一種基于地理坐標(biāo)系的vts系統(tǒng)雷達(dá)回波視頻顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)雷達(dá)回波視頻顯示方法，特別是應(yīng)用于VTS船舶交通管理系統(tǒng)的基于地理坐標(biāo)系電子地圖的雷達(dá)回波視頻顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在船舶交通管理系統(tǒng)(VTS系統(tǒng))中，船舶發(fā)現(xiàn)方式有雷達(dá)發(fā)現(xiàn)、AIS上報(bào)等幾類，其中雷達(dá)發(fā)現(xiàn)是最重要實(shí)時(shí)情報(bào)來源之一。雷達(dá)站將接收到的雷達(dá)回波原始視頻經(jīng)過雜波過濾，去除海浪、海面漂浮物等雜波后，形成以極坐標(biāo)為度量的檢測視頻發(fā)送給控制中心?？刂浦行慕邮绽走_(dá)回波報(bào)文后在電子地圖上疊加顯示出來。
[0003]電子地圖是信息系統(tǒng)將地圖數(shù)據(jù)集通過投影算法在屏幕上顯示出來的地圖，存儲(chǔ)的地圖數(shù)據(jù)集按數(shù)值與單位的選擇可分為三種不同的坐標(biāo)系統(tǒng):以經(jīng)度、瑋度為單位的地理坐標(biāo)系(Geographic Coordinate System, GCS);以米為單位的橫軸墨卡托投影坐標(biāo)系(Universal Transverse Mercator, UTM);以英尺為單位的國家平面坐標(biāo)系(StatePlane)。按數(shù)據(jù)的投影方式可分為經(jīng)瑋度等比例投影、墨卡托投影、高斯投影等。大部分GIS商業(yè)軟件，如ArcGIS，建議針對(duì)不同地圖數(shù)據(jù)集采用對(duì)應(yīng)的投影方式，以獲得更快的地圖繪制效率。
[0004]目前現(xiàn)有雷達(dá)回波顯示方法一般要求系統(tǒng)的電子地圖采用重點(diǎn)地區(qū)無變形的墨卡托投影，這樣可以將雷達(dá)回波視頻進(jìn)行簡單的線性縮放后直接疊加到電子地圖上。采用墨卡托投影對(duì)基于UTM坐標(biāo)系存儲(chǔ)的地圖數(shù)據(jù)集沒有問題，但對(duì)于地理坐標(biāo)系的地圖數(shù)據(jù)集存在性能缺陷。對(duì)于以地理坐標(biāo)系存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)強(qiáng)行按墨卡托投影展開，在地圖渲染時(shí)會(huì)大大增加系統(tǒng)開銷，最好的方式是直接以經(jīng)瑋度展開的方式進(jìn)行投影，但是這種方式會(huì)導(dǎo)致地圖存在一定變形，直接對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行線性縮放疊加會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)回波與目標(biāo)不匹配。因此現(xiàn)有的雷達(dá)回波顯示方法無法用于以地理坐標(biāo)系存儲(chǔ)的地圖數(shù)據(jù)集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是解決船舶交通管理系統(tǒng)的雷達(dá)回波視頻顯示問題，特別是電子地圖的數(shù)據(jù)格式以地理坐標(biāo)系度量的系統(tǒng)，保證雷達(dá)回波視頻與船舶目標(biāo)在電子地圖上位置的一致性的技術(shù)問題，提供一種基于地理坐標(biāo)系的VTS系統(tǒng)雷達(dá)回波視頻顯示方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于地理坐標(biāo)系的VTS系統(tǒng)雷達(dá)回波視頻顯示方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1，VTS系統(tǒng)的程序開辟兩個(gè)線程，線程一接收雷達(dá)回波報(bào)文并緩存；
[0008]步驟2，線程二響應(yīng)電子地圖顯示范圍變化，生成新的待疊加雷達(dá)回波視頻圖層。
[0009]步驟3，將該生成的雷達(dá)回波視頻圖層疊加在當(dāng)前電子地圖上。
[0010]本發(fā)明中，步驟I包括:
[0011]步驟1-1，解析報(bào)文生成以極坐標(biāo)為度量的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)；
[0012]步驟1-2，更新該雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，并以角度為索引存儲(chǔ)在內(nèi)存中。
