CN106643754A

CN106643754A - 基于三维数字航道图的船舶导航系统

Info

Publication number: CN106643754A
Application number: CN201510716126.3A
Authority: CN
Inventors: 张尚弘; 吴昱
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-05-10

Abstract

一种基于三维数字航道图的船舶导航方法，包括：输入船舶参数；获取船舶数据，航道数据和水流数据；计算最小通航参数阈值；确定适航区域；根据船舶参数、船舶数据、航道数据和水流数据计算自当前时间起时间T内船舶沿实际航向的预计航槽，并且判断预计航槽是否在船舶适航区域中；当计算的预计航槽在船舶适航区域中时，给出当前航行状态安全的安全导航信号；当计算的预计航槽的至少部分在船舶适航区域外时，给出当前航行状态不安全的警告导航信号；其中在三维数字航道图中绘制和显示船舶适航区域和预计航槽。本发明的导航方法可以使用户更容易地掌控当前水流条件下适合该船航行的区域，降低船舶事故发生的几率。

Description

基于三维数字航道图的船舶导航系统

技术领域

本发明涉及一种基于三维数字航道图的船舶导航方法，尤其是基于实时数据的基于三维数字航道图的船舶导航方法。

背景技术

航运作为国家战略性基础产业，是综合运输体系的重要组成部分，也是实现经济社会可持续发展的重要战略资源。而航道数字化是航运信息化的重要组成部分与发展趋势，对内河航运的安全与高效管理有着举足轻重的作用。

信息化是实现内河水运现代化的关键。内河电子航道图（Inland Electronic Navigation Charts，IENCs）是数字航道的核心部分。当前主要采用基于二维矢量电子航道图辅以一系列决策分析系统对内河通航情况进行分析与管理。然而，随着内河水运事业的不断发展，内河通航情况、运输方式等都发生了巨大的变化，同时也带来了一系列新的问题。例如，大量新的沿江、跨江建筑物的修建使得内河航道环境日益复杂。二维矢量电子航道图与普通航道图一样都是基于抽象符号对现实世界的抽象与概括，不能直观的还原显示三维世界的真实信息，给使用者（尤其是非专业人士）辨识、分析与还原符号意义带来一定的困难。

三维可视化技术、空间信息技术等在数字地球领域已经有很多的研究和应用，但在智能航道研究方面国内外仍处于探索阶段。因此，仍然需要以三维的形式建立数字航道模型，该模型不仅具有河道水面的数据信息，而且还能真实的反映河底、河岸、沿江与跨江建筑物以及航标的真实空间信息，逼真的再现航道真实环境，解决二维电子航道图中的不足，并结合实际的地形、水情与实时的GPS定位信息等对航道通航情况进行分析，目的是通过对智能航运功能体系、水动力学模型并行计算技术、三维数字航道构建技术的研究，开发多体系协同集成的智能航运综合仿真系统，形成多体系协同的智能航运实时仿真技术等创新技术，提高航运管理的信息化水平与安全预警能力。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于三维数字航道图的船舶导航方法，尤其是以下技术方案所确定的三维数字航道图的船舶导航方法。

1、一种基于三维数字航道图的船舶导航方法，包括：

步骤100，输入船舶参数，船舶参数包括船长、船宽、船高与吃水；

步骤200，获取（1）船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；（2）航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和（3）水流数据，包括：水深、流速、流向；

步骤300，计算最小通航参数阈值，包括最小航道水深、最小航道宽度、最小航道曲率半径、最小净高值和最小净跨值；

步骤400，确定适航区域，包括将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域；

步骤500，根据船舶参数、船舶数据、航道数据和水流数据计算自当前时间起时间T内船舶沿实际航向的预计航槽，并且判断预计航槽是否在船舶适航区域中；

步骤600，当步骤500计算的预计航槽在船舶适航区域中时，给出当前航行状态安全的安全导航信号；

步骤700，当步骤500计算的预计航槽的至少部分在船舶适航区域外时，给出当前航行状态不安全的警告导航信号；

其中在三维数字航道图中绘制和显示船舶适航区域和预计航槽。

2、根据技术方案1的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中：

步骤100，输入船舶参数，船舶参数主要包括船长、船宽、船高与吃水；

输入船舶参数可以有两种方式；一种是从数据库中选择已备案的船舶，可以从数据库中选择一条需要船舶，选择好后该船舶的参数信息（船长、船高、船宽与吃水）自动录入系统船舶参数栏中；另一种是针对数据库中缺乏的船舶信息，手动进行船舶参数输入，输入的信息主要包括船长、船宽、船高与吃水；

步骤200，获取（1）船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；（2）航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和（3）水流数据，包括：航道内如水深、流速、流向等水流数据；

船舶数据可以通过船载GPS接收机获取实时定位信息（经纬度，航速，航向角）；

航道数据，包括：航道地形数据和地物数据，地物包括航道内地物和航道外地物，航道内地物包括助航设施（浮标、岸标、灯船、灯塔等）和跨航道建筑（桥梁、索道等），航道外地物包括沿航道建筑、房屋、公园、花草等地面实物；可以通过获取的船舶定位信息从预存于服务器中的航道数据库中调取船舶所在地的航道数据；

水流数据可以基于二维水动力学模型对航道通航水流条件进行模拟而获得，或者通过公共网络发布的水情信息获得；

基于上述船舶参数、水流数据和船舶数据，可以计算出对航道航行有较大影响的参数阈值（包括水深值、航宽值、净高净跨值、航道曲率半径）；

步骤400，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域。

3、根据技术方案2的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中步骤300的最小航道水深由下式计算得到：

式中：

H表示航道水深（m）；

t为船舶吃水（m）；

△H表示航道富裕水深（m）。

其中，航道富裕水深是指船舶龙骨板外缘最低点至相应河床底部之间的垂直距离，其作用就是让船底与河底保持一定的安全距离，避免船舶出现触底等事故。

富裕水深值的计算需要考虑的因素有很多，如:

（1）船舶在航行时，由于自身载重与压力差，船舶将会产生一定量的下沉，这个下沉的水深通常占整个富裕水深值的三分之二以上，比较通用的有Huuska公式、Eryuzlu公式与Ankudinov公式，不同的公式有不同的使用范围，应根据船型特点、航道特点以及通航密度等因素进行选择，结合上述公式的计算方法，经过实践经验修正，论文以下述船舶在宽敞浅水域中的下沉量（（））估算公式为例进行分析：

