CN107036628B - 一种用于纸海图校正的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于纸海图校正的方法，其技术特点是包括以下步骤：通过两个校准点完成海图安放时产生的偏移和旋转误差校正；通过三个校准点完成纸海图变形误差校正。本发明能够将变形的纸海图坐标系或安放时偏移的坐标系和实际安放位置的坐标系形成映射，在标绘光点或者在纸海图拾取点的位置坐标时，通过该映射变换，可以提高光点标绘指示精度和坐标拾取精度，并且通过两个位置点的选取，得到两组理论位置坐标和实际位置坐标，实现纸海图安放时产生的旋转误差和移动误差，通过三个位置点的选取，得到三组理论位置坐标和实际位置坐标，完成纸海图旋转误差、移动误差和形变误差。

Description

一种用于纸海图校正的方法
技术领域
本发明属于舰船纸海图技术领域，尤其是一种用于纸海图校正的方法。
背景技术
在舰船实际航行中，需要通过电子设备在纸海图上标绘出本船当前位置和目标位置。使用纸海图时，需要将纸海图安放在纸海图标绘设备表面的指定位置，标绘设备才能够在纸海图正确的位置上标绘指示点。将纸海图铺放在设备指定位置后，设备会根据纸海图信息将纸海图的每一个点的经纬度，与设备表面位置对应起来，形成映射关系。在得到本船或者目标船只的经纬度信息后，计算机根据映射关系由经纬度计算出需要指示的在机箱表面的点坐标，并控制标绘系统在该位置标绘指示。
由于人工安放纸海图时无法保证完全符合要求，纸海图在长时间使用之后也会存在一定程度的变形。这些因素都会影响设备标绘指示的精度，当本船和目标在纸海图上的位置标绘不准确时，会影响航行的安全，造成财产损失。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够有效提高光点标绘指示精度和坐标拾取精度的用于纸海图校正的方法。
本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种用于纸海图校正的方法，包括以下步骤：
步骤1、通过两个校准点完成海图安放时产生的偏移和旋转误差校正；
步骤2、通过三个校准点完成纸海图变形误差校正。
所述步骤1包括纸海图正确安放位置转换为实际安放位置校正和实际安放位置转换为正确安放位置校正；其中
(1)纸海图正确安放位置转换为实际安放位置的校正方法为：
假设纸海图上任一点的正确位置应为(xc,yc)，由纸海图正确安放位置到实际安放位置的校准关系为：(xc',yc')＝F(xc,yc|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)，由(xc,yc)至(xc',yc')分为偏移部分变换和旋转两个部分变换：
偏移部分变换公式：
Figure BDA0001265772690000021
式中：
(x1'-x1,y1'-y1)为偏移向量；xoffset、yoffset为偏移后的中间变量；
由(xoffset,yoffset)至(xc',yc')的旋转变换部分公式为：
Figure BDA0001265772690000022
(2)纸海图实际安放位置转换为正确安放位置的校正方法为：
假设纸海图上某点实际位置为(xc',yc')，从实际安放位置到正确安放位置的校准关系为(xc,yc)＝F-1(xc',yc'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)；该F-1变换过程由(xc',yc')至(xc,yc)分为旋转变换部分和平移变换部分；
旋转变换部分公式为：
Figure BDA0001265772690000023
式中：
xoffset、yoffset——经过旋转校正后的中间量；
偏移部分变换公式：
Figure BDA0001265772690000024
以上公式中，(x1,y1)是纸海图理论上应该摆放的左下角坐标，(x1',y1')是纸海图实际摆放的左下角坐标，(x2,y2)是理论上纸海图下边缘某点所处的位置，(x2',y2')是实际上该点所处的位置。
所述步骤2包括纸海图正确安放位置转换为实际安放位置校正和实际安放位置转换为正确安放位置校正，其中，
(1)纸海图正确安放位置转换为实际安放位置的校正方法为：
首先进行海图变形校正(xctmp',yctmp')＝G(xc,yc)＝(λxxc,λyyc)，再对(xctmp',yctmp')进行两点校正变换，从而得到(xc',yc')＝F(xctmp',yctmp'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)；其中，(xc,yc)为第三校准点的正确安放位置，(xc',yc')为第三校准点的实际安放位置：
(2)纸海图实际安放位置转换为正确安放位置的校正方法为：
首先进行海图旋转和偏移的校正，其方法为：
(xctmp',yctmp')＝F(xc',yc'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)，
然后，对(xctmp',yctmp')进行G-1变换：
Figure BDA0001265772690000031
以上公式中，(x1,y1)是纸海图理论上应该摆放的左下角坐标，(x1',y1')是纸海图实际摆放的左下角坐标，(x2,y2)是理论上纸海图下边缘某点所处的位置，(x2',y2')是实际上该点所处的位置。
