一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析方法及系統(tǒng)，包括采用基于規(guī)則格網的地形建模方法建立河道地形數(shù)字水深模型；水深分級設色并標識潛在礙航區(qū)；繪制航標線；提取航道中軸線；利用航道中軸線、航道標準寬度及航道維護通航水位，采用基于規(guī)則格網的地形三維建模方法建立設計航道三維模型；提取實際礙航區(qū)并分級設色。本發(fā)明采用數(shù)字建模技術對航道地形進行數(shù)字建模，并基于地理可視化、計算機、三維空間分析等技術，按照航道礙航分析過程實現(xiàn)航道礙航區(qū)域的自動化提取，提高了礙航分析效率與礙航分析結果精度。
【專利說明】一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析方法及系統(tǒng)
[0001]

【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及數(shù)字航道【技術領域】，特別涉及一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析方法及系統(tǒng)。

【背景技術】
[0003]礙航分析是航道整治工程中的重要過程，根據(jù)航道通航標準要求，通過分離航道中水深小于航道維護通航水位水深區(qū)域與水深大于或者等于航道維護通航水位水深區(qū)域，提取航道實際礙航區(qū)。礙航區(qū)是指航道中水深小于航道維護通航水位水深的區(qū)域，是船舶不能正常通航區(qū)域，它不僅影響通航安全，限制航道通航能力和航道等級的提高，還嚴重制約著內河航運事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。礙航分析通過提取航道區(qū)中水深小于航道維護通航水深的區(qū)域——航道實際礙航區(qū)，為水上交通提供導航功能，其分析結果是航道疏浚工程中挖槽分析的重要依據(jù)。
[0004]傳統(tǒng)礙航分析方法，依據(jù)航道實際地形特征，憑借經驗在地形圖圖紙上手工繪制航道線來規(guī)劃航道；根據(jù)航道地形圖圖紙上的水深點值人工提取航道礙航區(qū)，實現(xiàn)礙航分析。傳統(tǒng)礙航分析方法，人工參與較多，工作量較大，完成一幅航道地形圖的礙航分析任務周期長，工作效率偏低；數(shù)據(jù)修改困難，更新更加費時費力；無計算機可視化過程，整個分析過程不夠直觀；礙航分析結果精度偏低。


【發(fā)明內容】

[0005]本文發(fā)明目的在于，針對傳統(tǒng)礙航分析方法存在的缺陷——整體效率偏低、數(shù)據(jù)更新困難、分析方法不夠直觀、分析結果精度偏低，提出一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析技術方案，采用數(shù)字建模技術對航道地形進行數(shù)字建模，并基于地理可視化、計算機、三維空間分析等技術，按照航道礙航分析計算流程實現(xiàn)航道礙航區(qū)域的自動化提取。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案:
一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析方法，包括以下步驟:
步驟S1，建立河道地形數(shù)字水深模型，包括以下子步驟，
步驟S101，刪除原始航道水深點數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)；
步驟S102，對步驟SlOl所得結果，進行插值處理，得到插值加密后的水深點數(shù)據(jù)；
步驟S103，利用步驟S102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)，建立河道地形等深線模型；步驟S104，利用步驟S102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)、步驟S103所得河道地形等深線模型、河道地形特征數(shù)據(jù)，采用基于規(guī)則格網的地形建模方法建立河道地形數(shù)字水深模型，得到河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；所述河道地形數(shù)字水深模型中，格網單元屬性值表示河道地形的水下高程，格網范圍是整個河道水域分布空間；
步驟S20，水深分級設色并標識潛在礙航區(qū)，包括以下子步驟， 步驟S201，根據(jù)河道邊界裁切由步驟SlO所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)，得到剔除陸上區(qū)域的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；
步驟S202，根據(jù)航道維護通航水位，對步驟S201所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)進行水深分級設色，包括按照水深小于航道維護通航水位水深、水深等于或者大于航道維護通航水位水深的規(guī)則將河道數(shù)字式水深模型數(shù)據(jù)相應分類為潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)；根據(jù)預設的設色規(guī)則，分別對潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)進行水深分級設色處理，得到標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；
