一種基于s-57電子海圖數(shù)據(jù)的三維地形和雷達(dá)地形生成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于S-57電子海圖數(shù)據(jù)的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，首先基于S-57電子海圖數(shù)據(jù)結(jié)合GDEM數(shù)據(jù)生成基于電子海圖的高程矢量圖，作為統(tǒng)一數(shù)據(jù)源；其次，將高程矢量圖經(jīng)過轉(zhuǎn)化、簡化和紋理貼圖生成視景三維地形模型；最后，在高程矢量圖的基礎(chǔ)上，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，根據(jù)需要以不同采樣間隔分別完成雷達(dá)地形數(shù)據(jù)的生成和水深數(shù)據(jù)、導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)的提取。本發(fā)明克服現(xiàn)有地形模型數(shù)據(jù)匹配不一致、精度不高、運(yùn)行效率差的不足；融合三維地形數(shù)據(jù)生成技術(shù)、GPS定位技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)，在保證三維視景運(yùn)行效率和逼真度的同時，實(shí)現(xiàn)了視景三維地形數(shù)據(jù)、雷達(dá)地形、水深數(shù)據(jù)和導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)與電子海圖的精確匹配。
【專利說明】一種基于S-57電子海圖數(shù)據(jù)的三維地形和雷達(dá)地形生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維地形和雷達(dá)地形生成方法，尤其是適用于基于s-57電子海圖數(shù)據(jù)的大范圍高精度匹配的航海模擬器視景三維地形和雷達(dá)地形生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，在城市建設(shè)、教育、電子商務(wù)、軍工等領(lǐng)域都有了成功的應(yīng)用。其中，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和院校自主研發(fā)了具有三維視景的船舶操縱模擬器，在船員操船培訓(xùn)、港航設(shè)計(jì)論證中發(fā)揮了重要作用。
[0003]在船舶操縱模擬器虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用中，三維視景地形、雷達(dá)地形、水深數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航物標(biāo)的數(shù)據(jù)提取是整個項(xiàng)目開發(fā)的基礎(chǔ)。因此，如何以S-57電子海圖為基準(zhǔn)，構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的視景三維地形、雷達(dá)地形、水深數(shù)據(jù)生成以及導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)的提取成為關(guān)鍵的技術(shù)問題。
[0004]目前，國內(nèi)在該領(lǐng)域通常采用基于電子海圖等高線生成DEM高程數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Multigen Creator進(jìn)行轉(zhuǎn)換,生成DED格式文件，同時進(jìn)行地形紋理、坐標(biāo)原點(diǎn)等設(shè)置,使地形逼真度和坐標(biāo)與實(shí)際視景和電子海圖相匹配，最后，將地形文件轉(zhuǎn)換為OpenFlight數(shù)據(jù)格式供視景驅(qū)動使用。這種方法存在幾個缺陷:
[0005](I)該方法生成的地形模型精度依賴于電子海圖的高程數(shù)據(jù)的質(zhì)量。由于電子海圖對于陸地地形高程信息的描述十分粗略，因而在仿真過程中所提供的數(shù)據(jù)與實(shí)際環(huán)境存在較大的差異。此外，這種方法無法提供等高線和等深線之間區(qū)域的連續(xù)、精確的數(shù)據(jù)。這些都影響了仿真數(shù)據(jù)的客觀性和逼真性。
