CN107507256A - 一种vts系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法 - Google Patents
一种vts系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法,包括获取当前视图的电子海图显示范围并建立屏幕像素网格;将船舶目标分配到屏幕像素网格中;利用每个网格内船舶位置及尺寸信息计算该网格的聚合目标的屏幕位置;遍历屏幕网格绘制其中的聚合目标。本发明的方法将显示在一个网格内的多个船舶目标聚合为一个聚合目标,该聚合目标位于根据网格内船舶尺寸计算出的平均位置上,使得用户可以一目了然地掌握大地理范围内的船舶分布状况,可以大大降低系统需要绘制的船舶目标的数量,同时还降低了系统绘制资源开销。
Description
技术领域
本发明涉及实时目标的绘制方法,特别是涉及一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法。
背景技术
船舶交通管理系统(Vessel Traffic System,VTS),是用于管理船舶交通、保障船舶安全航行的信息管理系统。
随着人类商业生产活动的增加,各大港口、航道内航行的船舶数量越来越多,需要在VTS系统中处理并实时展现的船舶目标也越来越多。对于一些大型港口,实时在港的船舶数量可以达到数千乃至上万。用户使用VTS系统监管如此大批量船舶目标的时候,往往会遇到两个问题:1、如此多的船舶目标被全部绘制出来,加重了系统的开销,系统运行的流畅度不好;2、绘制出来的船舶密集地显示在屏幕范围内,无法定量地了解辖区内当前船舶目标的分布状况。
目前大部分现役VTS系统针对船舶目标较多的大型港口,多采用分区域监管的方法,开启多个终端显示台位,每个终端显示台位再开启多个显示视图,调整每个视图的电子海图比例尺,放大电子海图至不同的需要监管的特定区域,那么每个视图只需要显示位于该区域内的船舶目标。通过这种方法可以有效降低每个视图显示范围内,需要显示的船舶目标数量,因此也部分规避了大量船舶航迹聚集在一小块屏幕显示范围而造成的目标之间的彼此遮挡问题。但是该方法假定了用户只需要观察局部区域,当用户观察大范围区域时,电子海图比例尺发生变化,同样的屏幕尺寸中需要展现更多的船舶,导致船舶符号拥挤在一起,用户难以区分拥挤在一起的船舶。
发明内容
发明目的:为解决现有技术的不足,提供一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法。
技术方案:一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法,包括以下步骤:
(1)获取当前视图的电子海图显示范围并建立屏幕像素网格;
(2)将船舶目标分配到步骤(1)得到的屏幕像素网格中;
(3)利用每个网格内船舶位置及尺寸信息计算该网格的聚合目标的屏幕位置;
(4)遍历屏幕像素网格绘制其中的聚合目标。
进一步的,所述步骤(1)包括:
获取当前视图的电子海图显示范围,判断电子海图的当前视图尺寸是否发生变化,若当前视图尺寸没有发生变化,则直接执行步骤(2);若当前视图尺寸发生了变化,则重新建立屏幕像素网格,采用n×n像素尺寸大小的网格对当前视图进行网格划分,然后使用当前视图的宽度和高度分别除以n,得到的值向下取整后分别加1,则得到网格的行数iRCount和列数iCCount;最后,建立拥有iRCount×iCCount个网格元素的二维数组,来保存当前网格信息。
进一步的,所述步骤(2)包括:
(21)判断船舶目标位置是否发生变化
若没有发生变化,则遍历每个网格中的船舶目标;若发生变化,则重新统计每个网格中的船舶目标,然后遍历每个网格中的船舶目标;
(22)将船舶目标当前位置由经纬度坐标转换为屏幕坐标
调用电子海图提供的经纬度坐标转屏幕坐标函数,获得当前视图范围内的每一艘船舶目标的最新位置的屏幕像素坐标;将船舶目标所在屏幕像素坐标的横坐标和纵坐标分别除以n,然后向下取整,得到其所在网格的行号和列号,并填入步骤(1)中对应二维数组相应行列号的网格元素中;
