CN105320761A - 一种基于s-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法，包括步骤如下：第一步：通过交互式的航道录入方式录入船舶助航设施数据；第二步：对特殊形状的目标采用手动录入方式；第三步：自动提取浮标、立标、灯塔的点数据。本发明解决船舶交通管理系统中船舶助航设施数据提取困难的问题。本发明基于S-57海图中包含的航道、锚地、浮标等船舶助航设施数据，结合VTS对船舶助航设施数据的特殊需求，自动提取船舶助航设施数据，提高了船舶通航环境数据的获取、加载和管理效率，并确保二三维显示中通航环境数据的一致性。

Description

一种基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法

技术领域

本发明涉及一种船舶交通管理系统(VTS)应用领域，特别涉及S-57数据标准和船舶交通管理系统的特殊显示需求的基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法。

背景技术

S-57是国际航道组织制定的电子海图数据传输标准，规定了电子海图数据应该如何结构化存储和传输，而数据的显示方式则由S-52标准规定。S-57海图标准化的数据结构和显示样式提高了VTS系统潜在的商业价值。VTS追求信息化、智能化发展，对船舶助航设施数据的要求也变得越来越复杂。随着港口贸易不断发展，船舶进出港口变得频繁，船舶助航设施数据也相应增大，这就使得船舶助航设施数据的获取、组织和管理变得比以前更加困难。目前VTS的船舶助航设施数据获取还存在着如下的问题：

1、数据获取困难，管理不便；

传统的获取船舶助航设施数据的方法是从港口行政管理单位获取船舶助航设施数据的描述性资料，手动录入VTS系统数据库，该过程繁琐，操作困难，容易出错。随着对S-57海图数据组织方式的研究越来深入，获取S-57海图中的地理数据已经不是难事，但是，考虑到船舶交通管理系统对船舶助航设施数据的特殊需求，还需对读取的S-57海图数据进行处理分析。

2、显示内容与实际应用数据不匹配；

船舶交通管理系统的显示系统采用S-57海图或其他地图显示，而告警解算、助航服务和交通组织等内容使用的数据却是人工录入数据库的，与S-57海图的图上内容来源不同，也没有进行匹配，存在地图显示数据与后台计算应用数据不一致的问题。

3、目标显示不完整；

S-57海图应用于船舶交通管理系统，也有其不足之处。S-57标准对不同海域进行了图幅划分，相邻图幅之间存在地理信息重叠、部分细节不匹配、同一个地理目标被分成多个图形等问题。另外，S-57海图对船舶助航设施数据的显示过于显著，会大大分散VTS用户对船舶的关注。

4、三维显示效果差；

目前三维显示中对S-57海图的应用比较少，为了在三维地图中显示通航环境数据，一般采用特征层的方式显示，也就是将S-57海图的二维显示内容栅格化后自动校准到三维坐标空间，该方法显示效果差，S-57海图的数据显隐也无法控制。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法，包括步骤如下：

第一步：通过交互式的航道录入方式录入船舶助航设施数据，确保地理信息都来源于S-57海图，同时为船舶交通管理系统提供便利。

第二步：对特殊形状的目标采用手动录入方式，确保数据的准确性。

第三步：基本自动提取浮标、立标、灯塔等“点”数据。

本发明中，第一步提供了可视化的录入方式，将点位列表与图上位置对应，用户只需要选择点序号即可，省略了手动输入经纬度的繁琐过程，确保了组成航道的地理信息都来源于S-57海图，同时还解决了相邻图幅之间的数据压盖问题。将船舶助航设施数据分为三组：第一组是包含所有的地理位置信息但几何图形描述形式不符合船舶交通管理系统需求的物标类；第二组是几何图形描述形式不符合实际地理目标形状多样化的物标类；第三组是几何图形描述形式与地理位置信息都符合船舶交通管理系统需求的物标类。

本发明中，第二步中针对特殊形状的目标，更改几何图形描述方式，手动输入的信息较少，确保了数据的高精度。殊形状为非多个定位点组成的图形，包括扇环、圆弧、椭圆和扇形。

本发明中，第三步提取的“点”数据量比较多，可按照船舶交通管理系统的二三维显示需求修改显示方式，避免显示得过于突出，分散船舶数据的关注度。第三步包括：

步骤31：提取航道数据：加载S-57海图后，选择航道物标类，按照S-57数据存储标准解析各航道的地理空间位置、名称和类型信息；将航道的地理空间位置按顺序列表显示，并在海图上对应地理位置上标注序号；地理空间位置列表与图上标注的序号便一一对应；用户确定新提取航道的名称和组成部分，在地理空间位置列表中选择一个以上空间位置并排序组成新提取航道的进港线、出港线，并在图上预览新提取的航道是否正确；如果正确则直接将新提取航道的信息保存到数据库，否则重新选择、排序地理空间位置，直到新提取的航道位置正确；