[0006](2)利用這種方法生成的DEM高程數(shù)據(jù)，在滿足精度需求的同時，造成了地形面數(shù)的大幅增加。對于大范圍視景，該方法生成的地形模型必須分塊導(dǎo)入，影響了視景繪制的效率,增加了對硬件的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有方法的局限性，本發(fā)明融合三維地形數(shù)據(jù)生成技術(shù)、GPS定位技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)，提出了基于電子海圖數(shù)據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的視景三維地形數(shù)據(jù)生成、雷達(dá)地形生成、水深數(shù)據(jù)生成以及導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)提取方法，在保證三維視景繪制效率和逼真度的同時，實(shí)現(xiàn)了地形數(shù)據(jù)、雷達(dá)地形、水深數(shù)據(jù)和導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)與電子海圖的精確匹配。
[0008]本發(fā)明所采用技術(shù)方案的總體思路是:基于電子海圖統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，生成簡化三維地形模型用于視景顯示，生成高精度地形模型用于雷達(dá)地形繪制和水深數(shù)據(jù)、導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)提取。
[0009]本發(fā)明所述基于S-57電子海圖數(shù)據(jù)的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010](I)生成基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源:結(jié)合基于s-57電子海圖數(shù)據(jù)提取的電子海圖高程數(shù)據(jù)以及從⑶EM (全稱“Global Digital Elevation Model ”，全球數(shù)字高程模型)數(shù)據(jù)提取的等高線和等深線，生成基于電子海圖的高程矢量圖；
[0011](2)生成視景三維地形模型:將高程矢量圖生成DWG格式文件，通過三維模型簡化技術(shù)簡化地形模型，并在Multigen Creator中進(jìn)行紋理編輯,生成視景三維地形模型；
[0012](3)生成高程數(shù)據(jù)文件:在高程矢量圖的基礎(chǔ)上，對矢量進(jìn)行插值計(jì)算，提取高程信息，生成數(shù)據(jù)文件，分別完成雷達(dá)地形數(shù)據(jù)的生成和水深數(shù)據(jù)、導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)的提取。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟(I)的具體步驟為:
[0014](1.1)提取原始數(shù)據(jù):基于電子海圖源數(shù)據(jù)，采用GIS軟件Global Mapper提取海圖高程信息；將⑶EM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Global Mapper中，依據(jù)海圖坐標(biāo)設(shè)置和投影方式對⑶EM數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；提取GDEM數(shù)據(jù)等高線和等深線；
[0015](1.2)數(shù)據(jù)處理:以電子海圖為基本參照，針對海圖高程數(shù)據(jù)缺失部分、通過編輯高程矢量線的方法將海圖高程數(shù)據(jù)和GDEM提取的等高線和等深線數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理；
[0016]優(yōu)選地，所述(1.1)根據(jù)⑶EM數(shù)據(jù)提取等高線和等深線的過程中，提取范圍為海圖高程信息缺少區(qū)域，提取間隔距離為2米。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(1.2)中，數(shù)據(jù)處理過程，要確保海圖的岸線、碼頭、導(dǎo)航物、航道建筑與原海圖保持一致；對于有特殊精細(xì)要求地域的高程數(shù)據(jù)，采用人工測量，手工輸入的方法。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟(2)的具體步驟為:
