[發明專利]一種基于空間數據融合的水上交通事故航跡模擬方法

有效

• 申請號: 202011029837.0
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112150616B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 劉濤;雷正玲;高進
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06F30/27;G06V10/80;G06F113/20
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 郭海燕

1.一種基于空間數據融合的水上交通事故航跡模擬方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1，采集基礎地理數據和航道規劃數據；

步驟2，基于三維圖形學技術和空間數據處理技術構建多源空間數據融合的水上交通事故場景；

步驟3，構建水上交通事故數據庫；

步驟4，將數據進行提取和過濾處理后存儲到水上交通事故數據庫中；

步驟5，創建事故船舶三維模型并通過航跡數據預處理、碰撞檢測處理以及航跡和姿態動態計算方法完成事故船舶航跡再現模擬；

所述步驟2，基于三維圖形學技術和空間數據處理技術構建多源空間數據融合的水上交通事故場景的具體方法是：多分辨率地形數據融合電子航道圖/海圖中提取的水深數據后構成場景的底層網格，采用金字塔模型組織遙感影像數據，基于紋理映射和視點相關方法將切片和分層抽稀的遙感影像數據映射到場景底層網格上，構成水上交通事故基礎場景；定義水上交通事故場景坐標系，再對三維模型進行坐標系的旋轉匹配，最后進行三維模型融合處理；

所述定義水上交通事故場景坐標系的具體方法是坐標系原點為地心，X軸指向正東，Y軸指向北極，Z軸與X軸和Y軸構成右手坐標系；

所述旋轉匹配的具體計算方法是：首先，構建關于場景坐標系Y軸的旋轉變換，旋轉角度為模型位置的經度lon，旋轉變換矩陣如公式(1)所示：

然后，構建關于場景坐標系X軸的旋轉變換，旋轉角度為模型位置的緯度lat的負值，旋轉變換矩陣如公式(2)所示：

所述步驟5中航跡數據預處理的具體方法是：首先，計算船舶三維模型和水上交通事故場景中選取的參照物的模型軸向包圍盒，即OBB包圍盒；然后，按照兩個模型OBB包圍盒對角線的比值應近似等于兩個模型實際物理尺寸的比值這一參照條件，進行船舶三維模型的縮放，即歸一化處理；在歸一化處理后，按照水上交通事故三維場景中實體模型的加載方法經過旋轉和平移變換后將船舶三維模型加載到事故場景中；

所述步驟5中碰撞檢測處理的具體方法是：首先，由船舶位置坐標A經單位化后獲得主軸Ya的法向；然后，沿經線方向取一個小的步長，獲得點B，將點B投影到A點處的切平面上與點A構成向量，單位化后獲得向量X’，將向量X’繞主軸Ya旋轉船舶艏向角度a獲得主軸Za；最后，由Ya和Za采用右手螺旋法則叉乘計算得到主軸Xa，構建OBB包圍盒，進行空間相交計算，完成碰撞檢測。

2.根據權利要求1所述的一種基于空間數據融合的水上交通事故航跡模擬方法，其特征在于：所述步驟5中船舶三維模型運動航跡和姿態計算的具體方法是：首先進行航跡檢測和插值基于航跡數據前一點的位置、數據庫中所記錄的船舶航向和航速信息，采用線性遞推的方法補足遺漏的航跡點或加密航跡數據，根據處理后的航跡數據動態刷新船舶三維模型的三維空間位置即可實現船舶三維模型的航跡計算；計算方法如公式(3)所示：

其中，P為補充點坐標，P_before為前一點的坐標，t為設置的航跡點采集時間間隔，為船舶速度向量；

在表征船舶三維模型趨向的局部坐標系的基礎上，將沿某一方向軸的姿態變化分解為沿局部坐標系三個坐標軸的旋轉變換，并通過構建沿三個坐標軸的旋轉矩陣來模擬船舶的橫搖和縱搖，旋轉變換可分別按公式(4)、(5)和(6)進行計算，逆時針旋轉時旋轉角為正；

其中，θ_x、θ_y和θ_z分別表示圍繞X、Y和Z軸旋轉的角度，縱搖pitch對應的是圍繞X軸旋轉，艏搖yaw對應的是圍繞Y軸旋轉，橫搖roll對應的是圍繞Z軸旋轉。

3.根據權利要求1所述的一種基于空間數據融合的水上交通事故航跡模擬方法，其特征在于：所述步驟1中的基礎地理數據和航道規劃數據包括地形數據、遙感影像數據、三維實體模型、電子航道圖/海圖。

4.根據權利要求1所述的一種基于空間數據融合的水上交通事故航跡模擬方法，其特征在于：所述步驟3中水上交通事故數據庫用于管理事故相關數據，包括事故過程中氣象水文數據、事故船舶基礎信息和航跡狀態數據、信息備份和加密數據。