CN102564414B - 根据水位变化自动更新航道图的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种根据水位变化自动更新航道图的方法，在河段上安装水位自动遥控检测装置，水位自动遥控检测装置将检测到的水位信息发送到管理中心计算机，管理中心计算机进行水位数据接收和发布，终端计算机接收水位数据并对数据进行分析和处理，根据处理结果自动修改电子航道图中水深点数据值和相关图层的颜色。应用本发明，可以方便航务部门和水利部门对河流水位的远程实时监控，管理部门在办公室就能实时查看河流关键点的水位，能够根据水位变化自动更新适合当前水位的电子航道图，引导船舶安全航行。

Description

根据水位变化自动更新航道图的方法

技术领域

本发明涉及河流航道图，特别是通过河水水位自动检测、发送、接收并根据接收到的水位信息自动更新电子航道图的方法。 

背景技术

近年来，GPS导航技术在汽车上的应用越来越广泛，安装的车辆也越来越多，导航的精确程度也越来越高。然而，这项技术在内河船舶上的应用却收到了很大的限制。主要原因是内河的水位随季节变化很大，丰水期与枯水期水深相差很大，特别是在库区和上游河流。公路的可行驶面是不变的，而河水的可行驶面是随着水位的变化而变化的，因此如果船载GPS导航的航道图不能随着水位的变化而变化，就会使船舶的航行不安全，导航失去意义。现有一些船舶导航系统针对这个问题，基本采用的方法是水位变化后就让船舶重新下载新的航道图。这种方法有两个弊端：一是航道图不能及时反映水位的变化；二是下载过程麻烦，增加了船员的工作负担和通讯使用费。为了向船舶导航设备提供准确的电子航道图，及时反映河流水位情况，引导船舶安全航行，必须解决电子航道图随着水位变化而自动变化的问题。 

发明内容

本发明的目的是利用水位遥控检测装置的数据来自动更新适合当前水位的电子航道图，引导船舶安全航行。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

在河段上安装多个水位遥控检测装置，水位遥控检测装置采集水位传感器数据和GPS位置数据，并进行分析、保存；水位遥控检测装置通过GPRS模块采用无线连接方式与管理中心计算机连接，传输水位数据和GPS数据到管理中心计算机，并接收和执行管理中心计算机下传的指令；管理中心计算机安装数据接收配套软件，实时接收水位遥控检测装置上传的信息，把信息保存在数据库中，并定期把水位信息向各个终端计算机发布；终端计算机安装地图处理配套软件，接收水位数据并对数据进行分析和处理，根据处理结果自动修改船舶导航电子航道图中水深点数据值和相关图层的颜色，并刷新电子航道图显示。 

以上所述的带GPS定位的水位遥控检测装置，包括嵌入式控制中心、水位检测传感器、GPS定位模块、GPRS无线通信模块和工作电源模块，其中在嵌入式控制中心的控制板上设有两个RS232串口、直流电源接口、传感器接口；工作电源通过直流电源接口与嵌入式控制中心连接，GPS模块通过RS232串口与嵌入式控制中心连接，GPRS模块通过RS232串口与嵌入式控制中心连接，水位监测传感器通过传感器接口与嵌入式控制中心连接，嵌入式控制中心还设有复位电路和供电电源。

嵌入式控制中心可以是单片机，或者是微处理器。

管理中心计算机是一台带公网IP的计算机，安装了Mysql数据库系统。

GPRS无线通信模块是一种基于GPRS网络、内嵌完整TCP/IP协议的无线调制解调器，与管理中心计算机实现无线连接和通讯。

水位检测传感器为压力传感器，它通过一个带钢针的防沙钢桶固定在河道的水面以下，通过电缆与嵌入式控制中心连接。

工作电源是直流电源，包括太阳能电池板与蓄电池组合的电源或者蓄电池或交流电源经转换后的直流电源。

嵌入式控制中心与水位检测传感器连接，可以实时采集水位检测传感器从检测点传输的数值，并转换为水面值存储。

嵌入式控制中心与GPS模块连接，实时接收GPS位置信息，并与上一次保存的信息对比，如果位置变化大于原来设定的值，就向系统发送移动报警的信息，起防盗作用。

嵌入式控制中心与GPRS模块连接，通过GPRS模块与管理中心计算机无线连接，向管理中心计算机上传水位数据和GPS位置数据。

所述的管理中心计算机上安装了数据接收配套软件，可以接收并保存对河流水位进行远程实时监测的值，监测的内容包括：装置的实际位置、记录装置检测的水位值和检测时间、列举装置检测水位的历史记录、为航道管理提供水位信息等。软件对接收到的数据进行有效性判断，对有效的数据保存到数据库，对每分钟发送10次以上无效数据的当作网络攻击，断开这个连接30分钟内禁止重连。

