区相交，此航段为不行航段；如果航段与碍航区相离，则经由航段的航线不是绕行碍航区的最短航线；只有当航段与碍航区相切时，才有可能产生最短距离航线；因此，要想以最短距离方式绕行碍航区时，尽量以航段与碍航区相切的方式去航行；第三步最短距离航线的生成在进行最短距离航线的搜索时，每遇到一个新的碍航区，可能产生两条最短距离航线的可能路径，这类似于二叉树，所以以航路二叉树来生成所有可能的最短路径，最后比较所有可能的路径，得到最短距离航线。全文摘要本发明公开了一种基于电子海图的最短距离航线自动生成方法，它通过碍航区的自动提取、最短距离航线的搜索、最短距离航线的生成三个步骤自动生成最短距离航线。本发明基于电子海图的最短距离航线自动生成方法与传统的手工作业和建网优化方法相比，不仅具有耗时短、效率高、准确性高的优点，而且能分析碍航区范围，生成航线可自动避开碍航区，在可靠性上也得到了进一步的提高。文档编号G01C21/00GK101806596SQ20101010827公开日2010年8月18日申请日期2010年2月5日优先权日2010年2月5日发明者张立华,汪柱申请人:张立华