式中：

表示船舶下沉量，即船舶动吃水量（m）；

为船舶自身宽度；

L为船舶自身长度；

为船舶方形系数（与船速有关）；

为船速（船舶上行时取，下行时取）。

（2）船舶在航行时需要考虑推进器的安全而预留一部分水深值，一来可以使船舶的操纵更加灵活，二来可以保证推进器的安全避免触底损坏；通常，对船舶航行时推进器的安全有影响的水深吃水比为，对船舶航行时推进器的安全有十分明显影响的水深吃水比为 ^[59]。根据经验，在考虑船体固定下沉量之后，保持0.5~1.0m的船底预留水深即可保证船舶推进器的安全运行。

（3）由于波浪等自然气象原因的影响，通常也需要预留一定的水深。

4、根据技术方案2的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中步骤300的最小航道宽度由下式计算得到：

在顺直航段中，

单线的最小航道宽度为：，

双线的最小航道宽度为：

在弯曲航段中，

单线的最小航道宽度为：

双线的最小航道宽度为：

其中，

1）船舶航迹带的宽度与船舶自身宽度、长度以及航行时的偏航角有关，可以根据下式计算：

式中：为船舶在航行时的偏航角，三级航道通常偏航角取3°；

2）航道预留富裕宽度D是指在保证船舶可以安全航行的前提下，不产生岸吸、互吸的现象所需要的最小富裕宽度，所谓岸吸即船舶与河岸之间的水流有推动船首离岸与吸引船尾靠岸的趋势现象，而互吸即两船交汇时由于船舶两侧存在着流速与水位差，从而形成压力差而产生的互吸现象，影响航道安全富裕宽度D的因素有很多，比如船型、航行方式、水流流速、流态等，通常可按下述方式计算：

船舶与河岸间的的安全富裕宽度（）：

船间安全富裕宽度（）：

航道预留富裕宽度（）：

3）水流致船舶偏移量的值可以通过下式进行计算：

式中：

为船舶沿航道中心线航行的距离（船舶上行取S=2.5L，下行取S=3.0L）；

为流向角，三级航道通常流向角不超过5°；

为水流流速；

为航速；

4）弯曲航段加宽增量，当R>6L时，可以忽略不计；当3L<R<6L时，可根据水流条件等具体情况分析是否需要加宽；当R<3L时，航宽增量可按下式计算：

式中：

为弯曲航段加宽增量；

为弯曲航段航道曲率半径；

为直线段航道标准航宽。

5、根据技术方案2的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中步骤300的最小航道曲率半径R由下式计算得到：

式中：

K为有效系数，内河航道通常取0.0380.041；

a为与流速有关的系数；

S为舵面积。

6、根据技术方案2的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中步骤300的最小净高值由下式计算得到：

式中：

表示在最高航道通航水位时，船舶在空载的情况下水面以上部分的高度；

表示预留的安全富裕高度，通常该值在山区地区取，在平原地区取。

7、根据技术方案2的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中步骤300的最小净跨值由下式计算得到：

在顺直航段中，

单线的最小航道宽度为：，

双线的最小航道宽度为：

在弯曲航段中，

单线的最小航道宽度为：

双线的最小航道宽度为：，

其中，

2）航道预留富裕宽度D可按下述方式计算：

船舶与河岸间的的安全富裕宽度（）：

船间安全富裕宽度（）：

航道预留富裕宽度（）：

3）水流致船舶偏移量的值可以通过下式进行计算：

式中：

为流向角，三级航道通常流向角不超过5°；

为水流流速；

为航速；

式中：

为弯曲航段加宽增量；

为弯曲航段航道曲率半径；

为直线段航道标准航宽。

8、根据技术方案1-7中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中，生成三维数字航道图的方法包括：

（1）数字航道地形建模，包括大范围低精度地形建模和小范围较高精度航道地形建模；

（2）数字航道地物建模，包括普通地物建模与典型地物建模；

（3）基于osgEarth构建三维数字航道场景，包括高程层数据可视化、影像层数据可视化、模型层数据可视化。

OpenSceneGraph（OSG）是一个开源的三维引擎，被广泛的应用在可视化仿真、游戏、虚拟现实、科学计算、三维重建、地理信息、太空探索、石油矿产等领域。OSG采用标准C++和OpenGL编写而成，可运行在所有的Windows平台、OSX、GNU/Linux、IRIX、Solaris、HP-Ux、AIX、Android和FreeBSD 操作系统。osgEarth 是一款用于 OpenSceneGraph（OSG）中的规模化3D地景渲染工具箱，只需创建一个简单的 XML 文件，指向影像、高程和矢量模型信息，导入 OpenSceneGraph 中，即可实现渲染。

9、根据技术方案1-7中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中，

大范围低精度地形建模采用较低精度地形数据，例如全球1:25万的高程数据，然后与全球影像数据叠加，进行地表真实纹理的贴图；

小范围较高精度航道地形建模选用小范围、大比例尺较高精度的地形数据来获得更好的模拟可视化效果；优选地，将高精度的高程数据叠加至低精度的高程数据上，显示时高精度数据将覆盖低精度数据，以得到更科学更逼真的模拟效果。

10、根据技术方案1-7中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中，

普通地物建模采用简单、统一的处理方法进行构建，可以减少模型的复杂程度，提高场景渲染的效率，例如采用普通地物基于矢量化的建筑物顶面根据建筑物高度拉伸的批量化构建方法，该方法的原理是首先获取该地区的房屋矢量图并用ArcGIS软件进行编辑，然后利用高精度的二维影像数据，根据阴影成像原理与已知的建筑物高度，推算出太阳与卫星高度角度，再反推其它建筑物高度数据，将获取的高度信息赋予相应的屋顶面，最后通过osgEarth的Earth file配置文件进行设置，可以完成普通建筑物的批量建模；

典型地物建模使用三维模型建模工具进行单个实物的建模，三维模型建模工具有很多，如Multigen Creator、AutoCAD、3DMAX等，根据实际物体的大小、高程、纹理等具体情况对模型进行精细化构建，表现更加详细的三维实体显示效果。

