基于随行付费的北极航行用海图数据处理合成方法

技术领域

本发明属于海图数据合成领域，尤其涉及一种基于随行付费的北极航行用海图数据处理合成方法。

背景技术

近年来，随着全球变暖与能源需求增加以及造船技术的进步，北极航道航行成为可能，同时也使北极圈内丰富的能源和矿产资源可以运抵全球。以往油轮从俄罗斯经过大西洋、苏伊士运河再进入亚洲，这条线路单趟耗时至少一个月。而经过东北航道，经过白令海峡进入天平洋抵达东京上海等港口，一趟行程大约只要15天，比苏伊士运河路线节省一半路程。

但是，北极航道环境复杂情况多变，随时都会有极端天气发生，对于船舶的航行安全是一个严峻的考验。因此，北极航行用海图数据成为研究的方向。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于随行付费的北极航行用海图数据处理合成方法，通过对现有电子海图中的数据进行分层解析、单独提取，再叠加气象数据、冰情数据和卫星影像，合成船舶北极航行使用的海图数据，给船上的驾驶员和岸上的管理人员提供航行监控依据，保障航行安全。

为了实现上述目的，本发明的一个实施方式的一种基于随行付费的北极航行用海图数据处理合成方法，其包括以下步骤：

S1、基于随行付费原则，按需获取全球电子海图分层数据、全球气象数据、北极冰情数据及北极卫星影像数据；

S2、将获取到的全球电子海图分层数据、全球气象数据及北极冰情数据、北极卫星影像数据进行数据叠加，得到北极航行用海图数据。

进一步地，步骤S1中的获取全球电子海图分层数据，具体步骤为：

P1、基于随行付费原则，按需收集覆盖在全世界海域上的电子海图；

P2、根据海图属性对每张电子海图中的数据进行分层解析及单独提取；

P3、将提取的数据按照GEOJSON的形式保存到数据库中，形成基于随行付费原则的全球电子海图分层数据。

进一步地，步骤S1中气象数据包括但不限于天气数据、风向数据、风力数据、视程数据及浪高数据。

进一步地，步骤S1中冰情数据包括但不限于海冰密集度数据、海冰厚度数据、冰上积雪厚度数据。

进一步地，步骤S1中卫星影像数据包括但不限于SAR影像数据和MODIS影像数据。

进一步地，步骤P2中海图属性共有225个。

进一步地，步骤S2中的数据叠加为按照各数据中包含的坐标点对应进行叠加。

进一步地，方法利用包括但不限于海图属性编辑、根据海图属性进行的图层编辑、物标对象编辑、颜色表编辑的技术手段进行电子海图数据的分层解析、单独提取及数据叠加。

进一步地，合成的海图数据能够实现多种语言显示、海图上字符标注的自动避让，同时支持雷达图像叠加。

本发明的有益效果为：

1、本发明将每张电子海图根据海图属性解析为225个图层来提取数据，并把每一层数据单独提取保存，使全球的电子海图从只能观看的固定数据变为包括225个全图层属性的可随意编程使用的数据库数据，真正做到了现有全球电子海图的根本化利用，为海图数据的进一步应用提供有力技术支持；

2、本发明将每张电子海图的225个图层数据按照GEOJSON的形式保存，GEOJSON格式中保存有经纬度坐标，利用经纬度坐标能够按照坐标点将全球的电子海图数据与其它的包括气象数据、冰情数据和卫星影像进行对应叠加，得到功能更加强大的电子海图数据；

3、本发明在电子海图数据中引入包括海冰密集度、海冰厚度、冰上积雪厚度的冰情数据，方便船舶在气候多变的北极航道中，对冰情进行预判，顺利进行北极航线航行。

附图说明

图1是本发明基于随行付费的北极航行用海图数据处理合成方法的流程图；

图2是本发明的一个实施例合成的海图数据的墨卡托投影的示意图；

图3是本发明的一个实施例合成的海图数据的极地投影的示意图；

图4是本发明的一个实施例合成的海图数据在线绘制航线的展示示意图；

图5是本发明的一个实施例合成的海图数据支持的修改前航线的示意图；

图6是本发明的一个实施例合成的海图数据支持的修改后航线的示意图；

图7是本发明的一个实施例合成的海图数据支持自定义物标来标识修改过的航线的示意图；

图8是本发明的一个实施例合成的海图数据叠加冰情数据后的冰情状态图。

图中：

1-航线；2-航线需修改区域；3-自定义物标；4-冰层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图1-8和实施例作进一步说明。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

