CN105204005A - 一种基于地理坐标系的vts系统雷达回波视频显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，包括如下步骤：步骤1，VTS系统的程序开辟两个线程，线程一接收雷达回波报文并缓存；步骤2，线程二响应电子地图显示范围变化，生成新的待叠加雷达回波视频图层。步骤3，将该生成的雷达回波视频图层叠加在当前电子地图上。本发明解决了船舶交通管理系统的雷达回波视频显示问题，特别是电子地图的数据格式以地理坐标系度量的系统，这样保证系统开销可接受的情况下，保证了雷达回波视频与船舶目标在电子地图上位置的一致性，特别适合船舶交通管理系统，这种一般用于单个港口、近海、内河等地理显示范围较小，允许地图投影存在一定变形的系统。

Description

一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法

技术领域

本发明属于计算机雷达回波视频显示方法，特别是应用于VTS船舶交通管理系统的基于地理坐标系电子地图的雷达回波视频显示方法。

背景技术

在船舶交通管理系统(VTS系统)中，船舶发现方式有雷达发现、AIS上报等几类，其中雷达发现是最重要实时情报来源之一。雷达站将接收到的雷达回波原始视频经过杂波过滤，去除海浪、海面漂浮物等杂波后，形成以极坐标为度量的检测视频发送给控制中心。控制中心接收雷达回波报文后在电子地图上叠加显示出来。

电子地图是信息系统将地图数据集通过投影算法在屏幕上显示出来的地图，存储的地图数据集按数值与单位的选择可分为三种不同的坐标系统：以经度、纬度为单位的地理坐标系(GeographicCoordinateSystem,GCS)；以米为单位的横轴墨卡托投影坐标系(UniversalTransverseMercator,UTM)；以英尺为单位的国家平面坐标系(StatePlane)。按数据的投影方式可分为经纬度等比例投影、墨卡托投影、高斯投影等。大部分GIS商业软件，如ArcGIS，建议针对不同地图数据集采用对应的投影方式，以获得更快的地图绘制效率。

目前现有雷达回波显示方法一般要求系统的电子地图采用重点地区无变形的墨卡托投影，这样可以将雷达回波视频进行简单的线性缩放后直接叠加到电子地图上。采用墨卡托投影对基于UTM坐标系存储的地图数据集没有问题，但对于地理坐标系的地图数据集存在性能缺陷。对于以地理坐标系存储的数据强行按墨卡托投影展开，在地图渲染时会大大增加系统开销，最好的方式是直接以经纬度展开的方式进行投影，但是这种方式会导致地图存在一定变形，直接对雷达回波进行线性缩放叠加会导致雷达回波与目标不匹配。因此现有的雷达回波显示方法无法用于以地理坐标系存储的地图数据集。

发明内容

发明目的：本发明的目的是解决船舶交通管理系统的雷达回波视频显示问题，特别是电子地图的数据格式以地理坐标系度量的系统，保证雷达回波视频与船舶目标在电子地图上位置的一致性的技术问题，提供一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，包括如下步骤：

步骤1，VTS系统的程序开辟两个线程，线程一接收雷达回波报文并缓存；

步骤2，线程二响应电子地图显示范围变化，生成新的待叠加雷达回波视频图层。

步骤3，将该生成的雷达回波视频图层叠加在当前电子地图上。

本发明中，步骤1包括：

步骤1-1，解析报文生成以极坐标为度量的雷达回波数据；

步骤1-2，更新该雷达回波数据，并以角度为索引存储在内存中。

本发明步骤1-1中，雷达回波数据雷达覆盖范围的区域以极坐标的形式划分为360度的网格，每个网格方向单位为1度，距离单位为7.5米，网格中存储的数据为雷达回波幅值，以报文包形式发送，报文包以方向单位为组织单元，发送该方向上的雷达回波幅值数据

本发明步骤1-2中，将接收到的雷达回波报文数据以极坐标的方式缓存在内存中，并对报文中的方向数据在内存中进行检索，若该方向数据不存在，则直接存储该方向的数据，如果该方向的数据已经存在，则用新接收的雷达回波数据更新已存在的数据。