11、根据技术方案1-7中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中，

基于osgEarth构建三维数字航道场景主要有两种方式：一种是通过编写代码的方式在程序中添加节点将模型添加到场景中，该方式主要是针对动态的模型，用户可以在场景中对模型进行交互操作；二是通过Earth file配置文件的方式将模型添加到场景中，该方式主要是针对静态的模型，把高程、影像与模型等数据统一组织成Earth file配置文件里相应的数据格式，然后通过osgDB插件将其读入并作为一个节点添加到场景中，生成三维场景图；

高程层数据可视化，高程层数据的加载是通过Earth file文件中的<elevation>功能实现的，<elevation>为地形引擎提供一个高程地图网格，该引擎将综合所有高程数据至一个高程地图并且用它来建立地形瓦片；优选地，先将大范围的Geo TIFF文件用osgEarth_package工具进行切片，然后将切好的瓦片格式数据通过tms插件进行读取，该方式加载地形数据最大的优势在于它是根据视点高度分层加载与渲染地形数据的，而不是起初就将所有的地形数据全部加载，从而极大减轻了机器运行的负担，很大程度上提高了航道场景渲染的效率；

影像层数据可视化，影像层数据的加载是通过Earth file文件中的<image>功能实现的，通过使用gdal插件将影像纹理覆盖至几何地图上；

模型层数据可视化，模型层数据的加载是通过Earth file文件中的<model>功能实现的，模型层数据的渲染主要包括了空间矢量（栅格）数据的渲染与外部三维模型的渲染，在加载数据时需要注意其坐标系统必须与地形数据的坐标系统相一致。

11、根据技术方案1-7中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，还包括：在三维数字航道图显示可视化的水流情况。在一些情况下，通过在三维数字航道图中绘制等深线、纹理流场和粒子系统展示水流情况。等深线的可视化展示了航道水深的分布情况，纹理流场的可视化展现了航道水流流态的变化过程，粒子系统的可视化展现了水流流向和流速的大小，三者相辅相成，共同构建了水流可视化平台功能，丰富了系统对水流模拟内容的表达方式。

12、根据技术方案1-7中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，还包括：根据用户的指点，在三维数字航道图中提供图中任一个实体的信息。

13、根据技术方案1-7中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，还包括：在三维数字航道图中进行航道距离测量以得到航道场景中两点或者多点之间的距离。与二维距离测量不同的是，该距离指的是三维情景下的距离测量，其测量时如遇地形起伏，其测量线也将随地形起伏，更真实的反应了所测点之间的真实长度，以帮助了解三维航道场景下真实所测航段长度。

14、根据技术方案1-13中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中在步骤700后，重复进行步骤500的计算并不断地修改其中的实际航向直至判断预计航槽在船舶适航区域中，然后将此时修改的航向和预计航槽显示在三维数字航道图中。用户可以参照此时修改的航向和预计航槽控制实际航向。

15、根据权利要求1-14中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中时间T为10分钟、5分钟、2分钟、1分钟、30秒或10秒。

与二维电子航道图不同的是，三维电子航道图不仅能够表达二维电子航道图所能表达的几乎所有内容，还能够将如地形、地貌、地物等三维实体逼真的体现在电子航道平台中，实现如漫游、定位、查询等三维交互浏览功能，给用户一种身临其境的画面感与真实感，为用户提供了更直观、更有效的交互体验。使得用户可以更容易地掌控当前水流条件下适合该船航行的区域，帮助船舶确定是否航行在适航区域内，是否有撞船、搁浅等危险，系统通过发出警报声与危险信号提醒船舶操作人员，及时调整航向并采取合理有效的措施减少危险发生的几率，从而降低船舶事故发生的几率，进而实现船舶预警的功能。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例 1

I 、基于实时数据的通航能力分析

1 、研究区域概况

江津至重庆航段隶属于长江航运上游航段，全长约78公里，位于东经106°13'至106°41'，北纬29°12'至29°46'，沿岸包括了江津区、巴南区、大渡口区、九龙坡区、南岸区与渝中区。该航段属于川江自然河段，航道较窄且弯曲多变，滩险较多，弯、急、浅、险并存，河道平均比降约为0.18‰，平均流速在2m/s以上，航道尺度（最小航深航宽弯曲半径）为2.5m50m450m，最大可通航800至1000吨级船舶，枯水期航道最小维护水深达2.7m，洪水期航道维护水深达3.0m，为Ⅲ级航道标准。主要船型为分节驳、推船、普通驳、货船、客船，能够满足1000吨级船舶全年昼夜通航。该航段具体的通航条件如下：

（1）航段通航水域受限制。研究区域属于长江三级航道，由于受内河航道水深、宽度等航道尺度以及季节性等因素的影响，可供船舶尤其是大型机动船舶安全通航的水域有限，航段丰、枯水期的航道尺度差异明显，可供船舶航行的水域范围有很大差异。在研究区域内，航道宽度最宽可达数千米，而最窄处仅有百米左右，航道水深最深处可达数十米，而最浅处仅有2~3米。

（2）航段沿（跨）江建筑物众多，船舶通航受限。航段属长江上游重庆至江津段，全长约78公里，沿江已有10余座跨江大桥，包括朝天门大桥、大佛寺长江大桥、鹅公岩大桥、江津长江大桥、菜园坝大桥等，平均每隔不到10公里就有一座大桥，桥梁数量大，密度高，对船舶通航将产生较大影响。另外航段沿江还有许多大型的内河港口与丰富的助航设施，包括重庆港码头、李家沱码头、皇家码头以及各式灯塔、浮标与船标等，虽然交通部对沿（跨）江建筑物的通航选址论证做了许多硬性要求，但是由于规划、设计不当造成的沿（跨）江建筑物对船舶通航安全产生的影响的事故也时有发生。

（3）航段弯曲河段较多，蜿蜒多变，受泥沙的冲淤变化以及水流与河床之间的相互作用影响下，易形成如江心洲、浅滩、沙叽等碍航物，在重庆至江津段主干道上就存在着大大小小数十个江心洲以及浅滩，对航运安全产生了较大影响。

