CN110749321B - 航海绘算电子辅助方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航海绘算电子辅助方法、装置及系统，所述方法包括：确定目标问题所属的航海绘算问题类型，从几何模板库中查找与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板，根据所述匹配的几何模板解算所述目标问题。应用本发明，可以克服现有航海辅助绘算用的电子化工具在直观交互、灵活定制方面的不足。

Description

航海绘算电子辅助方法、装置及系统

技术领域

本发明属于航海导航技术领域，具体地说，涉及航海电子辅助绘算，具体地说，是涉及航海绘算电子辅助方法、装置及系统。

背景技术

舰船在航行过程中，航海作业人员需要完成各种航海绘算问题，解算出相应的机动参数，以满足指挥员的决策需求，如接近或离开目标舰船、占领或保持特定阵位等。目前普遍采用的方法是在图纸上进行手工作业，其流程为：航海人员使用铅笔、平行尺、量角器、分轨等绘图工具，将已知条件绘制为图纸上的点、线、圆等几何元素，再进行一系列特定的绘算动作，如平移、连线等。航海人员可以在所绘图形中量取待求参数的值，如一个矢量的方向、长度可能代表机动的航向、航速等。手工作业之所以可行且被广泛采用，是因为在将决策需求抽象为几何问题后，其图解法是确定的，是由相同步骤组成的有限的、确定的动作序列。而且基于绘算图形，航海人员还能直观地把握态势，辅助决策。

虽然手工作业的优点是直观，且能够按指挥员要求灵活地转换绘算的类型，量取指定的参数，但其缺点也很明显：精度与速度有限，且受作业人员的熟练程度、作业状态所影响，在数据量大或者机动方案复杂时，存在作业繁琐、图面杂乱、耗时长、误差增大、难以完成甚至无法解算等缺点。

同时，人们也制作电子化工具来辅助绘算，通常为计算机软件，在输入已知条件后实时得到数值结果，其解算精度和速度都大大优于手工作业。不过有的电子化工具使用对话框进行交互，直观性和交互体验一般，并未得到广泛使用；也有电子化工具对计算结果进行了图形化展示，例如，中国发明专利申请CN201810685578中公开了一种基于电子海图的航海运动标绘计算方法，将图形进一步叠加到电子海图中，更加方便决策。

不过，这些电子化工具均基于解析计算模型，其输出结果通常是根据参数间关系设立的多元方程组的解，无法直观展现已知条件与输出结果之间的关联关系，结果图形也只是结果数值的一种只读展示形式，不能用于互动。因此，航海人员无法通过检视中间过程和直观微调结果图形来深入理解和把握态势、比较与分析机动参数以及更复杂的机动方案。另外，这些电子化工具只能解算已建模并编程实现的问题类型，而对于其他问题类型，即使开放程序接口，对于航海人员而言也难以掌握。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有航海辅助绘算用的电子化工具在直观交互、灵活定制方面的不足，提供一种航海绘算电子辅助方法，以深入支持对态势的理解和把握、对机动参数以及更复杂的机动方案的比较与分析，进而实现高效的决策辅助。

为实现上述发明目的，本发明提供的方法采用下述技术方案予以实现：

一种航海绘算电子辅助方法，包括：

确定目标问题所属的航海绘算问题类型，从几何模板库中查找与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板，根据所述匹配的几何模板解算所述目标问题；

所述几何模板至少包括基本几何模板，所述基本几何模板采用下述方法确定并存储在所述几何模板库中：

将图解法解算已知类型的航海绘算问题的动作序列确定为结构约束关系，将图解法解算该已知类型的航海绘算问题所需的已知参数和待求参数分别确定为可变属性和结果属性，将与几何模板中的元素的显示相关的参数确定为系统属性，将所述结构约束关系、可变属性、结果属性及系统属性组合，形成与该已知类型的航海绘算问题相匹配的基本几何模板，存储在所述几何模板库中。

如上所述的方法，与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板为所述基本几何模板，根据所述匹配的几何模板解算所述目标问题，具体包括：

加载与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板；

设置所述匹配的基本几何模板的系统属性，根据已知条件设置所述匹配的基本几何模板的可变属性，获得所述匹配的基本几何模板解算出的绘算结果图形；

读取绘算结果图形中的结果属性，完成所述目标问题的解算。

如上所述的方法，还包括：

若从所述几何模板库中未查找到与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板，则从所述几何模板库中查找与所述目标问题所属的航海绘算问题类型部分匹配的基本几何模板，根据所述部分匹配的基本几何模板，采用下述过程解算所述目标问题：

将图解法解算所述目标问题的动作序列分解为所述部分匹配的基本几何模板的动作序列和剩余动作序列，确定解算所述剩余动作序列的几何元素和/或数学运算以及所述几何元素和/或数学运算与所述部分匹配的基本几何模板的关系；

