阅读说明：本技术 一种基于网格参考航向的控制河段船舶上下水判定方法 (Method for judging water supply and discharge of controlled river reach ship based on grid reference course ) 是由 梁山 蔡章利 刘康路 吴非 王德军 毛雄磊 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于网格参考航向的控制河段船舶上下水判定方法,属于智能航运与船舶导航应用领域。所述方法包括：以控制河段的计算范围和航道里程线坐标为基础,结合控制河段实际情况和二维数组优势,将控制河段网格化并建立索引,同时以网格中心点为坐标,计算网格距离临近航道里程线的位置,然后利用航道里程线参考航向计算各网格的参考航向。通过该方法,将控制河段内船舶AIS的经纬度进行坐标变化即可得到网格索引,利用网格参考航向进行船舶上下水判定,提供给指挥系统用于指挥,为航道内的船舶指挥提供有力依据,提高指挥系统的工作效率和准确率,为船舶安全航行提供保障。(The invention discloses a method for judging whether a ship in a river reach gets on or off the water based on a grid reference course, and belongs to the field of intelligent shipping and ship navigation application. The method comprises the following steps: based on the calculation range of the control river reach and the channel mileage line coordinates, combining the actual situation of the control river reach and the advantages of the two-dimensional array, gridding the control river reach and establishing an index, meanwhile, taking the grid center point as the coordinate, calculating the position of the grid distance close to the channel mileage line, and then calculating the reference course of each grid by using the channel mileage line reference course. By the method, the grid index can be obtained by changing the coordinates of the longitude and the latitude of the ship AIS in the controlled river reach, the ship water-feeding and water-discharging judgment is carried out by utilizing the grid reference course, and the grid reference course is provided for a command system for commanding, so that powerful basis is provided for commanding the ship in the channel, the working efficiency and the accuracy of the command system are improved, and the guarantee is provided for safe navigation of the ship.)

一种基于网格参考航向的控制河段船舶上下水判定方法

技术领域

本发明属于智能航运与船舶导航应用领域，尤其涉及一种基于网格参考航向的控制河段船舶上下水判定方法。

背景技术

长江是中国第一大河，素有“黄金水道”之称。长江航线上起云南水富港，下至长江入海口，全长2838公里，形成了以国家主要港口为骨干、地区重要港口为基础辐射全流域的总体格局，形成了比较齐备的集装箱、铁矿石、煤炭等江海转运体系以及汽车滚装和液化品等专业化运输体系，是我国唯一贯穿东、中、西部地区的水路运输大通道，也是国家综合运输体系长江运输大通道的核心，长江经济带建设的重要支撑。

由于长江内存在滩多水急，弯曲狭窄的河段，这部分河段只允许船舶单向通行，因此需要人工参与进行指挥。目前采用的指挥方式是基于“控制河段信号台智能通行指挥系统”辅助信号员的方式，实现对通行船舶进行智能指挥，系统利用船舶AIS数据，解码后得到船舶的动态信息与静态信息，并通过内置算法求出预计通过时间和通行队列，结合信号员的经验对船舶进行通行指挥。这种智能辅助指挥方式，能够主动掌握通行船舶动态，并能自动生成通行指挥记录。

在智能指挥中，船舶上下水的判定是非常重要的一环，上下水判定错误会导致整个指挥出现混乱，现有智能指挥系统的判定是基于航迹线进行判定的。该判定方法的基本思路是，通过人工在长江航道的可航线区域进行连续打点，连接成航迹线，当船舶进入该范围后，找寻距离当前船舶最近的两点，通过计算其方向和船舶对地航向的夹角来进行判断。现存人工绘制主航迹线的方法，按河道的方向进行绘制没有考虑船舶实际航行的情况，并且人工绘制的方向存在一定的误差，航道内水流方向复杂，也会影响船舶航行的实际方向，故以航迹线切线方向作为航行判定方向的这种判定方式准确度不高。