(23)读取船舶量化后的长宽信息
将船舶的长度和宽度分别除以一个量化常数,然后向下取整后加1,得到量化后的船舶长度和宽度。
进一步的,所述步骤(3)包括:
(31)根据船舶量化后的长宽信息计算每艘船的权重位置
船舶的权重位置的横坐标等于船舶量化后的长乘以宽再乘以船舶屏幕横坐标;船舶的权重位置的纵坐标等于船舶量化后的长乘以宽再乘以船舶屏幕纵坐标;
(32)计算网格中所有船舶的总横坐标和总纵坐标
网格中所有船舶的总横坐标为网格内每艘船舶的权重位置的横坐标之和;网格中所有船舶的总纵坐标为网格内每艘船舶的权重位置的纵坐标之和;
(33)将总横坐标、总纵坐标分别除以总的船舶权重得到聚合目标的平均位置
网格中聚合目标的平均位置的横坐标为网格中所有船舶的总横坐标乘以对应的量化面积之后,再除以网格内所有船舶的量化面积之和;
网格中聚合目标的平均位置的纵坐标为网格中所有船舶的总纵坐标乘以对应的量化面积之后,再除以网格内所有船舶的量化面积之和;
其中,量化面积为船舶的量化船长乘以量化船宽,量化船长等于实际船长除以量化常数向下取整加1,量化船宽等于实际船宽除以量化常数向下取整加1。
进一步的,所述步骤(4)包括遍历每个网格,获取每个网格内聚合船舶数量,并绘制每个网格中的聚合目标,绘制聚合目标的步骤为:
(41)若聚合目标内的船舶个数大于1,则绘制聚合目标
在聚合目标的平均位置绘制聚合目标符号,并读取该聚合目标内的被聚合的船舶数量,标注在聚合目标符号中心,代表聚合目标;
(42)若聚合目标内的船舶个数等于1,则直接绘制正常的船舶符号,按原逻辑绘制普通船舶目标;
(43)若聚合目标内的船舶个数小于1,则不绘制目标。
有益效果:与现有技术相比,本发明采用网格化的方法,将整个视图显示范围按像素为单位划分为有限数量的基础网格,然后纳入船舶尺寸为权重,计算每个网格内所有船舶的平均位置,最终在该位置绘制聚合符号代替网格内需要绘制的船舶目标,聚合符号中心标注该网格被聚合了的船舶目标的数量。使用该方法,当视图显示在大地理范围的时候,可以大大降低系统需要绘制的符号数量,降低了系统绘制资源开销。同时可以直观地定量地了解船舶目标在辖区内的分布情况。
附图说明
图1是网格目标聚合绘制方法流程图;
图2是网格目标聚合示意图;
图3是大批量船舶目标非聚合绘制效果图;
图4是大批量船舶目标聚合绘制效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图1所示,一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法,包括以下步骤:
(1)获取当前视图的电子海图显示范围并建立屏幕像素网格
获取当前视图的电子海图显示范围,判断电子海图的当前视图尺寸是否发生变化,若当前视图尺寸没有发生变化,则直接执行步骤(2);若电子海图的当前视图尺寸发生变化,那么需要重新建立屏幕像素网格。根据预设的每个网格长宽进行视图网格划分,本发明采用40像素×40像素尺寸大小的网格,然后使用当前视图的宽度和高度分别除以40,得到的值取整后分别加1,得到网格的行数iRCount和列数iCCount。最后,建立拥有iRCount×iCCount个网格元素的二维数组,来保存当前网格信息。
(2)将船舶目标分配到步骤1得到的屏幕像素网格中
当电子海图上的船舶目标的屏幕坐标位置发生变化后,需要重新计算网格中的船舶目标,主要有两个原因:一是系统实时接收船舶目标的报文,因此显示子系统需要定时刷新船舶目标在屏幕上显示的位置,本发明使用的定时刷新时间为500毫秒;二是用户对海图进行漫游或缩放操作,导致的船舶目标的屏幕坐标变化。
(21)判断船舶目标位置是否发生变化
若没有发生变化,则遍历每个网格中的船舶目标;若发生变化,则重新统计每个网格中的船舶目标,然后遍历每个网格中的船舶目标。
(22)将船舶目标当前位置由经纬度坐标转换为屏幕坐标