加载所述部分匹配的基本几何模板，设置所述部分匹配的基本几何模板的系统属性，根据已知条件设置所述匹配的基本几何模板的可变属性；

获得根据所述几何元素和/或数学运算与所述部分匹配的基本几何模板的关系、所述部分匹配的基本几何模板及所述几何元素和/或数学运算解算出的绘算结果图形；

读取绘算结果图形中的结果属性，完成所述目标问题的解算。

如上所述的方法，还包括：将所述几何元素和/或数学运算与所述部分匹配的基本几何模板组合，形成与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的扩展几何模板，存储在所述几何模板库中。

如上所述的方法，还包括：

若从所述几何模板库中未查找到与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板，也未查找到与所述目标问题所属的航海绘算问题类型部分匹配的基本几何模板，采用下述过程解算所述目标问题：

确定图解法解算所述目标问题的动作序列；

利用几何元素和/或数学运算绘制出绘算结果图形；

读取绘算结果图形中的结果，完成所述目标问题的解算。

如上所述的方法，还包括：

将所述几何元素和/或数学运算形成的动作序列确定为结构约束关系，将绘算过程中的已知参数和待求参数分别确定为可变属性和结果属性，将显示相关的参数确定为系统属性，将结构约束关系、可变属性、结果属性及系统属性组合，形成与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板，存储在所述几何模板库中。

本发明的目的之二是提供一种航海绘算电子辅助装置，所述装置包括：

存储器，至少用于存储控制程序和几何模板库，所述几何模板库中包括有若干几何模板；

处理器，用于执行所述控制程序，实现上述的航海绘算电子辅助方法；

显示设备，至少用于显示所述处理器处理后获得的绘算结果。

本发明的目的之三是提供一种航海绘算电子辅助系统。

具体的，一种航海绘算电子辅助系统，包括：

航海数据获取设备，至少用于获取并输出航海数据；

航海绘算电子辅助装置，所述航海绘算电子辅助装置为上述航海绘算电子辅助装置，所述航海绘算电子辅助装置利用所述航海数据获取设备输出的航海数据，实现航海绘算电子辅助方法。

另外一种航海绘算电子辅助系统，包括：

航海数据获取设备，至少用于获取并输出航海数据；所述航海数据获取设备还包括有显示器；

航海绘算电子辅助装置，其包括有存储器和处理器；所述存储器至少用于存储控制程序和几何模板库，所述几何模板库中包括有若干几何模板；所述处理器用于执行所述控制程序，实现航海绘算电子辅助方法。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明提供的航海绘算电子辅助方法中，利用几何模板解算目标问题，几何模板由结构约束关系、可变属性、结果属性及系统属性组合而成，其与手工作业绘制的结果图形是一致的，均同时包含了中间绘算过程和结果态势，而且几何模板图形可显示更多的信息，且能按需设置显示特性，从而更清晰、美观。当指挥员提出新的绘算需求时，作业人员能够快速地基于当前图形建立相应的几何模板，或重新加载其他几何模板，因而本方法具备与手工作业类似的灵活性，而且能够通过快速调节可变属性来灵活的修正机动方案，因而，能够完成一些手工绘算难以完成、甚至不能完成的工作，如复杂机动的求解，不同方案的比较等。另一方面，几何模板的底层实现同样基于解析计算，如线的平移、伸缩、旋转等变换，求线的交点等，只是增加了基于几何图形的交互层次，因此其精度、速度与解析计算是一致的。由于几何模板图形直观展示了已知条件（可变属性）与输出结果（结果属性）之间的几何关联关系，因此，本方法符合航海人员的思考习惯，便于其通过检视中间过程和微调结果图形来深入理解和把握态势，比较与分析机动参数以及更复杂的机动方案。另外，几何模板的建立过程与图解法一致且是所见即所得的，航海人员经过简单学习后便能够自行、按需构建几何模板，从而扩展本方法可解决的问题种类，可以实现更为复杂的或特定用图的绘算，进而实现高效的决策辅助。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是基于本发明航海绘算电子辅助方法一个实施例的流程图；

图2是基于本发明航海绘算电子辅助装置一个实施例的结构框图；

图3是基于本发明航海绘算电子辅助系统一个实施例的结构框图；

图4是基于几何模板进行辅助绘算一个具体实例的绘算结果图形；

图5是基于几何模板进行辅助绘算二个具体实例的绘算结果图形；

图6是基于几何模板进行辅助绘算三个具体实例的绘算结果图形；

图7是基于几何模板进行辅助绘算四个具体实例的绘算结果图形；

图8是基于几何模板进行辅助绘算五个具体实例的绘算结果图形；

图9是基于几何模板进行辅助绘算六个具体实例的绘算结果图形；

图10是基于几何模板进行辅助绘算七个具体实例的绘算结果图形。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