本发明步骤2包括：

步骤2-1，计算雷达中心点在电子地图当前显示范围的屏幕坐标；

步骤2-2，计算电子地图屏幕上横向单位像素代表的平均距离；

步骤2-3，计算电子地图屏幕上纵向单位像素代表的平均距离；

步骤2-4，创建与当前屏幕像素大小相同的图层，然后遍历该图层的每个像素找到对应的雷达回波数据的幅值，将幅值用灰度值的方式在该图层上显示，完成该图层的绘制。

本发明步骤2-1中，当用户对电子地图进行漫游或缩放操作时，根据雷达中心点的经纬度数据，调用电子地图提供的经纬度-屏幕坐标转换接口，获得该经纬度值对应电子地图当前显示范围的屏幕坐标，并记录在内存中。

本发明步骤2-2中，在电子地图的当前显示范围内取两个像素点，分别位于电子地图纵向的左侧中间和右侧中间位置，并记录下这两个点的水平像素差，单位为像素点；然后调用电子地图提供的屏幕坐标-经纬度转换接口，计算得到这两个点的经纬度；接着调用经纬度-距离计算公式，计算得到这两个点对应的距离差，单位为米；最后用距离差除以水平像素差，得到电子地图当前显示范围的横向单位像素代表的平均距离。

本发明步骤2-3中，在电子地图的当前显示范围内取两个像素点分别位于电子地图横向的顶部中间和底部中间位置，并记录下这两个点的垂直像素差，单位为像素点；然后调用电子地图提供的屏幕坐标-经纬度转换接口，计算得到这两个点的经纬度；接着调用经纬度-距离计算公式，计算得到两点间的距离，最后除以垂直像素差，得到电子地图当前显示范围的纵向单位像素代表的平均距离。

其中经纬度-距离计算公式采用通用方法，即将地球近似为一个球形，首先根据两点的经纬度值,依据三角推导,计算出两点与地心连线的夹角,然后利用夹角的弧度值乘以地球半径，地球半径取平均半径为63710004米，即可得到两点间的球面距离，也就是两点间的距离差。

本发明步骤2-4中，按照当前电子地图的尺寸在内存中创建一幅同样大小的位图，然后遍历该位图的每一个像素点，填充对应的雷达幅值；

计算位图中遍历的点的屏幕坐标与雷达中心点屏幕坐标的水平差值和垂直差值；

用水平差值乘以步骤2-2中的横向单位像素代表的平均距离，得到该点到雷达中心点的水平距离；

用垂直差值乘以步骤2-3中的纵向单位像素代表的平均距离，得到该点到雷达中心点的垂直距离；

以水平距离和垂直距离为参数，利用勾股定理计算得到两点间的距离差，再利用正切公式得到两点间的角度；

利用角度和距离，到步骤1-2中的雷达极坐标数据中，查找获取该点对应的雷达幅值，映射到0-255的灰度值上，并填充在位图中，如果该点没有雷达幅值，则使用透明色填充；

遍历完位图中每个像素点后完成雷达回波视频图层。

本发明针对基于地理坐标系存储的地图数据集，且使用经纬度直接展开等比例投影的电子地图，采用计算电子地图像素点水平方向上的单位距离和垂直方向上的单位距离的方式，将以极坐标度量的雷达回波视频数据直接转换为以屏幕坐标为度量的数据在电子地图上展现出来。本发明解决了船舶交通管理系统的雷达回波视频显示问题，特别是电子地图的数据格式以地理坐标系度量的系统，这样保证系统开销可接受的情况下，保证了雷达回波视频与船舶目标在电子地图上位置的一致性，特别适合船舶交通管理系统，这种一般用于单个港口、近海、内河等地理显示范围较小，允许地图投影存在一定变形的系统。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为基于地理坐标系的雷达回波视频显示方法流程图。

图2为雷达回波数据说明图。

图3a和图3b分别为截取屏幕横向、纵向代表像素点示意图。

图4为雷达回波视频直接叠加效果图。

图5为计算横纵单位像素距离后的叠加效果图。

具体实施方式

本发明针对以地理坐标系存储的地图数据，采用经纬度等比例投影的电子地图的特点，提出了一种直接将以极坐标为度量的雷达回波视频数据直接转换为以屏幕坐标为度量的数据，并在电子地图上显示出来，在保证雷达回波视频与地图数据一致的情况下也减少转换的计算量，支持了VTS系统的雷达回波视频实时显示功能。

