CN106840170A - 一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统 - Google Patents

一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，由海底地形大地高数据库、可视化多维导航应用终端和船舶简易可视化姿态显示终端三部分组成，其中：海底地形大地高数据库用于存储带有位置标签的空间海底地形大地高数据；可视化多维导航应用终端包括海底地形三维可视化模块、相对大地高信息模块、平面位置模块、港口潮位信息模块、航道实时水位信息模块、风场信息模块、计划航线设计模块和安全警戒面设计模块；船舶简易可视化姿态显示终端用于显示船舶的姿态变化及横、纵倾角信息，使船舶驾驶员了解船舶实时状况。该系统解决了二维电子海图不能提供海底微地形和快速获取精度较高的实时水位信息的一系列问题。

Description

一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统
技术领域
本发明涉及船舶导航领域，具体涉及一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统。
背景技术
导航系统为船舶的航行提供了安全保障，随着技术的发展，导航的含义也在得到不断地扩充。目前导航已经不再局限于简单的二维平面的导航。对于在近岸浅水区域航行的船舶，海底微地形以及实时的水位对于船舶航行安全显得更为重要。然而，船舶上目前普遍应用的二维电子海图，不能体现海底微地形状况，此外水位信息还需要进行人工的计算，在水深受限的区域，低精度的水位估算对水位利用造成损失。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，该系统解决了二维电子海图不能提供海底微地形和快速获取精度较高的实时水位信息的一系列问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，由海底地形大地高数据库、可视化多维导航应用终端和船舶简易可视化姿态显示终端三部分组成，其中：
所述海底地形大地高数据库用于存储带有位置标签的空间海底地形大地高数据；
所述可视化多维导航应用终端包括海底地形三维可视化模块、相对大地高信息模块、平面位置模块、港口潮位信息模块、航道实时水位信息模块、风场信息模块、计划航线设计模块和安全警戒面设计模块；用于对海底地形进行三维可视化显示，同时实时展现船舶三维位置坐标并可视化显示船舶轮廓；所述船舶简易可视化姿态显示终端用于显示船舶的姿态变化及横、纵倾角信息，使船舶驾驶员了解船舶实时状况。
所述空间海底地形大地高数据以参考椭球面为参考基准。
所述可视化多维导航应用终端和船舶简易可视化姿态显示终端集成了用户可视化界面基本组件、程序调用链接库、串口数据读取程序库和ActiveX数据对象。
所述海底地形三维可视化模块、相对大地高信息模块和平面位置模块之间的交互可实时呈现船舶在海底地形三维可视化模块中的可视化，同时显示三维坐标以及相对大地高值。
所述航道实时水位信息模块通过调用海洋数值预报模型中的水位数据显示航路上的水位。
所述海洋数值预报模型为FVCOM模型。
所述风场信息模块通过风速仪串口读入的数据及船速、航向计算真风向、风速，估算并显示船舶所受到的风压力。
所述安全警戒面设计模块通过Excel指定表的行列区域接收警戒矩形区域四个端点坐标以及大地高值绘制安全警戒面，进行航行安全水深监测。
所述船舶简易可视化姿态显示终端可通过串口读入的姿态测量仪的数据并实时显示船舶的横、纵倾角，及对船舶姿态的可视化显示。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明技术方案解决船舶在近岸浅水区域航行时对海底微地形的获取问题，同时通过与海洋数值预报模型的结合，减轻了人工对水位计算的负担，同时也提高了水位的计算精度。此外，三维可视化能够使得船舶驾驶更清晰的获得海底微地形状况，同时能够通过船舶简易可视化姿态显示终端使得船舶驾驶员更清楚的掌握船舶自身状态。
附图说明
图1是本发明系统的构成框图。
图2安全警戒面设计模块的操作及流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明保护一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，目的在于实现在近岸水域向船舶提供海底微地形和较高精度的航路上的实时水位信息，提高船舶航行安全保障。该系统由海底地形大地高数据库、可视化多维导航应用终端和船舶简易可视化姿态显示终端三部分组成，其中：海底地形大地高数据库主要用于存储以WGS84或CGCS2000参考椭球面的海底地形大地高数据表，其中，WGS84是国际上应用较多的，CGCS2000是我国应用较多的，相应的海底地形大地高数据分别存于不同的表，可供用户切换选择。
可视化多维导航应用终端，对海底地形进行三维可视化显示，同时实时展现船舶三维位置坐标并在大比例尺下可视化显示船舶轮廓，它主要包括如下的模块：海底地形三维可视化模块、相对大地高信息模块、平面位置模块、港口潮位信息模块、航道实时水位信息模块、风场信息模块、计划航线设计模块、安全警戒面设计模块。
本实施例中该系统还用到以下基础组件：CheckBox组件、Menu Editor、Pop-upMenu组件、Button组件、Axes组件、Text组件和ActiveX Control组件。
可视化多维导航应用终端和船舶简易可视化姿态显示终集成了用户可视化界面基本组件、程序调用链接库、串口数据读取程序库、ActiveX数据对象。
其中，海底地形三维可视化模块的功能是显示带有经纬网和垂向大地高坐标的船舶航行区域指定辐射范围内的海底地形大地高三维可视化面。并依据本船三维位置坐标在大比例尺下可视化显示船舶轮廓。