首先，对本发明采用的几何模板的定义及构建思想作简要说明如下：

对于每一类型的航海绘算问题，所包含的各个具体问题的已知参数和待求参数是相同的，如目标与本船的航速、航向等，差别则在于已知参数取值的不同和由此导致的待求参数值的不同。每一类型的航海绘算问题的图解法也是相同的，是由相同步骤组成的有限的、确定的动作序列。因此，不同具体问题的绘算结果图形虽然不同，但均含有由动作序列决定的相同的结构约束关系，差别则在于以已知参数为属性的几何元素的不同和由此导致的以待求参数为属性的几何元素的不同。因此，对于每一类航海绘算问题，如果保持任意一个具体问题的绘算结果图形中的结构约束关系不变，仅将图形中已知参数设置为新值，则图形将变化为相应的新具体问题的绘算结果图形，从中读取的待求参数值也是新具体问题的解。

将这种基于某一类航海绘算问题的图解法，并且可作为该类问题的绘算结果的、可动态变化的几何图形定义为几何模板。几何模板中所包含的由动作序列所决定的结构约束关系为固定结构关系，在模板图形变化时将保持不变，如几何元素绘制时的先后关系、两条线的平行关系等。几何模板中对应于航海绘算问题所需已知参数的几何元素属性称为可变属性，需要根据具体问题进行设置。而对应于航海绘算问题待求参数的几何元素属性称为结果属性，会随可变属性的变化而变化，无需设置。另外，与几何模板中的元素的显示相关的参数，如比例尺、颜色、显隐、线条样式、标注字体、字号等，称为系统属性，同样也可按需设置。

图1示出了基于本发明航海绘算电子辅助方法一个实施例的流程图。

如图1所示，该实施例采用下述方法实现航海绘算电子辅助：

步骤11：确定目标问题所属的航海绘算问题类型。

在该实施例中，不同航海绘算问题类型对应不同的几何模板，在调用几何模板之前，首先需要确定目标问题所属的航海绘算问题类型，譬如，确定目标问题是接近相遇航向绘算、定速相遇航向绘算或是其他类型的绘算。航海绘算问题类型的确定，采用现有技术来实现。

步骤12：从几何模板库中查找与目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板，根据匹配的几何模板解算目标问题。

几何模板库中存储有若干几何模板，每个几何模板所对应的航海绘算问题类型是已知的。在步骤11确定了目标问题所属的航海绘算问题类型后，从几何模板库中查找与该目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板，根据匹配的几何模板解算目标问题。

几何模板库中存储的几何模板，既可以是预置在内的几何模板，还可以是根据实际情况不断进行补充，实现几何模板库的动态更新。

对于几何模板，至少包括有基本几何模板，每个基本几何模板能够独立、完整地完成某种类型的航海绘算问题的解算。参考上述的几何模板的定义及构建思想，基本几何模板采用下述方法确定，并存储在几何模板库中：

将图解法解算已知类型的航海绘算问题的动作序列确定为结构约束关系，将图解法解算该已知类型的航海绘算问题所需的已知参数和待求参数分别确定为可变属性和结果属性，将与几何模板中的元素的显示相关的参数确定为系统属性，将结构约束关系、可变属性、结果属性及系统属性组合，形成与该已知类型的航海绘算问题相匹配的基本几何模板，存储在几何模板库中。

与目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板，可以是完全匹配的基本几何模板，也即，能够从几何模板库中查找到与目标问题所属的航海绘算问题类型完全匹配的基本几何模板；还可以是部分匹配的基本几何模板，也即，从几何模板库中能够查找到与解算出部分目标问题的基本几何模板。下面，针对这两种不同情况，分别描述根据匹配的几何模板解算目标问题的具体过程。

第一种情况，与目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板是完全匹配的基本几何模板，那么，根据匹配的几何模板解算目标问题，具体包括：

加载与目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板。此时，因为还未设置系统属性、可变属性，将形成缺省的绘算结果图形。

设置匹配的基本几何模板的系统属性，譬如，设置比例尺、颜色、显隐、线条样式、标注字体、字号等，以使绘算结果图形更加直观，关注要素更加突出。也可以不设置系统属性，而采用默认的系统属性。同时，根据已知条件设置匹配的基本几何模板的可变属性。也即，将获得的具体的目标问题的数据赋值于基本几何模板的可变属性。之后，获得该匹配的基本几何模板解算出的绘算结果图形，从而，使得缺省的绘算结果图形变化该目标问题的绘算结果图形。一般的，几何模板进行解算的过程速度快，用时短，对于使用者而言，在设置完可变属性及系统属性后，能够及时、甚至是实时地看到绘算结果图形，这也符合对实时性要求极高的航海辅助绘算的要求。

