CN104613968B - 一种航迹仪边界智能标绘控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航迹仪边界智能标绘控制方法，1)在绘图仪上设定相关区域；2)判断当前绘图命令是否为绘制计划航线命令，是转步骤3；否转步骤5；3)计算本次计划航线各个航路点的位置增量(Δx_i，Δy_i)；4)得到各航路点在绘图仪上的位置(x_i'，y_i')，如果任一航路点越界，停止执行绘制命令；若各航路点均不越界，则执行绘制命令；5)计算本次绘笔在绘图仪上的位置增量(Δx，Δy)，得到终止点在绘图仪上的位置(x'，y')；6)根据终止点在绘图仪上的位置(x'，y')判断终止点所处区域，然后分别处理，并设置终止点为当前标绘点。本方法能够准确、有效地进行边界控制，不会对标绘精度有任何不良影响，运行稳定、可靠，精度高。

Description

一种航迹仪边界智能标绘控制方法

技术领域

本发明涉及高精度航迹仪，尤其涉及航迹仪边界智能标绘控制方法，属于航迹仪边界标绘技术领域。

背景技术

航迹仪是一种重要的舰船航海作业辅助设备，船舶航迹的实时标绘是通过实时接收由导航设备发送的纬度、经度值及各种绘图命令，通过数学模型的解算及直线插补运算后，产生绘图仪绘图电机的控制脉冲序列，经功放电路驱动绘图电机运行，再经机械转换变成绘笔在海图上运动。

图1表示航迹仪的工作过程，首先接收导航设备发送舰船的实时经纬度坐标(φ,λ)，以计算机为控制中心，经过坐标投影变换得到纸海图的位置坐标(x、y)，再经过进一步转化为绘图电机的控制脉冲(x1、y1)，最后通过传动机构控制绘笔绘图。

现有技术采用硬件限位的方法进行边界控制，即在绘笔上设有传感元件，当绘笔到达绘图仪标绘区域的左右上下边界时，传感元件能够对此进行感应，从而进行硬报警，报警后只能进行换图功能进行新的海图装订操作来清除硬件报警，才能重新进行标绘。若不进行换图，等待绘笔变向转回正常标绘区域，则会产生错误标绘，因为在这个时间段内，很有可能舰船航迹发生了变化，而绘笔却停滞在海图原地。

同时，现有的标绘方法，对于绘制计划航线这种任务，由于只能在绘制过程中才能发现绘制的计划航线是否会产生超出有效的标绘区域，如果出现超出有效的标绘区域情形，则为无意义的计划航线标绘作业。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种航迹仪边界智能标绘控制方法，本方法能够准确、有效地进行边界控制，不会对标绘精度有任何不良影响，运行稳定、可靠，精度高。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种航迹仪边界智能标绘控制方法，控制步骤如下：

步骤1、根据绘图仪硬件配置在绘图仪上设定可绘区域，可绘区域包括正常标绘区、标绘停止区和标绘提示报警区，其中标绘停止区和标绘提示报警区构成边界区；可绘区域以外为不可绘区域，不可绘区域在处理上等同于标绘停止区；

步骤2、从绘图命令栈取一条绘图命令；判断当前绘图命令是否为绘制计划航线命令，若是则转步骤3；若否则转步骤5；

步骤3、以海图零位为起始点，依次以计划航线各航路点为终止点，利用海图标绘算法计算出本次计划航线在海图上各个航路点的位置增量(Δx_i，Δy_i)，单位为mm，i为航路点编号；

步骤4、根据(Δx_i，Δy_i)以及海图零位在绘图仪上的位置坐标(x₀，y₀)得到各航路点在绘图仪上的位置(x_i'，y_i')，以x_i'和y_i'判断各航路点是否越界，若航路点处于标绘停止区则越界；如果任一航路点越界，停止执行绘制当前计划航线命令；若各航路点均不越界，则执行绘制当前计划航线命令，本步骤结束后转步骤2；

步骤5、以标绘当前点为起始点，其在绘图仪上位置为(x_n，y_n)；从绘图命令中提取目标点作为终止点，利用海图标绘算法计算出本次绘笔在绘图仪上的位置增量(Δx，Δy)，得到终止点在绘图仪上的位置(x'，y')；

步骤6、根据终止点在绘图仪上的位置(x'，y')计算出该点离左右上下边界的距离，以判断终止点是处于标绘停止区、标绘报警区、正常标绘区那个区域，然后根据情况分别进行处理，并设置终止点为当前标绘点；

步骤7、本条绘图命令执行完毕，重复上述步骤2至步骤6。

步骤1根据绘图仪硬件配置设定可绘区域为横向1000mm×纵向650mm，距离可绘区域左、右、上、下边界不大于10mm为边界区，其余区域为正常标绘区；边界区内离边界小于2.5mm为标绘停止区，大于等于2.5mm到不大于10mm为标绘提示报警区。

