有冰水域航线通航窗口的提取方法与流程

本发明涉及船舶航线技术领域，尤其涉及一种有冰水域航线通航窗口的提取方法。

背景技术：

世界冰区分布于南北两极附近水域，冰区范围随着季节变化，冬季向低纬度扩大。南半球商船通常挂靠的港口和基本航线一般不受冰区影响。北半球可航水域冬季冰区分布的区域广，对航行和在港作业船舶的安全带来很大的威胁。

船舶在有冰水域航行，往往会面临恶劣的气象条件，并受助航设施、搜救与救援以及航行经验等方面的限制，导致无法在有冰水域组织水上交通，影响有冰水域的航线开发和利用，所以保障船舶在有冰水域航行安全对于船舶营运者来说十分重要。

技术实现要素：

本发明提供了一种有冰水域航线通航窗口的提取方法，解决上述技术问题。

本发明一种有冰水域航线通航窗口的提取方法，包括：

获取具有地理坐标的任一年中的全部日海冰密集度图像，并按照日期将所述日海冰密集度图像进行排序得到年海冰密集度图像集以及所述日海冰密集度图像对应的序号；

根据船舶抗冰能力设置船舶航行的海冰密集度阈值；

将所述年海冰密集度图像集中的像元对应的海冰密集度值与所述海冰密集度阈值比较确定所述船舶的通航开始日图像、通航结束日图像，所述通航开始日图像和所述通航结束日图像的像元值为满足阈值条件所述日海冰密集度图像对应的序号；

采用遥感图像处理将船舶航线矢量与所述通航开始日图像、所述通航结束日图像叠加得到所述船舶航线矢量位置对应的通航开始日和通航结束日。

进一步地，所述采用遥感图像处理将船舶航线矢量与所述通航开始日图像、所述通航结束日图像叠加得到所述船舶航线矢量位置对应的通航开始日和通航结束日之后，还包括：

将所述航线矢量对应的通航开始日与所述航线矢量对应的通航结束日做差得到所述航线的通航期。

进一步地，所述将所述年海冰密集度图像集中的像元对应的海冰密集度值与所述海冰密集度阈值比较确定所述船舶的通航开始日图像、通航结束日图像，包括：

按照日期从前至后排序的年海冰密集度图像集中的同一位置处的像元对应的海冰密集度值依次与所述海冰密集度阈值比较；

若所述像元对应的海冰密集度数值连续N天小于所述阈值，则确定所述连续N天中第一天为所述像元的通航开始日，并根据所述像元对应的序号确定所述像元的通航开始日，依次遍历整个图像，得到通航开始日图像，所述2<N<10；

按照日期从后至前排序的年海冰密集度图像集中的同一位置处的像元对应的海冰密集度值依次与所述海冰密集度阈值比较；

若所述像元对应的海冰密集度数值连续N天小于所述阈值，则确定所述连续N天中第一天为所述像元的通航结束日，并根据所述像元对应的序号确定该像元的通航结束日，依次遍历整个图像，得到通航结束日图像。

本发明结合船舶航线获取的航线通航开始日、航线通航结束日和航线通航期，保证了船舶航行的安全，提高了船舶航行的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明有冰水域航线通航窗口的提取方法流程图；

图2a为本发明日海冰密集度数据示意图；

图2b为本发明通航开始日图像；

图2c为本发明通航结束日图像；

图2d为本发明航线各处对应通航开始日的数值文件；

图2e为本发明航线各处对应通航结束日的数值文件；

图3为本发明根据2013年“永盛轮”北极东北航道航行所经航线提取出的2015年该航线通航窗口示意图；

图4为本发明的航线通航窗口示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一种有冰水域航线通航窗口的提取方法流程图，如图1所示，包括：

步骤101、获取具有地理坐标的任一年中的全部日海冰密集度图像，并按照日期将所述日海冰密集度图像进行排序得到年海冰密集度图像集以及所述日海冰密集度图像对应的序号；

步骤102、根据船舶抗冰能力设置船舶航行的海冰密集度阈值；

步骤103、将所述年海冰密集度图像集中的像元对应的海冰密集度值与所述海冰密集度阈值比较确定所述船舶的通航开始日图像、通航结束日图像，所述通航开始日图像和所述通航结束日图像的像元值为满足阈值条件所述日海冰密集度图像对应的序号；

步骤104、采用遥感图像处理将船舶航线矢量与所述通航开始日图像、所述通航结束日图像叠加得到所述船舶航线矢量位置对应的通航开始日和通航结束日。

进一步地，所述采用遥感图像处理将船舶航线矢量与所述通航开始日图像、所述通航结束日图像叠加得到所述船舶航线矢量位置对应的通航开始日和通航结束日之后，还包括：

将所述航线矢量对应的通航开始日与所述航线矢量对应的通航结束日做差得到所述航线的通航期。

进一步地，所述将所述年海冰密集度图像集中每日海冰密集度图像对应的像元值与所述海冰密集度阈值比较确定通航开始日与通航结束日，还包括：

将所述航线矢量对应的通航开始日与所述航线矢量对应的通航结束日做差得到所述航线的通航期。

进一步地，所述将所述年海冰密集度图像集中的像元对应的海冰密集度值与所述海冰密集度阈值比较确定所述船舶的通航开始日图像、通航结束日图像，包括：

按照日期从前至后排序的年海冰密集度图像集中的同一位置处的像元对应的海冰密集度值依次与所述海冰密集度阈值比较；

若所述像元对应的海冰密集度数值连续N天小于所述阈值，则确定所述连续N天中第一天为所述像元的通航开始日，并根据所述像元对应的序号确定所述像元的通航开始日，依次遍历整个图像，得到通航开始日图像，所述2<N<10；