（4）航段属于长江三级航道，航道航行的船舶尺度、吨位不大，现代化与专业化的程度普遍不高，内河航运管理仍有待完善。

、航道通航能力及其影响因素研究

船舶（队）在航道上航行，影响其通航能力与航行安全的因素有许多，如航道等级、航道环境、气象条件、航行方式、人为因素等，通航水流判别标准在不同的国家，不同的河段与航段以及船舶技术发展的不同阶段都有与之相应的通航水流条件判别标准。由于航行条件是受水流流态、流速、波浪、水面比降等多种要素共同作用产生的综合效应，很难硬性统一规定。本文主要以四个方面的内容来探讨内河船舶通航影响的因素，分别是航道水深、航道宽度、航道曲率半径、桥区航段跨河建筑物。

1、航道水深对船舶通航的影响

航道水深是保障船舶安全航行的基本条件也是影响船舶通航能力的主要因素。所谓航道水深即指从航道水位线至河床底部的垂直距离，也是在设计最低通航水位条件下航道宽度范围内浅滩上的最小水深。其值可以用下式来表示：

（1）

式中：

H表示航道水深（m）；

t为船舶吃水（m）；

△H表示航道富裕水深（m）。

其中，航道富裕水深是指船舶龙骨板外缘最低点至相应河床底部之间的垂直距离，其作用就是让船底与河底保持一定的安全距离，避免船舶出现触底等事故。富裕水深值的计算需要考虑的因素有很多，如:

（2）

式中：

表示船舶下沉量，即船舶动吃水量（m）；

为船舶自身宽度；

L为船舶自身长度；

为船舶方形系数（与船速有关）；

为船速（船舶上行时取，下行时取）。

（2）船舶在航行时需要考虑推进器的安全而预留一部分水深值，一来可以使船舶的操纵更加灵活，二来可以保证推进器的安全避免触底损坏；通常，对船舶航行时推进器的安全有影响的水深吃水比为，对船舶航行时推进器的安全有十分明显影响的水深吃水比为。根据经验，在考虑船体固定下沉量之后，保持0.5~1.0m的船底预留水深即可保证船舶推进器的安全运行。

各个因素的值都有许多计算的方法，其中有一些计算结果精度较高，但对数据源精度与质量要求也很高，且各种计算公式与经验公式的适用范围十分有限，很难进行十分精确的定量化计算。主要从应用的角度去分析，依据长江航道局及相关部门分析，长江主要航道的水深H与船舶吃水t的比值通常在1.2～1.3之间，即H/t = 1.2～1.3，由公式可以得出，富裕水深△H =（0.2～0.3）t，以此作为本文研究区域设计航道水深阈值的计算参考，重庆至江津段为三级航道，船舶吃水依据《内河通航标准》，可以得出该航段航道水深与富裕水深的设计参考值，如下表所示：

表1：级航道航道水深相关参数值

航道等级船舶吨级（t）设计吃水（m）富裕水深（m）航道水深
	1000 2.0～2.4 0.4～0.7 2.4～3.1

2、航道宽度对船舶通航的影响

航道宽度与内河航道运输经济效益息息相关，直接影响到内河航道的通航能力与船舶航行的安全，而航道宽度对船舶通航能力的影响有许多方面的因素，如船舶在航行时自身需要一定的航迹带宽度并且受水流与风浪等的外力影响会产生一定的偏移，另外在航行的过程中还可能会发生岸吸与互吸等情况以及在弯曲航段曲率半径对航道宽度的影响等等，依托《内河航道标准》相关规定并结合研究区域实际情况，从以下几个方面来讨论分析：

（1）船舶航迹带宽度

船舶航迹带的宽度与船舶自身宽度、长度以及航行时的偏航角有关^[48]，可以根据下式计算：

（3）

式中：

为船舶在航行时的偏航角，三级航道通常偏航角取3°。

（2）航道预留富裕宽度

航道预留富裕宽度（）是指在保证船舶可以安全航行的前提下，不产生岸吸、互吸的现象所需要的最小富裕宽度，所谓岸吸即船舶与河岸之间的水流有推动船首离岸与吸引船尾靠岸的趋势现象，而互吸即两船交汇时由于船舶两侧存在着流速与水位差，从而形成压力差而产生的互吸现象。影响航道安全富裕宽度的因素有很多，比如船型、航行方式、水流流速、流态等，通常可按下述方式计算：

船舶与河岸间的的安全富裕宽度（）：

（4）

船间安全富裕宽度（）：

（5）

航道预留富裕宽度（）：

（6）

（3）水流致船舶偏移量

船舶在航行时由于受水流与风浪等的作用会产生垂直于航行方向的偏移，内河航道通常受风浪影响较小，其值可以忽略，因此主要考虑水流致船舶偏移量的值。其值可以通过下式进行计算：

（7）

式中：

为流向角，三级航道通常流向角不超过5°；

为水流流速；

为航速；

（4）弯曲航段加宽增量

在弯曲航段，船舶的运动情况比较复杂，船舶要根据航道的弯曲情况时刻调整航向顺弯航行，还要绕其本身中心不停转动，以避免与河岸或者来船相撞，或者进入到靠近岸边水深较低的地方发生搁浅。因此，船舶在弯曲航段航行的过程中，相比于顺直航段航宽要有所增加，其值受船舶长度、航道曲率半径、水流流速、流态、风速以及船舶性能等因素影响^[61]。通常，当R>6L时，航宽增量可以忽略不计；当3L<R<6L时，可根据水流条件等具体情况分析是否需要加宽；当R<3L时，航宽增量可按下式计算：

（8）

式中：

为弯曲航段加宽增量；

为弯曲航段航道曲率半径；

为直线段航道标准航宽。

综上所述，船舶航行所需航道宽度计算方法可以用下式表示：

顺直航段中

单线：（9）

双线：（10）

弯曲航段中

单线：（11）

双线：（12）

3、航道曲率半径对船舶通航的影响

航道曲率半径即航道曲度半径、弯曲半径，是指航道弯曲处，航道中心线所在圆半径的长度。通常在弯曲河段处，常伴有背脑水、扫弯水、斜流与回流等不正常水流，航道水深分布不均匀，凹岸一侧水深比凸岸一侧水深要大，凸岸处常有沙嘴、沙脚等淤积物，有的潜伏水下并延伸至河中，上行船舶沿岸航行容易发生吸浅，另外，航道转弯不能太急，曲率半径不能过小，以免在弯曲处发生碰岸或者搁浅等事故。因此，在保证船舶能够安全通过的情况下，分析航道最小曲率半径显得十分重要。但是，影响航道曲率半径的因素有许多，航道曲率半径的计算过程比较复杂，除了受船舶长度（成正比）影响之外，还与航向角、流向角、船宽、航速、流速、流态以及舵面积等因素有关，可以用下式表示：