步骤3中所述的海图标绘算法为：舰船从A点(φ₁，λ₁)航行一段距离后到达B点(φ₂，λ₂)时，舰船的位置增量(Δφ，Δλ)换算成海图上的位置增量(Δx，Δy)的计算过程为：

Δx＝Δλ×e₀

(1)

Δy＝ΔD×e₀

其中：

式中e₀—海图制图单位，

D—渐长纬度率；

D＝3437.74677lntg(π/4+φ/2)-23.048922sinφ+0.012899sin3φ；

式中e—地球椭球体偏心率，e²＝0.006693421623；

a—地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；

φ_z—基准纬度；

π—圆周率；

Mz—海图比例尺分母；

Δλ、ΔD单位为分，得到的Δx，Δy单位为mm；

公式(1)代入海图零位和各个航路点经纬度，即可求得各个航路点在海图上的位置增量(Δx_i，Δy_i)。

步骤5中所述的海图标绘算法为：舰船从A点(φ₁，λ₁)航行一段距离后到达B点(φ₂，λ₂)时，舰船的位置增量(Δφ，Δλ)换算成海图上的位置增量(Δx，Δy)的计算过程为：

式中

φ_m—平均纬度，φ_m＝(φ₁+φ₂)/2；

a—地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；

φ_z—基准纬度；

Mc—赤道比例尺，Mc＝cosφ₂/[Mz(1-e²sin²φ_z ^1/2)]；

在舰船位置增量小于2′时，直接采用公式(2)进行计算；在舰船位置增量大于2′时，通过分段计算的方法，将位置增量分解成若干个2′和一个小于2′的小范围位置增量段，然后分别按公式(2)计算后进行累加得到Δx，Δy；

然后根据Δx，Δy换算出终止点在绘图仪上的位置为：

x'＝x_n+Δx

y'＝y_n+Δy

步骤6根据情况分别进行处理，具体为，如果终止点处于标绘停止区，此时不进行标绘作业且不改变当前标绘点位置信息，系统给出“换图”提示并声音报警；如果终止点处于标绘提示报警区，系统提示“换图”，标绘作业正常进行；如果终止点处于正常标绘区，无换图提示、无声音报警，标绘作业正常进行。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)能对航迹仪标绘作业的越界、即将越界进行有效控制，本发明采用的边界控制方法能有效地保障标绘作业连贯性、可靠性、稳定性；

(2)本发明能避免绘笔撞击绘图仪边框，对绘图仪硬件有保护作用；

(3)对于绘制计划航线这种任务，能预先判断绘制的计划航线是否会产生超出有效的标绘区域，而确定是否进行绘制工作，从而避免了无意义的计划航线标绘作业；

(4)本发明在标绘作业绘笔后，不必进行换图和特别的人工操作，只要绘笔的下一个目标点不在标绘停止区内即可恢复正常标绘作业，保障标绘作业的连贯性，且并不影响标绘精度；

(5)本发明只需通过设计标绘软件就可得到实现，不需要对传统航迹仪结构方法作出修改，在保证产品成本的基础上，提高了产品可靠性。

附图说明

图1-现有技术航迹仪工作过程图。

图2-绘图仪标绘区域设置图。

图3-本发明标绘流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方案作详细描述。

参见图3，本发明航迹仪边界智能标绘控制的方法，包括如下步骤：

步骤1、根据绘图仪硬件配置设定可绘区域，可绘区域包括正常标绘区、标绘停止区和标绘提示报警区，标绘停止区和标绘提示报警区构成边界区；可绘区域以外为不可绘区，不可绘区域在处理上等同于标绘停止区；

步骤2、从绘图命令栈取一条绘图命令；判断当前绘图命令是否为绘制计划航线命令，若是则转步骤3；若否则转步骤5；

步骤3、以海图零位为起始点，依次以计划航线各航路点为终止点，利用海图标绘算法计算出本次计划在海图上各个航路点的位置增量(Δx_i，Δy_i)，单位为mm，i为航路点编号；

步骤4、根据(Δx_i，Δy_i)以及海图零位在绘图仪上的位置坐标(x₀，y₀)得到各航路点在绘图仪上的位置(x_i'，y_i')，以x_i'，y_i'判断各航路点是否越界，如果任一航路点越界，停止执行绘制当前计划航线命令；若各航路点均不越界，则执行绘制当前计划航线命令，本步骤结束后转步骤2；

步骤5、以标绘当前点为起始点，其在绘图仪上位置为(x_n，y_n)；从绘图命令中提取目标点作为终止点，利用海图标绘算法计算出本次移笔在绘图仪上的位置增量(Δx，Δy)，得到终止点在绘图仪上的位置(x'，y')；

