电子航道图数据生成系统的设计与实现

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随着我国内河航运事业的不断发展,进出港船舶数量和港口船舶密度以及航道上航标的不断增加,船舶的航行安全问题也越来越面临着严峻的考验。因此,各内河航道管理部门与航运企业都迫切的需要随时了解船舶的航行状况及航标灯的实时工作状况,从而对船舶的安全航行提供有力的服务和保障。因此,作为智能航运、数字航道核心组成部分的电子航道图越来越显示出其在港口船舶与航道航标监控方面的优越性。所以快捷、准确的制作出标准电子航道图以满足社会各界的需求俨然已经成为当下亟待需要解决的问题。2015年伊始,历经五年研发的长江电子航道图系统投入运行。通过长江电子航道图系统,能够为终端用户(社会大众与港航企业等)和涉航管理部门,提供丰富的、实用的导(助)航服务和管理功能。然而,由于长江电子航道图主要针对长江主干道水域,而并不涉及其支流,例如汉江、嘉陵江、雅砻江、沅江和乌江等。因此,长航局在制作长江电子航道图的同时,鼓励并支持长江各支流相关涉航管理部门自主研发并制作符合长江规范的区域性电子航道图以用于其相应的航道管理系统中,进而使该支流航运能够得到充分的利用。汉江作为长江最长的支流,全长1577公里,流域面积达15.9万平方公里,并且多滩险峡谷、径流量大、水力资源丰富,具有较好的航运条件。因此,为了能够充分利用汉江航运条件并打造专属汉江的智能航运、数字航道,2011年末,由湖北蓝宇航标有限公司发起并联合长江大学教授开始着手汉江智能数字航道管理系统的研发,并在汉江管理系统研发的同时,以汉江从汉川至蔡甸70公里航道为试点进行电子航道图的研究与制作,当时作者在项目中主要负责此项工作。至2013年6月,经过一年半多的潜心研究,最终提出一套制作电子航道图的方法与流程,并依据此方法制作完成了符合长江规范的汉川至蔡甸70公里电子航道图。但随着电子航道图的不断推广与应用,原有的制图模式越来越暴露出其各种各样的缺点:如人工参与过多、使用软件太多并且过于繁琐、水深数据勾绘不准确等等。因此,本文在深入研究个分析国内外电子航道图相关标准和规范的基础之上,对原有航道图的制作方法进行了深入的分析以及全面的梳理并改进升级,总结得出一套全新的制作方法与流程。其流程包括:对非标准电子航道图中数据进行预处理,内容包括删除冗余图元物标、标准化图元物标以及图元物标分类等;将预处理后的数据进一步对象化,即为每个图元物标指定特征属性并赋予相应的属性值;根据水深散点数据构造等深数据,内容包括散点格网化、三角剖分、等值线追踪和剪切等;根据处理得到的基础物标及水深数据生成标准电子航道图。本论文研究的主要内容包括:研究了国际电子海图标准(S-57)和国内《长江电子航道图制作规范》(CJ-57);研究了几种常见图形编辑软件的专用矢量地图格式,包括:dwg、dxf、shp,并实现了直接读写这些文件格式的组件;研究了Carnac. NET图形开发组件,并在此基础上设计完成了电子航道图数据生成系统,系统中除了具有多种图形读入/输出功能外,更具特色的是航道图的编辑功能,如:快速从其它图层提取空间对象、合并空间对象、优化空间对象、给空间对象指定特征数据等。该系统整体上分为电子航道图数据预处理软件和电子航道图生成软件两个独立部分,其中,预处理软件主要完成静态物标的生成,而对于动态物标(即基于水深点数据的水深点、等深线、等深面)则通过航道图生成软件完成。这些物标以水深点数据为基础,采用三角网格化技术生成等深线,再对生成的等深线构成的多边形环进行填充形成一个个等深区,最后根据图幅边框对等深线和等深面进行剪切,生成航道图的动态物标。最后将这些静态物标和动态物标按CJ-57标准格式写到航道图文件(.000)中。本论文的创新点在于提出了一套电子航道图生成工具的框架,并按照该框架实现了电子航道图数据生成系统。该系统完全取代了原有制作方法和流程中的手工劳动及不同编辑软件之间的来回切换的缺点,并对勾制等深线和构造等深面部分算法进行了全新的优化升级,使其能够轻松应对各种复杂地形。新的制图方法极大的简化了数据处理流程并缩短了制图周期,依据该方法生成的汉江电子航道图已在实际工程项目中得以应用,并取得了良好的效果。
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