步驟S30，繪制航標線，包括以下子步驟，
步驟S301，圖層疊置，包括將由步驟S20得到的標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與航標數(shù)據(jù)疊置；
步驟S302,繪制航標線,包括將航道兩側標示航道界限的航標自動連線,生成初始航標線；再對初始航標線進行修正，原則是在規(guī)避潛礙航區(qū)前提下，使兩側的航標線盡量經過相應側標示航道界限的航標點，并沿河道走勢盡量靠近河道邊緣，得到航標線數(shù)據(jù)；
步驟S40，利用由步驟S30得到的航標線數(shù)據(jù)，采用中軸線提取算法，提取航道中軸線；步驟S50，利用步驟S40所得航道中軸線，根據(jù)航道標準寬度及航道維護通航水位，采用基于規(guī)則格網的地形三維建模方法建立設計航道三維模型，得到設計航道三維模型數(shù)據(jù)；所述設計航道三維模型中，格網單元屬性值表示水下高程，等于航道維護通航水位，格網范圍為由中軸線與航道標準寬度確定的航道區(qū)域；
步驟S60，提取實際礙航區(qū)并分級設色，包括以下子步驟，
步驟S601，將由步驟SlO得到的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與由步驟S50得到的設計航道三維模型數(shù)據(jù)進行疊置分析，在設計航道范圍內，提取河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)中水下高程大于設計航道三維模型對應水下高程的區(qū)域，作為實際礙航區(qū)；
步驟S602，根據(jù)預設的設色規(guī)則，對實際礙航區(qū)進行水深分級設色，得到航道實際礙航區(qū)分級設色圖。
[0007]而且，航道維護通航水位由航道最低通航水位、航道標準水深確定，關系如下式所示，
WTL=DIKUtL-H
其中，WL表示航道維護通航水位，DLNWL表示最低通航水位，H表示航道標準水深。
[0008]而且，潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)分別采用不同漸變色系按照水深進行分級設色，實際通航區(qū)采用和潛在礙航區(qū)一致的漸變色系按照水深進行分級設色。
[0009]而且，潛在礙航區(qū)域是整個河段中，水深小于航道維護通航水位水深的水域；實際礙航區(qū)域則是航道區(qū)內水深小于航道維護通航水位水深的水域，是疏浚工程中的確定挖槽區(qū)域的重要依據(jù)。
[0010]本發(fā)明還提供一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析系統(tǒng)，包括以下模塊: 模塊10，用于建立河道地形數(shù)字水深模型，包括以下子模塊，
模塊101，用于刪除原始航道水深點數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)；
模塊102，用于對模塊101所得結果，進行插值處理，得到插值加密后的水深點數(shù)據(jù)； 模塊103，用于利用模塊102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)，建立河道地形等深線模型； 模塊104，用于利用模塊102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)、模塊103所得河道地形等深線模型、航道地形特征數(shù)據(jù)，采用基于規(guī)則格網的地形建模方法建立河道地形數(shù)字水深模型，得到河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；所述河道地形數(shù)字水深模型中，格網單元屬性值表示河道地形的水下高程,格網范圍是整個河道水域分布空間；
模塊20，用于水深分級設色并標識潛在礙航區(qū)，包括以下子模塊，
模塊201，用于根據(jù)河道邊界裁切由模塊10所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)，得到剔除陸上區(qū)域的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；
模塊202，用于根據(jù)航道維護通航水位，對模塊201所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)進行水深分級設色，包括按照水深小于航道維護通航水位水深、水深等于或者大于航道維護通航水位水深的規(guī)則將河道數(shù)字式水深模型數(shù)據(jù)相應分類為潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)；根據(jù)預設的設色規(guī)則，分別對潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)進行水深分級設色處理，得到標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；
模塊30，用于繪制航標線，包括以下子模塊，
模塊301，用于圖層疊置，包括將由模塊20得到的標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與航標數(shù)據(jù)疊置；