[0013]本發(fā)明步驟1-1中，雷達(dá)回波數(shù)據(jù)雷達(dá)覆蓋范圍的區(qū)域以極坐標(biāo)的形式劃分為360度的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格方向單位為I度，距離單位為7.5米，網(wǎng)格中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為雷達(dá)回波幅值，以報(bào)文包形式發(fā)送，報(bào)文包以方向單位為組織單元，發(fā)送該方向上的雷達(dá)回波幅值數(shù)據(jù)
[0014]本發(fā)明步驟1-2中，將接收到的雷達(dá)回波報(bào)文數(shù)據(jù)以極坐標(biāo)的方式緩存在內(nèi)存中，并對(duì)報(bào)文中的方向數(shù)據(jù)在內(nèi)存中進(jìn)行檢索，若該方向數(shù)據(jù)不存在，則直接存儲(chǔ)該方向的數(shù)據(jù)，如果該方向的數(shù)據(jù)已經(jīng)存在，則用新接收的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)更新已存在的數(shù)據(jù)。
[0015]本發(fā)明步驟2包括:
[0016]步驟2-1，計(jì)算雷達(dá)中心點(diǎn)在電子地圖當(dāng)前顯示范圍的屏幕坐標(biāo)；
[0017]步驟2-2，計(jì)算電子地圖屏幕上橫向單位像素代表的平均距離；
[0018]步驟2-3，計(jì)算電子地圖屏幕上縱向單位像素代表的平均距離；
[0019]步驟2-4，創(chuàng)建與當(dāng)前屏幕像素大小相同的圖層，然后遍歷該圖層的每個(gè)像素找到對(duì)應(yīng)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的幅值，將幅值用灰度值的方式在該圖層上顯示，完成該圖層的繪制。
[0020]本發(fā)明步驟2-1中，當(dāng)用戶對(duì)電子地圖進(jìn)行漫游或縮放操作時(shí)，根據(jù)雷達(dá)中心點(diǎn)的經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)，調(diào)用電子地圖提供的經(jīng)瑋度-屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換接口，獲得該經(jīng)瑋度值對(duì)應(yīng)電子地圖當(dāng)前顯示范圍的屏幕坐標(biāo)，并記錄在內(nèi)存中。
[0021]本發(fā)明步驟2-2中，在電子地圖的當(dāng)前顯示范圍內(nèi)取兩個(gè)像素點(diǎn)，分別位于電子地圖縱向的左側(cè)中間和右側(cè)中間位置，并記錄下這兩個(gè)點(diǎn)的水平像素差，單位為像素點(diǎn)；然后調(diào)用電子地圖提供的屏幕坐標(biāo)-經(jīng)瑋度轉(zhuǎn)換接口，計(jì)算得到這兩個(gè)點(diǎn)的經(jīng)瑋度；接著調(diào)用經(jīng)瑋度-距離計(jì)算公式，計(jì)算得到這兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離差，單位為米；最后用距離差除以水平像素差，得到電子地圖當(dāng)前顯示范圍的橫向單位像素代表的平均距離。
[0022]本發(fā)明步驟2-3中，在電子地圖的當(dāng)前顯示范圍內(nèi)取兩個(gè)像素點(diǎn)分別位于電子地圖橫向的頂部中間和底部中間位置，并記錄下這兩個(gè)點(diǎn)的垂直像素差，單位為像素點(diǎn)；然后調(diào)用電子地圖提供的屏幕坐標(biāo)-經(jīng)瑋度轉(zhuǎn)換接口，計(jì)算得到這兩個(gè)點(diǎn)的經(jīng)瑋度；接著調(diào)用經(jīng)瑋度-距離計(jì)算公式，計(jì)算得到兩點(diǎn)間的距離，最后除以垂直像素差，得到電子地圖當(dāng)前顯示范圍的縱向單位像素代表的平均距離。
[0023]其中經(jīng)瑋度-距離計(jì)算公式采用通用方法，即將地球近似為一個(gè)球形，首先根據(jù)兩點(diǎn)的經(jīng)瑋度值，依據(jù)三角推導(dǎo)，計(jì)算出兩點(diǎn)與地心連線的夾角，然后利用夾角的弧度值乘以地球半徑，地球半徑取平均半徑為63710004米，即可得到兩點(diǎn)間的球面距離，也就是兩點(diǎn)間的距離差。
[0024]本發(fā)明步驟2-4中，按照當(dāng)前電子地圖的尺寸在內(nèi)存中創(chuàng)建一幅同樣大小的位圖，然后遍歷該位圖的每一個(gè)像素點(diǎn)，填充對(duì)應(yīng)的雷達(dá)幅值；
[0025]計(jì)算位圖中遍歷的點(diǎn)的屏幕坐標(biāo)與雷達(dá)中心點(diǎn)屏幕坐標(biāo)的水平差值和垂直差值；
[0026]用水平差值乘以步驟2-2中的橫向單位像素代表的平均距離，得到該點(diǎn)到雷達(dá)中心點(diǎn)的水平距離；