(13)

式中：

K为有效系数，内河航道通常取0.038~0.041；

a为与流速有关的系数；

S为舵面积；

通过上述方法可以计算出某一船舶尺度的船型可以通过的最小航道曲率半径。当然，对计算结果要求不是很高的情况下，可以通过几何的方法在航道图上量取出航道的曲率半径，当知道某一弯曲航段的航道曲率半径后，就可以知道该弯曲航段所能通过的最大船舶尺度，为计算方便，根据经验可用式子来确定。

4、桥区航段跨河建筑物对船舶通航的影响

在长江航段上，随着交通的快速发展与河流的综合开发利用，航段上出现了越来越多的跨河建筑物，如桥梁、渡槽、过江电缆与过江索道等。为了保障船舶通行的安全，使船舶能够顺利通过这些跨河建筑物，尤其是在高水位时期能够安全顺利的通过，必须使这些建筑物下具有一定的安全航行空间，即具有足够的净空尺度。

净空尺度包括了净跨（）与净高（）两个部分。净跨是指桥梁或其它跨河建筑物的两墩之间内侧表面间的水平最小距离，通常按照单行船只所需要求的航宽来计算，不需要考虑两船交汇的情形，但是需要预留一定的富裕宽度确保船舶航行的安全，即在顺直航道按照式(9)与式(10)计算，在弯曲航道按照式(11)与式(12)来计算。

净高是指设计最高通航水位到跨河建筑物的下缘的垂直最小距离，主要受水面波浪起伏、水位高低变化等的影响，因此在跨河建筑物的下方需要预留一定的富裕宽度避免船舶在航行时与跨河建筑物下缘相撞，保障船舶航行的安全。通常可以用式(14)来表示：

（14）

式中：

《内河通航标准》对于跨河建筑物通航净空尺度也做了相应规范，如下表所示，在计算的过程中可以进行参考与对比：

表4-3 级航道跨河建筑物通航净空尺度标准

航道等级船舶吨级（t）净跨（m）净高（m）
	1000 30～75 8～10

3 、通航能力分析辅助决策模块

基于上述分析，研究航道尺度与通航能力的关系，可以结合实际需求建立内河通航能力判定模型，判定船舶是否能够通过某一航段。在实际应用中，由于模型涉及的参数很多，需要进行大量复杂的计算，基于上述原理与方法设计并开发了通航能力分析辅助决策模块，提高船舶安全预警的时效性与实用性。

该系统以面向对象的可视化编程语言C++为基础，使用SQLite作为系统数据库，结合Qt进行系统界面设计。在进行通航能力分析时，可以通过选取数据库中的目标船舶，利用GPS实时获取该船的位置、船速、航向角等信息，结合该船所在位置的实时水流情况进行计算，分析得出通过该船所需的最小的航道尺度，以此作为航道安全航行的阈值，辅助船舶操作者进行船舶安全航行预判，并将其作为后续安全预警分析平台的数据基础，辅助安全预警系统的应用，具体操作流程如下：

（1）选择船舶航行的方向，不同的航行方向对船舶通航能力（如船舶航迹带宽度等）有一定的影响，当船舶上行（逆行）时，需要保证船舶航速大于流速，而当船舶下行（顺行）时，相比上行需要至少扩大两公里的预警范围，以确保船舶可以在控制范围内及时进行调整；

（2）选择船舶，选择船舶可以有两种方式，一种是从数据库中选择已备案的船舶，点击“选择船舶”按钮，可以从数据库中选择一条需要船舶，选择好后该船舶的参数信息（船长、船高、船宽与吃水）自动录入系统船舶参数栏中；另一种是针对数据库中缺乏的船舶信息，手动进行船舶参数输入，输入的信息主要包括船长、船宽、船高与吃水；

（3）实时数据获取。GPS卫星不间断的向外发送星历信息与时间信息，船舶终端接收到这些信息并经过计算，可以得到船舶的三维坐标、航速与航向，船载终端通过GPS接收机获取实时定位信息（经纬度，航速，航向角），并将信息发送并存储至网络数据库。当监控端向网络数据库发送请求时，数据库就可以向监控端返回选中船舶的实时定位信息。然后，根据获得的位置信息（经纬度），在数值流场网格数据中寻找节点，若该位置信息没有节点，则寻找离当前位置信息最近的节点信息作为当前位置的节点信息，该过程实现方式如下：

首先读入流场的网格文件与流速文件，获得流场中每个节点的位置信息与流速信息。位置信息包括x，y，流速信息包括u，v，h。其中x表示节点的经度，y表示节点的纬度，u表示沿纬度方向的流速，v表示沿经度方向的流速，h表示水深。其次，根据获得的船舶位置计算船舶与每个节点的距离，取最近节点的水流流速u，v，作为该船舶所处位置的水流流速u，v。那么该船舶所在位置的流速信息（）则可以通过下式（15）进行计算：

（15）

而流向角（）则是船舶所在位置节点的水流流向与航道中心线之间的夹角，自此，可以获得选中船舶所处位置的水流条件（流速，流向角）；

（4）获取当前水情信息，根据船舶位置，从数据库中获取当前位置的水情信息（水位、流量等），水情信息是在不断更新中，因此不同的时间段即使是同一位置，水情信息也会不同，水情信息的更新频率随水文站点信息的更新频率而变化；以寸滩站点为例，本地预警系统平台水文数据分析模块向服务器申请水文数据，通过本地数据库与服务器的联系，可以得到目标站点规定时间段内的水文水情数据信息，寸滩水文站点在2013年1月1日至2014年9月16日期间，共存储了4557条水文数据，每条数据包含时间信息、站点信息、水位、流量、所属区域与河流等信息；

（5）获得上述数据之后，就可以进行船舶通航能力分析，得出在当前条件下船舶所能通过的最小通航尺度，通常包括水深、净高（跨）、流速、航宽与曲率半径，以此作为后续船舶安全预警的数据基础。