读取绘算结果图形中的结果属性，完成目标问题的解算。此处所言的读取结果属性，其中一种实现方式是将绘算结果图形中的结果属性读取并呈现出来。更优选的一种实施方式，是将结果属性在绘算结果图形中直接显示，更便于直观、全面地获得绘算结果。

第二种情况，与目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板是部分匹配的基本几何模板。也即，从几何模板库中未查找到与目标问题所属的航海绘算问题类型完全匹配一致的基本几何模板，但是能够查找到与解算出部分目标问题的基本几何模板，那么，根据匹配的几何模板解算目标问题，具体包括：

首先，将图解法解算目标问题的动作序列进行分解，分解为部分匹配的基本几何模板的动作序列和剩余动作序列，并确定解算剩余动作序列的几何元素和/或数学运算以及几何元素和/或数学运算与部分匹配的基本几何模板的关系。解算剩余动作序列的几何元素，譬如是增加点/线/圆、删除点/线/圆、编辑点/线/圆等操作；数学运算，譬如是根据离散点拟合线条及方差等。对于数学运算，可以将其作为一个组件，也可以包括可变属性和结果属性，可变属性和结果属性的定义可以参照几何模板的定义。几何元素和/或数学运算与部分匹配的基本几何模板的关系，主要是指几何元素和/或数学运算与基本几何模板中的动作序列之间的动作先后顺序。

加载部分匹配的基本几何模板，设置部分匹配的基本几何模板的系统属性，譬如，设置比例尺、颜色、显隐、线条样式、标注字体、字号等，以使绘算结果图形更加直观，关注要素更加突出。也可以不设置系统属性，而采用默认的系统属性。同时，根据已知条件设置匹配的基本几何模板的可变属性。也即，将获得的具体的目标问题的数据赋值于基本几何模板的可变属性。

然后，获得绘算结果图形。其中，是根据几何元素和/或数学运算与部分匹配的基本几何模板的关系，利用部分匹配的基本几何模板、几何元素和/或数学运算进行解算，获得绘算结果图形。也即，利用选定的部分匹配的基本几何模板和确定的几何元素和/或数学运算，按照确定的几何元素和/或数学运算与部分匹配的基本几何模板的关系，逐步绘制、组合出绘算结果图形。同样的，该解算获得绘算结果图形的过程也是用时极短，对于使用者而言，在设置完可变属性及系统属性后，能够及时、甚至是实时地看到绘算结果图形，

读取绘算结果图形中的结果属性，完成目标问题的解算。此处所言的读取结果属性，其中一种实现方式是将绘算结果图形中的结果属性读取并呈现出来。更优选的一种实施方式，是将结果属性在绘算结果图形中直接显示，更便于直观、全面地获得绘算结果。

对于第二种情况，可以看作是基本几何模板的再编辑功能，利用其他简单的几何元素、数学运算等与基本几何模板结合，通过几何元素、数学运算等对基本几何模板进行再编辑，解算了基本几何模板不能独立解算的较为复杂的、或者具有特定目的的航海绘算问题，实现了对几何模板功能的扩展。

在其他一些实施例中，在第二种情况下，部分匹配的基本几何模板不止一个，而是具有多个，此时，可以通过基本结合模板的组合功能，实现对航海绘算问题的解算。这种实施例中，每个基本几何模板作为一个组件，多个组件进行组合使用，一个基本几何模板的结果属性的结果作为另一个基本几何模板的可变属性赋值，多个基本几何模板组合后的绘算结果图形直接或再经过几何元素、数学运算等的编辑之后，成为目标航海问题的绘算结果。譬如，需要比较可以满足决策的多种不同机动方式时，可以将多个几何模板并列显示并比较其结果属性；需要依次执行两种或多种机动时，可以用先执行机动的几何模板的结果属性来设置后执行机动的几何模板的可变属性。从而，利用基本几何模板的组合功能，解算较复杂的或针对特定目的的航海绘算问题。

并且，作为优选实施方式，对于第二种情况的绘算，还可以形成扩展几何模板，补充到几何模板库中，实现几何模板库的动态更新。具体来说，是将几何元素和/或数学运算与部分匹配的基本几何模板组合，形成与目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的扩展几何模板，存储在几何模板库中。这里所说的部分匹配的基本几何模板，可以是一个，也可以是多个。

利用上述编辑功能或者组合功能所构建的扩展几何模板，也包括有结构约束关系、可变属性、结果属性及系统属性。其中，结构约束关系也是由绘制出整个绘制结果图形的动作序列所确定，也即，由若干基本几何模板的结构约束关系、几何元素、数学运算等所决定；可变属性包括已有基本几何模板中的可变属性和其他未被赋值的可变属性；结果属性包括已有基本几何模板中的结果属性和其他的结果属性；系统属性可以为重新定义的属性，或者为某个基本几何模板的系统属性。

