CN113342292A - 一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法，其包括获取海冰密集度遥感图和海冰数据，将海冰数据进行二进制数据处理，采集海冰密集度遥感图中的像素坐标，将像素坐标进行地图投影变换，得到瓦片像素坐标，利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将瓦片像素坐标变换海冰遥感影像像素坐标，获取海冰遥感影像像素坐标的颜色值，并绘制在瓦片对应像素上，得到处理后的海冰遥感集度遥感图，叠加处理后的海冰遥感集度遥感图和处理后的海冰数据，并显示在web电子平台。本发明可自由切换显示海冰数值和遥感数据。有船单位可有效应对来自海面海冰的危险，并提供多元化的查询服务。海冰数据和遥感数据的集合显示避免了单一数据的缺陷。

Description

一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法

技术领域

本发明涉及海洋地理信息技术领域，尤其涉及一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法。

背景技术

在船舶有高纬度航行要求，尤其是科考船舶进行极地航行时，需要细致准确的了解船舶航线周围的海冰条件。目前船舶上获取的极地海冰遥感图像，绝大部分是采用等角正切方位投影(Spherical polar projection)方式的，且根据获取海冰遥感的途径不同而存在不同程度的偏移和旋转，而电子海图采用墨卡托投影(Mercator projection)单独使用获取的遥感图不能够用于指导船舶航行且其中的地理坐标信息不清楚，而单独的海冰数值报由于具有预测的因素也不能完全被采信，需要两种数据的在一个平台上的显示对比，才更有利于航海人员查看。

发明内容

本发明提供一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法，以克服数据下那是的地理坐标不清楚的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法，其特征在于，包括：

步骤1、获取第一海冰密集度遥感图和第一海冰数据；

步骤2、将第一海冰数据进行二进制数据处理，得到二进制解析后的第二海冰数据；

步骤3、采集第一海冰密集度遥感图中的第一海冰遥感影像像素坐标，将第一海冰遥感影像像素坐标进行地图投影变换，得到瓦片像素坐标；

步骤4、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将瓦片像素坐标变换为第二实际地理坐标；

步骤5、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第二实际地理坐标变换为第二海冰遥感影像像素坐标，获取第二海冰遥感影像像素坐标的颜色值，并绘制在瓦片对应像素上，得到第二海冰遥感集度遥感图；

步骤6、叠加第二海冰遥感集度遥感图和第二海冰数据，并显示在web电子平台。

进一步的，步骤3包括：

步骤3.1、利用极地等角正切方位投影坐标变换方法将第一海冰遥感影像像素坐标为转换为第一实际地理坐标；

步骤3.3、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第一实际地理坐标转换为瓦片像素坐标。

进一步的，步骤3.1具体为：

步骤3.1.1，将第一南极海冰遥感影像的像素坐标转换为第一南极实际地理坐标；

步骤3.1.2，将第一北极海冰遥感影像的像素坐标转换为第一北极实际地理坐标。

进一步的，步骤3.2具体为：

步骤3.2.1、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第一南极实际地理坐标转换为第一南极瓦片像素坐标；

步骤3.2.2、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第一北极实际地理坐标转换为第一北极瓦片像素坐标。

有益效果：本发明对南北纬60度以上航区航行的船舶有较大的安全意义，可自由切换显示海冰数值和遥感数据。有船单位可有效应对来自海面海冰的危险。海冰数据和遥感数据的集合显示避免了单一数据的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明南极极地等角正切方位投影坐标示意图；

图3为本发明北极极地等角正切方位投影坐标示意图；

图4为海图叠加第二海冰遥感集度遥感图效果图；

图5为海图叠加第二海冰数据效果图；

图6为南极叠加第二海冰遥感集度遥感效果图；

图7为南极叠加第二海冰数据效果图；

图8为海冰覆盖率查询示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。

本实施例提供了一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法，如图1，其特征在于，包括：

步骤1、获取第一海冰密集度遥感图和第一海冰数据；

步骤2、将第一海冰数据进行二进制数据处理，得到二进制解析后的第二海冰数据；

步骤3、采集第一海冰密集度遥感图中的第一海冰遥感影像像素坐标，将第一海冰遥感影像像素坐标进行地图投影变换，得到瓦片像素坐标；

常用的web瓦片的地图由分辨率大小为256×256的图片无缝拼接而成，它们称为瓦片。地图的缩放功能由四叉树实现，每放大一级每张图片都会分裂成 4张，比例尺则减小为原来的一半。最后随着缩放等级的增大，瓦片自顶向下呈几何级数的增长，形成一个瓦片金字塔。