步骤6、根据终止点在绘图仪上的位置(x'，y')计算出该点离左右上下边界的距离，并判断其是处于标绘停止区、标绘提示报警区、正常标绘区，然后根据不同情形分别处理，并设置终止点为标绘当前点；

步骤7、本条绘图命令执行完毕，重复上述步骤2至步骤6。

进一步地，步骤1根据绘图仪硬件配置设定可绘区域为横向1000mm×纵向650mm，距离标绘区域左、右、上、下边界不大于10mm为边界区，其余区域为正常标绘区。进一步地将边界区内离边界小于2.5mm为标绘停止区，大于等于2.5mm到不大于10mm为标绘提示报警区，见图2。

进一步地，步骤3所述海图标绘算法为：舰船从A点(φ₁，λ₁)航行一段距离后到达B点(φ₂，λ₂)时，舰船的位置增量(Δφ，Δλ)换算成海图上的位置增量(Δx，Δy)的计算过程为：

Δx＝Δλ×e₀

(1)

Δy＝ΔD×e₀

其中：

式中e0—海图制图单位，

D—渐长纬度率；

D＝3437.74677lntg(π/4+φ/2)-23.048922sinφ+0.012899sin3φ；

式中e—地球椭球体偏心率，e²＝0.006693421623；

a—地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；

φ_z—基准纬度；

π—圆周率，π≈3.14159265358979326；

Mz—海图比例尺分母。

Δλ、ΔD单位为分，得到的Δx，Δy单位为mm；

公式(1)代入海图零位和各个航路点经纬度，即可求得各个航路点在海图上的位置增量(Δx_i，Δy_i)；

进一步地，步骤4中算法为：

因为起始点为海图零位，其位置信息为x₀＝0，y₀＝0，所以终止点位置x_i'＝x₀+Δx_i＝Δx_i，y_i'＝y₀+Δy_i＝Δy_i,按图2的区域划分，如果x_i'≥997.5mm或x_i'≤2.5mm或y_i'≥647.5mm或y_i'≤2.5mm则判断为越界。

如果该计划航线中存在一个航路点越界，则表示该条计划航线越界，并直接取消该条计划航线的标绘操作。如果该计划航线中所有航路点都不越界，则执行正常标绘操作，绘制该条计划航线。

步骤5中所述海图标绘算法为：舰船从A点(φ₁，λ₁)航行一段距离后到达B点(φ₂，λ₂)时，舰船的位置增量(Δφ，Δλ)换算成海图上的位置增量(Δx，Δy)的计算过程为：

式中

φ_m—平均纬度，φ_m＝(φ₁+φ₂)/2；

Mc—赤道比例尺，Mc＝cosφ₂/[Mz(1-e²sin²φ_z)^1/2]；

在较小舰船位置增量(位置增量小于2′)时，直接采用上述公式进行计算；在舰船位置增量较大(位置增量大于2′)时，通过分段计算的方法，将位置增量分解成若干个2′和一个小于2′的小范围位置增量段按分别按上述公式计算后进行累加后得到Δx，Δy。

然后根据Δx，Δy换算出终止点在绘图仪上的位置为：

x'＝x_n+Δx

y'＝y_n+Δy

进一步地，步骤6中判断为：首先，根据终止点的位置x'，y'进行分别处理,按图2的区域划分，如果x'≥997.5mm或x'≤2.5mm或y'≥647.5mm或y'≤2.5mm则判断终止点处于标绘停止区，此时不进行标绘作业且不改变当前标绘点位置信息，相当于忽视这条绘图命令，但软件给出“换图”提示并声音报警；如果x'≥990mm且x'<997.5mm，或x'≤10mm且x'>2.5mm，或者y'≥640mm且y'<647.5mm，或y'≤10mm且y'>2.5mm，则判断终止点处于标绘报警区，界面提示“换图”，无声音报警，但标绘作业正常进行；其余情况终止点处于正常标绘区，无换图提示、无声音报警，标绘作业正常进行。

正常标绘作业后，设置终止点为当前标绘点，即

x_n＝x'

y_n＝y'

通过该过程能够准确、有效地进行边界控制，不会对标绘精度有任何不良影响，运行稳定、可靠，精度高。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种航迹仪边界智能标绘控制方法，其特征在于：控制步骤如下：

步骤1、根据绘图仪硬件配置在绘图仪上设定可绘区域，可绘区域包括正常标绘区、标绘停止区和标绘提示报警区，其中标绘停止区和标绘提示报警区构成边界区；可绘区域以外为不可绘区域，不可绘区域在处理上等同于标绘停止区；