利用上述的编辑功能或组合功能构建扩展几何模板，虽然也需要对基本几何模板进行组合，或者利用几何元素、数学运算等从头构建得到，但是由于基本几何模板的存在，能够提高构建效率，更好地复用基本几何模板、扩充几何模板库中的几何模板集合。

在其他一些实施例中，从几何模板库中既不能查找到与目标问题所属的航海绘算问题类型完全匹配的基本几何模板，也未查找到与目标问题所属的航海绘算问题类型部分匹配的基本几何模板，此情况下，将采用下述过程解算目标问题：

确定图解法解算目标问题的动作序列；

利用几何元素和/或数学运算绘制出绘算结果图形；

读取绘算结果图形中的结果，完成所述目标问题的解算。

在该解算过程中，可以按照需要设置系统属性，以使得绘算结果图形更加直观，关注要素更加突出。

优选的，在完成目标问题的解算后，形成解算该目标问题的几何模板，存储到几何模板库中，实现对几何模板库中几何模板的扩充和动态更新，下次在遇到该类目标问题时，便于直接加载该几何模板进行目标问题的解算。具体来说，将几何元素和/或数学运算形成的动作序列确定为结构约束关系，将绘算过程中的已知参数和待求参数分别确定为可变属性和结果属性，将显示相关的参数确定为系统属性，将结构约束关系、可变属性、结果属性及系统属性组合，形成与目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板，存储在几何模板库中。

在上述的航海绘算电子辅助方法中，利用几何模板解算目标问题，几何模板由结构约束关系、可变属性、结果属性及系统属性组合而成，其与手工作业绘制的结果图形是一致的，均同时包含了中间绘算过程和结果态势，而且几何模板图形可显示更多的信息，且能按需设置显示特性，从而更清晰、美观。当指挥员提出新的绘算需求时，作业人员能够快速地基于当前图形建立相应的几何模板，或重新加载其他几何模板，因而本方法具备与手工作业类似的灵活性，而且能够通过快速调节可变属性来灵活的修正机动方案，因而，能够完成一些手工绘算难以完成、甚至不能完成的工作，如复杂机动的求解，不同方案的比较等。另一方面，几何模板的底层实现同样基于解析计算，如线的平移、伸缩、旋转等变换，求线的交点等，只是增加了基于几何图形的交互层次，因此其精度、速度与解析计算是一致的。由于几何模板图形直观展示了已知条件（可变属性）与输出结果（结果属性）之间的几何关联关系，因此，本方法符合航海人员的思考习惯，便于其通过检视中间过程和微调结果图形来深入理解和把握态势，比较与分析机动参数以及更复杂的机动方案。另外，几何模板的建立过程与图解法一致且是所见即所得的，航海人员经过简单学习后便能够自行、按需构建几何模板，从而扩展本方法可解决的问题种类，可以实现更为复杂的或特定用图的绘算，进而实现高效的决策辅助。

而且，为了更有效、便利地构建几何模板，基于几何模板的特性，在使用时，还能够基于几何模板的再编辑、再组合功能，实现对几何模板库的扩展和动态更新，适应实现更为复杂的或特定用图的绘算，进而实现高效的决策辅助。

此外，由于几何模板的特定的结构形式，在使用时，还可以按需小幅度调节其可变属性，查看可变属性变化后绘算结果图形和结果属性的变化特点，从而能够更深入的理解机动参数、方案与态势的关系，这是现有的手工绘算和基于解析计算模型的电子辅助绘算所不能实现的。

在上述航海绘算电子辅助方法中，可变属性、系统属性的设置，需要选择适宜的一种或多种交互方式以使操作更加精确、灵活、自然，如利用对话框实现精确输入，使用鼠标、触控来拖动几何元素或滑动条等控件实现输入值的连续改变。如果可变属性有多种等价的常用表示方式，则针对所有表示方式都提供输入方法，如本船与目标的相对位置关系既可以用方位、距离数值表示，也可以利用两个点的位置关系来表示，在设置时可选择任意一种方法。

几何模板的编辑及组合也需要选择适宜的一种或多种交互方式以使操作更加直观、灵活，如使用树状关系图展现组件间的组合关系，使用对话框或者使用鼠标、触控的点击和拖动来建立组件间的组合关系、组件和已有元素或数值间的关联关系等。如果在使用已有几何模板的属性值为几何模板组件可变属性赋值时有多种等价的常用方式，则针对所有方式都提供输入方法，如在为本船与目标的相对位置关系赋值时，既可以使用几何模板中的属性值，也可以把几何模板中两个点设置为本船与目标，在赋值时可选择两种方法的任意一种。