模塊302,用于繪制航標線,包括將航道兩側標示航道界限的航標自動連線，生成初始航標線；再對初始航標線進行修正，原則是在規(guī)避潛礙航區(qū)前提下，使兩側的航標線盡量經過相應側標示航道界限的航標點，并沿河道走勢盡量靠近河道邊緣，得到航標線數(shù)據(jù)；
模塊40，用于利用由模塊30得到的航標線數(shù)據(jù)，采用中軸線提取算法，提取航道中軸線.模塊50，用于利用模塊40所得航道中軸線，根據(jù)航道標準寬度及航道維護通航水位，采用基于規(guī)則格網的地形三維建模方法建立設計航道三維模型，得到設計航道三維模型數(shù)據(jù)；所述設計航道三維模型中，格網單元屬性值表示水下高程，等于航道維護通航水位，格網范圍為由中軸線與航道標準寬度確定的航道區(qū)域；
模塊60，用于提取實際礙航區(qū)并分級設色，包括以下子模塊，
模塊601，用于將由模塊10得到的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與由模塊50得到的設計航道三維模型數(shù)據(jù)進行疊置分析，在設計航道范圍內，提取河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)中水下高程大于設計航道三維模型對應水下高程的區(qū)域，作為實際礙航區(qū)；
模塊602，用于根據(jù)預設的設色規(guī)則，對實際礙航區(qū)進行水深分級設色，得到航道實際礙航區(qū)分級設色圖。
[0011]本發(fā)明提出的一種基于航道水深數(shù)據(jù)的礙航分析自動化技術方案，實現(xiàn)了快速準確提取航道實際礙航區(qū)。本發(fā)明采用數(shù)字建模技術對航道地形進行數(shù)字建模，并基于地理可視化、計算機、三維空間分析等技術，按照航道礙航分析計算流程實現(xiàn)航道礙航區(qū)域的自動化提取。包括利用水深數(shù)據(jù)建立河道地形數(shù)字水深模型；根據(jù)潛在礙航區(qū)、航標點空間分布情況，繪制航標線，獲取航道中軸線，創(chuàng)建設計航道三維模型；利用設計航道三維模型、河道地形數(shù)字水深模型，通過疊置分析提取實際礙航區(qū)域。本技術方案提高了礙航分析效率與礙航分析結果精度，且分析過程更加直觀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例的詳細流程圖；
圖2是本發(fā)明實施例的總體流程圖；
圖3是本發(fā)明實施例中整個河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)分級設色示意圖；
圖4是本發(fā)明實施例中航標點、航標線、中軸線等空間分布情況及其關系示意圖；
圖5是本發(fā)明實施例中設計航道三維模型在整個河道中的空間分布示意圖；
圖6是本發(fā)明實施例中設計航道三維模型橫截面示意圖；
圖7是本發(fā)明實施例中實際礙航區(qū)示意圖；
圖8是本發(fā)明實施例中實際礙航區(qū)與潛在礙航區(qū)、設計航道、航標線、航標等關系的示意圖。

【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明的基于航道水深數(shù)據(jù)的礙航分析自動化方法著重突出提取航道礙航區(qū)自動化流程，通過數(shù)字建模數(shù)字化航道地形數(shù)據(jù)，利用計算機交互技術與地理可視化技術計算航道礙航區(qū)，實現(xiàn)礙航分析自動化。
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0015]本發(fā)明所需數(shù)據(jù)源為航道地形數(shù)據(jù)與航道標準數(shù)據(jù):航道地形圖數(shù)據(jù)包括航道水深點數(shù)據(jù)、航道特征數(shù)據(jù)、航標數(shù)據(jù)；航道標準數(shù)據(jù)包括航道最低通航水位及航道維護尺度——標準水深、標準寬度。實施例提供數(shù)據(jù)源為2011年10月份三角磧水道地形數(shù)據(jù)及航道通航標準數(shù)據(jù)。地形數(shù)據(jù)格式為AutoCAD標準文件格式——DWG，數(shù)據(jù)比例尺為1:5000，地形數(shù)據(jù)包括密集水深點數(shù)據(jù)、航標點數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)高程系統(tǒng)為吳淞高程。三角磧水道的航道規(guī)劃標準為III級航道、一類航道維護類別；航道維護尺度(標準水深*標準寬度)為2.7*50——標準水深2.7m,標準寬度50m ;航道最低通航水位在吳淞高程系下范圍是163.41m?163.74m，取中值為163.58m ;根據(jù)航道最低通航水位、航道標準水深得到航道維護水位為160.88m。
[0016]水深點數(shù)據(jù)用于創(chuàng)建航道地形數(shù)字水深模型；航標點數(shù)據(jù)用于輔助繪制航標線；航道維護通航水位、航道標準寬度，結合航道中軸線用于創(chuàng)建設計航道三維模型；航道維護通航水位用于分離礙航區(qū)與非礙航區(qū)。
[0017]本實施例實現(xiàn)礙航分析自動化方法的實驗平臺為地理信息系統(tǒng)平臺一ArcGIS,利用水深數(shù)據(jù)建立河道地形數(shù)字水深模型；根據(jù)潛在礙航區(qū)、航標點空間分布情況，繪制航標線，獲取航道中軸線，創(chuàng)建設計航道三維模型；利用設計航道三維模型、河道地形數(shù)字水深模型，通過疊置分析提取實際礙航區(qū)域。具體實施時本領域技術人員可采用計算機軟件技術實現(xiàn)流程的運行。實施例具體步驟如圖1、圖2所示。