[0019](2.1)數(shù)據(jù)預(yù)處理:對基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源進(jìn)行簡化，只保留山體的等高線；對于岸線局部進(jìn)行手工繪制；最后，將數(shù)據(jù)輸出為矢量數(shù)據(jù)文件，保存為DWG格式；
[0020](2.2)3D Max建模處理:將地形矢量數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到3D Max中，編輯等高線，并為其賦值，利用3D Max中的Terrain工具,生成沿岸陸地、島ill與和山體；最后,利用PloyTrans插件轉(zhuǎn)換所有地形，保存為OpenFlight格式文件,供Multigen Creator使用；
[0021](2.3) Creator紋理貼圖:將包含真實(shí)地形表面細(xì)節(jié)的紋理貼圖到生成的地形三維幾何模型上。
[0022]優(yōu)選地，所述步驟(2.3)中，所述包含真實(shí)地形表面細(xì)節(jié)的紋理為衛(wèi)星影像；所述衛(wèi)星影像必須經(jīng)Photoshop圖像軟件進(jìn)行以下兩方面的處理:①對衛(wèi)星影像進(jìn)行處理，使其色彩與真實(shí)的環(huán)境色彩更加接近把大范圍的衛(wèi)星影像裁切成2n大小的小范圍影像，其中I < η < 20，并把裁切后圖像以RGB或者RGBA格式存貯；根據(jù)所要處理的地形模型的地理范圍，將紋理映射的起始位置設(shè)為地形三維幾何模型的左下角，以三點(diǎn)映射的方法進(jìn)行貼圖。
[0023]優(yōu)選地，所述步驟(3)中生成雷達(dá)地形數(shù)據(jù)的具體步驟為:
[0024]刪除統(tǒng)一數(shù)據(jù)源中高程數(shù)值小于O的矢量線；依據(jù)電子海圖坐標(biāo)手工繪制航道上的高出水面的助航標(biāo)志的等高線；利用Glabal Mapper自帶的3D矢量生成高程網(wǎng)格功能，通過插值計(jì)算，生成高程網(wǎng)格模型，得到連續(xù)、逼真的高程數(shù)據(jù)；對應(yīng)雷達(dá)量程的變化，以量程越大采樣間隔越大、量程越小采樣間隔越小的原則，分別以不同采樣間隔提取雷達(dá)地形數(shù)據(jù)，并將提取的雷達(dá)地形數(shù)據(jù)保存為Arc ASCII網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件。
[0025]優(yōu)選地，所述步驟(3)中生成水深數(shù)據(jù)的具體步驟為:
[0026]僅保留統(tǒng)一數(shù)據(jù)源中岸線航道范圍內(nèi)的所有等深線、水深點(diǎn)、岸線、碼頭的矢量數(shù)據(jù)，依據(jù)電子海圖坐標(biāo)手工繪制航道上的高出水面的助航標(biāo)志、碼頭、橋梁的等高線；最后，利用Glabal Mapper自帶的3D矢量生成高程網(wǎng)格功能,通過插值計(jì)算,生成高程網(wǎng)格模型，得到連續(xù)、逼真的水深數(shù)據(jù)；根據(jù)需要分別以不同采樣間隔提取水深數(shù)據(jù)，并將提取的水深數(shù)據(jù)保存為Arc ASCII網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件。
[0027]優(yōu)選地，所述步驟(3)中提取導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)的具體步驟為:
[0028](3.1)根據(jù)S-57電子海圖的文件格式，建立包含導(dǎo)航相關(guān)物標(biāo)的物標(biāo)代碼、物標(biāo)屬性、圖元類型的物標(biāo)對象類信息表格文件，需要提取的物標(biāo)屬性使用分號分開；
[0029](3.2)從物標(biāo)對象類信息表格文件中讀取物標(biāo)，遍歷物標(biāo)圖元類型；
[0030](3.3)遍歷每一優(yōu)先級下的圖元；
[0031](3.4)比較物標(biāo)圖元是否為需要導(dǎo)出圖元,對于每一個物標(biāo)圖元,建立一個xml文本的物標(biāo)節(jié)點(diǎn)；
[0032](3.5)根據(jù)不同圖元類型，讀取圖元數(shù)據(jù)建立圖元數(shù)據(jù)xml節(jié)點(diǎn)；
[0033](3.6)從物標(biāo)對象類信息表格文件中讀取物標(biāo)的屬性，并根據(jù)S-57電子海圖所定義的數(shù)字含義，將其轉(zhuǎn)換為有可讀意義的本文，并在“ O”中，注明其值。