步骤2、从绘图命令栈取一条绘图命令；判断当前绘图命令是否为绘制计划航线命令，若是则转步骤3；若否则转步骤5；

步骤3、以海图零位为起始点，依次以计划航线各航路点为终止点，利用海图标绘算法计算出本次计划航线在海图上各个航路点的位置增量(Δx_i，Δy_i)，单位为mm，i为航路点编号；

步骤4、根据(Δx_i，Δy_i)以及海图零位在绘图仪上的位置坐标(x₀，y₀)得到各航路点在绘图仪上的位置(x_i'，y_i')，以x_i'和y_i'判断各航路点是否越界，若航路点处于标绘停止区则越界；如果任一航路点越界，停止执行绘制当前计划航线命令；若各航路点均不越界，则执行绘制当前计划航线命令，本步骤结束后转步骤2；

步骤5、以标绘当前点为起始点，其在绘图仪上位置为(x_n，y_n)；从绘图命令中提取目标点作为终止点，利用海图标绘算法计算出本次绘笔在绘图仪上的位置增量(Δx，Δy)，得到终止点在绘图仪上的位置(x'，y')；

步骤6、根据终止点在绘图仪上的位置(x'，y')计算出该点离左右上下边界的距离，以判断终止点是处于标绘停止区、标绘报警区、正常标绘区那个区域，然后根据情况分别进行处理，并设置终止点为当前标绘点；如果终止点处于标绘停止区，此时不进行标绘作业且不改变当前标绘点位置信息，系统给出“换图”提示并声音报警；如果终止点处于标绘提示报警区，系统提示“换图”，标绘作业正常进行；如果终止点处于正常标绘区，无换图提示、无声音报警，标绘作业正常进行；

步骤7、本条绘图命令执行完毕，重复上述步骤2至步骤6。

2.根据权利要求1所述的航迹仪边界智能标绘控制方法，其特征在于：步骤1根据绘图仪硬件配置设定可绘区域为横向1000mm×纵向650mm，距离可绘区域左、右、上、下边界不大于10mm为边界区，其余区域为正常标绘区；边界区内离边界小于2.5mm为标绘停止区，大于等于2.5mm到不大于10mm为标绘提示报警区。

3.根据权利要求1所述的航迹仪边界智能标绘控制方法，其特征在于：步骤3中所述的海图标绘算法为：舰船从A点(φ₁，λ₁)航行一段距离后到达B点(φ₂，λ₂)时，舰船的位置增量(Δφ，Δλ)换算成海图上的位置增量(Δx，Δy)的计算过程为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x=\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&lambda;}\&times;e_0\\ \mathrm{\&Delta;}y=\mathrm{\&Delta;}D\&times;e_0\end{array}---\left(1\right)$

其中：

式中e₀—海图制图单位，

D—渐长纬度率；

D＝3437.74677ln tg(π/4+φ/2)-23.048922sinφ+0.012899sin3φ；

式中e—地球椭球体偏心率，e²＝0.006693421623；

a—地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；

φ_z—基准纬度；

π—圆周率；

Mz—海图比例尺分母；

Δλ、ΔD单位为分，得到的Δx，Δy单位为mm；

公式(1)代入海图零位和各个航路点经纬度，即可求得各个航路点在海图上的位置增量(Δx_i，Δy_i)。

4.根据权利要求1所述的航迹仪边界智能标绘控制方法，其特征在于：步骤5中所述的海图标绘算法为：舰船从A点(φ₁，λ₁)航行一段距离后到达B点(φ₂，λ₂)时，舰船的位置增量(Δφ，Δλ)换算成海图上的位置增量(Δx，Δy)的计算过程为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x=Mc\frac{a{\mathrm{cos\&phi;}}_m}{{\mathrm{cos\&phi;}}_z}\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&lambda;}\\ \mathrm{\&Delta;}y=Mc\frac{a(1-e^2)}{(1-e^2{\sin }^2{\mathrm{\&phi;}}_2){\mathrm{cos\&phi;}}_2}\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&phi;};\end{array}---\left(2\right)$

式中

φ_m—平均纬度，φ_m＝(φ₁+φ₂)/2；

a—地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；

φ_z—基准纬度；

Mc—赤道比例尺，Mc＝cosφ₂/[Mz(1-e²sin²φ_z ^1/2)]；

在舰船位置增量小于2′时，直接采用公式(2)进行计算；在舰船位置增量大于2′时，通过分段计算的方法，将位置增量分解成若干个2′和一个小于2′的小范围位置增量段，然后分别按公式(2)计算后进行累加得到Δx，Δy；

然后根据Δx，Δy换算出终止点在绘图仪上的位置为：

$\begin{array}{c}{x}^{\&prime;}=x_n+\mathrm{\&Delta;}x\\ y^{\&prime;}=y_n+\mathrm{\&Delta;}y\end{array}.$