矢量电子海图地形剖分及构建方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及船舶，特别涉及一种矢量电子海图地形剖分及构建方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、电子海图地形数据较为复杂，大多数为不规则的凹多边形，但构建的地形势场模型不适用于凹多边形，因此需要对凹多边形地形进行处理。现有技术主要有把地形障碍近似为某一半径的圆，或采用凸包计算方法，然而这些方法得到的多边形地形与原地形匹配度较差，因此需要对原凹地形进行凸分解，但现有凸分解方法如rogers局部剖分方法，三角化剖分方法存在计算量大，剖分数量多的问题。

2、现有技术的凸包方法存在以下缺陷：凸包后的地形精度较差，尤其在凹点处存在较大误差，不能精确表示原地形，对后续避碰决策有影响。

3、现有技术的rogers局部剖分方法存在以下缺陷：计算量大，剖分产生的多边形数量较多，有可能产生非常微小的凸多边形，不利于后续势场的计算。

4、现有技术的三角化方法存在以下缺陷：适合结构较为简单的多边形，电子海图得到的数据量大且复杂，采用三角化方法不仅计算量大且拆分效率较低。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种矢量电子海图地形剖分及构建方法、装置及电子设备。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、第一方面，本发明提供了一种矢量电子海图地形剖分及构建方法，其包括：

4、将从海图系统中获取的原始面要素点集进行清洗，得到清洗后的面要素点集；

5、将清洗后的面要素点集进行拆分，得到拆分后的面要素点集；

6、计算各个拆分后的面要素环境势场，将各个拆分后的面要素环境势场相加，形成最终的环境势场。

7、进一步地，将从海图系统中获取的原始面要素点集进行清洗，得到清洗后的面要素点集的步骤，包括：

8、将从海图系统中获取的原始面要素点集进行逆时针排序，删除重合点以及共线的点，得到清洗后的面要素点集。

9、进一步地，将清洗后的面要素点集进行拆分，得到拆分后的面要素点集的步骤，包括：

10、步骤s201，依次遍历清洗后的面要素点集构成的多边形的顶点，判断顶点的凹凸性，通过提取凹点得到第一点集；

11、步骤s202，遍历第一点集，根据交点函数计算交点，得到第一点集中每个凹点的可视区域以及每个凹点的可视点串；

12、步骤s203，找到包含可视点最多的可视点串及其对应的凹点o，得到由凹点o的可视点串组成的第二点集；

13、步骤s204，依次遍历第二点集内的可视点，选择剖分点p；

14、步骤s205，凹点o和剖分点p将原多边形分割成两个多边形，将分割后的多边形按逆序列存入步骤s201中清洗后的面要素点集内，并删除被分解的多边形，形成第三点集；

15、步骤s206，将第三点集视为步骤s201中的清洗后的面要素点集并重复步骤s201～步骤s205，直到第三点集内的多边形均为凸多边形，得到拆分后的面要素点集。

16、进一步地，遍历第一点集，根据交点函数计算交点，得到第一点集中每个凹点的可视区域以及每个凹点的可视点串的步骤中：

17、可视点的定义为：多边形两个顶点连线构成的线段全部位于多边形内部，则称这两个顶点是可视的；

18、可视区域的定义为：从凹点处沿其相邻的两条边反向延长线引出两条射线，将整个平面可拆分为四个区域，其中，该两条射线之间的区域即为可视区；

19、可视点串为可视点的连续序列。

20、进一步地，依次遍历第二点集内的可视点，选择剖分点p的步骤，包括：

21、依次遍历第二点集内的可视点；若有凹点，则通过改进权重函数计算可视点串内每个凹点的权重值，并选择权重最大的凹点作为剖分点p，且为最优剖分点；若没有凹点，但是有凸点，则计算可视串内每个凸点的权重值，并选择权重最大的凸点作为剖分点p；若没有凸点与凹点，则选择可视点区域的两分割线产生的辅助交点作为剖分点p。