通过上述水文数据分析，其一，上述方式获得的水文水情数据是最新的实时数据，因此，可以用来计算在该日水文水情条件下航道的通航能力，作为航道适航区划分的判断条件之一，提高航道适航区划分的科学性与时效性；其二，通过对历史的水文数据进行分析，可以得出水文数据的趋势分析图，以对将来的水文水情形势进行科学预报，降低航道运行的风险系数。

、三维数字航道平台的集成

利用本发明的上述三维电子航道图，可以从水文水情信息实时获取与监测、水流模拟并行计算及其可视化以及基于GPS的航道船舶预警子系统这三个方面来构建航运预警平台。预警指的是在灾害以及其它需要提防的危险发生之前，根据以往的总结规律或观测得到的可能性前兆，向相关部门发出紧急信号，报告危险情况，以避免危害在不知情或准备不足的情况下发生，从而最大程度的减低危害所造成的损失的行为。将预警系统应用于航运上，即构成航运预警平台，其主要内容就是对航运系统各方面信息进行监测与综合分析，评价其安全状况，对可能出现的危害进行预判，并采取一定的措施进行控制，以达到减小甚至消除危害的目的。主要从水文水情的角度出发，结合水流模拟科学可视化的应用，通过GPS实时监测船舶情况构建船舶预警子系统，实时分析航道信息，并针对单船计算与显示其适航区域，实现三维数字航道仿真平台的监控预警功能。

、水文水情信息实时获取与监测

水文水情信息主要是指各水文站点的水位、流量、警戒水位、保证水位等信息，是船舶航行的重要指示标志，也是航运预警分析的数据基础。水情信息通常是由水文监测部门进行测量与整理，并在网站上公开发布。通过获取公共网络发布的水情信息并整理汇总，存储于网络服务器中，根据水情数据发布频率对数据库中的水文水情信息进行更新，从而保证航运监控水文水情信息的准确性与时效性。

水文水情信息数据库可通过编程的方式对网站监测水文站点水文数据实时监测与接收入库，在监控端上的三维数字航道平台集成了水文数据分析模块，可以实现访问网络数据库，查询历史和实时水情信息。其基本步骤为：

（1）编写程序按数据获取源更新频率，自动从水文站点发布网站获取源数据，并传输至服务器端；

（2）在服务器端编写程序进行源数据解析；

（3）将解析后的水文数据存入服务器端数据库；

（4）本地预警系统平台的水文数据分析模块，通过向服务器发送数据申请，获取需要的数据。

、水流模拟科学可视化

河道水流模拟不仅可以为船舶提供水位水深信息，而且还提供了影响船舶航行的另一个重要因素--水流流态。基于河流二维水动力学数值模型计算，首先需使用合适的离散方式对研究区域进行划分，分解成多边形网格；然后，基于水动力学的河流数值模型进行河道水流模拟，模拟结果包括整个研究区域内各个多边形节点处的水流流速场、水深；最后，根据河流模拟采用的多边形网格与计算的各个节点的水流流速与水深信息，通过等深线、纹理流场和粒子系统的方式实时的进行绘制和展现，具体内容如下：

（1）等深线(面)：在现有数据的基础之上，可以对结果进行各类的模拟科学可视化，等深线（面）就是其中具有代表性的一类，它不仅可以显示地形的高低起伏，而且还能根据其疏密等判断地形地貌的类型以及坡降陡缓等。等深线(面)的显示主要是通过多个固定水深值的面去切割已有的网格地形（通常将四边形网格分成四个三角形网格，方便计算），再根据不同的水流方案计算对其进行矢量化显示，不同的水深值可以切割出不同的等深线，颜色梯度采用标准的航道等深线标准进行显示。与传统的二维等深线不同的是，该等深线是一个具有三维效果的等深线，依据实际的水面高程进行显示，在滩地等无水地区将滩地裸露，更逼真的展示了等深线的三维效果。

（2）基于纹理图像的流场可视化:无论是水面高精度影像贴图还是水深分布图，都只能表达河流的形态，但是河流的水流流态却没有得到体现，在水流流动的模拟方面显得生硬，因此，水流流态的模拟成为提高水流可视化方面的重点研究对象，通过基于纹理图像的流场可视化（IBFV）方式模拟动态水流，与以往的以流场网格离散数据点为研究对象的可视化方法不同，其将整个流场作为研究对象并以图像的变形流动替代质点的平流，核心思想是基于流场中质点的运动，以背景图像的运动变形替代以往的质点运动来展示流场状态，是一种宏观图形表现微观粒子运动的方法。绘制步骤如下：

1）根据当前的流速值计算网格节点的移动量，绘制变形后的流场网格，通过纹理映射使背景图像随网格的变形而变形；

2）加入噪声纹理使其与背景图像相融合以保持流场动态显示的细腻性与可持续性，共同承担流场示踪的作用，形成新的流场状态图像；

3）将新生产的图像作为背景图像进行新一轮的循环，并采用不同的颜色（RGB颜色）表现不同的流速大小分布，实现流场的动态显示效果。

（3）基于粒子系统的流场可视化：粒子系统是一种应用较多的模拟不规则模糊物体的方法，能模拟物体随着时间变化的动态性与随机性。其基本思想是将许多简单的微小粒子作为基本元素来表示不规则物体。因此，可以将流体质点看做粒子，那么整个流场的变化过程就可以看做是粒子的出生、运动与消亡的过程，其运动规律可以由数学模型计算结果控制，而其出生与消亡的规律可以按照模拟效果的需求进行定制，所以其对流场的模拟具有良好的适应性。

另外，如果需要表现粒子的流动特性，需要涉及空间位置、矢量大小、方向等参数，并采用链表结构进行存储以减少循环的判断，通常采用移动的箭头表示，箭头的长短代表流速的大小（红色箭头表示流速较大，绿色箭头表示流速较小），而箭头的指向代表流速方向，不但从视觉上表现力独特，而且可以与物体的受力运动等物理机制相结合，逼真的模拟出水流的运动状态。