[0034]優(yōu)選地，所述(3.2)中所述物標(biāo)圖元類型分為Point、Line和Area ;所述(3.5)中Point放入一個地理位置點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，Line放入組成線的多個地理位置點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，Area放入由閉合線組成的區(qū)域。
[0035]本發(fā)明，基于S-57電子海圖數(shù)據(jù)，并利用GDEM彌補(bǔ)海圖陸地高程信息的缺失，得到完整、詳盡的高程矢量圖作為基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，克服現(xiàn)有，數(shù)據(jù)提取方法獲得的地形模型數(shù)據(jù)匹配不一致、精度不高、運(yùn)行效率差等不足。本發(fā)明融合三維地形數(shù)據(jù)生成技術(shù)、GPS定位技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)，提出了基于電子海圖數(shù)據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的視景三維地形數(shù)據(jù)生成、雷達(dá)地形生成、水深數(shù)據(jù)生成以及導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)提取方法，在保證三維視景運(yùn)行效率和逼真度的同時，實(shí)現(xiàn)了視景三維地形數(shù)據(jù)、雷達(dá)地形、水深數(shù)據(jù)和導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)與電子海圖的精確匹配。
[0036]在導(dǎo)航雷達(dá)仿真應(yīng)用中，根據(jù)所生成的陸岸地形高程數(shù)據(jù)，進(jìn)行地物回波的繪制；在電子海圖相關(guān)應(yīng)用中，利用該數(shù)據(jù)源生成全航道水深數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了江陰長江大橋至長江口(150海里)長江航道地理、水文三維數(shù)字化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了三維視景、電子海圖與導(dǎo)航雷達(dá)三者之間數(shù)據(jù)精確匹配。經(jīng)多次反復(fù)測試，三維視景與電子海圖數(shù)據(jù)源誤差精度基本控制在I米以內(nèi)，大幅提高了船舶駕駛仿真訓(xùn)練中對陸標(biāo)定位的精度和水下航道地形判斷的準(zhǔn)確性，為開展復(fù)雜條件下航行指揮演練和安全性、穩(wěn)定性驗(yàn)證與評估提供了現(xiàn)實(shí)環(huán)境與規(guī)劃論證的可視化平臺，為決策支持、宏觀管理提供更加有力的依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明所述基于S-57電子海圖數(shù)據(jù)的三維地形和雷達(dá)地形生成方法的流程圖。
[0038]圖2是生成視景地形模型的流程圖。
[0039]圖3是提取導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】[0040]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0041]以提取長江航道江陰大橋至長江口航段地形模型數(shù)據(jù)為實(shí)例，本發(fā)明所述基于S-57電子海圖數(shù)據(jù)的三維地形和雷達(dá)地形生成方法的【具體實(shí)施方式】如下:
[0042]首先，在計(jì)算機(jī)上安裝以下軟件:
[0043]I) Global Mapperll ；
[0044]2) 3D Max7 及 PloyTrans 插件；
[0045]3) Multigen Creator3.0。
[0046]I統(tǒng)一數(shù)據(jù)源生成
[0047]1.1原始數(shù)據(jù)提取
[0048]基于電子海圖源數(shù)據(jù)，采用GIS軟件Global Mapper提取海圖高程信息，主要包括岸線、等高線、等深線、水深點(diǎn)等。將⑶EM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Global Mapper中，依據(jù)電子海圖坐標(biāo)設(shè)置和投影方式對⑶EM數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，提?、荅M數(shù)據(jù)等高線和等深線。在提取等高線和等深線的過程中，可根據(jù)需要選擇等高線和等深線的提取范圍和間隔距離，本實(shí)施例中，所述提取范圍主要針對海圖高程信息缺少區(qū)域，提取間隔距離為2米。