[0018]步驟S10，建立河道地形數(shù)字水深模型:利用河道水深數(shù)據(jù)與河道地形特征數(shù)據(jù)，進行空間插值，并在此基礎上采用基于規(guī)則格網地形建模方法建立河道地形數(shù)字水深模型，得到規(guī)則格網DDM數(shù)據(jù)，模擬河道地形起伏，具體流程如下。
[0019]步驟S101，刪除異常數(shù)據(jù):根據(jù)實際的航道地形特征數(shù)據(jù)，刪除原始的航道水深點數(shù)據(jù)中高程過大或過小的點。這些點是誤差偏大，超出限差范圍，屬于異常點，是采集過程中因人工或者設備問題導致的，如果不處理則會影響DDM建模精度，實施例中使用測線法刪除異常點。測線法為現(xiàn)有技術，本發(fā)明不予贅述，可參見文獻:水下地形測量高程異常點剔除方法研究(王紅、邸國輝、熊燕)。
[0020]步驟S102，數(shù)據(jù)點加密:原始水深點數(shù)據(jù)的密集程度直接影響數(shù)字建模精度，實施例中根據(jù)步驟S102所得結果，采用克里金插值算法對數(shù)據(jù)點進行插值處理，增加水深點集密度，得到插值加密后的水深點數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)建模精度與質量?？死锝饍炔逅惴楝F(xiàn)有技術，本發(fā)明不予贅述，可參見文獻=ArcGIS中的地統(tǒng)計克里格插值法及其應用(王艷妮、謝金梅、郭祥)。
[0021]步驟S103，利用步驟S102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)，建立河道地形等深線模型，具體實施時本領域技術人員可自行預設等高距，以建立間隔適當?shù)牡雀呔€模型，實施例中等高距設置為5m，盡量保障水深空間分布情況被保留；
步驟S104，利用步驟S102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)、步驟S103所得河道地形等深線數(shù)據(jù)、航道地形特征數(shù)據(jù)，實施例采用基于規(guī)則格網地形建模方法，建立河道地形數(shù)字水深模型，得到河道地形規(guī)則格網數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)一規(guī)則格網DDM數(shù)據(jù)。
[0022]數(shù)字水深模型(Digital Depth Model，DDM)是水底地形的數(shù)字化表達，包括規(guī)則格網DDM、不規(guī)則格網DDM。本發(fā)明實施例采用基于規(guī)則格網地形建模方法，建立河道地形規(guī)則格網DDM，得到規(guī)則格網DDM數(shù)據(jù)，模擬整個河道地形起伏；規(guī)則格網DDM中格網單元屬性值表示河道地形的水下高程，格網范圍是整個河道水域分布空間。
[0023]步驟S20，水深分級設色并標識潛在礙航區(qū):根據(jù)由航道最低通航水位、航道標準水深確定的航道維護通航水位，對河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)進行分級設色并標識河道中水深小于航道維護水位水深區(qū)域即潛在礙航區(qū)，用于輔助繪制航標線。
[0024]航道維護通航水位由航道最低通航水位、航道標準水深確定，關系如式I所示，其中WL表示航道維護通航水位，DLNWL表示最低通航水位，H表示航道標準水深。
[0025]WI=DLNW1-H式 I 實施例中步驟S20具體流程如下:
步驟S201，裁切邊界:根據(jù)河道水域范圍繪制河道邊界；利用河道邊界裁切由步驟SlO得到的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)，得到剔除陸上區(qū)域的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；步驟S202，水深分級并設色:根據(jù)航道維護通航水位，對步驟S201所得河道DDM數(shù)據(jù)進行水深分級設色，包括將DDM數(shù)據(jù)水下高程屬性值按照水深小于航道維護通航水位水深(實施例為水下高程值大于維護通航水位160.88m)、水深等于或者大于航道維護通航水位水深(實施例為水下高程值等于或者小于維護通航水位160.88m)規(guī)則分類為潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)；根據(jù)預設的設色規(guī)則，二者水深分級后設色為不同漸變色系，潛在礙航區(qū)域通過特定的漸變色系被標識。得到標識潛在礙航區(qū)后的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)。
[0026]水深小于維護通航水位水深的區(qū)域即潛在礙航區(qū)，設色可采用本領域技術人員預先制定的規(guī)則，例如由紅色到橙色漸變(顏色隨水下高程由大到小變化設置為由紅色到橙色漸變)，水深等于或者大于維護通航水位的區(qū)域即通航安全區(qū)域，設色可采用本領域技術人員預先制定的規(guī)則，例如為由黃色到綠色漸變(顏色隨水下高程由大到小變化設置為由黃色到綠色漸變)，其中紅色色系覆蓋區(qū)域標識為河道潛在礙航區(qū)。