作为一个实施例，如附图1所示，本发明提供一种基于随行付费的北极航行用海图数据处理合成方法，包括以下步骤：

S1、基于随行付费原则，按需获取全球电子海图分层数据、全球气象数据、北极冰情数据及北极卫星影像数据；

随着世界的发展,海运在运输中的地位越来越重要，为了保障航行安全，海图的重要性也与日提升。传统的海图获取(购买)模式需要提前规划好航线和获取(购买)相应的海图，缺少灵活性，一旦因人为、自然情况等原因航线有变，就只能临时获取(购买)海图，有可能造成已购买海图的浪费。随行付费是目前一种新的海图获取(购买)模式，随行付费即不需要提前获取(购买)海图,航行到哪就自动获取(购买)对应需要的海图。

本发明的基于随行付费原则，是不需要提前购买全部的全球电子海图,是船舶在全球的航行中，航行到哪里，就按需自动获取(购买)对应的部分全球电子海图，然后获取该电子海图的分层数据、获取对应的全球气象数据、北极冰情数据及北极卫星影像数据。

其中，气象数据包括天气数据、风向数据、风力数据、视程数据及浪高等数据；冰情数据包括海冰密集度数据、海冰厚度数据、冰上积雪厚度等数据；卫星影像数据包括但不限于SAR影像数据和MODIS影像数据。

气象数据由于种类繁多需要从不同的平台收集并处理叠加到系统中，冰情数据是通过卫星获取北极数据并通过数据计算得到，现有技术已有，此处不做过多描述。另外，本发明提供的数据分别支持了墨卡托投影和极地投影。

进一步地，作为一个实施例，步骤S1中获取全球的电子海图分层数据，具体步骤为：

P1、基于随行付费原则，按需收集覆盖在全世界海域上的电子海图；

本发明采用符合S-57格式的海图数据。全世界的海图数据有一万八千多张海图，这一万八千多张海图是无缝拼接的，海图像瓦片一样覆盖在全世界的海域上，每一张海图都覆盖一定的区域，组合起来覆盖在全世界的海域上，形成完整的海图数据。

北极航线航行和普通的航行不太一样，需要足够的电子海图和未来多天的气象数据。北极航道气候多变，一旦船舶受到冰情的困扰，很可能需要修改航行路线。所以需要很多的电子海图，提供了全球的海图，船舶就有了全球的海图数据，不会再对水下的安全问题担忧。

在实际使用中，为减少不必要的海图数据解析和海图数据叠加工作量及计算量，本发明方法是基于随行付费的原则，即按照实际航行路线，需要航行到哪里，就按需获取电子海图，并进行后续的电子海图数据分层(类似图层)解析、单独提取及数据叠加合成。

P2、根据海图属性对每张电子海图中的数据进行分层解析及单独提取；

本发明方法通过海图属性编辑、根据海图属性进行的图层编辑、物标对象编辑、颜色表编辑进行每张电子海图数据的分层解析及单独提取，本发明海图属性共有225个，也就是分225层解析及单独提取，海图属性分别为：