为使海冰遥感数据能叠加在web电子海图信息平台上，本发明瓦片地图的组织方式与web电子海图一致，以瓦片金字塔的方式显示出各缩放等级下的遥感影像。

其中，步骤3.1、利用极地等角正切方位投影坐标变换方法将第一海冰遥感影像像素坐标为转换为第一实际地理坐标。即标识出原始海冰遥感影像中每一个像素对应的地理位置，其中需要加入比例尺，将像素坐标转换为地理坐标的比例尺为1:6000。

目前南极地区常用的地图投影方式有：极地等角正切方位投影、网络墨卡托投影及兰伯特等角圆锥投影等。极地等角正切方位投影是一种平面透视投影，属于等角方位投影。它没有角度变形，长度与面积的变形在中心点附近较小，离中心点越远越大。相比与网络墨卡托投影而言，这一投影适于地球的极地区域，常用于两极地区的遥感图制作。

其中，步骤3.1.1，将第一南极海冰遥感影像的像素坐标转换为第一南极实际地理坐标，具体计算公式为：

第一南极海冰遥感影像的像素坐标为(E₁，N₁)，第一南极实际地理坐标为 (φ₁，λ₁)，计算出第一南极实际地理坐标为(φ₁，λ₁)的具体公式为：

t₁＝tan(π/4+φ₀/2)/{[(1+esinφ₀)/(1-esinφ₀)]^(e/2)} (1)

ρ₁＝2*a*ko*t₁/{[(1+e)^(1+e)(1-e)^(1-e)]^0.5} (2)

ρ₁sin(θ₁)＝dE₁ (3)

ρ₁cos(θ₁)＝dN₁ (4)

θ₁＝(λ₃-λ₀) (5)

其中，λ₀为逻辑原点经度，λ₃为第一南极海冰遥感影像经度，ko为初始原点上定义的比例因子，φ₀代表基准纬度，t₁、ρ₁为中间参数，不具有实际意义，dE₁代表南极东伪偏移量差值，dN₁代表南极北伪偏移量差值，θ₁代表偏转角度，a代表地球长轴，地球长轴a为6378137.0米，e为偏心率，偏心率e为 0.081819191。

由上述公式(1)-(5)可得：

FE₁+ρ₁sin(λ₃-λ₀)＝dE₁+FE₁＝E₁ (6)

FN₁+ρ₁cos(λ₃-λ₀)＝dN₁+FN₁＝N₁ (7)

其中FE₁为南极东伪偏移量，是赋给实际地理坐标初始遥感影像像素原点的横坐标(东西向)遥感数据像素值；FN₁为南极北伪偏移量，是赋给实际地理坐标初始遥感影像像素原点的纵坐标(南北向)遥感数据像素值。

由上述公式(6)和公式(7)可得计算出第一南极实际地理坐标φ₁的值、第一南极实际地理坐标λ₁的值，具体计算第一南极实际地理坐标φ₁的值公式为：

Ρ₁＝[(E₁-FE₁)²+(N₁-FN₁)²]^0.5 (8)

T₁＝Ρ₁{[(1+e)^(1+e)(1-e)^(1-e)]^0.5}2*a*ko (9)

x₁＝2atan(T₁)-π/2 (10)

φ₁＝x₁+(e²/2+5e⁴/24+e⁶/12+13e⁸/360)sin(2x₁) +(7e⁴/48+29e⁶/240+811e⁸/11520)sin(4x₁) +(7e⁶/120+81e⁶/1120)sin(6x₁) +(4279e⁸/161280)sin(8x₁) (11)

其中，P₁、T₁、x₁为中间参数，不具有实际意义。

计算第一南极实际地理坐标λ₁的值的具体公式为：

若E₁＝FE₁，则λ₁＝λ₀； (12)

