文档介绍：一种提高电子海图上船舶航迹显示速度的方
法
2010年4月8日
摘要:在电子海图上叠加显示船舶运动轨迹对船舶航迹分析和海上事故回放具有重要意
义。船舶 AIS(Automatic Identification System)报文提供了一种新的船舶动态和船舶运
动轨迹获取方式。由于有关船舶动态的 AIS 报文发送频度较高,致使船舶运动轨迹点较为密
集,这种情况将会导致电子海图系统在显示较长时间段船舶运动轨迹时,速度下降,从而降
低了系统的用户友好性。利用垂距法对船舶动态数据按照电子海图显示比例尺进行分层。当
电子海图显示比例尺较小时,仅显示船舶运动轨迹轮廓,而当显示比例尺逐渐增大时,显示
海图显示地理范围内更详细的船舶运动轨迹信息。实验表明该方法能有效地提高船舶运动轨
迹的显示速度。
关键词:水路运输;电子海图;船舶运动轨迹;自动识别系统;矢量压缩
在电子海图上叠加显示船舶运动轨迹对船舶航迹分析和海上事故回放具有重要意义。船
舶 AIS(Automatic Identification System)报文提供了一种新的船舶动态和船舶运动轨迹
获取方式,已广泛应用于基于电子海图的船舶动态管理系统中。由于有关船舶动态的 AIS,
报文发送频率较高(3s/次~6s/次),致使船舶运动轨迹点较为密集,这种情况将导致电子海
图系统在显示较长时间段船舶运动轨迹时,耗时增加,从而降低了系统的用户友好性。这种
情况在一些基于 C/S 和 B/S 技术的船舶动态管理系统尤其突出。
为了解决上述问题,首先将电子海图显示比例尺自小至大划分为若干个层次,针对每一
个比例尺层次,利用矢量压缩的方法对每一个船舶位置点进行显示判断:如果某一船舶位置
点在当前比例尺层次上进行数据压缩后仍然得以保留,则该点将在该比例尺层次上显示出
来。通过这一方法,当显示比例尺较小时,显示的地理范围较大,仅显示船舶运动轨迹轮廓
数据,而当比例尺层次逐渐放大时,显示的地理范围将越来越大,可显示更详细的船舶运动
轨迹数据。这样,在不同的显示层次上,显示的船舶运动轨迹数据都是适量的,因此,显示
速度可以得到有效提高。
1
1基于垂距法的船舶位置点显示判断方法
本文采用矢量数据压缩方法来判断某一船舶位置点在某一海图比例尺上是否显示。经典
的矢量数据压缩主要有 Douglas-Peucker 方法、垂距法和光栏法。Douglas-Peucker 方法整
体压缩效果较好,但必须在整个航迹完成后,才能进行航迹压缩,因此,该方法通常不能满
足船舶运动轨迹压缩的实时性要求;此外,该方法的计算量也很大。尽管垂距法的整体压缩
效果稍差,但可对航迹进行实时压缩处理,并且计算量较小。本文采用垂距法进行船舶运动
轨迹的压缩处理。
设垂距法所用阈值为δ,已知3个相邻船舶位置点 A(λ1,φ1),B(λ2,φ2)和 C(λ3,
φ3),其中 A 点已被判明在当前阈值下,仍需显示,则判断 B 点在当前阈值下是否显示的过
程如下:
A 点和 C 点不重合,如图1所示,则 B 点至 AC 的垂直距离 d 可以通过公式(1)求得。
(1)
式(1)中,
α=arcos[(λ3-λ2)(λ1-λ2)+(φ3-φ2)(φ1-φ2)/(d1×d2)]
A、C 两点重合,如图2所示,令:
2
(2)
d<δ,则判断 B 点在当前阈值下,不再显示;若 d≥δ,则 B 点需要显示。
2船舶运动轨迹显示算法
利用垂距法对船舶运动轨迹数据进行预处理,为每一个船舶位置点赋予一个显示比例尺
标记。显示比例尺越小,对应的船舶位置点越少。当电子海图显示比例尺较小时,仅叠加当
前海图显示地理范围内或适当放大范围内的船舶运动轨迹轮廓信息。当用户逐步增加电子海
图比例尺时,将叠加显示更详细的船舶运动轨迹,反之亦然。由于在此方法中,每次用户交
互,仅显示较少数量的船舶运动轨迹数据,保证了船舶运动轨迹的显示处理速度,提高了在
电子海图显示船舶运动轨迹的用户友好性。具体的步骤为:
N 个层次。每一个层次顺序对应一个显示比例尺范
围。N 值越小,对应的显示比例尺越小。
,对船舶运动轨迹中每一个位置点按显示比例尺层次进行标记,以确定在
某一显示比例尺层次上该点是否构成船舶运动轨迹。具体做法是:
1)为每一个显示比例尺层次 Ni 赋予一个矢量数据压缩阈值。 Ni 越小,该阈值越大;
2)为每一个船舶位置点赋予一个初始标记,起始点初始标记为 0(意味着在每一比例尺
上,起始点都会显示),其它为 N-1。
3
3)按照比例尺层次从