所述校准点的选取方法为：第一个校准点选取纸海图左下角点，第二个校准点选取纸海图下边缘的一点且远离第一个校准点，第三个校准点选取纸海图右上方的一点且远离前两个校准点。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明能够将变形的纸海图坐标系或安放时偏移的坐标系和实际安放位置的坐标系形成映射，在标绘光点或者在纸海图拾取点的位置坐标时，通过该映射变换，可以提高光点标绘指示精度和坐标拾取精度。
2、本发明通过两个位置点的选取，得到两组理论位置坐标和实际位置坐标，实现纸海图安放时产生的旋转误差和移动误差；本发明通过三个位置点的选取，得到三组理论位置坐标和实际位置坐标，完成纸海图旋转误差、移动误差和形变误差。
附图说明
图1为本发明的纸海图上三个校准点位置示意图；
图2为图1的两个校准点局部放大图；
图3为第三校准点数据定义示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种用于纸海图校正的方法，取纸海图左下角点为第一个校准点，纸海图下边缘某点为第二个校准点，第二个校准点应距离第一个校准点尽量远。纸海图中任意一点为第三个校准点，为保证校准的准确性，推荐使用海图右上方点作为第三个校准点，应距离前两个校准点尽量远，如图1所示。第一校准点和第二校准点可以完成海图安放时产生的偏移和旋转误差校正，第三校准点可以完成纸海图变形误差校正。
本发明的用于纸海图校正的方法包括以下步骤：
步骤1、通过两个校准点完成海图安放时产生的偏移和旋转误差校正：
如图2所示，左下侧为纸海图应该摆放的位置(机箱坐标系)，右上侧为纸海图实际摆放的位置。(x1,y1)是纸海图理论上应该摆放的左下角坐标，(x1',y1')是纸海图实际摆放的左下角坐标，(x2,y2)是理论上纸海图下边缘某点所处的位置，(x2',y2')是实际上该点所处的位置。
根据(x1,y1)、(x1',y1')和(x2,y2)、(x2',y2')两对数值完成对纸海图安放时产生的偏移和旋转校正。x1,x1',y1,y1',x2,x2',y2,y2'分别是同一直角坐标系中数值，其中，y1＝y2。
利用第一校准点确定纸海图安放的位置偏差为(x1'-x1,y1'-y1)，利用第一校准点和第二校准点共同判断纸海图偏转角度，
Figure BDA0001265772690000041
本步骤在进行校正时，包括纸海图正确安放位置转换为实际安放位置和实际安放位置转换为正确安放位置两部分。
(1)纸海图正确安放位置转换为实际安放位置的方法为：
假设纸海图上某点，正确位置应为(xc,yc)，由纸海图正确安放位置到实际安放位置的校准关系为：(xc',yc')＝F(xc,yc|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)。该变换主要应用于已知经纬度需要在纸海图上指示光点的情况下，先将经纬度转换成直角坐标系位置点，再将通过该变换修正位置点。
由(xc,yc)至(xc',yc')分为偏移和旋转两个部分变换。
偏移部分变换公式：
Figure BDA0001265772690000051
式中：
(x1'-x1,y1'-y1)——偏移向量；
xoffset，yoffset——偏移后的中间变量。
由(xoffset,yoffset)至(xc',yc')为旋转变换部分：
Figure BDA0001265772690000052
公式(1)、(2)共同完成(xc',yc')＝F(xc,yc|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)变换。
(2)纸海图实际安放位置转换为正确安放位置的方法为：
假设纸海图上某点实际位置为(xc',yc')，从实际安放位置到正确安放位置的校准关系为(xc,yc)＝F-1(xc',yc'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)。该变换主要应用在从数字化板上拾取经纬度数值的情况下，先用数字化板判断线圈位置，将该位置通过该变换修正，将修正后的位置转换成经纬度，可以减小误差。
F-1变换过程由(xc',yc')至(xc,yc)分为两部分，先进行旋转变换，再进行平移变换。
旋转变换部分：
Figure BDA0001265772690000053
式中：
xoffset、yoffset——经过旋转校正后的中间量。
偏移部分变换公式：
Figure BDA0001265772690000061
公式(3)、(4)共同完成(xc,yc)＝F-1(xc',yc'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)变换。
步骤2、通过三个校准点完成纸海图变形误差校正：
三点校正是在两点校正的基础上对纸海图的缩放进行校正，该校正不能完成纸海图的不规则变形校正，只能校正x，y方向上的线性变形。
第三校准点的选择如图3所示，坐位点(x3,y3)为理论上该点位置，坐标(x3',y3')为实际该点位置，两点之间偏移产生的原因有旋转、偏移和海图变形。(xtmp',ytmp')是(x3,y3)经过海图变形误差之后的点，(xtmp',ytmp')与(x3,y3)之间的变换等同于两点校正。