有鉴与此，本发明的目的在于提供一种基于网格参考航向的控制河段船舶上下水判定方法，以控制河段的计算范围和航道里程线坐标为基础，结合控制河段实际情况和二维数组优势，将控制河段网格化并建立索引，同时利用航道里程参考航向为网格填充参考航向。通过该方法，将控制河段内船舶AIS的经纬度进行坐标变化即可得到网格索引，进而利用网格参考航向和船舶的真实航向进行上下水判定，提供给指挥系统用于指挥，为航道内的船舶指挥提供有力依据，提高指挥系统的工作效率和准确率，为船舶安全航行提供保障。

发明内容

为解决现有技术的问题，达到上述目的，本发明提供一种基于网格参考航向的控制河段船舶上下水判定方法。所述技术方案如下：

步骤1：读取控制河段计算范围，该数据包括计算范围最大经度、最小经度、最大纬度、最小纬度；

步骤2：读取控制河段内航道里程线数据，该数据包括航道里程公里数、航道里程线左侧点经纬度(按水流方向)、航道里程线右侧点经纬度(按水流方向)、航道里程参考航向；

步骤3：根据步骤1获得的计算范围，结合人工确定的网格间距将控制河段网格化并建立索引。即以控制河段计算范围的最小经纬度坐标作为原点，以经度为X轴，纬度为Y轴建立坐标系，网格间距为单位变量，建立坐标系索引；

步骤4：根据步骤2获得的航道里程线坐标，结合网格的中心点坐标，计算每个网格所在控制河段的具体位置；

步骤5：根据每个网格所在控制河段的具体位置，计算网格参考航向。

步骤6：将船舶经纬度转换为网格索引，求取船舶的上下水。

而且步骤3中，为网格建立索引的模型如下：

所述网格索引为(x,y)，所述lon表示网格中心经度，所述lat表示网格中心纬度，所述lon_min表示计算范围最小经度，所述lat_min表示最小纬度，所述interval表示网格间距。

而且步骤4中，求取网格所在控制河段具体位置的实现方式如下：

步骤4.1：将航道里程线左侧点、右侧点转换为对应网格索引；

步骤4.2：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格到前一航道里程线的距离，设该网格中心点的经纬度为(lon,lat)，航道里程线的直线方程为Ax+By+C＝0，则其距离d₁的计算公式为：

步骤4.3：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格到后一航道里程线的距离d₂；

步骤4.4：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格在控制河段的具体位置，设当前网格在航道里程线nkm和(n-1)km范围内，则该网格所在控制河段的具体位置为d＝(n-d₁/(d₁+d₂))；

而且步骤5中，求取网格参考航向的实现方式如下：

步骤5.1：设当前网格在航道里程线nkm和(n-1)km范围内，航道里程线nkm处的参考航向为c_n，航道里程线(n-1)km处的参考航向为c_n-1；

步骤5.2：由于参考航向存在封闭特性，需要对航向进行一定得预处理，当c_n和c_n-1的差的绝对值大于9时，认为两个数据之间存在跨越36的情况，需要将处在0到8之间的参考数据加上36后在进行后续处理；

步骤5.3：利用步骤四计算的d，则该网格的参考航向c＝c_n+(n-d)(c_n-1-c_n)，若c大于35，则c＝c-36，c为该网格的参考航向；

而且步骤6中，船舶上下水判定的实现方式如下：

步骤6.1：利用经纬度求取网格索引，设经纬度为(lon,lat)，网格索引为(x,y)，转换模型如下：

步骤6.2：利用网格索引，得到该船舶所在网格的参考航向。

步骤6.3：比较船舶的真实航向与网格参考航向，若与上水参考航向的绝对差小于阈值，则为上水船舶；若与下水参考航向的绝对差小于阈值，则为下水船舶；否则取上次该船舶的判定结果。