上述的数据接收配套软件是一种基于C++语言，自行开发、适用于该方法的软件，具备数据有效性判断、快速保存和防止攻击功能。

所述的终端计算机上安装了地图处理配套软件，自动更新电子航道图的方法包括下列步骤：

（1）、打开前期已经制作好的电子导航图，导航图中有两个数据集本发明会用到，一个是水深信息的点数据集（记录水深点的位置及水深数据值），一个是航道的面数据集（每个面由相邻两根等高线构成，记录有两根等高线的值，平均高程值）。软件调取每次更新航道时保存的水位信息值S0和平均高程H0值，还有系统后台设置的坡岸最高高程Hg； 

（2）、接收管理中心计算机发布的水位数据，并对数据进行分析和处理，处理结果记录为S；

（3）、根据处理结果S与上一次修改时保存的水位信息S0比较，得到一个差值A，采用批量修改数据库的办法自动修改航道图中相关的水深点信息值，即所有相关水深信息点数据集的水深值都加上A；

（4）、根据处理结果S查航道的面数据集得到面M1和平均高程H1，如果H1＝H0，说明航道没有变化，不用更新航道图，否则需要更新航道层；所述航道的面数据集的每个面由相邻两根等高线构成，记录有两根等高线的值以及平均高程值；

（5）、更新航道层分两步，一是查询平均高程≤H1的航道的面数据并按平均高程递减排列，依次添上浅蓝色到深蓝色递增的颜色；二是查询H1<平均高程≤Hg的航道的面数据并按平均高程递增排列，依次添上浅褐色到深褐色递增的颜色；具体颜色值可以按平均高程值－H1的差值来查询数据库表得到；

（6）、保存水位信息值S到S0，保存平均高程值H1到H0。

（7）、刷新电子航道图显示。

上述的地图处理配套软件是一种基于C++语言，自行开发、适用于该方法的软件，可以接收管理中心计算机发布的水位数据，进行分析和处理，根据处理结果自动修改电子航道图中水深点数据值和相关图层的颜色，并刷新电子航道图显示。

软件的功能分为输入、输出，数据处理，地图操作三部分。(1)输入、输出：输入包括接收管理中心计算机发布的水位数据、读取本地配置文件数据、打开电子航道图文件、载入模板等；输出包括保存接收的水位数据、保存模板、保存配置文件、保存更新后的电子航道图数据、打印航道图等。(2)数据处理：数据处理就是对接收的水位数据经过计算处理，更新电子航道图文件的相关图层数据。(3) 地图操作：使用超图软件作为底层的地图管理工具，通过调用超图软件SuperMap Objects的相关功能函数，绘制更新后的电子航道图，并提供相关的操作功能界面。

运行软件，实时接收管理中心计算机发布的水位数据，对接收的水位数据经过计算处理，将处理结果保存起来，并根据处理结果更新电子航道图文件的相关图层数据，然后调用超图软件来显示新的电子航道图。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的带GPS定位的水位自动遥控检测装置，可以利用水位遥控检测装置将水位数据和位置数据上传到管理中心计算机，管理中心计算机接收并发布数位信息，终端接收到水位数据后根据水位数据自动更新适合当前水位的电子航道图，引导船舶安全航行，同时为防洪、航运等提供数据，能够应用于各级水利、水文、航运部门的水情信息工作领域。

2、方便航务部门和水利部门对河流水位的远程实时监控。采用该装置，管理部门在办公室就能实时查看河流关键点的水位，查看水位的历史记录，根据水位的历史记录分析水位的变化规律。