步骤32：提取锚地、倾废场、报告线数据：

步骤33：提取浮标、立标、灯塔等数据：加载S-57海图后，选择侧面浮标和侧面立标，按照S-57数据存储标准解析各目标的地理空间位置、名称、类型信息，并保存到数据库。

本发明解决船舶交通管理系统中船舶助航设施数据提取困难的问题。本发明基于S-57海图中包含的航道、锚地、浮标等船舶助航设施数据，结合VTS对船舶助航设施数据的特殊需求，自动提取船舶助航设施数据，提高了船舶通航环境数据的获取、加载和管理效率，并确保二三维显示中通航环境数据的一致性。

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是船舶助航设施数据提取流程图。

图2a～图2d是航道录入过程图。

图3a～图3b是航道显示对比图。

图4a～图4b是锚地显示对比图。

图5a～图5b是浮标、立标显示对比图。

具体实施方式

本发明船舶助航设施数据在船舶交通管理系统中的应用主要包括三个方面：第一是二三维显控，用户可控制船舶助航设施数据的显隐，并实现图上查询，三维显示中还能利用水深数据构建港口真实地形；第二是告警解算，船舶交通管理系统在计算船舶告警时需要锚地、航道、泊位、水深、浮标、立标等静态目标的地理位置，为船舶正常航行提供保障；第三是助航服务，提示距离船舶最近的锚地、船舶附近的水深情况等服务都需要基于船舶助航设施数据进行计算。

船舶助航设施数据中，浮标、立标、泊位、水深、灯塔等“点”目标的地理物标(S-57标准将实际地理目标进行分类，称为“物标类”，泊位、水深、航道等都是物标类)，按S-57标准规定的数据存储格式解析地理信息并保存其名称、类型、地理位置、吨位等属性；基于船舶交通管理系统对航道数据的特殊要求，将航道分进港线、出港线存储，而S-57海图中将航道分段存储为多边形，故本发明设计了交互式录入航道数据的方式；S-57海图中将锚地、倾废场存储为多边形，对于实际多边形形状的锚地、倾废场并无不妥，但船舶交通管理系统中存在着“扇形”、“圆”、“椭圆”甚至“扇环”形状的锚地或倾废场，这类数据用多边形存储，在进行告警解算时会出现实际已经达到告警条件但计算结果却不满足告警条件的情况，同时也存在基于锚地地理位置的距离、方位计算错误，为解决这些问题，本发明结合港口通航手册的内容，对这类数据进行修正，直接存储这些形状的关键参数；对“圆弧”型的报告线也采用同样的修正方法进行处理。

有选择性的提取船舶助航设施数据后，需确保船舶助航设施数据的准确性。S-57海图数据有其时间限制，匹配港口管理单位的最新通航手册，将新增加的地理目标补充到船舶交通管理数据库中。

本发明中的船舶助航设施数据是指S-57海图包含的航道、锚地、浮标、立标、泊位、报告线、倾废场等与船舶通航相关的静态交通数据。这些数据在S-57数据标准中以不同的类型的几何图形描述其空间组成，包括“点”、“折线”、“多边形”。依据数据的几何图形描述形式与船舶交通管理系统需求之间的差异，将船舶助航设施数据分为三组：第一组是包含所有的地理位置信息但几何图形描述形式不符合船舶交通管理系统需求的物标类，主要是航道；第二组是几何图形描述形式不符合实际地理目标形状多样化的物标类，包括锚地、倾废场、报告线；第三组是几何图形描述形式与地理位置信息都符合船舶交通管理系统需求的物标类，如浮标、立标、水深。

下面结合船舶交通管理系统对船舶助航设施数据的特殊要求，说明基于S-57海图的船舶助航设施数据提取方法，船舶助航设施数据提取方法总流程如图1所示，图2a～图2d则详细说明了航道数据的交互式录入流程，图3a～图3b、图4a～图4b以及图5a～图5b是航道、锚地和浮标立标数据提取前后的显示对比图。数据提取的具体步骤为：