本发明技术方案带来的有益效果为：

本发明的提供一种基于网格参考航向的控制河段船舶上下水判定方法，以控制河段航道地形图为基础，将控制河段网格化并建立索引，读取航道里程线坐标，将相邻航道里程线组成的矩形范围内的网格设置为可航行区域，同时利用航道里程线参考航向计算出网格参考航向，通过此方法，即可将船舶经纬度转换为网格索引，得到其所在网格参考航向，进而进行船舶上下水判定，为船舶通行指挥提供依据，有效提高船舶位置判定过程，提高指挥效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于网格参考航向的控制河段船舶上下水判定方法流程图

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述：

本实施例以长江泸州航段神背嘴控制河段为例阐述实施方案，通过对控制河段计算范围和网格间距的确定将控制河段网格化并建立索引，通过电子航道图录入航道里程坐标，计算并存储网格在控制河段的具体位置，进而通过航道里程线参考航向计算出网格参考航向。系统只须将解析过后的船舶位置数据转换为网格索引，即可得到船舶所在网格的参考航向进行船舶上下水判定，为船舶指挥提供帮助，如图1所示，具体实施包括以下步骤：

步骤1：读取控制河段计算范围和网格间距。计算范围为矩形框，因此，计算范围的实际数据包括最小经度、最小纬度、最大经度、最大纬度四个数据；网格间距为在控制河段进行网格过程中单位网格的经纬度差，间距过大，则会导致船舶位置确定精度不高，间距过小则会导致系统计算量大。

步骤2：读取航道里程线数据。在电子航道图上，每隔一千米会出现一条航道里程线，通过电子航道图录入航道里程线时，需要确定左右两点在对应航道里程线上，同时相邻航道里程线组成的矩形框须把航道包含在内，该数据包括航道里程公里数、航道里程线左侧点经纬度(按水流方向)、航道里程线右侧点经纬度(按水流方向)。

步骤3：控制河段网格化并建立索引。以计算范围的最小经纬度坐标作为原点，以经度为X轴，纬度为Y轴建立坐标系，网格间隔为单位变量，建立坐标系索引，经纬度转换网格索引模型为：

其中网格索引为(x,y)，lon表示网格中心经度，lat表示网格中心纬度，lon_min表示计算范围最小经度，lat_min表示最小纬度，interval表示网格间距。

步骤4：计算网格所在控制河段具体位置；

步骤4.1：将航道里程线左侧点、右侧点转换为对应网格索引；

步骤4.2：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格到前一航道里程线的距离，设该网格中心点的经纬度为(lon,lat)，航道里程线的直线方程为Ax+By+C＝0，则其距离d₁的计算公式为：

步骤4.3：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格到后一航道里程线的距离d₂；

步骤4.4：计算相邻航道里程线组成矩形范围内的网格在控制河段的具体位置，设当前网格在航道里程线nkm和(n-1)km范围内，则该网格所在控制河段的具体位置为d＝(n-d₁/(d₁+d₂))。

步骤5：求取网格参考航向:；

步骤5.1：设当前网格在航道里程线nkm和(n-1)km范围内，航道里程线nkm处的参考航向为c_n，航道里程线(n-1)km处的参考航向为c_n-1；

步骤5.2：由于参考航向存在封闭特性，需要对航向进行一定得预处理，当c_n和c_n-1的差的绝对值大于9时，认为两个数据之间存在跨越36的情况，需要将处在0到8之间的参考数据加上36后在进行后续处理；

步骤5.3：利用步骤四计算的d，则该网格的参考航向c＝c_n+(n-d)(c_n-1-c_n)，若c大于35，则c＝c-36，c为该网格的参考航向；

步骤6：求取船舶所在控制河段具体位置；

步骤6.1：利用经纬度求取网格索引，设经纬度为(lon,lat)，网格索引为(x,y)，转换模型如下：

步骤6.2：利用网格索引，得到该船舶所在网格的参考航向。

步骤6.3：比较船舶的真实航向与网格参考航向，若与上水参考航向的绝对差小于阈值，则为上水船舶；若与下水参考航向的绝对差小于阈值，则为下水船舶；否则取上次该船舶的判定结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。