"000行政区(命名的)"、"001机场"、"002锚位"、"003锚泊区"、"004方位立标"、"005孤立危险立标"、"006侧面立标"、"007安全水域立标"、"008专用/通用立标"、"009泊位"、"010桥梁"、"011单体建筑物"、"012建筑群区"、"013方位浮标"、"014作业浮标"、"015孤立危险物浮标"、"016侧面浮标"、"017安全水域浮标"、"018专用/通用浮标"、"019电缆区"、"020架空电缆"、"021海底电缆"、"022渠道"、"023渠堤"、"024货物过驳区"、"025长堤"、"026警告区"、"027检查站"、"028海岸警卫站"、"029海岸线"、"030毗连区"、"031大陆架区"、"032控制点"、"033传送装置"、"034起重机"、"035海流"、"036关税区"、"037大坝"、"038昼标"、"039深水航道中心线"、"040深水航道部分"、"041深水范围"、"042等深线"、"043距离标志"、"044港池区"、"045疏浚区"、"046干船坞"、"047倾废场"、"048堤"、"049专属经济区"、"050航道"、"051栅栏线"、"052轮渡航路"、"053渔业区"、"054捕鱼设备"、"055渔场"、"056浮船坞"、"057雾号"、"058防御工事"、"059自由港区"、"060闸门"、"061船台"、"062港区(行政的)"、"063港口设备"、"064报废船(趸船)"、"065冰区"、"066废物焚烧区"、"067近岸交通区"、"068湖泊"、"069湖岸"、"070陆地部分"、"071高程"、"072地面地带"、"073陆标"、"074灯标"、"075灯浮"、"076灯船"、"077局部磁力异常"、"078船闸"、"079贮木池"、"080磁差"、"081海水养殖场"、"082军事演习区"、"083系泊绞缆设备"、"084导航线"、"085障碍物"、"086海上平台"、"087海上作业平台"、"088油障"、"089木桩"、"090引航员登船点"、"091管道区"、"092架空管道"、"093海底/陆地管道"、"094浮码头"、"095警戒区"、"096生产/仓储区"、"097支架/桥墩"、"098雷达导航线"、"099雷达有效作用距离"、"100雷达反射区"、"101雷达站"、"102雷达应答器"、"103无线电呼叫点"、"104无线电台"、"105铁路"、"106急流"、"107推荐航道中心线"、"108推荐航线"、"109推荐通航分道"、"110救助站"、"111受限区域"、"112反射器"、"113河流"、"114河岸"、"115道路"、"116跑道"、"117沙纹"、"118海域/命名水域"、"119水上飞机起降区"、"120海床区"、"121岸线结构物"、"122交通信号站"、"123告警信号站"、"124筒仓/罐"、"125坡顶线"、"126倾斜地面"、"127小型船用设备"、"128水深"、"129喷泉"、"130广场"、"131连续的领海基线"、"132潜水艇航道"、"133扫海区"、"134领海区"、"135谐波预测潮流"、"136非谐波预测潮流"、"137潮流表数据"、"138时序潮流"、"139谐波预测潮汐"、"140非谐波预测潮汐"、"141时序潮汐"、"142潮路"、"143顶标"、"144通航分道分隔线"、"145分道通航制边界"、"146分道通航制交汇处"、"147分道通航制分道"、"148分道通航制环行道"、"149通航分隔带"、"150隧道"、"151双向航道分道"、"152暗礁/适淹礁"、"153未勘测区域"、"154植被"、"155紊流"、"156瀑布"、"157海草/巨型海藻"、"158沉船"、"159潮汐"、"160Archipelagic Sea Lane"、"161Archipelagic SeaLane axis"、"162New object"、"163数据精度"、"164数据编辑比例尺"、"165图幅区域"、"166数据水平基准面"、"167水平基准面变换参数"、"168航海出版信息"、"169航行标志制度"、"170产品信息"、"171数据质量"、"172水深基准面"、"173测量可靠性"、"174数量计量单位"、"175垂直基准面数据"、"176集合"、"177关联"、"178堆放物"、"179制图区"、"180制图线"、"181制图符号"、"182罗经"、"183文本"、"184标志标牌"、"185水道断面"、"186桥梁区"、"187服务区"、"188通信区"、"189港池"、"190垃圾回收处理站"、"191货物集散地"、"192调头区"、"193通航建筑物"、"194停泊区"、"195岸线"、"196跨江建筑物"、"197江底电缆"、"198淡水养殖场"、"199港航管理机构"、"200船闸引航道"、"201江上平台"、"202江上作业区"、"203江底/陆地管道"、"204江床区"、"205整治建筑物"、"206江区/命名水域"、"207升船机"、"208水利设备"、"209水文测量设备"、"210滩险"、"211趸船"、"212航行标志岸标"、"213航行标志浮标"、"214信号标志岸标"、"215信号标志浮标"、"216里程线"、"217流速区"、"218警示标志岸标"、"219警示标志浮标"、"220分界线"、"221消防站"、"222流速线"、"223地名"、"224水上服务区"。

比如，在海图属性中的"128水深(SOUNDG)”保存了本张海图的水深信息，单独对“128水深(SOUNDG)”层解析处理提取出每个水深点的数值和经纬度点，然后创建一个单独的水深数据表来保存水深数据。