按照日期从后至前排序的年海冰密集度图像集中的同一位置处的像元对应的海冰密集度值依次与所述海冰密集度阈值比较；

若所述像元对应的海冰密集度数值连续N天小于所述阈值，则确定所述连续N天中第一天为所述像元的通航结束日，并根据所述像元对应的序号确定该像元的通航结束日，依次遍历整个图像，得到通航结束日图像。

具体来说，年海冰密集度图像集中像元对应的海冰密集度值与海冰密集度阈值比较中包括两个循环比较，第一个循环是从时间维度，即排序第一的日海冰密集度图像的左上角的第一个像元开始，然后是排序第二的日海冰密集度图像的左上角的对应像元，直至该年海冰密集度图像集中排序最后的一幅日海冰密集度图像。第二个循环是从空间维度，即日海冰密集度图像中的每一个像元，开始从左上角第一个直至右下角最后一个。

下面以德国不来梅大学海冰密集度产品举例说明，应用本发明提取“永盛轮”北极东北航道航行所经航线的2015年航线通航窗口。

1)获取具有坐标的日海冰密集度数据，根据年进行数据组织，得到年海冰密集度图像集。年海冰密集度数据集中的波段逐日排序，通常有365个波段或366个波段，即该数据集的时间维。提取航线通航窗口时，以年为单位进行数据组织，得到年海冰密集度图像集。如图2a所示，为2015年第一天日海冰密集度数据。在遥感软件中，图中数值表示海冰密集度，数值范围为0-100之间或者NaN，其中0表示海冰覆盖率为0，100表示海冰覆盖率为100％，NaN表示该处数据错误或者数据丢失。图中数值越大，图像越亮，该处海冰密集度越大。

2)根据船舶抗冰条件设置海冰密集度阈值。从图像的左上角像元开始，将该像元处的365或366个像元值与海冰密集度阈值顺序比较，直至遍历整个图像；

3)对于通航开始日图像，具体做法为：从年海冰密集度数据集图像的左上角像元开始，海冰密集度阈值从第一天开始依次同各天的像元值比较。当像元的海冰密集度数值连续三天小于海冰密集度阈值时，其第一天为该像元通航的开始日，遍历整个图像得到一幅通航开始日图像。图像的像元值为一年第一天起计数的天数也即排序的序号，而不是图像具体的日期。图2b为通航开始日图像。图中所示为2015年通航起始日图像，在遥感软件中数值表示该处通航起始日的天数，如数值为145，表示该处自2015年的第145天开始通航。其中图像越亮，表示该处数值越大，通航起始时间越晚。

4)对于通航结束日图像，具体做法为：从年海冰密集度数据集图像的左上角像元开始，海冰密集度阈值从最后一天开始依次同各天的像元值比较。当像元的海冰密集度数值连续三天小于海冰密集度阈值时，其第一天为该像元通航的结束日，遍历整个图像得到一幅通航结束日图像。图像的像元值为一年第一天起计数的天数，不是日期。如图2c所示，图2c为通航结束日图像。图中所示为2015年通航结束日图像，在遥感软件中数值表示该处通航结束日的天数，如数值为315，表示该处自2015年的第315天结束通航。其中图像越亮，表示该处数值越大，通航结束时间越晚。

5)根据船舶航线矢量，利用遥感图像处理软件，实现船舶航线矢量与通航开始日图像、通航结束日图像的叠加，并可将对应该通航开始日图像、通航结束日图像的航线所经位置处的像元值输出，也即分别得到航线各处通航开始日的数值和通航结束日的数值两个文件，这两个文件能为Excel类软件所读取。航线各处通航开始日的数值文件效果图如图2d所示，航线各处通航结束日的数值文件效果图如图2e所示。图2d和图2e为航线矢量分别同通航开始日图像和通航结束日图像叠加后，提取的航线矢量位置处的像元值。图中的Lat、Lon表示航线矢量所经像元的经纬度，B1分别表示该像元的通航起始日(图2d)或者通航结束日(图2e)。本实施例中，航线矢量总共经过了431个像元位置，因此，Lat、Lon和B1下的信息，总共有431行，因篇幅所限，只截取部分位置点示例。

6)本实施例在Excel类软件中对航线各处通航开始日和通航结束日做减法处理，即可得到航线通航期。由此得到航线通航窗口信息。图3为根据2013年“永盛轮”北极东北航道航行所经航线提取出的2015年该航线通航窗口。图中“位置点”一列表示航线矢量所经像元的序号，“经纬度”列表示该像元点的经纬度(对应图2d和图2e中的Lat、Lon)，“通航开始日”一列表示该像元点的通航开始日，为2015年的第一天起计数的天数(对应图2d的B1)，“通航结束日”一列表示该像元点的通航结束日(对应图2e中的B1)，为2015年的第一天起计数的天数。“通航期”一列为通航结束日和通航开始日之差，即为该像元点的通航天数。利用Excel类软件将提取出的通航信息绘制成的航线通航窗口如图4所示。

本发明结合船舶航线获取的船舶通航开始日、通航结束日和航线通航期，保证了船舶航行的安全，提高了船舶航行的工作效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。