[0027]實施例中，由步驟20得到分級設色并標識潛在礙航區(qū)的河道DDM數(shù)據(jù)，根據(jù)水下高程(吳淞高程)變化進行高程分級并設色，如圖3所示。由紅色到橙色漸變的三種顏色(如圖中標識為顏色7-9)標識河道潛在礙航區(qū)(02，高程:160.88m—172.92m),由黃色到綠色漸變的六種顏色(如圖中標識為顏色1-6)標識通航安全區(qū)(01，高程:136.93m—160.87m),顏色漸變表示水下高程變化，各顏色相應高程范圍如圖中標注:
顏色1-6分別對應6級水深，
顏色 1，高程:136.93m—143.29m 顏色 2，高程:143.30m—148.09m 顏色 3，高程:148.1Om-152.19m 顏色 4，高程:152.20m—155.86m 顏色 5，高程:155.87m—159.1lm 顏色 6，高程:159.12m—160.87m 顏色7-9分別對應3級水深，
顏色 7，高程:160.88m—162.54m 顏色 8，高程:162.55m—167.73m 顏色 9，高程:167.74m—172.86m
潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)的分離及隨著高程變化而漸變的顏色設置用于輔助繪制航標線。
[0028]步驟S30，繪制航標線:利用潛在礙航區(qū)、航標點的空間分布情況，依據(jù)航標線繪制原則，繪制航標線，具體流程如下。
[0029]步驟S301，圖層疊置:將由步驟S20得到的標識潛在礙航區(qū)的河道DDM數(shù)據(jù)與航標點數(shù)據(jù)疊置，用于輔助繪制航標線；
步驟S302,繪制航標線:將航道兩側標示航道界限的航標自動連線，生成初始航標線；再根據(jù)疊置數(shù)據(jù)中潛在礙航區(qū)、河道水深的空間分布情況以及航行要求、河道走勢等條件，對初始航標線進行修正，得到航標線數(shù)據(jù)。原則是在規(guī)避潛在礙航區(qū)前提下，使兩側的航標線盡量經過相應側標示航道界限的航標點，并沿河道走勢盡可能靠近河道邊緣。具體實施時，本領域技術人員可根據(jù)航道規(guī)劃經驗，利用圖形編輯工具，自行調整航標線。
[0030]實施例中，由步驟S30得到航標線,如圖4所示,將航道兩側標示航道界限的航標自動連線后，并修正使航標線避開了潛在礙航區(qū)。
[0031]步驟S40，提取航道中軸線:利用由步驟S30得到的航標線數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)有技術中的中軸線提取算法——基于Delaunay三角網提取骨架線，提取航道中軸線，確定航道中心位置，作為航道最易通航位置?；贒elaunay三角網提取骨架線是提取中軸線的一種現(xiàn)有算法，本發(fā)明不予贅述，可參考文獻:基于Delaunay三角網的河流中線提取方法(張立鋒、程鋼、白鴻起)。
[0032]實施例中，由步驟S40得到航道中軸線如圖4所示，中軸線位置作為航道最易通航的位置，偏離中軸線則航道可通航性相對降低；航道中軸線用來定位設計航道位置。
[0033]步驟S50，建立設計航道三維模型一規(guī)則格網DDM:利用步驟S40所得航道中軸線數(shù)據(jù)，根據(jù)航道標準寬度及由航道最低通航水位、航道標準水深確定的航道維護通航水位，建立設計航道三維模型——規(guī)則格網DDM。本發(fā)明采用基于規(guī)則格網地形三維建模方法建立設計航道三維模型，得到設計航道三維模型數(shù)據(jù)，空間位置由航道中軸線確定，航道寬度由航道標準寬度確定，水下高程由維護通航水位確定；所述設計航道三維模型中，格網單元屬性值表示水下高程，等于航道維護通航水位值，格網范圍為由中軸線與航道標準寬度確定的航道區(qū)域；設計航道三維模型用來模擬設計航道的水下高程空間分布特征。
[0034]數(shù)字水深模型(DDM)是水下地形三維模型的一種，本明實施例中采用基于規(guī)則格網地形三維建模方法建立規(guī)則格網DDM，作為設計航道三維模型。設計航道在二維平面上的中心位置是航道中軸線在河道中的空間位置，如圖5所示設計航道區(qū)(00);設計航道規(guī)則格網DDM數(shù)據(jù)中格網單元屬性值都等于航道通航標準水位值160.88m，其橫截面如圖6所示，航道中軸線位置L處為航道中軸線在河道中的空間位置,航道標準寬度B為50m,即中軸線兩邊各25m ;最低通航水位DLNWL為163.58m,航道維護通航水位WL為160.88m,航道標準水深H為2.7m。
[0035]步驟S60，提取實際礙航區(qū)并分級設色:根據(jù)由通航標準中最低通航水位、航道標準水深確定的航道維護通航水位，將河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)、設計航道三維模型數(shù)據(jù)進行疊置分析，提取實際礙航區(qū)，并分級設色，得到航道實際礙航區(qū)分級設色的圖，具體流程如下。
[0036]步驟S601，將由步驟SlO得到的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與由步驟S50得到的設計航道三維模型數(shù)據(jù)進行疊置分析，在設計航道范圍內，提取河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)中水下高程(即格網單元屬性值)大于設計航道三維模型對應的水下高程(即格網單元屬性值)的區(qū)域，即水深小于維護通航水位水深區(qū)域——實際礙航區(qū)；
步驟S602，根據(jù)預設的設色規(guī)則，對實際礙航區(qū)進行水深分級設色，得到航道實際礙航區(qū)分級設色圖，為航道疏浚工程中挖槽分析提供重要依據(jù)。