若E₁≠FE₁，则λ₁＝λ₀+atan[(E₁-FE₁)/(N₁-FN₁)]。 (13)

步骤3.1.2，将第一北极海冰遥感影像的像素坐标转换为第一北极实际地理坐标,具体计算公式为：

第一北极海冰遥感影像的像素坐标为(E₂，N₂)，第一北极实际地理坐标为 (φ₂，λ₂)，计算出第一北极实际地理坐标为(φ₂，λ₂)的具体公式为：

t₂＝tan(π/4-φ₀/2)/{[(1+esinφ₀)/(1-esinφ₀)]^(e/2)} (14)

ρ₂＝2*a*ko*t₂/{[(1+e)^(1+e)(1-e)^(1-e)]^0.5} (15)

ρ₂sin(θ₂)＝ρ₂sin(ω)＝dE₂ (16)

ρ₂cos(θ₂)＝-ρ₂cos(ω)＝dN₂ (17)

θ₂＝(λ₄-λ₀) (18)

其中，λ₄为第一北极海冰遥感影像经度，t₂、ρ₂、ω为中间参数，不具有实际意义，dE₂代表北极东伪偏移量差值，dN₂代表北极北伪偏移量差值，θ₂代表偏转角度，ω的值等于λ₄的值，以逆时针方向为正。

由上述公式(14)-(18)可得：

FE₂+ρ₂sin(λ₄-λ₀)＝dE₂+FE₂＝E₂ (19)

FN₂-ρ₂cos(λ₄-λ₀)＝N₂ (20)

其中FE₂为北极东伪偏移量，是赋给实际地理坐标初始遥感影像像素原点的横坐标(东西向)遥感数据像素值；FN₂为北极北伪偏移量，赋给实际地理坐标初始遥感影像像素原点的纵坐标(南北向)遥感数据像素值。

由上述公式(19)和公式(20)可得计算出第一北极实际地理坐标φ₂的值、第一北极实际地理坐标λ₂的值，具体计算第一北极实际地理坐标φ₂的值的公式为：

Ρ₂＝[(E₂-FE₂)²+(N₂-FN₂)²]^0.5 (21)

T₂＝Ρ₂{[(1+e)^(1+e)(1-e)^(1-e)]^0.5}2*a*ko (22)

x₂＝π/2-2atan(T₂) (23)

φ₂＝x₂+(e²/2+5e⁴/24+e⁶/12+13e⁸/360)sin(2x₂) +(7e⁴/48+29e⁶/240+811e⁸/11520)sin(4x₂) +(7e⁶/120+81e⁶/1120)sin(6x₂) +(4279e⁸/161280)sin(8x₂) (24)

其中，P₂、T₂、x₂代表中间参数，不具有实际意义。

计算第一北极实际地理坐标λ₂的值的具体公式为：

若E₂＝FE₂，则λ₂＝λ₂； (25)

若E₂≠FE₂，则λ₂＝λ₀+atan[(E₂-FE₂)/-(N₂-FN₂)]。 (26)

步骤3.2、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第一实际地理坐标转换为瓦片像素坐标。根据网络墨卡托投影切片要求，进行相应的坐标变换。当切片进行时，对切片像素经纬度计算的同时，筛选出0.1经度*0.1经度的数据，并根据第一海冰遥感数据像素的颜色与颜色标尺对照后，存入数据库中，形成 0.1经度*0.1经度的格点数据。

步骤3.2.1、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第一南极实际地理坐标转换为第一南极瓦片像素坐标；

步骤3.2.2、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第一北极实际地理坐标转换为第一北极瓦片像素坐标。

步骤4、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将瓦片像素坐标变换为第二实际地理坐标；

步骤5、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第二实际地理坐标变换为第二海冰遥感影像像素坐标，获取第二海冰遥感影像像素坐标的颜色值，并绘制在瓦片对应像素上，得到第二海冰遥感集度遥感图，此种方法速度快，绘制的瓦片颜色与遥感数据一致，保证无失真。第二海冰遥感影像像素坐标经纬度计算的同时，筛选出第二海冰遥感影像像素坐标0.1经度*0.1经度的数据，并根据第二海冰遥感影像像素的颜色与颜色标尺对照后，存入数据库中，形成0.1 经度*0.1经度的格点数据。

