本發(fā)明涉及一種跨陸地艦船軌跡線校正方法，特別涉及一種基于繞障路徑規(guī)劃的跨陸地艦船軌跡線校正方法，屬于軌跡分析
技術領域：
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背景技術：
：艦船軌跡線是艦船航行過程中以一定時間間隔記錄自己空間位置，然后按時間順序連接而成的折線。艦船軌跡線的空間分布對掌握區(qū)域海上交通狀況，監(jiān)控船舶行為，保障海上交通安全等方面都有著重要的意義，軌跡線的正確與否關系重大。然而，由于艦船記錄位置時間分辨率的限制，導致出現(xiàn)相鄰兩軌跡點跨越陸地的情況，有必要利用一定方法校正這些錯誤航線。如果提取跨越陸地的相鄰兩個軌跡點，則軌跡線的校正問題轉(zhuǎn)換成為繞障路徑規(guī)劃問題。繞障路徑規(guī)劃方法主要有走迷宮法和線搜索法，這兩種方法在面對大面積陸地時效率很低，針對海量的軌跡線校正并不適用。技術實現(xiàn)要素：針對上述問題，本發(fā)明提供一種對海量的軌跡線合理校正路徑，使軌跡線從水面行進的基于繞障路徑規(guī)劃的跨陸地艦船軌跡線校正方法。本發(fā)明的基于繞障路徑規(guī)劃的跨陸地艦船軌跡線校正方法，所述方法包括：步驟一：獲取錯誤艦船軌跡線；步驟二：分析被跨陸地的緩沖范圍，獲得陸地緩沖區(qū)；步驟三：錯誤艦船軌跡線的錯誤線段將陸地緩沖區(qū)劃分兩部分，面積較小部分形成的多邊形作為繞障多邊形；步驟四：根據(jù)錯誤線段的起點和終點，結合繞障多邊形，獲得最短繞障路徑，所述最短繞障路徑為修正后的路徑，將修正后的路徑替換錯誤艦船軌跡線中的錯誤線段。所述步驟四具體包括：步驟四一：將錯誤線段的起點S分別與繞障多邊形上的節(jié)點連線，找到第一個與繞障多邊形相切連線對應的節(jié)點，作為校正路徑上的首節(jié)點，加入到校正結點集Q中，并判斷首節(jié)點與終點D的連線是否與繞障多邊形相切，如果相切，則轉(zhuǎn)到步驟四三，如果不相切，則轉(zhuǎn)入步驟四二；步驟四二：將校正結點集Q中的新加入的節(jié)點作為起點分別與之后的節(jié)點連線，找到第一個與繞障多邊形相切連線對應的節(jié)點，作為校正路徑上的校正節(jié)點，加入到校正結點集Q中，并判斷該校正節(jié)點與終點D的連線是否與繞障多邊形相切，如果相切，轉(zhuǎn)入步驟四三，如果不相切，則重復步驟四二；步驟四三：依次連接起點S、校正結點集Q中的節(jié)點和終點D，得到獲得最短繞障路徑，利用最短繞障路徑替換錯誤艦船軌跡線中相應的錯誤線段SD，得到校正后的軌跡線。所述步驟四中，連線是否與繞障多邊形相切的判斷方法包括：b1、將兩節(jié)點分別稱為起點(x1,y1)與終點(x2,y2)，將現(xiàn)有xy坐標系通過移動和旋轉(zhuǎn)變換為以起點為原點、以起點指向終點方向為x軸方向的新坐標系，建立現(xiàn)有坐標(x,y)到新坐標(x′,y′)的轉(zhuǎn)換關系；x′=(x-x1)cosθ+(y-y1)sinθy′=(y-y1)cosθ-(x-x1)sinθ]]>其中：cosθ=x2-x1D;]]>sinθ=y2-y1D;]]>D=(x2-x1)2+(y2-y1)2;]]>b2、依次取障礙多邊形的節(jié)點，計算所取節(jié)點在新坐標系中的坐標；b3、如果所取節(jié)點中存在相鄰兩個節(jié)點的縱坐標數(shù)值乘積為負，則連線與障礙多邊形不相切，否則相切。所述步驟一：獲取錯誤艦船軌跡線的具體方法為：將陸地圖層與艦船軌跡線圖層疊加，通過相交關系挑選出錯誤艦船軌跡線。所述步驟一還包括：對錯誤艦船軌跡線進行無損簡化：去除錯誤艦船軌跡線中直線段的中間點。所述去除錯誤艦船軌跡線中直線段的中間點，具體包括：a1：對每條錯誤艦船軌跡線，順序獲取組成軌跡線的點集；a2：依次判斷獲取的點集中相鄰3點是否在同一直線上，如果在，則將中間點從點集中移除；a3：重復執(zhí)行a2，直到無點可刪除為止，確定簡化后的錯誤艦船軌跡線；a4：根據(jù)簡化后的錯誤艦船軌跡線，重新存儲錯誤艦船軌跡線。所述步驟三中，錯誤艦船軌跡線的錯誤線段為通過尋找錯誤艦船軌跡線穿過陸地的相鄰軌跡點，獲得錯誤線段的起點和終點。所述步驟二中，被跨陸地的緩沖范圍為1～3海里。