基于双光栅尺多段折叠机械臂的纸海图点经纬度读取方法与流程

本发明涉及舰船海图标绘台海图点经纬度信息测量技术领域，尤其是一种基于双光栅尺多段折叠机械臂的纸海图点经纬度读取方法。

背景技术：

船只在航行时需要在纸海图上标绘出本船位置，然后在纸海图上观察本船附近是否有碍航物或其他船只等影响航行安全的因素，并要及时获得这些碍航物或附近船只的经纬度信息，用以计算其距离本船的方位距离。

当前在纸海图上计算碍航物和附近船只距离本船的方位距离方式，是在纸海图上分别标绘出本船位置和附近目标在纸海图上的位置，参考海图比例尺和经纬网格线，用分规在纸海图上读出距离，用量角器在纸海图上测量出两个点的方位。上述这种在纸海图上量算某点的经纬度值的操作方式繁琐、费时，工作人员的工作量较大，而且容易出现计算误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，通过类似机械臂的测量机构，利用计算机快速计算出机械臂末端所在位置的纸海图经纬度信息，提供一种可以大幅度减少航海人员工作量、提高作业效率的基于双光栅尺多段折叠机械臂的纸海图点经纬度读取方法。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种基于双光栅尺多段折叠机械臂的纸海图点经纬度读取方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴.根据双光栅尺多段折叠机械臂的角度和长度得知拾取点在纸海图直角坐标系中的位置坐标；

⑵.根据拾取位置点在直角坐标系中的坐标和纸海图的基本信息计算出拾取位置点的经纬度信息。

而且，步骤⑴所述的具体方法为：沿纸海图有效区域的下边缘和左边缘建立直角坐标系xoy，右方向为正，前方向为正，单位为通用长度单位；移动相对位置测量机构的末端拾取装置到纸海图某位置点a正上方，第一节旋转机构中绝对式光栅的基准沿x轴方向，第二节旋转机构中的绝对式光栅的基准沿主臂方向，指向测量机构固定位置，计算机从测量机构的电子设备读取主臂和从臂的角度信息，再利用主臂和从臂的长度信息，通过公式计算得出点a相对于测量机构固定位置点的相对位置关系，最终得出点a(xa,ya)在直角坐标系xoy中的坐标：

其中，第二旋转机构位置坐标(x1,y1)计算方法为：

点a(xa,ya)在直角坐标系xoy中的坐标为：

其中，(x0,y0)为测量机构固定位置，l0为主臂长度，l1为从臂长度，(xa,ya)为末端拾取装置的位置，α0是拉伸到指定位置后主臂的角度，α1是拉伸到指定位置后从臂的相对于主臂的角度。

而且，所述的类机械臂的相对位置测量机构包括第一节旋转机构、绝对式光栅、主臂、第二节旋转机构、从臂和末端拾取装置，第一节旋转机构和第二节旋转机构内均放置绝对式光栅，第一节旋转机构上安装一个竖杆，该竖杆的上端安装水平安装主臂，该主臂的前端安装第二节旋转机构，第二节旋转机构内置绝对式光栅，绝对光栅基准沿主臂方向，第二节旋转机构连接一个水平安装的从臂，该从臂的前端安装一个竖直设置的末端拾取装置。

而且，所述的主臂长度应等于从固定位置到纸海图中央位置之间的距离，从臂长度应为海图有效范围对角线长度的1/2。

而且，步骤⑵所述的具体方法为：先根据纸海图安放的位置，计算出点a位置在纸海图直角坐标系的坐标值(xa,ya)，根据墨卡托投影变换计算出a点的经纬度(lona,lata)＝g(xa,ya)。

本发明的优点和积极效果是：

1、本方法可以快速的将纸海图上某点位置的经纬度信息用计算机读出，提高航海作业人员使用平行尺和分规读取经纬度信息的效率，采用本方法后不用再使用平行尺和分规，克服了传统计算方法的缺陷，简化了读取过程，降低了读取难度，提高了读取效率和精度。