步骤6、叠加第二海冰遥感集度遥感图和第二海冰数据，并显示在web电子平台。

图2为本发明南极极地等角正切方位投影坐标示意图，由图可知南极极地算法参数含义；

图3为本发明北极极地等角正切方位投影坐标示意图，由图可知北极极地算法参数含义；

图4为海图叠加第二海冰遥感集度遥感图效果图，由图可知北极遥感海冰数据与电子海图数据叠加效果；

图5为海图叠加第二海冰数据效果图，由图可知数值北极海冰数据与电子海图数据叠加效果；

图6为南极叠加第二海冰遥感集度遥感效果图，由图可知南极遥感海冰数据与电子海图数据叠加效果；

图7为南极叠加第二海冰数据效果图，由图可知南极遥感海冰数据与电子海图数据叠加效果；

本发明对南北纬60度以上航区航行的船舶有较大的安全意义，可自由切换显示海冰数值和遥感数据。有船单位可有效应对来自海面海冰的危险。海冰数据和遥感数据的集合显示避免了单一数据的缺陷。

同样的目的，本发明实施例2给出查询任意经纬度海冰覆盖率C的方法，具体步骤为：

首先确定所求点经纬度(φ₅，λ₅)所在的网格四个顶点的经纬度坐标，从左下点开始逆时针为(φ₅₁，λ₅₁)(φ₅₂，λ₅₂)(φ₅₃，λ₅₃)(φ₅₄，λ₅₄)，每个顶点的海冰覆盖率分别为C₅₁，C₅₂，C₅₃，C₅₄。

若(λ₅₃-λ₅₁)*(φ₅-φ₅₁)/(φ₅₃-φ₅₁)+λ₅₁≥λ₅，

则C＝C₅₁+(C₅₂-C₅₁)*(φ₅-φ₅₁)+(C₅₃-C₅₂)*(λ₅-λ₅₁)；

若(λ₅₃-λ₅₁)*(φ₅-φ₅₁)/(φ₅₃-φ₅₁)+λ₅₁＜λ₅，

则C＝C₅₁+(C₅₃-C₅₄)*(φ₅-φ₅₁)+(C₅₄-C₅₁)*(λ₅-λ₅₁)。

图8为海冰覆盖率查询示意图，由图可知本发明可查询任意经纬度的海冰覆盖率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法，其特征在于，包括：

步骤1、获取第一海冰密集度遥感图和第一海冰数据；

步骤2、将第一海冰数据进行二进制数据处理，得到二进制解析后的第二海冰数据；

步骤3、采集第一海冰密集度遥感图中的第一海冰遥感影像像素坐标，将第一海冰遥感影像像素坐标进行地图投影变换，得到瓦片像素坐标；

步骤4、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将瓦片像素坐标变换为第二实际地理坐标；

步骤5、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第二实际地理坐标变换为第二海冰遥感影像像素坐标，获取第二海冰遥感影像像素坐标的颜色值，并绘制在瓦片对应像素上，得到第二海冰遥感集度遥感图；

步骤6、叠加第二海冰遥感集度遥感图和第二海冰数据，并显示在web电子平台。

2.如权利要求1所述的一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法，其特征在于，步骤3包括：

步骤3.1、利用极地等角正切方位投影坐标变换方法将第一海冰遥感影像像素坐标为转换为第一实际地理坐标；

步骤3.2、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第一实际地理坐标转换为瓦片像素坐标。

3.如权利要求2所述的一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法，其特征在于，步骤3.1具体为：

步骤3.1.1、将第一南极海冰遥感影像的像素坐标转换为第一南极实际地理坐标；

步骤3.1.2、将第一北极海冰遥感影像的像素坐标转换为第一北极实际地理坐标。

4.如权利要求3所述的一种基于电子海图的海冰遥感和数值数据的叠加显示方法，其特征在于，步骤3.2具体为：

步骤3.2.1、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第一南极实际地理坐标转换为第一南极瓦片像素坐标；

步骤3.2.2、利用网络墨卡托投影的坐标变换方法将第一北极实际地理坐标转换为第一北极瓦片像素坐标。

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