一种应用于航海导航辅助作业的纸电海图融合方法与流程

本发明属于舰船航海导航辅助决策技术领域，具体涉及一种应用于航海导航辅助作业的纸电海图融合方法。

背景技术：

导航是一门古老的艺术，航海导航从古时观测太阳、星星进行指北发展到现代涵盖多种技术学科的舰船综合导航系统，其使命任务也从单一的为船舶航行指引方向，拓展为保障舰船遂行多种任务。

在很长一段时间，航海人员主要依靠纸海图进行航海导航辅助作业，按照航海计划在纸海图上制定、修改计划航线，采用的工具主要是铅笔、直尺等，计划航线无法存储或分享。随着信息技术的发展，逐渐出现了电子海图，可以用键盘、鼠标制定、修改计划航线，生成的计划航线可以很方便的存储和分享。

由于纸海图在航海导航业务过程中具有的法律效力暂时不可替代，需要短期内舰船上纸海图和电子海图两种航海导航辅助作业手段将共存。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可解决纸海图、电子海图两种手段在舰船上共存的核心问题，可利用纸海图、电子海图两种手段各自的优势来实现提高航海作业辅助效能目的的应用于航海导航辅助作业的纸电海图融合方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种应用于航海导航辅助作业的纸电海图融合方法，其特征在于，该纸电海图融合方法的操作平台为舰船综合导航系统，包括如下步骤：

步骤1：构建一套可以拾取纸海图上经纬度的标绘装置，标绘装置包括一块数字化板、一套光点指示结构和基于电磁感应原理的拾取终端；将数字化板铺设于纸海图下方，通过多点位置校正将纸海图整个图幅上的经纬度坐标值映射到数字化板上；固定纸海图和数字化板的相对位置后，利用电磁感应原理通过拾取终端读取纸海图上计划航线各个航路点的经纬度，实现纸海图上计划航线的数字化；

步骤2：将纸海图上计划航线的数字化信息发送到电子海图终端，电子海图终端校验人工制定的计划航线的安全性，利用电子海图数据信息化的优势检查计划航线路径上是否存在碍航物、恶劣气象水文环境影响航行安全的因素；

步骤3：校验结束后，电子海图终端显示校验结果，在人工制定的计划航线安全的情况下，提示航海人员执行人工制定的计划航线；而在人工制定的计划航线存在安全隐患的情况下，航海人员在舰船综合导航系统中修改计划航线，将修改的计划航线发送至标绘装置，标绘装置通过光点指示结构在纸海图上指示出修改计划航线的各个航路点，航海人员按照指示的航路点修改纸海图上的计划航线，并按照修改的计划航线航行。

进一步的：步骤1中，坐标映射的步骤为：

1.1a先将纸海图与数字化板的左下角作为坐标原点对齐，将纸海图的长、宽边分别与数字化板的长、宽边平行对齐；

1.1b然后在标绘装置的显控终端上输入纸海图三个边角的经纬度、比例尺等信息，数字化板解析出板上坐标与纸海图经纬度之间的映射关系。

进一步的，步骤1中读取纸海图上计划航线各个航路点的经纬度的具体步骤为：

1.2a先在数字化板上构建数字化栅格，在栅格的x、y方向分别等间距铺设导线，导线之间互相首尾连接；

1.2b连接数字化板上的采集电路板与导线，采集每根导线上的信号量，拾取终端中布置有由金属线做成的电磁感应线圈，实现拾取终端与栅格之间的信号收发；

1.2c拾取终端在纸海图上先后移动至各个航路点，拾取终端的移动导致栅格导线上接收到信号幅度和相位变化，采集电路板测量栅格信号的幅度和相位，经过解析后得到由拾取终端拾取的各个航路点在纸海图上的经纬度。

进一步的：步骤3中，在人工制定的计划航线安全的情况下，舰船综合导航系统的存储单元将校验通过后的计划航线存储在数据库中；同时，存储单元将计划航线的各个航路点单独在库中存储，作为经验航路点库。

进一步的：步骤3中，在人工制定的计划航线存在安全隐患的情况下，航海人员使用键盘、鼠标修改计划航线的航路点，重新构建安全航行，修改后生成计划航线更新报文，同时发送给存储单元和标绘装置，替代当前的计划航线。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明有效融合了电子海图、纸海图两种航海作业辅助手段，在最大化保留航海人员原有业务技能习惯的基础上，形成了一套制作、校验、存储、修改计划航线的反馈回路，提高了航海导航辅助的自动化水平和操作便捷性。

附图说明

图1是本发明纸海图上计划航线数字化示意图；

图2是本发明纸海图上计划航线指示示意图；

图3是本发明拾取终端与数字化板的配合示意图；

图4是本发明光点指示结构示意图；

图5是本发明应用于舰船综合导航系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种应用于航海导航辅助作业的纸电海图融合方法，请参见图1-5，其发明点为：该纸电海图融合方法的操作平台为舰船综合导航系统。舰船综合导航系统的主要功能之一是为用户提供航海导航作业辅助，传统的舰船综合导航系统配备有分离、独立的纸海图和电子海图两种辅助手段。目前，两种辅助手段是单独使用的，而本发明将该两种辅助手段融合在一起，提高了航海作业辅助效能，具体包括如下步骤：