图2所示为基于本发明航海绘算电子辅助装置一个实施例的结构框图。

如图2所示，在该实施例中，航海绘算电子辅助装置包括有存储器21、处理器22和显示设备23，存储器21至少用于存储控制程序和几何模板库，几何模板库中包括有若干几何模板；处理器22用于执行存储器21中的控制程序，实现上述航海绘算电子辅助方法；显示设备23，至少用来显示处理器22处理后获得的绘算结果。在其他一些实施例中，显示设备23为触控屏，不仅用来显示绘算结果，还可以作为输入设备设置几何模板的属性。

利用该航海绘算电子辅助装置，以专用装置的形式实现上述的航海绘算电子辅助方法，获得航海绘算电子辅助方法所能够产生的技术效果。

除了以专用装置的形式实现航海绘算电子辅助方法，还可以将装置与其他现有设备组合，或者嵌入到其他现有设备中，在现有设备的基础上实现航海绘算电子辅助，获得航海绘算电子辅助方法所能够产生的技术效果。具体应用形式如图3所示，具体来说，图3示出了基于本发明航海绘算电子辅助系统一个实施例的结构框图。

在该实施例中，航海绘算电子辅助系统包括有航海数据获取设备31和航海绘算电子辅助装置32，航海数据获取设备31至少用于获取并输出航海数据，航海绘算电子辅助装置32利用航海数据获取设备31输出的航海数据，实现航海绘算电子辅助方法。在该系统中，航海绘算电子辅助装置32以航海数据获取设备31作为数据源，如利用电子海图、雷达、声呐等提供的导航数据设置可变属性；也能够以航海数据获取设备31作为显示终端，如将绘算结果图形叠加到电子海图或雷达画面之上，并确保比例尺一致。

对于上述航海绘算电子辅助系统，可以具有至少两种实现形式。其中一种，航海数据获取设备31不具有显示设备，航海绘算电子辅助装置32具有显示设备；另外一种，航海数据获取设备31具有显示器，则航海绘算电子辅助装置32不具有显示设备，仅需具有存储器和处理器即可。

图4至图10示出了基于几何模板进行辅助绘算的具体实施例的绘算结果图形。下面结合绘算结果图形，详细描述基于几何模板的航海绘算电子辅助方法。

图4所示是基于几何模板进行辅助绘算一个具体实例的绘算结果图形，具体来说，是用于进行接近相遇航向的绘算：当本船航速确定时，采取何航向能与某一确定位置的定向定速目标逐渐接近直至双方会合。

在几何模板库中不存在接近相遇航向相匹配的几何模板，则按照图解法进行结算，并创建该类问题的几何模板。

该问题的解算方法为：

1.选择绘图所需的距离比例尺和速度绘制比例尺。

2.根据接近相遇航向的图解方法，绘制绘算结果图形，其步骤为：

a）使用已知条件设定本船与目标的距离，如方位090.0°，距离80链，绘出本船位置点W和目标位置点D

b）绘出目标速度矢量WB，如航向290.0°，航速15节（为使画面紧凑，矢量起点与本船位置W重合）。

c）以目标速度矢量起点W为圆心，本船航速为半径画圆，如航速8节。

d）自目标速度矢量终点B点做WD的平行射线

e）以平行射线与本船航速圆的交点A为本船速度矢量的终点，当射线与速度圆有两个交点时取距B点更远的点。以W为本船速度矢量的起点，本船速度矢量即为WA。量取WA方向为本船航向，如050.0°，并采用适当方式显示，本问题得解。

此外，还将保存接近相遇航向绘算问题所对应的几何模板，下次针对接近相遇航向绘算问题时可直接调用。

几何模板中的结构约束关系取决于上述图解方法，包括：

速度圆的圆心W为目标速度矢量起点，半径为本船航速；

BA平行于WD，且A为速度圆上的点，是射线BA与圆交点中距B较远的一个；

本船航向即为自W指向A的方向。

几何模板中的可变属性包括目标的航向航速、目标与本船的相对位置、本船的航速。结果属性为本船航向。系统属性为速度比例尺、距离比例尺、各要素的显示属性等。

利用构建并保存的几何模板，对于接近相遇航向绘算的其他问题，作业人员就可以按已知条件来设置可变属性。

譬如，若双方相对位置需重新设置，比如将目标位置由D改变至D’（方位082.0°，距离100链）。结构约束关系使得图形中的WD随之变为WD’，BA随之变为BA’，本船速度矢量由WA变为WA’。读取航向020.0°，问题得解，绘算结果图形如图5所示。

再譬如，若本船航速需重新设置，如设置为更大值后（本船航速10节），结构约束关系使得图形中的速度圆变大，BA随之变动为BA’，本船速度矢量由WA变为WA’。读取航向059.0°，问题得解，绘算结构图形如图6所示。显然，操作几何模板能让航海人员更加关注机动参数变化对整体态势的影响，而非绘算的具体细节。

