[發明專利]一種用于數據稀疏島礁的邊線平滑外推方法

有效

• 申請號: 202210980518.0
• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115063324B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 劉辰煒;張臻;呂文強;汪靜
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十八研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/60;G06T7/64;G06T7/70;G06F17/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種用于數據稀疏島礁的邊線平滑外推方法，根據實際應用場景，將島礁抽象為一個平面多邊形，設置多邊形外推距離以及拐角平滑處理半徑；通過向量正旋轉角的計算判斷多邊形任意一角是凸角還是凹角；將多邊形所有角的兩邊按設定距離進行外推，外推線兩兩相交；針對相交形成的凹凸角分別進行平滑外推；最后，依次連接相連角的切點，最終形成該島礁的邊線平滑處理后的封閉外推線。本發明提高了基于原始數據進行島礁邊線外推的合理性與可用性，能夠很好地體現地理要素、提高了船只航行的安全性；計算方法簡明，適用于對島礁類、海岸線等多種地理要素邊線外推的批量計算。

技術領域

本發明涉及一種地理信息位置范圍計算方法，尤其涉及一種能很好地體現地理要素、提高船只航行安全性的數據稀疏島礁的邊線平滑外推方法。

背景技術

在海域進行航行時，錯綜復雜的海洋、海底環境會降低船只的安全性，受曲折地形的影響，在島嶼、礁石等地理要素附近的洋流，往往呈現出流速過大、流向復雜的特點，極易造成用于漁業生產、交通運輸等小型民用船只在附近航行時偏離預定航線，增加了民用船只航行的危險，因此，民用船只在航行時，需要對計劃航線中出現的島嶼、礁石等地理要素的安全邊線范圍進行外推計算，并即時調整航線。

目前，通過測量手段獲取的島嶼、礁石等地理要素的邊線數據，由于受測量方式等諸多因素影響，存在著數據稀疏、精度較低的問題。基于這些數據在航海地圖上繪制島嶼、礁石等地理要素并進行邊線外推，現有的邊線外推方法會呈現出邊線曲折的現象，不能很好地體現地理要素的自然邊線走勢，不利于民用船只航行的安全性。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種能很好地體現地理要素、提高船只航行安全性的數據稀疏島礁的邊線平滑外推方法。

技術方案：本發明所述方法包括如下步驟：

（1）距離設定：根據實際應用場景，將島礁抽象為平面上的一個多邊形，設定多邊形各條邊外推的距離以及多邊形凹角情況下拐角平滑處理的半徑；

（2）凹凸判斷：遍歷多邊形所有角，以角所在位置為起點，沿兩邊作兩條向量，根據向量的正向旋轉角度判斷多邊形的角是凸角還是凹角；

（3）邊線外推：將多邊形所有角的兩邊按設定距離進行外推，外推線分別與對應邊平行且兩兩相交形成與多邊形角度一致的凹凸角；

（4）平滑處理：對于多邊形凸角，若該凸角到其對應的任意一條外推線的最短距離一致，以該距離為半徑、該凸角所在點為圓心作圓，連接兩條外推線，實現該凸角兩條外推線的平滑連接；對于多邊形凹角，以凹角所在點為起點作一條射線，該射線穿過對應兩條外推線的交點，在射線上找一點，使其在外推線所組成的凹角范圍內，若該點到兩條外推線的距離皆等于拐角平滑處理半徑，以該點為圓心、到外推線的距離為半徑作圓，連接兩條外推線，實現該凹角兩條外推線的平滑連接；

（5）切點連接：依次將多邊形所有角的順時針方向第一個切點與上一個角順時針方向第二個切點相連，結合所有角用以平滑處理的圓弧段，形成該島礁邊線平滑處理后的封閉外推線。

進一步地，所述步驟（1）多邊形各條邊外推的距離設定為，其中；拐角平滑處理半徑設定為，其中。

進一步地，所述步驟（2）包括：假設多邊形的任意一個角為，其中為多邊形角的索引，且；角所在點的位置用平面直角坐標表示為，結合角和角所在點的位置、作到的兩條向量，分別為，且、，進一步將向量坐標拓展到三維空間，即、，其中為三維空間第三根軸上的坐標，且，假設為正向旋轉到的角度，計算兩個向量的叉乘，計算公式如下：

代入計算得：

其中，向量即為三維空間中同時垂直于向量的向量，用的取值判斷角的凹凸情況，若則有，角為多邊形的凸角；若則有，角為多邊形的凹角；由于角兩條向量不平行，排除的情況，