[0037]潛在礙航區(qū)與實際礙航區(qū)區(qū)別:潛在礙航區(qū)是指整個河段中，水深小于航道維護通航水位水深的水域，用于輔助繪制航標線；實際礙航區(qū)則是航道區(qū)內水深小于航道維護通航水位水深的水域，是疏浚工程中的確定挖槽區(qū)域的重要依據(jù)。
[0038]實施例中，由步驟S60得到航道實際礙航區(qū)分級設色圖，分級設色參數(shù)可設置與步驟S20中相同，具體來說，和潛在礙航區(qū)的設色規(guī)則是一致的，采用和潛在礙航區(qū)一致的漸變色系依據(jù)水深變化進行水深分級設色。參見圖7的實際礙航區(qū)(03，高程:160.88m-172.96m),包括顏色7 (對應水下高程:160.88m—162.54m)、顏色8 (對應水下高程:162.55m-167.73m)覆蓋區(qū)域；實際礙航區(qū)與潛在礙航區(qū)、航道、航標線、航標點、水深空間分布等關系如圖8所示。
[0039]本發(fā)明實施例還提供了相應系統(tǒng)實現(xiàn)方案，一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析系統(tǒng)，包括以下模塊:
模塊10，用于建立河道地形數(shù)字水深模型，包括以下子模塊，
模塊101，用于刪除原始航道水深點數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)；
模塊102，用于對模塊101所得結果，進行插值處理，得到插值加密后的水深點數(shù)據(jù)； 模塊103，用于利用模塊102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)，建立河道地形等深線模型；
模塊104，用于利用模塊102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)、模塊103所得河道地形等深線模型、航道地形特征數(shù)據(jù)，采用基于規(guī)則格網的地形建模方法建立河道地形數(shù)字水深模型，得到河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；所述河道地形數(shù)字水深模型中，格網單元屬性值表示河道地形的水下高程,格網范圍是整個河道水域分布空間； 模塊20，用于水深分級設色并標識潛在礙航區(qū)，包括以下子模塊，
模塊201，用于根據(jù)河道邊界裁切由模塊10所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)，得到剔除陸上區(qū)域的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；
模塊202，用于根據(jù)航道維護通航水位，對模塊201所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)進行水深分級設色，包括按照水深小于航道維護通航水位水深、水深等于或者大于航道維護通航水位水深的規(guī)則將河道數(shù)字式水深模型數(shù)據(jù)相應分類為潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)；根據(jù)預設的設色規(guī)則，分別對潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)進行水深分級設色處理，得到標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；
模塊30，用于繪制航標線，包括以下子模塊，
模塊301，用于圖層疊置，包括將由模塊20得到的標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與航標數(shù)據(jù)疊置；
模塊302,用于繪制航標線,包括將航道兩側標示航道界限的航標自動連線,生成初始航標線；再對初始航標線進行修正，原則是在規(guī)避潛礙航區(qū)前提下，使兩側的航標線盡量經過相應側標示航道界限的航標點，并沿河道走勢盡量靠近河道邊緣，得到航標線數(shù)據(jù)；
模塊40，用于利用由模塊30得到的航標線數(shù)據(jù)，提取航道中軸線；
模塊50，用于利用模塊40所得航道中軸線，根據(jù)航道標準寬度及航道維護通航水位，采用基于規(guī)則格網的地形三維建模方法建立設計航道三維模型，得到設計航道三維模型數(shù)據(jù)；所述設計航道三維模型中，空間位置由航道中軸線確定，航道寬度由航道標準寬度確定，格網單元屬性值表示水下高程，等于航道維護通航水位，格網范圍為由中軸線與航道標準寬度確定的航道區(qū)域；
模塊60，用于提取實際礙航區(qū)并分級設色，包括以下子模塊，
模塊601，用于將由模塊10得到的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與由模塊50得到的設計航道三維模型數(shù)據(jù)進行疊置分析，在設計航道范圍內，提取河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)中水下高程大于設計航道三維模型對應的水下高程的區(qū)域，作為實際礙航區(qū)；
模塊602，用于根據(jù)預設的設色規(guī)則，對實際礙航區(qū)進行水深分級設色，得到航道實際礙航區(qū)分級設色圖。
[0040]各模塊具體實現(xiàn)與方法步驟相應，本發(fā)明不予贅述。
[0041]本文中所描述的具體實例僅僅是對本發(fā)明主要思想作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明主要思想或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【權利要求】