若指挥员想进一步确定接近至相遇的实际位置点，以及接近至相遇的时间，此航海绘算问题无法用上述接近相遇航向绘算几何模板解决，可考虑利用编辑功能对其进行改进。具体来说，用于确定接近至相遇的实际位置点和接近至相遇的时间：在接近相遇航向绘算几何模板的基础上，利用编辑功能在图形中增加双方航向线和相遇点，即自W点和D点做出双方航向线和两线交点，以及根据相遇点距离和航速计算相遇时间，如当目标初始方位090.0°，距离80链，目标航向290.0°，航速15节，本船航速8节时，本船航向为050.0°，双方相遇点为M点，相遇时间为23.7分钟，绘算结果图形如图7所示。此外，还可以进一步将编辑后的几何模板保存为改进的接近相遇几何模板，以便下次绘算时直接调用。

在图7的绘算结果图形中，若航向线恰好穿过一艘沉船，指挥员为安全起见决定与沉船保持一定距离，要求在航速不变的情况下，分两段航线航行以完成与目标相遇，此航海绘算问题无法用接近相遇几何模板解决，需考虑利用编辑和组合功能构建相应的更复杂的几何模板。

具体来说，实现辅助分两段执行的定速相遇航向绘算：当位于W点的舰艇航速确定时，采取哪两个航向及多长的执行时间，能与位于D点的定向定速目标会合。

利用几何模板的组合功能时，首先根据问题确定图解方法。由于两段航线是首尾相接的，航线转折点既是第一段航线的终点，也是第二段航线的起点。因此当转折点位置确定后，本船第一个航向及执行时间即可确定，利用执行时间和目标航向航速便可推算出本船转向时的目标位置，再根据转折点与目标位置的相对关系，利用接近相遇绘算即可确定第二个航向，进而计算出执行时间。

按照这一绘算动作序列构建几何模板，首先增加转折点W’作为已知条件，W指向W’的方向即为第一个航向，执行时间为WW’长度除以本船航速，执行时间乘以目标速度得到目标航程，从而可以在目标航向线上确定本船转向时的目标位置D’。然后加载接近相遇几何模板，根据W’D’设置本船与目标的相对位置，进而得到第二个航向和执行时间、双方航线和相遇点M。绘算结果图形如图8所示。

可将上述解决模板问题的绘算方法形成所对应的几何模板。该几何模板中的结构约束关系为：

速度圆的圆心W为目标速度矢量起点，半径为本船航速；

本船第一个航向即为自W指向W’的方向；

本船第一个航向的执行时间为WW’长度除以本船航速，DD’长度为该执行时间乘目标航速；

BA平行于W’D’，且A为速度圆上的点，且是射线BA与圆交点中距B较远的一个；

本船第二个航向即为自W指向A的方向。过W’做WA平行线交目标航向线于M点，即相遇点；

本船第二个航向的执行时间为W’M长度除以本船航速。

该几何模板中的可变属性包括目标的航向航速、目标与本船的相对位置、本船的航速以及转折点相对位置。结果属性为本船的两个航向和执行时间。速度比例尺、距离比例尺、各要素的显示属性等系统属性采用缺省值。

利用构建并保存的几何模板，对于分两段航线航行以完成与目标相遇绘算的其他问题，作业人员就可以按已知条件来设置可变属性。

譬如，若转折点需重新设置，如作业人员欲增大航线与沉船的距离，则作业人员可以通过实时改变转折点来观察航线与沉船的位置关系。比如将转折点位置由W’改变至W’’。结构约束关系使得图形中本船第一段航线的航向和执行时间随之改变，目标在本船转向时的位置随之由D’变为D’’，BA随之变动为BA’，本船第二个速度矢量由WA变为WA’。本船第二个航向和执行时间随之变化，问题得解。绘算结果图像如图9所示。

利用上述两个几何模板可以进一步构建更复杂的几何模板，用以显示航线分段前、后的量化差别，如“总用时在分段后将推迟3.2分钟相遇，相遇点也相应移动0.8海里”。显示形式不限于数字，也可以使用折线、饼图等常用图表类型。

显然，结合了组合和编辑功能的几何模板的显著优势在于能够实现一些手工作业、解析计算所难以或无法完成的复杂机动解算，因此更能够扩展和提高航海人员解决机动问题、满足决策需求的能力。

