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原文传递多维航道模型及应用关键技术研究

论文题名：	多维航道模型及应用关键技术研究
关键词：	船舶导航;多维航道模型;数据融合;Mercator变换
摘要：	随着我国航运业和航道建设的发展，以及地理空间数据应用研究的发展，内河航道信息化建设，尤其是航道测绘的地理空间数据的应用，取得了极大的进步。空间信息应用作为数字航道研究的重要内容，可以为船舶用户和监管部门提供航道实时的动态信息。因此，更高效、更丰富的航道空间数据模型及其应用系统对于船舶用户和监管部门具有重要的意义。　　在长江南京航道局“多维数字航道基础平台关键技术研究”科技项目的资助下，本文开展了多维数字航道空间信息应用研究，在理论方法和工程应用中探索多维数字航道的空间数据模型及其应用关键技术，完成了以下七个方面的研究工作: 　　(1)为了提供更加丰富的数字航道空间信息，有别于传统的二维电子航道图，本文分析了数字航道的不同空间数据类型包括测深信息、导航标志、岸上地形信息、沿岸建筑物和基础设施等信息的多维表达方式，设计了以二三维多源空间信息融合为基础的多维航道模型。　　(2)基于多维航道模型设计，针对其水下地形的三维空间表达问题，提出了多分辨率水下地形构建算法。首先，构建了陆上地形金字塔数据模型，设计了地形数据与水深数据融合的阈值计算方法;然后，采用分层距离加权平均的方法逐层进行数据融合，将陆上地形数据与水深数据相融合。　　(3)基于多维航道模型设计，针对其在三维空间中多比例电子航道图与遥感影像和水下三维地形的融合问题，提出了多比例尺电子航道图数据融合算法。在三维场景中，研究了多比例尺电子航道图数据与遥感影像数据和水下地形数据融合的具体流程，包括多比例尺电子航道图数据的视相关可视化方法，电子航道图图幅处理的顺序问题、图幅裁剪和图幅拼接的方法，电子航道图中物标的绘制方法，以及物标的拾取方法等。　　(4)三维模型能表达更加丰富的空间信息，为了更高效和精确地将三维模型融合到多维航道模型中，本文提出了基于矢量数据的三维模型数据融合算法。首先，给出了三维模型的描述方法，定义了用于三维模型投影计算的简单网格的概念，设计了相交测试方法、通用逆时针排序算法和轮廓提取算法等;然后，基于上述基本概念和计算方法研究了三维模型基于矢量数据的融合流程，包括姿态调整、大小调整和位置匹配。　　(5)针对当前的航道空间数据应用习惯，研究了多维航道模型的Mercator变换，将多维航道模型在球面坐标和Mercator投影场景坐标之间进行变换，并对变换方法进行了分析。　　(6)基于多维航道模型，参照二维电子航道图系统、三维数字地球系统和数字航道相关业务系统，设计了多维航道基础平台的功能结构和系统架构，并研究了多维航道模型绘制相关的多图层技术、视点相关LOD可视化技术、异步多线程方法、数据调度的预读策略以及基于视点和视角的模型转换和隐藏方法等，构建了多维航道基础平台。　　(7)将多维航道基础平台应用于船舶导航和航道监控。针对多维航道模型中船舶等动态目标的绘制和信息查询需求，提出了动态目标的折半抽稀、多细节层次目标符号的绘制方法以及基于光线投射思想的目标拾取方法。设计开发了多维航道监控应用系统，实现基于多维航道模型的航标、水位和船舶监控;设计开发了多维船舶导航应用系统，实现多维航道模型中的船舶导航功能。　　基于上述研究，为数字航道构建了一个新的空间数据组织模型，并在船舶导航和航道监控应用研究中证明了模型的有效性。
作者：	刘涛
专业：	交通信息工程及控制
导师：	赵德鹏
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文