3、自备绿色稳定电源：采用太阳能供电，即节约能源，也能保证设备电压的稳定。

4、采用不间断无人值守工作：系统部不间断工作，能实现无人值守的水位监测， 且时时记录检测结果，保留水位的历史记录，为分析水位的变化提供了参考。

5、位置监控：实时发送装置的位置，避免了设备的被盗。

附图说明

图1为本发明水位自动遥控检测装置结构框架图；

图2为本发明水位自动遥控检测装置工作流程示意图；

图3为本发明水位自动遥控检测装置电路原理图；

图4为本发明根据水位变化自动更新航道图的工作流程示意图；

图5为本发明在360水面高程下的电子航道图；

图6为本发明在355水面高程下的电子航道图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明：

1、参照图1，一种水位自动遥控检测装置由1.嵌入式控制中心、2.工作直流电源、  3.GPRS模块、4.GPS模块、5.水位压力传感器、6.远程管理中心计算机组成，其工作步骤如下：

a、本装置封装在金属箱体内，通过屏蔽电缆与水位传感器和太阳能电源连接。

b、嵌入式控制中心与工作电源模块连接，供电后嵌入式控制中心开始工作，循环检测各种模块参数变化，计算分析检测结果并把信息发送到远程管理中心计算机,同时接收远程管理中心计算机的控制指令并执行；

c、嵌入式控制中心与水位检测传感器连接，实时采集水位检测传感器检测的水深值，对采集的数值分析判断，如果后一次收到的数值B与前一次收到的数值A比较相差较大，暂时不发送，先临时存储下来，等待采集水位检测传感器下一个数值C再比较；如果A与C的值相差不大，就舍弃B，否则两个值B和C连同收到的时间一起发送到服务器；

d、嵌入式控制中心与GPS模块连接，实时接收GPS位置信息，并与上一次保存的信息对比，如果位置变化大于原来设定的值，就向系统发送移动报警的信息，起防盗作用；

e、嵌入式控制中心与GPRS模块连接，通过GPRS与管理中心计算机无线连接，向中心服务器上传水位数据和GPS位置数据；模块具备自动连接功能，断线后可以自动重新连接到管理中心计算机； 

2、管理中心计算机上安装并运行了数据接收配套软件，可以接收并保存对河流水位进行远程实时监测的值，监测的内容包括：装置的实际位置、记录装置检测的水位值和检测时间、列举装置检测水位的历史记录、为航道管理提供水位信息等。软件对接收到的数据进行有效性判断，对有效的数据保存到数据库；对每分钟发送10次以上无效数据的当作网络攻击，断开这个连接30分钟内禁止重连；定期向终端计算机发布水位的最新数据。

上述数据接收配套软件是一种基于C++语言，自行开发、适用于该方法的软件，具备数据有效性判断、快速保存和防止攻击功能。 

3、终端计算机上安装并运行了地图处理配套软件，实时接收管理中心计算机发布的水位数据并对数据进行分析和处理，使用超图软件作为底层的地图管理工具，前期已经制作好了地图，地图中有两个数据集本发明会用到，一个是水深信息的点数据集（记录水深点的位置及水深数据值），一个是航道的面数据集（每个面由相邻两根等高线构成，记录有两根等高线的值，平均高程值），系统保存每次更新航道时的水位信息值S0和平均高程H0，并设置有坡岸最高高程Hg。

更新航道图的方法如下：

（1）程序接收管理中心发来的水位信息值S，并对数据进行分析。根据最新的水位信息与上一次修改时保存的水位信息S0比较，得到一个差值A，然后采用批量修改数据库的办法自动修改航道图中的水深点信息值，即所有水深信息点数据集的水深值都加上A。

（2）根据新的水位信息值S查航道的面数据集得到面M1和平均高程H1，如果H1＝H0，说明航道没有变化，不用更新航道图，否则需要更新航道层。

（3）更新航道层分两步，一是查询平均高程≤H1的航道的面数据并按平均高程递减排列，依次添上浅蓝色到深蓝色递增的颜色；二是查询H1<平均高程≤Hg的航道的面数据并按平均高程递增排列，依次添上浅褐色到深褐色递增的颜色。具体颜色值可以按平均高程值－H0的差值来查询数据库表得到；

（4）保存水位信息值S到S0，保存平均高程值H1到H0。

（5）刷新电子航道图显示。

上述的地图处理配套软件是一种基于C++语言，自行开发、适用于该方法的软件，可以接收管理中心计算机发布的水位数据，进行分析和处理，根据处理结果自动修改电子航道图中水深点数据值和相关图层的颜色，并刷新电子航道图显示。