2、本方法是建立一种类似机械臂的位置测量机构，使用时将机械臂的可移动端移动到纸海图上需要测量的位置点，利用安装在机械臂固定端和关节处的光栅尺测量机械臂旋转角度，通过测量得到的旋转角度和机械臂长，计算出机械臂末端的位置。再根据机械臂固定位置和纸海图的布置关系，以及纸海图自身的范围和比例尺等信息，计算出机械臂末端所指位置的经纬度信息。

获得点的经纬度信息可以后，计算机可以计算出点之间的方位距离信息，使用方式更加灵活。

3、本方法所采用的相对位置测量机构采用仿手臂模式，分为主臂和从臂，主臂和从臂长度固定，角度可旋转，保证了两节测量机械臂长度能够测量至整个海图有效范围。

附图说明

图1是双光栅机械测量机构的结构图；

图2是测量机构的俯视图；

图3是测量机构的俯视图(示意主臂和从臂长度示意部分)。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于双光栅尺多段折叠机械臂的纸海图点经纬度读取方法，包括以下步骤：

⑴.得知拾取位置点在纸海图直角坐标系中的位置坐标：

沿纸海图有效区域的下边缘和左边缘建立直角坐标系，右方向为正，前方向为正，单位为通用长度单位；移动相对位置测量机构的末端拾取装置到纸海图某位置点a正上方，第一节旋转机构中绝对式光栅的基准沿x轴方向，第二节旋转机构中的绝对式光栅的基准沿主臂方向，指向测量机构固定位置，计算机从测量机构的电子设备读取主臂和从臂的角度信息，再利用主臂和从臂的长度信息，通过公式计算得出点a相对于测量机构固定位置点的相对位置关系，最终得出点a(xa,ya)在直角坐标系xoy中的坐标：

其中，第二旋转机构位置坐标(x1,y1)计算方法为：

点a(xa,ya)在直角坐标系xoy中的坐标为：

其中，(x0,y0)为测量机构固定位置，l0为主臂长度，l1为从臂长度，(xa,ya)为末端拾取装置的位置，α0是拉伸到指定位置后主臂的角度，α1是拉伸到指定位置后从臂的角度。

上述的类机械臂的相对位置测量机构包括第一节旋转机构1、绝对式光栅、主臂3、第二节旋转机构4、从臂5和末端拾取装置6，第一节旋转机构和第二节旋转机构内均放置绝对式光栅，第一节旋转机构可计算主臂的角度信息，第二节旋转可通过光栅的读数头读取主臂和从臂的夹角信息。第一节旋转机构上安装一个竖杆2，该竖杆的上端安装水平设置的主臂，该主臂的前端安装第二节旋转机构，该第二节旋转机构连接一个水平设置的从臂，该从臂的前端安装一个竖直设置的末端拾取装置。

主臂和从臂长度固定，角度可旋转。主臂长度应等于从固定位置到纸海图中央位置之间的距离，从臂长度应为海图有效范围7对角线长度的1/2。

测量机构是固定在标绘台上的；使用时，纸海图平铺在海图标绘台表面的固定区域内。

⑵.根据直角坐标系中的坐标计和纸海图的基本信息算出经纬度信息：

先根据纸海图安放的位置，计算出点a位置在纸海图直角坐标系xoy的坐标值(xa,ya)，再根据被安放纸海图所对应的投影变换计算出a点的经纬度(lona,lata)＝g(xa,ya)。

以下对投影变换(纸海图直角坐标系和经纬度之间的变换)进行简单说明介绍：

纸海图有效区域的大小一般为1000mm×700mm左右，每张纸海图在制作时都有相对应的比例尺，投影方式(我国纸海图通常使用墨卡托投影方式)，同时在纸海图上可以读到左下角点经纬度信息和右上角经纬度信息。根据这些信息和投影方式，可以在计算机中建立经纬度和纸海图直角坐标之间的关系。根据经纬度信息(lon,lat)可以计算出该点在纸海图xoy直角坐标系中的坐标(x,y)，同时也可以根据xoy点坐标也能计算出对应得经纬度信息。

我国纸海图常用的正反墨卡托投影转换关系：(lon,lat)＝g(x,y)和(x,y)＝g^-1(lon,lat)，通用公式不再赘述。