如图1所示，本发明提出了基于地理坐标系的雷达回波视频显示方法，包括步骤如下：

步骤1，创建线程一，接收雷达回波报文并缓存。

1-1解析报文生成以极坐标为度量的雷达回波数据；

如图2所示，雷达回波数据雷达覆盖范围的区域以极坐标的形式划分为360度的网格，每个网格方向单位为1度，距离单位为7.5米，网格中存储的数据为雷达回波幅值。以报文包形式发送，报文包以方向单位为组织单元，发送该方向上的雷达回波幅值数据。

1-2更新该雷达回波数据；

将接收到的雷达回波报文数据以极坐标的方式缓存在内存中，并对报文中的方向数据在内存中进行检索，若该方向数据不存在，则直接存储该方向的数据，如果该方向的数据已经存在，则用新接收的雷达回波数据更新已存在的数据。

步骤2，创建线程二响应电子地图显示范围变化，生成新的待叠加雷达回波视频图层。

2-1计算雷达中心点屏幕坐标；

当用户对电子地图进行漫游或缩放操作，会导致电子地图的显示范围发生变化，雷达中心点在屏幕坐标的位置也会相应发生变化。本发明根据雷达中心点的经纬度数据，调用电子地图提供的经纬度-屏幕坐标转换接口，获得该经纬度值对应电子地图当前显示范围的屏幕坐标，并记录在内存中。

2-2计算屏幕横向单位像素代表的平均距离；

在电子地图的当前显示范围内取两个像素点，如图3a所示，分别位于电子地图的左侧中间和右侧中间位置，并记录下这两个点的水平像素差，单位为像素点；然后调用电子地图提供的屏幕坐标-经纬度转换接口，计算得到这两个点的经纬度；接着调用经纬度-距离计算公式，计算得到这两个点对应的距离差，单位为米；最后用距离差除以水平像素差，得到电子地图当前显示范围的横向单位像素代表的平均距离，单位为米/像素。

其中经纬度-距离计算公式采用通用方法，即将地球近似为一个球形，首先根据两点的经纬度值,依据三角推导,计算出两点与地心连线的夹角,然后利用夹角的弧度值乘以地球半径，地球半径取平均半径为63710004米，即可得到两点间的球面距离，也就是两点间的距离差。

2-3计算屏幕纵向单位像素代表的平均距离；

在电子地图的当前显示范围内取两个像素点，如图3b所示，分别位于电子地图的顶部中间和底部中间位置，并记录下这两个点的垂直像素差，单位为像素点；然后类似于步骤2-2的方法，计算出用两点间的距离差，最后除以垂直像素差，得到电子地图当前显示范围的纵向单位像素代表的平均距离，单位为米/像素。

2-4生成以屏幕坐标度量的雷达回波视频图层；

按照当前电子地图的尺寸在内存中创建一幅同样大小的位图，然后遍历该位图的每一个像素点，填充对应的雷达幅值。首先，计算位图中遍历的点的屏幕坐标与雷达中心点屏幕坐标的水平差值，和垂直差值；其次，用水平差值乘以步骤2-2中的横向单位像素代表的平均距离，得到该点到雷达中心点的水平距离；然后，用类似的方法，用屏幕坐标垂直差值乘以步骤2-3中的纵向单位像素代表的平均距离，得到该点到雷达中心点的垂直距离；接着，以水平距离和垂直距离为参数，利用勾股定理计算得到两点间的距离差，再利用正切公式得到两点间的角度；最后，利用角度和距离，到步骤1-2中的雷达极坐标数据中，查找获取该点对应的雷达幅值，映射到0-255的灰度值上，并填充在位图中，如果该点没有雷达幅值，则使用透明色填充。遍历完位图中每个像素点后完成雷达回波视频图层。

步骤3，将该生成的雷达回波视频图层叠加在当前电子地图上。

当收到电子地图的刷新事件后，将生成好的雷达回波位图绘制在电子地图上，该位图的大小与电子地图当前显示范围一致。叠加后，有雷达回波的像素点显示雷达回波对应的灰度值，其余部分显示电子地图的内容。

如图4(由于本发明特殊性，该附图只能采用灰度表示)所示，外圈是由模拟船舶目标的三角形符号组成，每一个三角形符号表示一个船舶，船舶的位置是由经纬度决定；内圈是由模拟雷达回波视频的短线段组成，每一个短线段表示一艘船舶对应的雷达回波，图4中雷达回波位置是进行线性变换后直接叠加而定，可以发现短线段和三角形符号的位置并不完全重合。图5(由于本发明特殊性，该附图只能采用灰度表示)中雷达回波位置经过计算横向单位像素距离和纵向单位距离后，采用本发明的方法得到，可以发现短线段和三角形符号的位置全完重合，本发明的方法取得了良好的显示效果。