、基于 GPS 的船舶预警体系构建

航道船舶预警系统是整个三维数字航道仿真平台的重要组成部分与核心内容，主要包括船舶监控与数据传输模块、航道信息实时查询模块与适航区分布模块，通过这三个模块的有机结合，形成三维数字航道仿真平台船舶预警体系的构建，该系统可以实时监控船舶的航行状态，再将获得的信息反馈至监控终端，让船舶操作员了解船舶航行状态，能够及时对可能出现的危险进行有效预判，发挥监控预警与应急处理的功能，从而避免安全事故的发生。

（1）船舶监控与数据传输模块

船舶监控与数据传输模块主要由船载终端、中心服务器与监控终端船舶信息管理系统组成。

船载终端包括GPS接收机、GPRS模块、天线与电源四个部分。船载终端通过GPS接收机接收卫星数据，再通过GPRS通信网络与Internet网络将数据传输到中心服务器。服务器端软件对数据进行解析，并将其存储在服务器数据库中。监控终端基于C++开发程序接口，通过Web Service访问中心服务器，接收经过解析的数据，并进行分析。其主要功能具体有：

1）接收GPS卫星定位信息；

2）通过GPRS通信网络将定位信息发送至服务器端；

3）将获得的定位信息发送到指定的IP；

4）接受来自监控终端的命令；

5）监控终端远程设置船舶终端的发送时间间隔，通常为1次/s。

中心服务器是数据传输模块的核心，通过GPRS网络接收并解析来自船舶终端的定位信息，再将所得的定位数据存储在数据库中，然后通过Web Service服务，任何一台可以访问网络的计算机都可以与服务器建立连接，从而获得定位数据。主要包括无线串口程序与数据库两个部分。①无线串口程序通过GPRS DTU的配合使用，可以建立GPS接收机与中心服务器的无线通信信道。它的主要功能包括数据接收与解析、连接状态显示、数据发送与存储三部分。②数据库主要是用来存储接收的定位数据（包括位置信息、航速、航向等），根据用户的需求可以进行选择，论文采用SQLite数据库作为储存定位信息的数据库，其主要优点就是轻巧、使用方便、结构紧凑与高效可靠。

GPS定位数据传输格式采用的是GPGGA格式语句，该格式是一种常用的GPS数据传输格式，格式语句共包括17个字段，分别是语句标识头（DTU ID）、世界时间（UTC时间）、纬度、纬度半球（北纬N或南纬S）、经度、经度半球（北纬N或南纬S）、GPS状态（0初始化， 1单点定位， 2码差分）、使用卫星数量、水平精确度（0.5到99.9）、海拔高度、高度单位、大地水准面高度、高度单位、差分GPS数据期限、差分参考基站标号、校验与结束标记(用回车符<CR>与换行符<LF>)，分别用14个逗号进行分隔。该数据帧的结构及各字段释义如下：

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>

通过对GPGGA数据包进行解析，可以实时的获得船舶的位置信息与时间信息等，因此可以对船舶的航行信息进行实时更新，对于船舶航行的其它信息（如航速、航向等），可以通过已获得的相关数据进行计算得出。在船舶导航定位应用中，GPS所提供的连续、高精度的定位对船舶导航定位，保证船舶安全等方面有着十分重要的作用。

监控终端软件主要包括客户端程序与船舶监控预警程序两个部分。其中，客户端程序用于访问中心服务器，通过发送请求命令，向中心服务器请求发送数据并实时接收中心服务器发出的数据；船舶监控预警主要负责对接收的实时定位数据进行处理、分析，并结合可视化开发工具，实现船舶基于GPS数据航行的可视化，进而从监控端对船舶进行有效的监控。

（2）航道信息实时查询模块

航道信息实时查询模块是用户了解航道信息最直观、最方便与体验性最佳的方式，用户可以在航道场景中随时随地的了解任何一个实体的信息，在整个航道船舶预警体系中，航道信息实时查询为用户提供了一种非常好的操作体验和获取航道信息的方式，兼具可视性和实用性。航道信息实时查询功能的实现原理就是：

1）鼠标点击（移动至）某一实体，通过OSG提供的交运算中的一个类（osgUtil：：Intersector）可以拾取鼠标与场景的交点（场景节点），而类osgUtil：：LineSegmentIntersector继承自类osgUtil：：Intersector，该类提供了一种定义射线的方法，测试该射线与被测物体之间的交点并执行相应的一些操作，实现方法如下表所示：

2）每一个三维场景节点都有一个标识号，通过该标识号与数据库中的实体标识号进行对应，使用Qt中的QSqlQuery类建立三维场景与数据库之间的连接，从而获得船舶节点的属性信息以及空间信息等通过在三维场景中添加一个Lable窗口并通过GRID类显示获得的船舶属性信息以及空间信息等，并且该Lable窗口随着场景节点的移动而随之移动，从而实现航道信息实时查询的可视化效果。

（3）适航区分布模块

船舶监控与数据传输模块与航道信息实时查询模块为预警系统建立了GPS实时数据基础与实时可视化平台，基于此开发了通航能力分析辅助决策子系统船舶适航区分布功能模块，结合已有的水流计算方案，通过三维可视化技术，对船舶可能遇到的危险进行预判，并描绘出适合船舶航行的适航区域以供参考，实现思路如下：

1）根据当前水位、流量信息并结合已有的水流计算方案进行插值，得出该水位、流量下的航道水流状态；

2）选择需要预警的船舶（船舶属性信息可以直接从船舶数据库中选择，水情实时数据可以从水流方案中进行提取，而船速、航向角等船舶空间信息可以从GPS数据库中得到），并选择船舶的航行方向（分为船舶上行与船舶下行）；

3）根据上述信息以及通航能力分析辅助决策子系统提供的数据作为基础，可以计算出针对当前船舶适航条件的各项参数阈值，结合该阈值以及当前的水流状态可以绘制出船舶的适航区域。

、平台功能与应用

1 航道要素三维可视化

（1）航道地形：为满足区域、航段可视化效果，且尽量减小机器运行负荷的要求，平台通过分层加载的方式载入不同精度的地形数据，航道地形作为最内层数据用2.5m精度的DEM加载和渲染，能够满足平台对航道地形可视化的要求。因此，通过航道三维地形的载入使得平台场景能够满足对三维视觉的要求。

（2）航道影像：航道影像数据的载入是为了使得平台虚拟场景能够更加贴近实际，通过earth file文件以静态图像的方式进行载入，并且，可以将影像数据分层切片以及缓存处理，通过该方式可以在不影响可视化效果的基础上，加快航道影像渲染与显示的效率。