调用电子海图提供的经纬度坐标转屏幕坐标函数,获得当前视图范围内的每一艘船舶目标的最新位置的屏幕像素坐标。将船舶目标所在屏幕像素坐标的横坐标和纵坐标分别除以40,然后向下取整,得到其所在网格的行号和列号,并填入步骤(1)中对应二维数组相应行列号的网格元素中。
(23)读取船舶量化后的长宽信息
将船舶的长度和宽度分别除以一个量化常数,然后向下取整后加1,得到量化后的船舶长度和宽度,该量化后的船舶长度和宽度为显示系统接收船舶报文时计算得出,并存储在内存中。本发明的该步骤只需读取该数值即可。
其中,量化常数为经验值,目的是不让总船舶面积值过大。若参与聚合的船舶尺寸普遍较大,该值应该取较大;若参与聚合的船舶中有较多的小尺寸船舶,则该值可取更小的值。本系统中,考虑到港口辖区内常有大量小渔船出没,因此取值较小,取量化常数为5。
(3)利用每个网格内船舶位置及尺寸信息计算该网格的聚合目标的屏幕位置
计算船舶平均位置时纳入船舶尺寸,是因为水上单位不同于路上车辆,彼此尺寸大小差距很大,当网格内存在一大一小两艘船舶时,其聚合目标的位置显然应该更加靠近大船。
遍历每个网格中的每一艘船舶目标,按以下步骤计算每个网格中的聚合目标的屏幕位置。
(31)纳入船舶量化后的长宽信息计算每艘船的权重位置
船舶的权重位置的横坐标等于船舶量化后的长乘以宽再乘以船舶屏幕横坐标;船舶的权重位置的纵坐标等于船舶量化后的长乘以宽再乘以船舶屏幕纵坐标。
(32)计算网格中所有船舶的总横坐标和总纵坐标
网格中所有船舶的总横坐标为网格内每艘船舶的权重位置的横坐标之和;网格中所有船舶的总纵坐标为网格内每艘船舶的权重位置的纵坐标之和。
(33)将总横坐标、总纵坐标分别除以总的船舶权重得到聚合目标的平均位置。
网格中聚合目标的平均位置的横坐标为网格中所有船舶的总横坐标乘以对应的量化面积之后,再除以网格内所有船舶的量化面积之和。
网格中聚合目标的平均位置的纵坐标为网格中所有船舶的总纵坐标乘以对应的量化面积之后,再除以网格内所有船舶的量化面积之和。
其中,量化面积为船舶的量化船长乘以量化船宽,量化船长等于实际船长除以量化常数向下取整加1,量化船宽等于实际船宽除以量化常数向下取整加1。
如图2中(2a)右下方格所示,当参与聚合船舶的尺寸相似时,聚合目标平均位置在其几何中心,见图2中(2b)右下方格所示;如图2中(2a)右上方格所示,当参与聚合船舶存在明显大小差异时,其聚合目标平均位置靠近尺寸较大的船舶,见图2中(2b)右上方格所示。
(4)遍历屏幕网格绘制其中的聚合目标
遍历每个屏幕网格,获取每个屏幕网格内聚合船舶数量,并绘制每个屏幕网格中的聚合目标,绘制聚合目标的步骤为:
(41)若聚合目标内的船舶个数大于1,则绘制聚合目标;
在聚合目标的平均位置绘制聚合目标符号,并读取该聚合目标内的被聚合的船舶数量,标注在聚合目标符号中心,代表聚合目标。
(42)若聚合目标内的船舶个数等于1,则直接绘制正常的船舶符号
按原逻辑绘制普通船舶目标。
(43)若聚合目标内的船舶个数小于1,则不绘制目标。
如图3所示为大批量船舶目标非聚合绘制效果图,图中三角形符号表示正常船舶符号,由图可知,对监控船舶流量密集水域的船舶交通管理系统中,显示子系统在屏幕范围内显示的船舶过于密集,容易彼此遮蔽不利于用户操作,不容易进行识别该区域船舶目标数量的问题。
如图4所示,为根据本发明方法所绘制的大批量船舶目标聚合效果图,图中三角形符号表示正常船舶符号,三角形的船舶符号表示该屏幕网格中只有这一艘船,因此在图上绘制时,显示的是船舶符号,而不是聚合符号。圆圈内加数字的为聚合目标符号,圆圈位置代表聚合目标的平均位置,圆圈内数字为该聚合目标内的被聚合的船舶数量;且只有一个网格中有两艘及两艘以上的船舶时,才绘制聚合符号。与图3对比可知,本发明采用网格化的方法,将整个视图显示范围按像素为单位划分为有限数量的基础网格,然后纳入船舶尺寸为权重,计算每个网格内所有船舶的平均位置,最终在该位置绘制聚合符号代替网格内需要绘制的船舶目标,聚合符号中心标注该网格被聚合了的船舶目标的数量。使用该方法,当视图显示在大地理范围的时候,可以大大降低系统需要绘制的船舶目标的数量,同时可以直观地定量地了解船舶目标在辖区内的分布情况,同时还降低了系统绘制资源开销。