本发明提供了一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，VTS系统的程序开辟两个线程，线程一接收雷达回波报文并缓存；

步骤2，线程二响应电子地图显示范围变化，生成新的待叠加雷达回波视频图层。

步骤3，将该生成的雷达回波视频图层叠加在当前电子地图上。

2.根据权利要求1所述的一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，其特征在于，步骤1包括：

步骤1-1，解析报文生成以极坐标为度量的雷达回波数据；

步骤1-2，更新该雷达回波数据，并以角度为索引存储在内存中。

3.根据权利要求2所述的一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，其特征在于，步骤1-1中，雷达回波数据雷达覆盖范围的区域以极坐标的形式划分为360度的网格，每个网格方向单位为1度，距离单位为7.5米，网格中存储的数据为雷达回波幅值，以报文包形式发送，报文包以方向单位为组织单元，发送该方向上的雷达回波幅值数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，其特征在于，步骤1-2中，将接收到的雷达回波报文数据以极坐标的方式缓存在内存中，并对报文中的方向数据在内存中进行检索，若该方向数据不存在，则直接存储该方向的数据，如果该方向的数据已经存在，则用新接收的雷达回波数据更新已存在的数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，其特征在于，步骤2包括：

步骤2-1，计算雷达中心点在电子地图当前显示范围的屏幕坐标；

步骤2-2，计算电子地图屏幕上横向单位像素代表的平均距离；

步骤2-3，计算电子地图屏幕上纵向单位像素代表的平均距离；

步骤2-4，创建与当前屏幕像素大小相同的图层，然后遍历该图层的每个像素找到对应的雷达回波数据的幅值，将幅值用灰度值的方式在该图层上显示，完成该图层的绘制。

6.根据权利要求5所述的一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，其特征在于，步骤2-1中，当用户对电子地图进行漫游或缩放操作时，根据雷达中心点的经纬度数据，调用电子地图提供的经纬度-屏幕坐标转换接口，获得该经纬度值对应电子地图当前显示范围的屏幕坐标，并记录在内存中。

7.根据权利要求6所述的一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，其特征在于，步骤2-2中，在电子地图的当前显示范围内取两个像素点，分别位于电子地图纵向的左侧中间和右侧中间位置，并记录下这两个点的水平像素差，单位为像素点；然后调用电子地图提供的屏幕坐标-经纬度转换接口，计算得到这两个点的经纬度；接着调用经纬度-距离计算公式，计算得到这两个点对应的距离差，单位为米；最后用距离差除以水平像素差，得到电子地图当前显示范围的横向单位像素代表的平均距离。

8.根据权利要求7所述的一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，其特征在于，步骤2-3中，在电子地图的当前显示范围内取两个像素点分别位于电子地图横向的顶部中间和底部中间位置，并记录下这两个点的垂直像素差，单位为像素点；然后调用电子地图提供的屏幕坐标-经纬度转换接口，计算得到这两个点的经纬度；接着调用经纬度-距离计算公式，计算出用两点间的距离差，最后除以垂直像素差，得到电子地图当前显示范围的纵向单位像素代表的平均距离。

9.根据权利要求8所述的一种基于地理坐标系的VTS系统雷达回波视频显示方法，其特征在于，步骤2-4中，按照当前电子地图的尺寸在内存中创建一幅同样大小的位图，然后遍历该位图的每一个像素点，填充对应的雷达幅值；

计算位图中遍历的点的屏幕坐标与雷达中心点屏幕坐标的水平差值和垂直差值；

用水平差值乘以步骤2-2中的横向单位像素代表的平均距离，得到该点到雷达中心点的水平距离；

用垂直差值乘以步骤2-3中的纵向单位像素代表的平均距离，得到该点到雷达中心点的垂直距离；

以水平距离和垂直距离为参数，利用勾股定理计算得到两点间的距离差，再利用正切公式得到两点间的角度；

利用角度和距离，到步骤1-2中的雷达极坐标数据中，查找获取该点对应的雷达幅值，映射到0-255的灰度值上，并填充在位图中，如果该点没有雷达幅值，则使用透明色填充；

遍历完位图中每个像素点后完成雷达回波视频图层。