[0049]1.2數(shù)據(jù)處理
[0050]數(shù)據(jù)處理主要任務(wù)是將海圖高程數(shù)據(jù)和GDEM提取的等高線和等深線數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理，處理結(jié)果直接影響生成的地形模型質(zhì)量，是本發(fā)明實(shí)例方法的重要環(huán)節(jié)。整個數(shù)據(jù)處理過程主要通過編輯高程矢量線的方法來實(shí)現(xiàn)；在處理過程中，以電子海圖為基本參照，主要針對海圖高程數(shù)據(jù)缺失部分，例如橋梁、樓宇、碼頭、山丘等，利用GDEM高程數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充；要確保海圖的岸線、碼頭、導(dǎo)航物、航道建筑與原海圖保持一致；對于有特殊精細(xì)要求地域的高程數(shù)據(jù)，也可以采用人工測量，手工輸入的方法。
[0051]利用⑶EM彌補(bǔ)海圖陸地高程信息的缺失，由此得到基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，得到完整、詳盡的高程矢量圖，為后續(xù)的視景三維地形建立和高程數(shù)據(jù)的提取奠定基礎(chǔ)。
[0052]2視景三維地形模型生成
[0053]由于視景系統(tǒng)對于岸線、橋梁、山體、重要導(dǎo)航物標(biāo)等有特殊顯示要求，對于高程的細(xì)微特征可以忽略，所以可以通過紋理貼圖來實(shí)現(xiàn)地形模型簡化。視景三維地形模型的生成流程見圖2。
[0054]2.1數(shù)據(jù)預(yù)處理
[0055]對基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源進(jìn)行簡化，只保留山體的等高線，將其余無關(guān)的等高線刪除。對于其岸線局部要考慮岸線地形并進(jìn)行手工繪制，例如，建有岸壁式碼頭的岸線和灘涂是有區(qū)別的。最后，將所有數(shù)據(jù)輸出為矢量數(shù)據(jù)文件，保存為DWG格式。
[0056]2.23D Max 建模處理
[0057]將地形矢量數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到3D Max中，此處應(yīng)注意:
[0058]I)單位的設(shè)定要與實(shí)際保持一致；
[0059]2)不要將所有等高線作為一個物體，分開顯示。
[0060]編輯等高線，并為其賦值,利用3D Max中的Terrain工具，生成沿岸陸地、島ill與和山體。最后，利用PloyTrans插件轉(zhuǎn)換所有地形，保存為OpenFlight格式文件。由于PloyTrans插件在使用過程中設(shè)置參數(shù)較多，使用者需詳細(xì)閱讀幫助說明，此處不再累述。
[0061]2.3Creator 紋理貼圖[0062]紋理是指映射到3維物體表面的二維圖像。將包含真實(shí)地形表面細(xì)節(jié)的紋理應(yīng)用到生成的地形三維幾何模型上，能夠使地形模型在視景實(shí)時仿真系統(tǒng)中呈現(xiàn)出更加逼真的視覺效果。在本實(shí)施例中選用衛(wèi)星影像來進(jìn)行紋理貼圖。在把衛(wèi)星影像作為紋理數(shù)據(jù)輸入之前，必須使用Photoshop圖像軟件進(jìn)行兩方面的處理:一是對已有高分辨率衛(wèi)星影像進(jìn)行處理，使其色彩與真實(shí)的環(huán)境色彩更加接近；二是把大范圍的高分辨率衛(wèi)星影像裁切成2n大小的小范圍影像，其中I < η < 20，通過減少紋理數(shù)據(jù)量保證圖形繪制速度與顯示效果。將裁切后圖像以RGB或者RGBA格式存貯。根據(jù)所要處理的地形模型的地理范圍，將紋理映射的起始位置設(shè)為地形三維幾何模型的左下角，以三點(diǎn)映射的方法進(jìn)行貼圖。
[0063]3高程數(shù)據(jù)文件生成
[0064]基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源生成雷達(dá)地形和水深數(shù)據(jù)。
[0065]3.1雷達(dá)地形數(shù)據(jù)文件生成