1.一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S1，建立河道地形數(shù)字水深模型，包括以下子步驟， 步驟S101，刪除原始航道水深點數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)； 步驟S102，對步驟SlOl所得結果，進行插值處理，得到插值加密后的水深點數(shù)據(jù)；步驟S103，利用步驟S102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)，建立河道地形等深線模型；步驟S104，利用步驟S102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)、步驟S103所得河道地形等深線模型、河道地形特征數(shù)據(jù)，采用基于規(guī)則格網的地形建模方法建立河道地形數(shù)字水深模型，得到河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；所述河道地形數(shù)字水深模型中，格網單元屬性值表示河道地形的水下高程，格網范圍是整個河道水域分布空間； 步驟S20，水深分級設色并標識潛在礙航區(qū)，包括以下子步驟， 步驟S201，根據(jù)河道邊界裁切由步驟SlO所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)，得到剔除陸上區(qū)域的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)； 步驟S202，根據(jù)航道維護通航水位，對步驟S201所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)進行水深分級設色，包括按照水深小于航道維護通航水位水深、水深等于或者大于航道維護通航水位水深的規(guī)則將河道數(shù)字式水深模型數(shù)據(jù)相應分類為潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)；根據(jù)預設的設色規(guī)則，分別對潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)進行水深分級設色處理，得到標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)； 步驟S30，繪制航標線，包括以下子步驟， 步驟S301，圖層疊置，包括將由步驟S20得到的標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與航標數(shù)據(jù)疊置； 步驟S302,繪制航標線,包括將航道兩側標示航道界限的航標自動連線,生成初始航標線；再對初始航標線進行修正，原則是在規(guī)避潛礙航區(qū)前提下，使兩側的航標線盡量經過相應側標示航道界限的航標點，并沿河道走勢盡量靠近河道邊緣，得到航標線數(shù)據(jù)；步驟S40，利用由步驟S30得到的航標線數(shù)據(jù)，采用中軸線提取算法，提取航道中軸線；步驟S50，利用步驟S40所得航道中軸線，根據(jù)航道標準寬度及航道維護通航水位，采用基于規(guī)則格網的地形三維建模方法建立設計航道三維模型，得到設計航道三維模型數(shù)據(jù)；所述設計航道三維模型中，格網單元屬性值表示水下高程，等于航道維護通航水位，格網范圍為由中軸線與航道標準寬度確定的航道區(qū)域； 步驟S60，提取實際礙航區(qū)并分級設色，包括以下子步驟， 步驟S601，將由步驟SlO得到的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與由步驟S50得到的設計航道三維模型數(shù)據(jù)進行疊置分析，在設計航道范圍內，提取河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)中水下高程大于設計航道三維模型對應水下高程的區(qū)域，作為實際礙航區(qū)； 步驟S602，根據(jù)預設的設色規(guī)則，對實際礙航區(qū)進行水深分級設色，得到航道實際礙航區(qū)分級設色圖。
2.根據(jù)權利要求1所述基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析方法，其特征在于:航道維護通航水位由航道最低通航水位、航道標準水深確定，關系如下式所示， WL=DLXm1-H 其中，WL表示航道維護通航水位，DLNWL表示最低通航水位，H表示航道標準水深。
3.根據(jù)權利要求1所述基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析方法，其特征在于:潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)分別采用不同漸變色系進行設色，實際通航區(qū)采用和潛在礙航區(qū)一致的漸變色系進行設色。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析方法，其特征在于:潛在礙航區(qū)域是整個河段中，水深小于航道維護通航水位水深的水域；實際礙航區(qū)域則是航道區(qū)內水深小于航道維護通航水位水深的水域，是疏浚工程中的確定挖槽區(qū)域的重要依據(jù)。