步骤1：构建一套可以拾取纸海图2上经纬度的标绘装置，标绘装置包括一块数字化板1、一套光点指示结构5和基于电磁感应原理的拾取终端3。其中，数字化板1内部嵌入了一系列横纵相交的金属导线，构成天线阵列。拾取终端3内置电磁感应线圈。数字化板1和拾取终端3配合使用，主要作用是获取纸海图2的经纬度坐标，参见图3。基本原理是拾取终端3内置电磁感应线圈，通过一支电磁感应线圈发射电磁信号，和数字化板1进行交互，当拾取终端3的拾取头靠近时，触控屏后面的数字化板1会感应到拾取头的电磁信号，根据水平方向和垂直方向的天线阵列接收信号，电磁线圈为讯号发射端（transceiver），天线阵列为讯号接收端（receiver），通过磁通量的变化计算获得拾取头所在的x、y坐标位置，最终通过墨卡托投影算法将x、y坐标转换为经纬度坐标。其中，光点指示结构5由计算机、微振镜和激光器组成，见附图4，微振镜包括两个反射镜，计算机控制反射镜的反射角度，这两个反射镜可分别沿x、y轴扫描，从而达到控制激光束的偏转，从而在纸海图2上指示计划航线4、船位等要素。

在构建标绘装置后，将数字化板1铺设于纸海图2下方，通过多点位置校正将纸海图2整个图幅上的经纬度坐标值映射到数字化板1上，具体的，先将纸海图2与数字化板1的左下角作为坐标原点对齐，将纸海图2的长、宽边分别与数字化板1的长、宽边平行对齐；然后在标绘装置上输入纸海图2三个边角的经纬度、比例尺等信息，数字化板1解析出板上坐标与纸海图2经纬度之间的映射关系。在固定纸海图2和数字化板1的相对位置后，利用电磁感应原理通过拾取终端3读取纸海图2上计划航线4各个航路点的经纬度，实现纸海图2上计划航线4的数字化，具体的，先在数字化板1上构建数字化栅格，在栅格的x、y方向分别等间距铺设导线，导线之间互相首尾连接；然后连接数字化板1上的采集电路板与导线，采集每根导线上的信号量，拾取终端3中布有特制线圈，线圈由金属线做成的电磁感应线圈，实现拾取终端3与栅格之间的信号收发；最后拾取终端3在纸海图2上先后移动至各个航路点，拾取终端3的移动导致栅格导线上接收到信号幅度和相位变化，采集电路板测量栅格信号的幅度和相位，经过解析后得到由拾取终端3拾取的各个航路点在纸海图2上的经纬度。

步骤2：将纸海图2上计划航线4的数字化信息通过以太网发送到电子海图终端，见附图5，电子海图终端自动校验人工制定的计划航线4的安全性，利用电子海图数据信息化的优势检查计划航线4路径上是否存在碍航物、恶劣气象水文环境等影响航行安全的因素。具体的，先根据舰艇操纵特性由人工设定安全警示圈的半径，将舰艇位置移至计划航线的起点处，在电子海图终端上显示出舰艇位置及安全警示圈；然后电子海图终端模拟舰艇按照计划航线路径航行，航行过程中，电子海图终端软件检查安全警示圈内是否有电子海图自带标注的沉船、岛礁、浅滩等碍航物，如有则软件记录下碍航物类型、经纬度；最后，根据人工设定的舰艇计划航行平均速度计算出航行所需时间，电子海图终端接收舰艇综合导航系统其它设备提供航行时间内的航行海域洋流数据以及雷暴、台风等恶劣天气行进路径，检查模拟航行的舰艇是否会在未来某一时刻遇到上述恶劣气象水文环境，判断依据为安全警示圈是否会与湍流、雷暴、台风等重合。计划航线报文格式如下。

步骤3：校验结束后，电子海图终端显示校验结果，校验结果为两种情况：

情况一：在人工制定的计划航线4安全的情况下，提示航海人员执行人工制定的计划航线4，且舰船综合导航系统的存储单元通过以太网接收校验通过后的计划航线4并存储在数据库中，数据库以列表方式存储计划航线4，列表属性包括计划航线id、创建日期、起点名称、终点名称、航路点数量、航行速度等。航海人员下一次出航前可以通过航线名称、创建日期、起点/终点等关键词在数据库中检索历史计划航线4，根据任务需要直接调用或者在此计划航线4基础上进行修改。同时，存储单元将计划航线4的各个航路点单独在数据库中存储，与计划航线4类似，也采用列表方式存储，列表属性包括航路点id、经纬度、被采用次数、存储日期等，以建立经验航路点库。航海人员下一次制定、修改计划航线4时，可以从经验航路点库中直接选取构成计划航线4的航路点，省去输入航路点经纬度的步骤，加快航海人员制定、修改计划航线4的效率。

情况二：而在人工制定的计划航线4存在安全隐患的情况下，航海人员使用键盘、鼠标修改计划航线4的航路点，生成修改后的计划航线4，通过以太网发送给存储单元，存储单元同时向标绘装置、电子海图终端发送计划航线4更新报文，提示使用修改后的计划航线4，同时确保标绘装置、电子海图终端使用的是同一条计划航线4。标绘装置、电子海图终端收到计划航线4更新报文后立刻向存储单元反馈确认报文，以通知已使用修改后的计划航线4。若存储单元每隔1s后没有收到确认报文，则重复发送计划航线4更新报文，直至接收到确认报文。标绘装置收到计划航线4更新报文后，根据报文中的航线id自动从存储装置中下载符合条件的计划航线4，通过光点指示结构5在纸海图2上指示出修改计划航线4的各个航路点，航海人员按照指示的航路点修改纸海图2上的计划航线4，并按照修改的计划航线4航行。计划航线4更新报文、确认报文格式如下。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。