[0066]刪除基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源中高程數(shù)值小于O的矢量線。對于航道上的燈樁、燈浮等高出水面的助航標(biāo)志，依據(jù)電子海圖坐標(biāo)進(jìn)行手工繪制其等高線。利用GlabalMapper自帶的3D矢量生成高程網(wǎng)格功能，通過插值計(jì)算，生成高程網(wǎng)格模型，得到連續(xù)、逼真的高程數(shù)據(jù)。在生成過程中，應(yīng)設(shè)定生成范圍，從而減少數(shù)據(jù)量，提高工作效率。
[0067]對應(yīng)雷達(dá)量程的變化，分別以不同采樣間隔提取雷達(dá)地形數(shù)據(jù)。量程越大，采樣間隔越大；量程越小，采樣間隔越小。將提取的雷達(dá)地形數(shù)據(jù)保存為Arc ASCII網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件，其內(nèi)容如下:
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[0080]3.2水深數(shù)據(jù)生成
[0081]水深數(shù)據(jù)的生成與雷達(dá)地形生成原理相同。
[0082]保留基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源中岸線航道范圍內(nèi)的所有等深線、水深點(diǎn)等矢量數(shù)據(jù)，包括岸線、碼頭矢量線，其他全部刪除。對于航道上的燈樁、燈浮等高出水面的助航標(biāo)志，依據(jù)電子海圖坐標(biāo)進(jìn)行手工繪制其等高線。對于碼頭、橋梁應(yīng)依據(jù)電子海圖坐標(biāo)進(jìn)行手工繪制其等高線。最后，利用Glabal Mapper自帶的3D矢量生成高程網(wǎng)格功能，通過插值計(jì)算，生成高程網(wǎng)格模型，得到連續(xù)、逼真的水深數(shù)據(jù)。
[0083]根據(jù)需要分別以不同采樣間隔提取水深數(shù)據(jù)。例如，離靠碼頭時，使用采樣間隔小的水深數(shù)據(jù)；航行時，采用采樣間隔大的水深數(shù)據(jù)。將提取的水深數(shù)據(jù)保存為Arc ASCII網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件，其內(nèi)容與雷達(dá)地形數(shù)據(jù)文件相似。
[0084]3.3導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)提取
[0085]本實(shí)例基于S-57的統(tǒng)一海圖數(shù)據(jù)，提取包括方位立標(biāo)、側(cè)面立標(biāo)、孤立威脅物立標(biāo)、安全水域立標(biāo)的各種立標(biāo)(Beacon )，包括方位浮標(biāo)、作業(yè)浮標(biāo)、孤立威脅物浮標(biāo)、側(cè)面浮標(biāo)、安全水域浮標(biāo)、專用/通用浮標(biāo)的各種浮標(biāo)(Buoy)，陸標(biāo)，燈標(biāo)，燈浮，燈船等導(dǎo)航物標(biāo)對象數(shù)據(jù)標(biāo)，提取的物標(biāo)屬性包括物標(biāo)的經(jīng)緯度位置、顏色、是否雷達(dá)可見、是否視覺可見、高度、形狀、類別、彩色圖案、信號周期、信號組、燈質(zhì)等，最終生成xml數(shù)據(jù)文件，供視景、雷達(dá)等仿真系統(tǒng)構(gòu)建導(dǎo)航物標(biāo)視景和物標(biāo)回波仿真使用。
[0086]導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)的基本提取過程如圖3所示，包括以下步驟:
[0087]I)根據(jù)S-57電子海圖文件格式，建立包含導(dǎo)航相關(guān)物標(biāo)的物標(biāo)代碼、物標(biāo)屬性、圖元類型等內(nèi)容的物標(biāo)對象類信息表格文件，需要提取的物標(biāo)屬性使用分號分開。
[0088]2)從物標(biāo)對象類信息表格文件中讀取物標(biāo)，遍歷物標(biāo)圖元類型，對物標(biāo)的每一種圖元類型進(jìn)行提取，圖元可以分為點(diǎn)(Point)、線(Line)和面(Area)。
[0089]3)遍歷每一優(yōu)先級下的圖元。由于S-57電子海圖使用分優(yōu)先級存儲的方式存儲數(shù)據(jù)，因此對于每一種圖元，還需要提取不同優(yōu)先級下的圖元。
[0090]4)比較物標(biāo)圖元是否為需要導(dǎo)出圖元,對于每一個物標(biāo)圖元,建立一個xml文本的物標(biāo)節(jié)點(diǎn)。