5.一種基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊: 模塊10，用于建立河道地形數(shù)字水深模型，包括以下子模塊， 模塊101，用于刪除原始航道水深點數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)； 模塊102，用于對模塊101所得結果，進行插值處理，得到插值加密后的水深點數(shù)據(jù)； 模塊103，用于利用模塊102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)，建立河道地形等深線模型； 模塊104，用于利用模塊102所得插值加密后的水深點數(shù)據(jù)、模塊103所得河道地形等深線模型、航道地形特征數(shù)據(jù)，采用基于規(guī)則格網的地形建模方法建立河道地形數(shù)字水深模型，得到河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)；所述河道地形數(shù)字水深模型中，格網單元屬性值表示河道地形的水下高程,格網范圍是整個河道水域分布空間； 模塊20，用于水深分級設色并標識潛在礙航區(qū)，包括以下子模塊， 模塊201，用于根據(jù)河道邊界裁切由模塊10所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)，得到剔除陸上區(qū)域的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)； 模塊202，用于根據(jù)航道維護通航水位，對模塊201所得河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)進行水深分級設色，包括按照水深小于航道維護通航水位水深、水深等于或者大于航道維護通航水位水深的規(guī)則將河道數(shù)字式水深模型數(shù)據(jù)相應分類為潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)；根據(jù)預設的設色規(guī)則，分別對潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)進行水深分級設色處理，得到標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)； 模塊30，用于繪制航標線，包括以下子模塊， 模塊301，用于圖層疊置，包括將由模塊20得到的標識潛在礙航區(qū)的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與航標數(shù)據(jù)疊置； 模塊302,用于繪制航標線,包括將航道兩側標示航道界限的航標自動連線,生成初始航標線；再對初始航標線進行修正，原則是在規(guī)避潛礙航區(qū)前提下，使兩側的航標線盡量經過相應側標示航道界限的航標點，并沿河道走勢盡量靠近河道邊緣，得到航標線數(shù)據(jù)； 模塊40，用于利用由模塊30得到的航標線數(shù)據(jù)，采用中軸線提取算法，提取航道中軸線.模塊50，用于利用模塊40所得航道中軸線，根據(jù)航道標準寬度及航道維護通航水位，采用基于規(guī)則格網的地形三維建模方法建立設計航道三維模型，得到設計航道三維模型數(shù)據(jù)；所述設計航道三維模型中，格網單元屬性值表示水下高程，等于航道維護通航水位，格網范圍為由中軸線與航道標準寬度確定的航道區(qū)域； 模塊60，用于提取實際礙航區(qū)并分級設色，包括以下子模塊，模塊601，用于將由模塊10得到的河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)與由模塊50得到的設計航道三維模型數(shù)據(jù)進行疊置分析，在設計航道范圍內，提取河道地形數(shù)字水深模型數(shù)據(jù)中水下高程大于設計航道三維模型對應水下高程的區(qū)域，作為實際礙航區(qū)； 模塊602，用于根據(jù)預設的設色規(guī)則，對實際礙航區(qū)進行水深分級設色，得到航道實際礙航區(qū)分級設色圖。
6.根據(jù)權利要求5所述基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析系統(tǒng)，其特征在于:航道維護通航水位由航道最低通航水位、航道標準水深確定，關系如下式所示， WI=DIA飛VL-H 其中，WL表示航道維護通航水位，DLNWL表示最低通航水位，H表示航道標準水深。
7.根據(jù)權利要求5所述基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析系統(tǒng)，其特征在于:預設的設色規(guī)則是潛在礙航區(qū)與通航安全區(qū)分別采用不同漸變色系進行設色，實際通航區(qū)采用和潛在礙航區(qū)一致的漸變色系進行設色。
8.根據(jù)權利要求5或6或7所述基于航道水深數(shù)據(jù)的自動化礙航分析系統(tǒng)，其特征在于:潛在礙航區(qū)是整個河段中，水深小于航道維護通航水位水深的水域；實際礙航區(qū)則是航道區(qū)內水深小于航道維護通航水位水深的水域，是疏浚工程中的確定挖槽區(qū)域的重要依據(jù)。
【文檔編號】G06F17/50GK104200029SQ201410449240
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權日:2014年9月4日
【發(fā)明者】蔡忠亮, 張玲, 高凱春, 殷紅, 范黎明, 蔣子捷, 劉天云, 伍文俊, 謝彩云, 宋忱忱, 陳軒 申請人:武漢大學