通过第三点校正纸海图变形误差流程为：将第三点的实际位置(x3',y3')经过两点校正F-1(x3',y3'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)得到(xtmp',ytmp')，通过(x3,y3)和(xtmp',ytmp')之间的关系，计算纸海图的横纵变形。第三个校准点的横向偏移为dx＝xtmp'-x3，纵向偏移为dy＝ytmp'-y3，计算横向缩放比λx＝(x3+dx)/x3，纵向缩放比λy＝(y3+dx)/y3。
若更换海图后，未采用任何校正，则认为x1＝x1',y1＝y1',y2＝y2'，不需要进行F-1(x3',y3'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)变换，直接认为(xtmp',ytmp')＝(x3',y3')。
(1)纸海图正确安放位置转换为实际安放位置的方法为：
从正确安放位置(xc,yc)到实际安放位置(xc',yc')的三点校正流程为：先进行海图变形校正(xctmp',yctmp')＝G(xc,yc)＝(λxxc,λyyc)，再对(xctmp',yctmp')进行两点校正变换，得到(xc',yc')＝F(xctmp',yctmp'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)。
(2)纸海图实际安放位置转换为正确安放位置的方法为：
从实际安放位置(xc',yc')到正确安放位置(xc,yc)的三点校正流程为：先进行海图旋转和偏移的校正(xctmp',yctmp')＝F(xc',yc'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)，再对(xctmp',yctmp')进行G-1变换
Figure BDA0001265772690000071
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种用于纸海图校正的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、通过两个校准点完成海图安放时产生的偏移和旋转误差校正；该步骤包括纸海图正确安放位置转换为实际安放位置校正和实际安放位置转换为正确安放位置校正；其中：
(1)纸海图正确安放位置转换为实际安放位置的校正方法为：
假设纸海图上任一点的正确安放位置为(xc,yc)，由纸海图正确安放位置到海图上任一点的实际安放位置(xc',yc')的校准关系为：(xc',yc')＝F(xc,yc|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)，由(xc,yc)至(xc',yc')分为偏移部分变换和旋转两个部分变换：
偏移部分变换公式：
Figure FDA0002580662010000011
式中：
(x1'-x1,y1'-y1)为偏移向量；xoffset、yoffset为变换的中间变量；
由(xoffset,yoffset)至(xc',yc')的旋转变换部分公式为：
Figure FDA0002580662010000012
(2)纸海图实际安放位置转换为正确安放位置的校正方法为：
假设纸海图上任一点的实际安放位置为(xc',yc')，从实际安放位置到正确安放位置的校准关系为(xc,yc)＝F-1(xc',yc'|x1',x1,y1',y1,x2',x2,y2',y2)；该F-1变换过程由(xc',yc')至(xc,yc)分为旋转变换部分和平移变换部分；
旋转变换部分公式为：
Figure FDA0002580662010000021
偏移部分变换公式：
Figure FDA0002580662010000022
以上公式中，(x1，y1)是纸海图理论上应该摆放的左下角坐标，(x1′，y1′)是纸海图实际摆放的左下角坐标，(x2，y2)是理论上纸海图下边缘某点所处的位置，(x2′，y2′)是实际上该点所处的位置；上述左下角坐标为第一校准点，上述纸海图下边缘某点所处的位置为第二校准点；
步骤2、通过三个校准点完成纸海图变形误差校正；该步骤包括纸海图正确安放位置转换为实际安放位置校正和实际安放位置转换为正确安放位置校正，其中，
(1)纸海图正确安放位置转换为实际安放位置的校正方法为：
首先进行海图变形校正(xctmp′，yctmp′)＝G(x3，y3)＝(λxx3，λyy3)，再对(xctmp′，yctmp′)进行两点校正变换，从而得到(x3′，y3′)＝F(xctmp′，yctmp′|x1′，x1，y1′，y1，x2′，x2，y2′，y2)；其中，(x3，y3)为第三校准点的正确安放位置，(x3′，y3′)为第三校准点的实际安放位置，所述第三校准点为纸海图右上方的一点且远离前两个校准点；
(2)纸海图实际安放位置转换为正确安放位置的校正方法为：
首先进行海图旋转和偏移的校正，其方法为：
(xctmp′，yctmp′)＝F(x3′，y3′|x1′，x1，y1′，y1，x2′，x2，y2′，y2)，
然后，对(xctmp′，yctmp′)进行G-1变换：
Figure FDA0002580662010000023
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