相对大地高信息模块，通过平面位置模块提供的位置获取海底地形的大地高和经高精度GNSS实时测得的船底大地高计算相对大地高，从而起到富余水深监测作用，同时接收并向其他模块提供船底的大地高信息。
平面位置模块，用来显示船舶的实时平面位置，可在海底地形三维可视化模块中显示，并向其他模块提供平面位置信息。
港口潮位信息模块，用来图形化显示港口验潮站的潮汐信息。
航道实时水位信息模块，通过位置坐标读取、调用海洋数值预报模型中水位网格内的数据并显示航路上的水位，供船舶获得实时水位信息，本实施中使用的是FVCOM模型，FVCOM模型较适合近岸复杂不规则岸线水域的水位预报，精度较高。
风场信息模块，通过串口读入风速仪的数据，并依据由串口读入的航速、航向计算真风向、风速，同时由选择按钮选择性显示真风向、风速和/或视风向、风速，并结合输入的船舶水线上受风面积估算并显示风压力。
计划航线设计模块，通过Excel接收计划航线三维坐标，并在海底地形三维可视化模块(三维图)中显示。
安全警戒面设计模块，可通过Excel指定表的行列区域接收警戒矩形区域的四个端点的坐标以及大地高值(根据船舶自身需求以及航行区域的大地高值设计)并绘制安全警戒面，且在海底地形三维可视化模块中显示，进而依据船舶实时测得的船底大地高和设计的安全警戒面中大地高进行安全监测。
船舶简易可视化姿态显示终端，用来显示船舶的姿态变化及横、纵倾角信息，使船舶驾驶驾驶员更为清晰的了解船舶的状况。
船舶简易可视化姿态显示终端包括横倾角度信息模块、船舶简易姿态可视化模块和纵倾角度信息模块：
其中横倾角度信息模块用于接收、解析姿态传感器横倾角数据并显示，同时向船舶简易姿态可视化模块提供横倾角信息；
其中船舶简易姿态可视化模块对船舶的姿态进行可视化显示。
其中纵倾角度信息模块用于接收、解析姿态传感器纵倾角数据并显示，同时向船舶简易姿态可视化模块提供纵倾角信息。
进一步的，海底地形大地高数据库，其主要存储用于海底地形三维可视化模块中表达海底地形的海底地形大地高数据。
安全警戒面设计模块操作及流程图如图2所示，开启海底地形三维可视化模块和安全警戒面设计模块，根据自身船舶需求以及计划航线上大地高输入安全警戒面四个端点坐标及大地高。启动平面位置模块输出平面位置、启动相对大地高模块输出船底大地高，这两个模块作为三维位置的实时输出模块，实时通过位置匹配，对船舶实时船底大地高与对应位置处的设定警戒面大地高关系进行比对判断，如若船舶实时船底大地高大于或等于对应位置处的设定警戒面大地高时，则进行下一位置点的判断，直至航程结束；如若船舶实时船底大地高小于对应位置处的设定警戒面大地高时，则系统发出视觉文字和听觉警报，当人为进行干预消除警报后，则进行下一位置点的判断，直至航程结束。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，其特征在于，由海底地形大地高数据库、可视化多维导航应用终端和船舶简易可视化姿态显示终端三部分组成，其中：
所述海底地形大地高数据库用于存储带有位置标签的空间海底地形大地高数据；
所述可视化多维导航应用终端包括海底地形三维可视化模块、相对大地高信息模块、平面位置模块、港口潮位信息模块、航道实时水位信息模块、风场信息模块、计划航线设计模块和安全警戒面设计模块；用于对海底地形进行三维可视化显示，同时实时展现船舶三维位置坐标并可视化显示船舶轮廓；
所述船舶简易可视化姿态显示终端用于显示船舶的姿态变化及横、纵倾角信息，使船舶驾驶员了解船舶实时状况。
2.根据权利要求1所述一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，其特征在于，所述空间海底地形大地高数据以参考椭球面为参考基准。
3.根据权利要求1所述一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，其特征在于，所述可视化多维导航应用终端和船舶简易可视化姿态显示终端集成了用户可视化界面基本组件、程序调用链接库、串口数据读取程序库和ActiveX数据对象。
4.根据权利要求1所述一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，其特征在于，所述海底地形三维可视化模块、相对大地高信息模块和平面位置模块之间的交互可实时呈现船舶在海底地形三维可视化模块中的可视化，同时显示三维坐标以及相对大地高值。
5.根据权利要求1所述一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，其特征在于，所述航道实时水位信息模块通过调用海洋数值预报模型中的水位数据显示航路上的水位。
6.根据权利要求5所述一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，其特征在于，所述海洋数值预报模型为FVCOM模型。
7.根据权利要求1所述一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，其特征在于，所述风场信息模块通过风速仪串口读入的数据及船速、航向计算真风向、风速，估算并显示船舶所受到的风压力。
8.根据权利要求1所述一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，其特征在于，所述安全警戒面设计模块通过Excel指定表的行列区域接收警戒矩形区域四个端点坐标以及大地高值绘制安全警戒面，进行航行安全水深监测。
9.根据权利要求1所述一种基于海洋数值预报模型的船舶多维导航系统，其特征在于，所述船舶简易可视化姿态显示终端可通过串口读入的姿态测量仪的数据并实时显示船舶的横、纵倾角，及对船舶姿态的可视化显示。
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