另外，采用不同的绘算习惯和思路，可以针对同一问题构建不同的几何模板，比如在避开沉船位置的问题中，可添加转折点时刻的相对位置点为可变属性，将相对航线由一段改为两段。绘算结果图形如图10所示。这种方法的优点是可以直接套用两个接近相遇几何模板，缺点是只能通过调节相对位置点来间接调节航线，因此不如上述方法中操作转折点更为直接。在此只给出几何模板的绘算结果图形，不再详述其组成与使用。类似的，可以完成三段或更多分段的几何模板，或者是各段航速不同、增加旋回要素的几何模板等。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种航海绘算电子辅助方法，其特征在于，所述方法包括：

确定目标问题所属的航海绘算问题类型，从几何模板库中查找与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板，根据所述匹配的几何模板解算所述目标问题；

所述几何模板至少包括基本几何模板，所述基本几何模板采用下述方法确定并存储在所述几何模板库中：

将图解法解算已知类型的航海绘算问题的动作序列确定为结构约束关系，将图解法解算该已知类型的航海绘算问题所需的已知参数和待求参数分别确定为可变属性和结果属性，将与几何模板中的元素的显示相关的参数确定为系统属性，将所述结构约束关系、可变属性、结果属性及系统属性组合，形成与该已知类型的航海绘算问题相匹配的基本几何模板，存储在所述几何模板库中；

与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的几何模板为所述基本几何模板，根据所述匹配的几何模板解算所述目标问题，具体包括：

加载与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板；

设置所述匹配的基本几何模板的系统属性，根据已知条件设置所述匹配的基本几何模板的可变属性，获得所述匹配的基本几何模板解算出的绘算结果图形；

读取绘算结果图形中的结果属性，完成所述目标问题的解算。

2.根据权利要求1所述的航海绘算电子辅助方法，其特征在于，所述方法还包括：

若从所述几何模板库中未查找到与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板，则从所述几何模板库中查找与所述目标问题所属的航海绘算问题类型部分匹配的基本几何模板，根据所述部分匹配的基本几何模板，采用下述过程解算所述目标问题：

将图解法解算所述目标问题的动作序列分解为所述部分匹配的基本几何模板的动作序列和剩余动作序列，确定解算所述剩余动作序列的几何元素和/或数学运算以及所述几何元素和/或数学运算与所述部分匹配的基本几何模板的关系；

加载所述部分匹配的基本几何模板，设置所述部分匹配的基本几何模板的系统属性，根据已知条件设置所述匹配的基本几何模板的可变属性；

获得根据所述几何元素和/或数学运算与所述部分匹配的基本几何模板的关系、所述部分匹配的基本几何模板及所述几何元素和/或数学运算解算出的绘算结果图形；

读取绘算结果图形中的结果属性，完成所述目标问题的解算。

3.根据权利要求2所述的航海绘算电子辅助方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述几何元素和/或数学运算与所述部分匹配的基本几何模板组合，形成与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的扩展几何模板，存储在所述几何模板库中。

4.根据权利要求2所述的航海绘算电子辅助方法，其特征在于，所述方法还包括：

若从所述几何模板库中未查找到与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板，也未查找到与所述目标问题所属的航海绘算问题类型部分匹配的基本几何模板，采用下述过程解算所述目标问题：

确定图解法解算所述目标问题的动作序列；

利用几何元素和/或数学运算绘制出绘算结果图形；

读取绘算结果图形中的结果，完成所述目标问题的解算。

5.根据权利要求4所述的航海绘算电子辅助方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述几何元素和/或数学运算形成的动作序列确定为结构约束关系，将绘算过程中的已知参数和待求参数分别确定为可变属性和结果属性，将显示相关的参数确定为系统属性，将结构约束关系、可变属性、结果属性及系统属性组合，形成与所述目标问题所属的航海绘算问题类型匹配的基本几何模板，存储在所述几何模板库中。

6.一种航海绘算电子辅助装置，其特征在于，所述装置包括：

存储器，至少用于存储控制程序和几何模板库，所述几何模板库中包括有若干几何模板；

处理器，用于执行所述控制程序，实现上述权利要求1至5中任一项所述的航海绘算电子辅助方法；

显示设备，至少用于显示所述处理器处理后获得的绘算结果。

7.一种航海绘算电子辅助系统，其特征在于，所述系统包括：

航海数据获取设备，至少用于获取并输出航海数据；

上述权利要求6所述的航海绘算电子辅助装置，所述航海绘算电子辅助装置利用所述航海数据获取设备输出的航海数据，实现航海绘算电子辅助方法。

8.一种航海绘算电子辅助系统，其特征在于，所述系统包括：

航海数据获取设备，至少用于获取并输出航海数据；所述航海数据获取设备还包括有显示器；

航海绘算电子辅助装置，其包括有存储器和处理器；所述存储器至少用于存储控制程序和几何模板库，所述几何模板库中包括有若干几何模板；所述处理器用于执行所述控制程序，实现上述权利要求1至5中任一项所述的航海绘算电子辅助方法。

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