P3、将提取的数据按照GEOJSON的形式保存到数据库中，形成全球的电子海图分层数据。

本发明使用的数据GEOJSON形式是一种对各种地理数据结构进行编码的格式。GEOJSON是用JSON的语法表达和存储地理数据，可以说是JSON的子集。本发明上述225个海图属性需要使用的地理要素分为Point(点)、MultiPoint(多点)、LineString(线)、MultiLineString(多线)、Polygon(面)、MultiPolygon(多面)、GeometryCollection(几何集合)。使用中，这些地理要素被规划到geometry特征的type属性下，并且不同的type会有不同的coordinates值，位置是其中基本的几何结构，几何对象的"coordinates"成员由一个位置(点)、位置数组(线或者多点)，位置数组的数组(面、多线)或者位置的多维数组(多面)组成。位置由数字数组表示。必须至少两个元素，可以有更多元素。元素的顺序必须遵从x,y,z顺序(投影坐标参考系统中坐标的东向、北向、高度或者地理坐标参考系统中的坐标长度、纬度、高度)。对类型"Point"(点)来说，“coordinates"成员是一个单独的位置。对类型"MultiPoint"(多点)来说，"coordinates"成员是位置数组。对类型"LineString"(线)来说，“coordinates"成员是两个或者多个位置的数组。线性环是具有4个或者更多位置的封闭的线。第一个和最后一个位置是相等的(它们表示相同的的点)。虽然线性环没有鲜明地作为GeoJSON几何类型，不过在面几何类型定义里有提到它。对类型“MultiLineString"(多线)来说，"coordinates"成员必须是一个线坐标数组的数组。对类型"Polygon"(面)来说，"coordinates"成员必须是一个线性环坐标数组的数组。对拥有多个环的的面来说，第一个环必须是外部环，其他的必须是内部环或者孔。对类型"MultiPlygon"(多面)来说，"coordinates"成员必须是面坐标数组的数组。对类型为"GeometryCollection"(几何集合)的GeoJSON对象是一个集合对象，它表示几何对象的集合。几何集合必须有一个名字为"geometries"的成员。与"geometries"相对应的值是一个数组。这个数组中的每个元素都是一个GEOJSON几何对象。为了包含几何、特征或者特征集合的坐标范围信息，GEOJSON对象可能有一个名字为"bbox的成员。bbox成员的值必须是2*n数组，这儿n是所包含几何对象的维数，并且所有坐标轴的最低值后面跟着最高者值。bbox的坐标轴的顺序遵循几何坐标轴的顺序。

本发明将提取的数据按照GEOJSON的形式保存到数据库中，则意味着所有的提取数据都是具有经纬度坐标点位置信息的数据。

S2、将全球的电子海图分层数据、全球气象数据及北极的冰情数据、北极卫星影像数据进行数据叠加，得到北极航行用海图；

将全球的电子海图分层、全球的气象数据、北极的冰情数据和北极的卫星影像按照经纬度坐标点对应叠加，同样通过海图属性编辑、根据海图属性进行的图层编辑、物标对象编辑、颜色表编辑等操作，以坐标点为基准、将全球的电子海图分层、全球的气象数据、北极的冰情数据和北极的卫星影像4种数据对应叠加，则得到的海图数据上同时叠加了电子海图分层数据(225层)、全球气象数据、北极冰情数据及北极卫星影像数据，最后合成了承载信息更多、功能更加强大的新的北极航行用海图合成数据。

本发明采用符合S-57格式的电子海图数据，点物标对象对于不同的独立点空间物标位置，可以参照S-52里面色彩规定通过颜色表编辑以不同的颜色和粗细以区别；线物标对象也对应于一系列连接点空间物标位置，用不同的颜色和粗细加以区别；对于面物标对象，也对应着不同的空间物标，对其包含的海图内容用颜色填充加以区别。

同时，本发明海图合成数据能够实现多种语言显示、海图上字符标注的自动避让(实现过程例如：通过设置显示优先级，字符标注显示优先级低于物标显示优先级，然后判断最接近的海图上无物标位置进行字符标注显示)，本发明海图合成数据还同时支持按照坐标点对应的雷达图像叠加。

进一步地，本发明海图合成数据支持在线航线设计(如附图4所示)和电子方位线呈现，支持缩放修改航线(如附图5所示为修改前，如附图6所示为修改后)，支持自定义物标来标识修改过的航线(如附图7所示)，以提醒驾驶员这幅海图按航线有修改过。并且，本发明海图合成数据能够通过系统分别安装在船上和岸端，船上驾驶人员可以参考系统在得到的海图合成数据上绘制航线，查看当前航线的环境状况做驾驶指挥。岸上的监管人员也可以在平台上协同修改海图上航线辅助船上进行驾驶。

同时，本发明海图合成数据能够根据s-52的标准对电子海图数据进行墨卡托投影和极地投影变换，并且在墨卡托投影下(如附图2所示)，做的修改也可以在极地投影(如附图3所示)下查看复现，便于检查。本发明海图合成数据支持卫星影像更新，实时更新最新的极地卫星影像，给船舶航行提供参考。

本发明海图合成数据上的每一个海图物标都根据s-52的标准进行渲染，处理好的海图数据根据OGC标准发布成WMS服务，并携带矢量的海图数据到前端，供前端用户进行模拟计算等使用。

通过本发明方法，提供的北极地区海图合成数据的实时数据展示和预报数据展示，预测数据可以支持未来1-3天、4-7天、8-15天、16-30天、1-3个月、最长9个月，有利保障了船舶北极航行的航行安全。

可选地，在本实施例中，本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。

上述实施例如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。