Claims (5)
1.一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)获取当前视图的电子海图显示范围并建立屏幕像素网格;
(2)将船舶目标分配到步骤(1)得到的屏幕像素网格中;
(3)利用每个网格内船舶位置及尺寸信息计算该网格的聚合目标的屏幕位置;
(4)遍历屏幕像素网格绘制其中的聚合目标。
2.根据权利要求1所述的一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法,其特征在于,所述步骤(1)包括:
获取当前视图的电子海图显示范围,判断电子海图的当前视图尺寸是否发生变化,若当前视图尺寸没有发生变化,则直接执行步骤(2);若当前视图尺寸发生了变化,则重新建立屏幕像素网格,采用n×n像素尺寸大小的网格对当前视图进行网格划分,然后使用当前视图的宽度和高度分别除以n,得到的值向下取整后分别加1,则得到网格的行数iRCount和列数iCCount;最后,建立拥有iRCount×iCCount个网格元素的二维数组,来保存当前网格信息。
3.根据权利要求1所述的一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法,其特征在于,所述步骤(2)包括:
(21)判断船舶目标位置是否发生变化
若没有发生变化,则遍历每个网格中的船舶目标;若发生变化,则重新统计每个网格中的船舶目标,然后遍历每个网格中的船舶目标;
(22)将船舶目标当前位置由经纬度坐标转换为屏幕坐标
调用电子海图提供的经纬度坐标转屏幕坐标函数,获得当前视图范围内的每一艘船舶目标的最新位置的屏幕像素坐标;将船舶目标所在屏幕像素坐标的横坐标和纵坐标分别除以n,然后向下取整,得到其所在网格的行号和列号,并填入步骤(1)中对应二维数组相应行列号的网格元素中;
(23)读取船舶量化后的长宽信息
将船舶的长度和宽度分别除以一个量化常数,然后向下取整后加1,得到量化后的船舶长度和宽度。
4.根据权利要求1所述的一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法,其特征在于,所述步骤(3)包括:
(31)根据船舶量化后的长宽信息计算每艘船的权重位置
船舶的权重位置的横坐标等于船舶量化后的长乘以宽再乘以船舶屏幕横坐标;船舶的权重位置的纵坐标等于船舶量化后的长乘以宽再乘以船舶屏幕纵坐标;
(32)计算网格中所有船舶的总横坐标和总纵坐标
网格中所有船舶的总横坐标为网格内每艘船舶的权重位置的横坐标之和;网格中所有船舶的总纵坐标为网格内每艘船舶的权重位置的纵坐标之和;
(33)将总横坐标、总纵坐标分别除以总的船舶权重得到聚合目标的平均位置
网格中聚合目标的平均位置的横坐标为网格中所有船舶的总横坐标乘以对应的量化面积之后,再除以网格内所有船舶的量化面积之和;
网格中聚合目标的平均位置的纵坐标为网格中所有船舶的总纵坐标乘以对应的量化面积之后,再除以网格内所有船舶的量化面积之和;
其中,量化面积为船舶的量化船长乘以量化船宽,量化船长等于实际船长除以量化常数向下取整加1,量化船宽等于实际船宽除以量化常数向下取整加1。
5.根据权利要求1所述的一种VTS系统中基于网格聚合的大批量船舶目标的实时绘制方法,其特征在于,所述步骤(4)包括遍历每个网格,获取每个网格内聚合船舶数量,并绘制每个网格中的聚合目标,绘制聚合目标的步骤为:
(41)若聚合目标内的船舶个数大于1,则绘制聚合目标
在聚合目标的平均位置绘制聚合目标符号,并读取该聚合目标内的被聚合的船舶数量,标注在聚合目标符号中心,代表聚合目标;
(42)若聚合目标内的船舶个数等于1,则直接绘制正常的船舶符号,按原逻辑绘制普通船舶目标;
(43)若聚合目标内的船舶个数小于1,则不绘制目标。
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