（3）航道内助航设施与典型建筑：作为航道平台的开发与应用，航道内要素的三维可视化是重中之重，其表达的信息将作为航道管理、预警等的主要依据，航道内要素是否齐全、准确与规范也将影响整个航运体系的构建。航道内要素主要包括助航设施（浮标、岸标、灯船、灯塔等）和跨江建筑（桥梁、索道等），跨江建筑通过调研与收集数据按照标准比例进行构建，而助航设施需要参照《电子航道图表达规范》，无论在形状、颜色还是尺寸等方面需按规范要求严格构建。

通过典型建筑物的三维可视化可以提高平台场景的可识别度，并且，通常典型建筑物都含有一些特殊信息，这些信息对航运管理能够起到提醒和帮助的作用。

因此，航道内助航设施与典型建筑的三维可视化，不仅可以丰富航道三维场景的内容，还能增强平台的交互性与可识别性。

（4）航道外沿江建筑：航道外沿江建筑的三维可视化可以辅助展现除航道内要素外的航道场景内容，通常其数据量较大，但精度要求不高，因此采用批量建构的方式，一方面可以丰富整个航道场景周边的内容，另一方面方便了解航道周边情况，对辅助通航起到了一定的帮助。

（5）船舶可视域：可视域功能的应用通过结合船舶所在位置的水流情况及其周边情况，根据视点高程设置一个船舶在航行时可以看到的一个周边情况范围（绿色区域表示可见，红色区域表示不可见），以提高船舶在航行时对其周围信息的预判。

（6）水流可视化：航道水流可视化是为了结合水流信息（包括流速、流向等）通过科学的方式进行水流信息与状态表达，以科学、直观的方式展现航道内水流情况的变化，主要通过等深线、纹理流场和粒子系统三个方面进行绘制和描述。

等深线的可视化展示了航道水深的分布情况，纹理流场的可视化展现了航道水流流态的变化过程，粒子系统的可视化展现了水流流向和流速的大小，三者相辅相成，共同构建了水流可视化平台功能，丰富了系统对水流模拟内容的表达方式。

、航道综合信息管理

（1）船舶、桥梁信息数据库管理平台：船舶（桥梁）信息数据库管理可以方便平台数据库的操作（包括增减信息、修改信息与提交信息等），通过平台中对话框的操作并提交信息可以与数据库进行同步更新，从而提高了数据库信息管理的效率。

（2）船舶搜索与定位：在船舶管理中，平台可以与船舶数据库的关联，构建基于船舶数据库的船舶搜索系统。该功能可以实现快速查找目标船舶的信息（包括船舶编号、名称、类型等）并且迅速锁定目标船舶在航道中的位置。

（3）航道信息查询：航道信息查询功能增强了平台的交互性，通过该功能可以迅速了解在航道场景中任一实体的信息（包括空间位置信息和属性信息等），帮助船舶了解其附近周边的实体动态信息（船舶信息）和静态信息（桥梁、建筑等）。

（4）航道距离测量：通过航道距离测量功能可以得到航道场景中两点或者多点之间的距离，与二维距离测量不同的是，该距离指的是三维情景下的距离测量，其测量时如遇地形起伏，其测量线也将随地形起伏，更真实的反应了所测点之间的真实长度，以帮助了解三维航道场景下真实所测航段长度。

、针对单船的航行预警

（1）水流信息提取：基于二维水动力学模型对航道通航水流条件进行模拟，通过对模型计算结果的科学分析，可以得到航道内如水深、流速、流向等水流信息，使这些信息成为船舶航行预警的一部分。

（2）水情信息获取与显示：通过获取公共网络发布的水情信息并进行整理汇总，存储于网络服务器中，并根据水情数据发布频率对数据库中的水情信息进行更新与现实，通过该功能来保证航运监控水情信息的准确性与时效性。

（3）船舶信息提取：研究基于GPS的船舶定位信息获取、传输、存储等技术，将船舶实时位置坐标存储于后台数据库系统，通过船舶真实信息与航道三维场景的有机结合，用于船舶监控。通过计算分析区域内船舶间的空间位置关系，结合水流条件，辅助显示安全会船。

（4）通航能力分析：通过对通航水流条件的研究，重点从航道水深、航道宽度、航道曲率半径、跨江桥梁高度等几个方面探讨了内河船舶通航的影响因素，开发了通航水流条件预警计算模块，为船舶预警提供科学可靠的依据。

（5）适航区绘制：基于科学的水流信息和通航能力分析，在通航水流条件预警计算模块的基础上，可以计算出对航道航行有较大影响的参数阈值（包括水深值、航宽值、净高净跨值、航道曲率半径），通过该阈值的设定绘制出在当前水流条件下的船舶适航区域。

（6）单船预警提示：单船预警系统是平台航道预警中最重要的部分，平台通过获取监测站点的水情信息，采用二维水动力学模型对航道通航水流条件进行模拟，获取当前水情状态下的水深、流速等水流条件；根据特定船舶的船舶参数与装载情况，计算分析船舶适航区域，并结合船舶实时定位信息，判断船舶与船舶、船舶与桥梁之间的安全行驶距离，对船舶行驶中可能出现的危险情况进行实时预警，并针对单船绘制适合该船航行的路线，保证船舶行驶安全。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出适当改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于三维数字航道图的船舶导航方法，包括：

2. 根据权利要求1的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中在步骤700后，重复进行步骤500的计算并不断地修改其中的实际航向直至判断预计航槽在船舶适航区域中，然后将此时的修改的实际航向和预计航槽显示在三维数字航道图中。

3.根据权利要求1的基于三维数字航道图的船舶导航方法，还包括：在三维数字航道图显示可视化的水流情况。

4.根据权利要求1的基于三维数字航道图的船舶导航方法，还包括：根据用户的指点，在三维数字航道图中提供图中任一个实体的信息。

5.根据权利要求1的基于三维数字航道图的船舶导航方法，还包括：在三维数字航道图中进行航道距离测量以得到航道场景中两点或者多点之间的距离。

6.根据权利要求1-5中任一项的基于三维数字航道图的船舶导航方法，其中时间T为10分钟、5分钟、2分钟、1分钟、30秒或10秒。