Claims (9)

1.一种根据水位变化自动更新航道图的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在河段上安装带GPS定位的水位自动遥控检测装置；

水位自动遥控检测装置采集水位传感器数据和GPS位置数据，并进行分析、保存；

水位自动遥控检测装置通过GPRS无线通信模块采用无线连接方式与管理中心计算机连接，传输水位数据和GPS数据到管理中心计算机，并接收和执行管理中心计算机下传的指令；

管理中心计算机安装数据接收配套软件，实时接收水位遥控检测装置上传的信息并保存在数据库中，并向终端计算机发布这些水位信息数据；

终端计算机安装数据处理绘图配套软件，自动接收管理中心计算机发来的水位数据，并对数据进行分析和处理，根据处理结果S自动修改电子航道图中相关水深点数据值和相关图层的颜色，并刷新电子航道图显示；

所述的水位自动遥控检测装置包括嵌入式控制中心、水位检测传感器、GPS定位模块、GPRS无线通信模块和工作电源模块，其中在嵌入式控制中心的控制板上设有两个RS232串口、直流电源接口、传感器接口；工作电源模块通过直流电源接口与嵌入式控制中心连接，GPS定位模块通过第一RS232串口与嵌入式控制中心连接，GPRS无线通信模块通过第二RS232串口与嵌入式控制中心连接，水位检测传感器通过传感器接口与嵌入式控制中心连接；

所述自动修改电子航道图中相关图层的颜色的方法如下：

（1）、系统调取每次更新航道时保存的水位信息值S0和平均高程H0值，还有系统后台设置的坡岸最高高程Hg；

（2）、根据水位信息处理结果S查航道的面数据集得到面M1和平均高程H1，如果H1＝H0，说明航道没有变化，不用更新航道图，否则需要更新航道层；所述航道的面数据集的每个面由相邻两根等高线构成，记录有两根等高线的值以及平均高程值；

（3）、更新航道层分两步，一是查询平均高程≤H1的航道的面数据并按平均高程递减排列，依次添上浅蓝色到深蓝色递增的颜色；二是查询H1<平均高程≤Hg的航道的面数据并按平均高程递增排列，依次添上浅褐色到深褐色递增的颜色；具体颜色值可以按平均高程值－H1的差值来查询数据库表得到；

（4）、保存水位信息值S到S0，保存平均高程值H1到H0。

2.根据权利要求1所述的一种根据水位变化自动更新航道图的方法，其特征在于：管理中心计算机是一台带公网IP的计算机，安装了Mysql数据库系统。

3.根据权利要求1所述的一种根据水位变化自动更新航道图的方法，其特征在于：嵌入式控制中心是单片机。

4.根据权利要求1所述的一种根据水位变化自动更新航道图的方法，其特征在于：嵌入式控制中心是微处理器。

5.根据权利要求1所述的一种根据水位变化自动更新航道图的方法，其特征在于：GPRS无线通信模块是一种基于GPRS网络、内嵌完整TCP/IP协议的无线调制解调器，与管理中心计算机实现无线连接和通讯。

6.根据权利要求1所述的一种根据水位变化自动更新航道图的方法，其特征在于：水位检测传感器为压力传感器，它通过一个带钢针的防沙钢桶固定在河道的水面以下，通过电缆与嵌入式控制中心连接。

7.根据权利要求1所述的一种根据水位变化自动更新航道图的方法，其特征在于：所述工作电源模块是直流电源，为太阳能电池板与蓄电池组合的电源或者蓄电池或交流电源经转换后的直流电源。

8.根据权利要求1所述的一种根据水位变化自动更新航道图的方法，其特征在于：所述嵌入式控制中心与GPS定位模块连接，实时接收GPS位置信息，并与上一次保存的信息对比，如果位置变化大于原来设定的值，就向系统发送移动报警的信息，起防盗作用。

9.根据权利要求1所述的一种根据水位变化自动更新航道图的方法，其特征在于：所述自动修改电子航道图中相关水深点数据值是根据水位信息处理结果S与上一次修改时保存的水位信息S0比较，得到一个差值A，然后采用批量修改数据库的办法自动修改航道图中的相关水深点信息值，即相关水深信息点数据集的水深值都加上A。

Images