[0091]5)根據(jù)不同圖元類型，讀取圖元數(shù)據(jù)建立圖元數(shù)據(jù)xml節(jié)點(diǎn)。Point放入一個地理位置點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，Line放入組成線的多個地理位置點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，Area放入由閉合線組成的區(qū)域。
[0092]6)從物標(biāo)對象類信息表格文件中讀取物標(biāo)的屬性，并根據(jù)S-57電子海圖所定義的數(shù)字含義，將其轉(zhuǎn)換為有可讀意義的本文，并在“ O”中，注明其值。
[0093]導(dǎo)出的燈標(biāo)xml數(shù)據(jù)文件內(nèi)容如下。
[0094]
【權(quán)利要求】
1.一種基于S-57電子海圖數(shù)據(jù)的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)生成基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源:結(jié)合基于S-57電子海圖數(shù)據(jù)提取的電子海圖高程數(shù)據(jù)以及從GDEM數(shù)據(jù)提取的等高線和等深線，生成基于電子海圖的高程矢量圖； (2)生成視景三維地形模型:將高程矢量圖生成DWG格式文件，通過三維模型簡化技術(shù)簡化地形模型，并在Multigen Creator中進(jìn)行紋理編輯,生成視景三維地形模型； (3)生成高程數(shù)據(jù)文件:在高程矢量圖的基礎(chǔ)上，對矢量進(jìn)行插值計(jì)算，提取高程信息，生成數(shù)據(jù)文件，分別完成雷達(dá)地形數(shù)據(jù)的生成和水深數(shù)據(jù)、導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)的提取。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，所述步驟(I)的具體步驟為: (1.1)提取原始數(shù)據(jù):基于電子海圖源數(shù)據(jù)，采用GIS軟件Global Mapper提取海圖高程信息；將⑶EM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Global Mapper中，依據(jù)海圖坐標(biāo)設(shè)置和投影方式對⑶EM數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；提取⑶EM數(shù)據(jù)等高線和等深線； (1.2)數(shù)據(jù)處理:以電子海圖為基本參照，針對海圖高程數(shù)據(jù)缺失部分、通過編輯高程矢量線的方法將海圖高程數(shù)據(jù)和GDEM提取的等高線和等深線數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，所述(1.1)根據(jù)GDEM數(shù)據(jù)提取等高線和等深線的過程中，提取范圍為海圖高程信息缺少區(qū)域，提取間隔距離為2米。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，所述步驟(1.2)中，數(shù)據(jù)處理過程，要確保海圖的岸線、碼頭、導(dǎo)航物、航道建筑與原海圖保持一致；對于有特殊精細(xì)要求地域的高程數(shù)據(jù)，采用人工測量，手工輸入的方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，所述步驟(2)的具體步驟為: (2.1)數(shù)據(jù)預(yù)處理:對基于電子海圖的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源進(jìn)行簡化，只保留山體的等高線；對于岸線局部進(jìn)行手工繪制；最后，將所有數(shù)據(jù)輸出為矢量數(shù)據(jù)文件，保存為DWG格式； (2.2)3D Max建模處理:將地形矢量數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到3D Max中，編輯等高線，并為其賦值，利用3D Max中的Terrain工具,生成沿岸陸地、島ill與和山體；最后,利用PloyTrans插件轉(zhuǎn)換所有地形，保存為OpenFlight格式文件,供Multigen