[发明专利]一种利用地图防触礁的安全助航方法

说明书

本发明涉及水运交通安全助航技术领域，本发明提出的一种利用地图防触礁的安全助航方法，首先，利用GNSS定位技术和水位观测及数据处理技术，实现船舶最低点安全吃水高程的解算；然后通过获取的相关安全助航要素信息，判断是否启用深度基准面高程拟合方程进行在航水位改正；最后，根据安全吃水高程匹配检索的矢量等深线或安全航行保障线节点坐标集合，并在电子航道图上显示标注矢量等深线及安全航行保障线形成的安全航行边界线，语音播放船舶与安全航行边界的警示距离、船舶艏向与安全航行边界的警示角度。解决了现有技术方案，无法避免分辨率较低的碍航区缓冲区和可航水域导致的边界交接断层，发挥了航道地图动态安全助航的服务功能。

技术领域

本发明涉及水运交通地图导航安全助航技术领域，是基于地形匹配导航技术，并结合水运交通通航环境的多维变化、多种高程基准的特点，提出的一种利用地图防触礁的安全助航方法。

背景技术

导航地图API(SDK)实现的技术功能现状：现行的导航地图API(SDK)广泛用于陆路运输导航服务，由于水运交通导航存在流态、流速、比降、暗礁、风力、雾情等多种自然环境因素影响，以及尚未全面应用矢量等高线地图；没有建立针对适淹乱礁和航道整治建筑物等复杂困难航道安全航行边界失真的水下地形分析模型及基于深度基准面高程拟合的在航水位拟合改正模型。几乎所有的导航地图API(SDK)没有涉足水运交通导航功能技术开发。

防触礁地图安全助航技术的研究应用现状：目前有关电子航道图安全助航技术研究有两种方法，一种方法是基于电子航道图航线的碍航区缓冲区、可航水域生成安全航行边界【李發等编著《基于长江电子航道图的航线动态生成算法及实现》】【杨保岑等编著《长江电子航道图可航水域动态计算模型研究》】，这些面域的形成需要通过GIS平台预先制作，预处理工作量较大、操作步骤较多；在落差变化和水位变幅较大航区实时发布运行中，低分辨率的碍航区缓冲区和可航水域更新发布不能有效避免洪水波坦化特性导致的“钱塘潮头”边界交接断层，降低了地图导航防触礁安全助航的现势性和时效性。【李箐等编著《内河电子航道图动态水沫线算法与实现》】。另一种方法是电子航道图+数字航道实体航标设置，这种方法是传统人工航标设置的数字化应用，其相对成本高、劳动强度大的特点依然没有改变，也没有根本发挥地图本质动态安全助航的服务功能。

水深线性插值算法模型的缺陷：水深点线性插值算法是航行基准面落差的传统描述方法，该方法在水位稳定或规律性周期变化时期能够较好体现水位的空间变化特征，但在恶劣气象条件、洪水运动期，低密度的水位观测数据不能实时反映水位分段线性特征，不适于全天候在航水位改正。

防触礁地图安全助航技术应用发展的环境状况：防触礁地图安全助航技术应用模型的本质要求是船舶当前位置的水下地形高程低于富裕的船舶安全吃水高程，其核心技术是测量高程与数字地图高程等值线匹配的地形匹配导航技术【刘承香编著《水下潜器的地形匹配辅助定位技术研究》】。目前地形匹配导航技术应用于GNSS卫星信号中断区域或海底潜艇惯性导航系统导航校正工作，近年来车道级汽车自动驾驶技术兴起，与地形匹配导航技术相关的矢量道路辅助导航算法【李翔等编著《粗精匹配结合的矢量道路辅助惯性导航算法》】已得到广泛求证。这些技术成果为地图导航防触礁安全助航技术的应用提供了很好的示范引领作用。

随着多波束回声测深技术、机载ALB高分辨率高现势性水下地形测图技术的崛起，GNSS星(地)基增强差分系统的应用；传感器技术的发展；海洋无缝垂直基准、内河航行基准面研究的深入【许军等编著《航海中的动态水位保障》】；水下地形特征分析方法【张毅等编著《水下地形匹配导航中的地形可导航性分析》】和相对水深图航区深度基准面高程拟合技术【孙军等编撰《曲面方程求解相对水深改正的应用探讨》】的成熟。基于导航地图的防触礁安全助航技术应用模型，将获得精密的导航地图背景场、精确实时的航行外部要素参数和严密的计算处理模型结构，将为地图导航防触礁安全助航技术应用模型的运行提供可靠保障。