[0027]用垂直差值乘以步驟2-3中的縱向單位像素代表的平均距離，得到該點(diǎn)到雷達(dá)中心點(diǎn)的垂直距離；
[0028]以水平距離和垂直距離為參數(shù)，利用勾股定理計(jì)算得到兩點(diǎn)間的距離差，再利用正切公式得到兩點(diǎn)間的角度；
[0029]利用角度和距離，到步驟1-2中的雷達(dá)極坐標(biāo)數(shù)據(jù)中，查找獲取該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的雷達(dá)幅值，映射到0-255的灰度值上，并填充在位圖中，如果該點(diǎn)沒有雷達(dá)幅值，則使用透明色填充；
[0030]遍歷完位圖中每個(gè)像素點(diǎn)后完成雷達(dá)回波視頻圖層。
[0031]本發(fā)明針對(duì)基于地理坐標(biāo)系存儲(chǔ)的地圖數(shù)據(jù)集，且使用經(jīng)瑋度直接展開等比例投影的電子地圖，采用計(jì)算電子地圖像素點(diǎn)水平方向上的單位距離和垂直方向上的單位距離的方式，將以極坐標(biāo)度量的雷達(dá)回波視頻數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為以屏幕坐標(biāo)為度量的數(shù)據(jù)在電子地圖上展現(xiàn)出來。本發(fā)明解決了船舶交通管理系統(tǒng)的雷達(dá)回波視頻顯示問題，特別是電子地圖的數(shù)據(jù)格式以地理坐標(biāo)系度量的系統(tǒng)，這樣保證系統(tǒng)開銷可接受的情況下，保證了雷達(dá)回波視頻與船舶目標(biāo)在電子地圖上位置的一致性，特別適合船舶交通管理系統(tǒng)，這種一般用于單個(gè)港口、近海、內(nèi)河等地理顯示范圍較小，允許地圖投影存在一定變形的系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。
[0033]圖1為基于地理坐標(biāo)系的雷達(dá)回波視頻顯示方法流程圖。
[0034]圖2為雷達(dá)回波數(shù)據(jù)說明圖。
[0035]圖3a和圖3b分別為截取屏幕橫向、縱向代表像素點(diǎn)示意圖。
[0036]圖4為雷達(dá)回波視頻直接疊加效果圖。
[0037]圖5為計(jì)算橫縱單位像素距離后的疊加效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明針對(duì)以地理坐標(biāo)系存儲(chǔ)的地圖數(shù)據(jù)，采用經(jīng)瑋度等比例投影的電子地圖的特點(diǎn)，提出了一種直接將以極坐標(biāo)為度量的雷達(dá)回波視頻數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為以屏幕坐標(biāo)為度量的數(shù)據(jù)，并在電子地圖上顯示出來，在保證雷達(dá)回波視頻與地圖數(shù)據(jù)一致的情況下也減少轉(zhuǎn)換的計(jì)算量，支持了 VTS系統(tǒng)的雷達(dá)回波視頻實(shí)時(shí)顯示功能。
[0039]如圖1所示，本發(fā)明提出了基于地理坐標(biāo)系的雷達(dá)回波視頻顯示方法，包括步驟如下:
[0040]步驟1，創(chuàng)建線程一，接收雷達(dá)回波報(bào)文并緩存。
[0041]1-1解析報(bào)文生成以極坐標(biāo)為度量的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)；
[0042]如圖2所示，雷達(dá)回波數(shù)據(jù)雷達(dá)覆蓋范圍的區(qū)域以極坐標(biāo)的形式劃分為360度的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格方向單位為I度，距離單位為7.5米，網(wǎng)格中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為雷達(dá)回波幅值。以報(bào)文包形式發(fā)送，報(bào)文包以方向單位為組織單元，發(fā)送該方向上的雷達(dá)回波幅值數(shù)據(jù)。
[0043]1-2更新該雷達(dá)回波數(shù)據(jù)；
[0044]將接收到的雷達(dá)回波報(bào)文數(shù)據(jù)以極坐標(biāo)的方式緩存在內(nèi)存中，并對(duì)報(bào)文中的方向數(shù)據(jù)在內(nèi)存中進(jìn)行檢索，若該方向數(shù)據(jù)不存在，則直接存儲(chǔ)該方向的數(shù)據(jù)，如果該方向的數(shù)據(jù)已經(jīng)存在，則用新接收的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)更新已存在的數(shù)據(jù)。
[0045]步驟2，創(chuàng)建線程二響應(yīng)電子地圖顯示范圍變化，生成新的待疊加雷達(dá)回波視頻圖層。
[0046]2