22、进一步地，计算各个拆分后的面要素环境势场，将各个拆分后的面要素环境势场相加，形成最终的环境势场的步骤，包括：

23、计算单个拆分后的面要素各边的隐函数表达式；

24、建立面要素各边势场表达式；

25、将组成面要素的各边势场累积可得该面要素环境势场；

26、将各个拆分后的面要素环境势场相加，形成最终的环境势场。

27、进一步地，建立面要素各边势场表达式的步骤，包括：

28、选取sigmoid函数来建立面要素各边势场表达式。

29、第二方面，本发明提供了一种矢量电子海图地形剖分及构建装置，其包括：

30、数据清洗模块，用于将从海图系统中获取的原始面要素点集进行清洗，得到清洗后的面要素点集；

31、数据拆分模块，用于将清洗后的面要素点集进行拆分，得到拆分后的面要素点集；

32、环境势场计算模块，用于计算各个拆分后的面要素环境势场，将各个拆分后的面要素环境势场相加，形成最终的环境势场。

33、第三方面，本发明提供了一种电子设备，其包括处理器和存储器，所述存储器上存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器处理所述计算机可执行指令时实现如第一方面所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法。

34、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行如第一方面所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法。

35、本发明的有益效果在于：本发明基于分区式扫描的全局剖分方法，通过引入辅助剖分点，设计改进权重函数对复杂地形凸分解；本发明对凹多边形地形进行剖分，形成较少的凸多边形数量，提高凸多边形的形态质量，在提高拆分效率的同时保证了拆分精度，从而构建精确的环境势场。本发明设计的全局剖分方法相比于局部剖分，简洁可靠、运行速度快，得到的凸多边形形态更好，且剖分数少于局部剖分。本发明结合了现有地形势场模型，设计了一种分区式扫描的全局剖分方法对地形进行凸分解，该方法引入剖分辅助点，改进了剖分权重函数，有助于减少凸多边形数量，提高凸多边形的形态质量，在提高拆分效率的同时保证了拆分精度，从而构建精确的环境势场，有利于后续设计船舶智能避碰决策方案。

技术特征：

1.一种矢量电子海图地形剖分及构建方法，其特征在于，其包括：

2.如权利要求1所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法，其特征在于，将从海图系统中获取的原始面要素点集进行清洗，得到清洗后的面要素点集的步骤，包括：

3.如权利要求1所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法，其特征在于，将清洗后的面要素点集进行拆分，得到拆分后的面要素点集的步骤，包括：

4.如权利要求3所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法，其特征在于，遍历第一点集，根据交点函数计算交点，得到第一点集中每个凹点的可视区域以及每个凹点的可视点串的步骤中：

5.如权利要求3所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法，其特征在于，依次遍历第二点集内的可视点，选择剖分点p的步骤，包括：

6.如权利要求1所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法，其特征在于，计算各个拆分后的面要素环境势场，将各个拆分后的面要素环境势场相加，形成最终的环境势场的步骤，包括：

7.如权利要求6所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法，其特征在于，建立面要素各边势场表达式的步骤，包括：

8.一种矢量电子海图地形剖分及构建装置，其特征在于，其包括：

9.一种电子设备，其包括处理器和存储器，所述存储器上存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，其特征在于，所述处理器处理所述计算机可执行指令时实现如权利要求1～7任一项所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法。

10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1～7任一项所述的矢量电子海图地形剖分及构建方法。

技术总结
本发明公开了一种矢量电子海图地形剖分及构建方法、装置及电子设备，矢量电子海图地形剖分及构建方法包括：将从海图系统中获取的原始面要素点集进行清洗，得到清洗后的面要素点集；将清洗后的面要素点集进行拆分，得到拆分后的面要素点集；计算各个拆分后的面要素环境势场，将各个拆分后的面要素环境势场相加，形成最终的环境势场。本发明可以构建精确的环境势场，有利于后续设计船舶智能避碰决策方案。

技术研发人员：施文煜,秦尧,樊翔,侯良生,黄建涛,林辰儒
受保护的技术使用者：上海船舶研究设计院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15