步骤1：提取航道数据

加载S-57海图后，选择航道物标类，按照S-57数据存储标准解析各航道的地理空间位置、名称、类型等信息；将航道的地理空间位置按顺序列表显示，并在海图上对应地理位置上标注序号，这样地理空间位置列表与图上标注的序号便一一对应；用户确定新提取航道的名称和组成部分，在地理空间位置列表中选择多个空间位置并排序组成新提取航道的进港线、出港线(中心线可扩展)，并在图上预览新提取的航道是否正确；如果正确则直接将新提取航道的信息保存到数据库，否则重新选择、排序地理空间位置，直到新提取的航道位置正确。具体过程参看图2a～图2d(由于本发明特殊性，必须采用灰度图表示效果)，依次为：选择图上航道、选择进港线点位、切换出港线以及选择出港线点位；显示结果对比如图3a～图3b所示(由于本发明特殊性，必须采用灰度图表示效果)，分别为S-57海图的航道显示和VTS的航道显示。

步骤2：提取锚地、倾废场、报告线数据

该步骤以锚地的提取过程进行举例说明，其他数据的提取过程类似。

加载S-57海图后，选择锚地物标类，按照S-57数据存储标准解析各锚地的地理空间位置、名称、类型等信息；参照港口通航手册对解析的锚地进行修正，如果该锚地为多边形，则将解析的地理空间位置、名称等信息保存到数据库，否则就需要修改锚地的几何图形描述和地理空间位置，例如：通航手册中这样描述一个锚地，“以**灯塔(经度：119度54分12.32秒，纬度：39度56分58.43秒)为圆心，从165度方向到200度方向，距离5公里到12公里的海域”。该锚地的几何特征便是一个扇环形状(马蹄形)，需手动替换锚地的地理信息，将圆心经纬度(经度：119度54分12.32秒，纬度：39度56分58.43秒)、长半径(12公里)、短半径(5公里)、起始角(165度)、终止角(200度)等信息保存到数据库，并删除之前读取的与该锚地对应的数据。锚地的显示结果对比见图4a～图4b(由于本发明特殊性，必须采用灰度图表示效果)，分别为S-57海图的锚地显示和VTS的锚地显示。

步骤3：提取浮标、立标、灯塔等数据

加载S-57海图后，选择侧面浮标、侧面立标等物标类，按照S-57数据存储标准解析各目标的地理空间位置、名称、类型等信息，并将其保存到数据库。侧面浮标和侧面立标的显示结果对比见图5a～图5b(由于本发明特殊性，必须采用灰度图表示效果)，分别为S-57海图的浮标、立标显示(过于突出)和VTS的浮标、立标显示(与背景图相近)。

如果采用的S-57海图已经过时，与港口实际数据有差异，就需要参考港口通航手册对这类数据进行增删，手动录入新增加目标(包括目标名称、经纬度、类型等信息)。

本发明提供了一种基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法，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 (5)

1.一种基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法，其特征在于，包括步骤如下：

第一步：通过交互式的航道录入方式录入船舶助航设施数据；

第二步：对特殊形状的目标采用手动录入方式；

第三步：自动提取浮标、立标、灯塔的点数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法，其特征在于，第一步中，采用可视化的录入方式，通过在地图上标注点序号，将点位列表与图上位置对应起来，然后查看地图选择组成航道的点序号并按顺序从点位列表中选择。

3.根据权利要求1所述的一种基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法，其特征在于，将船舶助航设施数据分为三组：第一组是包含所有的地理位置信息但几何图形描述形式不符合船舶交通管理系统需求的物标类；第二组是几何图形描述形式不符合实际地理目标形状多样化的物标类；第三组是几何图形描述形式与地理位置信息都符合船舶交通管理系统需求的物标类。

4.根据权利要求1所述的基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法，其特征在于，第二步中，特殊形状为非多个定位点组成的图形，包括扇环、圆弧、椭圆和扇形。

5.根据权利要求1所述的基于S-57海图的船舶助航设施数据自动提取方法，其特征在于：第三步包括：

步骤31：提取航道数据：加载S-57海图后，选择航道物标类，按照S-57数据存储标准解析各航道的地理空间位置、名称和类型信息；将航道的地理空间位置按顺序列表显示，并在海图上对应地理位置上标注序号；地理空间位置列表与图上标注的序号便一一对应；用户确定新提取航道的名称和组成部分，在地理空间位置列表中选择一个以上空间位置并排序组成新提取航道的进港线、出港线，并在图上预览新提取的航道是否正确；如果正确则直接将新提取航道的信息保存到数据库，否则重新选择、排序地理空间位置，直到新提取的航道位置正确；

步骤32：提取锚地、倾废场、报告线数据：

步骤33：提取浮标、立标、灯塔等数据：加载S-57海图后，选择侧面浮标和侧面立标，按照S-57数据存储标准解析各目标的地理空间位置、名称、类型信息，并保存到数据库。