Creator使用； (2.3) Creator紋理貼圖:將包含真實(shí)地形表面細(xì)節(jié)的紋理貼圖到生成的地形三維幾何模型上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，所述步驟(2.3)中，所述包含真實(shí)地形表面細(xì)節(jié)的紋理為衛(wèi)星影像；所述衛(wèi)星影像必須經(jīng)Photoshop圖像軟件進(jìn)行以下兩方面的處理:①對衛(wèi)星影像進(jìn)行處理，使其色彩與真實(shí)的環(huán)境色彩更加接近把大范圍的衛(wèi)星影像裁切成2n大小的小范圍影像，其中I < η < 20，并把裁切后圖像以RGB或者RGBA格式存貯；根據(jù)所要處理的地形模型的地理范圍，將紋理映射的起始位置設(shè)為地形三維幾何模型的左下角，以三點(diǎn)映射的方法進(jìn)行貼圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，所述步驟(3)中生成雷達(dá)地形數(shù)據(jù)的具體步驟為:刪除統(tǒng)一數(shù)據(jù)源中高程數(shù)值小于O的矢量線；依據(jù)電子海圖坐標(biāo)手工繪制航道上的高出水面的助航標(biāo)志的等高線；利用Glabal Mapper自帶的3D矢量生成高程網(wǎng)格功能，通過插值計(jì)算，生成高程網(wǎng)格模型，得到連續(xù)、逼真的高程數(shù)據(jù)；對應(yīng)雷達(dá)量程的變化，以量程越大采樣間隔越大、量程越小采樣間隔越小的原則，分別以不同采樣間隔提取雷達(dá)地形數(shù)據(jù)，并將提取的雷達(dá)地形數(shù)據(jù)保存為Arc ASCII網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，所述步驟(3)中生成水深數(shù)據(jù)的具體步驟為:僅保留統(tǒng)一數(shù)據(jù)源中岸線航道范圍內(nèi)的所有等深線、水深點(diǎn)、岸線、碼頭的矢量數(shù)據(jù)，依據(jù)電子海圖坐標(biāo)手工繪制航道上的高出水面的助航標(biāo)志、碼頭、橋梁的等高線；最后，利用Glabal Mapper自帶的3D矢量生成高程網(wǎng)格功能，通過插值計(jì)算，生成高程網(wǎng)格模型，得到連續(xù)、逼真的水深數(shù)據(jù)；根據(jù)需要分別以不同采樣間隔提取水深數(shù)據(jù)，并將提取的水深數(shù)據(jù)保存為Arc ASCII網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，所述步驟(3)中提取導(dǎo)航物標(biāo)數(shù)據(jù)的具體步驟為: (3.1)根據(jù)S-57電子海圖的文件格式，建立包含導(dǎo)航相關(guān)物標(biāo)的物標(biāo)代碼、物標(biāo)屬性、圖元類型的物標(biāo)對象類信息表格文件，需要提取的物標(biāo)屬性使用分號分開； (3.2)從物標(biāo)對象類信息表格文件中讀取物標(biāo)，遍歷物標(biāo)圖元類型； (3.3)遍歷每一優(yōu)先級下的圖元； (3.4)比較物標(biāo)圖元是否為需要導(dǎo)出圖元,對于每一個物標(biāo)圖元,建立一個xml文本的物標(biāo)節(jié)點(diǎn)； (3.5)根據(jù)不同圖元類型，讀取圖元數(shù)據(jù)建立圖元數(shù)據(jù)xml節(jié)點(diǎn)； (3.6)從物標(biāo)對象類信息表 格文件中讀取物標(biāo)的屬性，并根據(jù)S-57電子海圖所定義的數(shù)字含義，將其轉(zhuǎn)換為有可讀意義的本文，并在“ O”中，注明其值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維地形和雷達(dá)地形生成方法，其特征在于，所述(3.2)中所述物標(biāo)圖元類型分為Point、Line和Area ;所述(3.5)中Point放入一個地理位置點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，Line放入組成線的多個地理位置點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，Area放入由閉合線組成的區(qū)域。
【文檔編號】G06T17/05GK103456041SQ201310383175
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】宋元, 牛海, 李彩霞, 汪志凱, 許林周, 周晶, 劉喜作, 李智, 王藝, 胡蕾 申請人:中國人民解放軍海軍大連艦艇學(xué)院