本發(fā)明將跨越陸地的錯誤線段使用較為合理的從水面經(jīng)過的校正線段替換。有益效果在于：第一、用障礙多邊形緩沖區(qū)方式確保校正的軌跡線不沿海岸線，而是有一定距離的平行線，增加了校正軌跡的合理性。第二、通過面積計算選擇障礙多邊形，減少計算路徑時的搜索節(jié)點數(shù)量50％以上，提高了計算的效率。第三、用坐標轉(zhuǎn)換的方式快速判斷直線與障礙多邊形的相切關系，減少了繞障路徑的計算時間，提高了錯誤航線校正的效率。綜上，本發(fā)明解決了跨越陸地艦船軌跡線鮮有校正的問題，克服了冗余節(jié)點去除、大區(qū)域陸地節(jié)點數(shù)量龐大、直線相切判斷等技術難點。應用本發(fā)明能夠?qū)M跨陸地的不合理的軌跡線校正到較為合理的路徑，從而提高了艦船軌跡線的使用率，從而有助于掌握區(qū)域海上交通分布狀況，監(jiān)控艦船行為，保障海上交通安全，為海洋管理部門提供決策參考。附圖說明圖1為南海海域2014年部分橫跨陸地的錯誤軌跡線示意圖。圖2為具體實施方式中，步驟二對錯誤艦船軌跡線進行簡化的原理示意圖。圖3為具體實施方式中軌跡線校正方法的原理示意圖。圖4為南海海域2014年部分橫跨馬來半島的錯誤軌跡線采用具體實施方式中的校正方法校正后的軌跡線示意圖。具體實施方式以南海海域為例，根據(jù)附圖詳細闡述本實施方式，使本實施方式的路線和操作步驟更加清晰。本實施方式選擇的實驗區(qū)域為南海，經(jīng)緯度范圍：0°-23°N，99°E-124°E。實驗數(shù)據(jù)為利用NOAA國家氣候中心網(wǎng)站提供的2014年VOSCLIM數(shù)據(jù)生按時間先后將位置連接得到的存在跨陸地錯誤的艦船軌跡線。本實施方式的軌跡線校正方法，通過分析被跨陸地的緩沖范圍，獲得陸地緩沖區(qū)；錯誤艦船軌跡線的錯誤線段將陸地緩沖區(qū)劃分兩部分，面積較小部分形成的多邊形作為繞障多邊形；根據(jù)錯誤線段的起點和終點，結合繞障多邊形，獲得最短繞障路徑，所述最短繞障路徑為修正后的路徑，將修正后的路徑替換錯誤艦船軌跡線中的錯誤線段。具體包括如下步驟：步驟一：錯誤艦船軌跡線的識別：將陸地圖層與艦船軌跡線圖層重合疊加，挑選出與陸地相交的艦船軌跡線為錯誤艦船軌跡線，如圖1；下面以一條錯誤艦船軌跡線為例，如圖2所示，對該挑選出的錯誤艦船軌跡線進行校正；步驟二：對錯誤艦船軌跡線進行無損簡化：去除錯誤艦船軌跡線中直線段的中間點：a1：對每條錯誤艦船軌跡線，順序獲取組成軌跡線的點集；a2：依次判斷獲取的點集中相鄰3點是否在同一直線上，如果在則將中間點從點集中移除，如圖2所示；a3：重復執(zhí)行a2，直到無點可刪除為止，確定簡化后的錯誤艦船軌跡線；a4：根據(jù)簡化后的錯誤艦船軌跡線，重新存儲錯誤艦船軌跡線；步驟三：陸地圖層的緩沖區(qū)計算：對馬來半島作緩沖區(qū)分析，本實施方式的緩沖距離范圍為1海里，得到陸地緩沖后的范圍，獲得馬來半島的陸地緩沖區(qū)；在實際應用中，一般緩沖距離范圍為1～3海里。步驟四：尋找錯誤艦船軌跡線中穿過陸地的相鄰軌跡點，作為錯誤線段起點S和終點D,計算獲得的陸地緩沖區(qū)被錯誤線段SD劃分的兩部分的面積，選擇面積較小的部分組成的多邊形作為參與路徑計算的繞障多邊形，參照圖3，具體為：錯誤線段SD與馬來半島的陸地緩沖區(qū)交于A、B兩點，選擇面積較小的多邊形AP1P2P3…P22B作為參與路徑計算的繞障多邊形Om；其中，P1、P2、P3…P22為繞障多邊形Om的節(jié)點；步驟五：將錯誤線段的起點S分別與繞障多邊形上的節(jié)點連線，找到第一個與繞障多邊形相切連線對應的節(jié)點，作為校正路徑上的首節(jié)點，加入到校正結點集Q中，并判斷首節(jié)點與終點D的連線是否與繞障多邊形相切，如果相切，則轉(zhuǎn)到步驟七，如果不相切，則轉(zhuǎn)入步驟六；參照圖3，具體為：連接起點S與繞障多邊形Om的節(jié)點P1，判斷連線SP1與繞障多邊形Om是否相切，若不相切，則判斷連線SP2與繞障多邊形Om是否相切，直到找到滿足與繞障多邊形Om相切的連線SPi的第一個節(jié)點P3，將其加入到校正結點集Q中，作為校正路徑上的首節(jié)點；連線P3D與繞障多邊形Om不相切，則轉(zhuǎn)入步驟六步驟六：將校正結點集Q中的新加入的節(jié)點作為起點分別與之后的節(jié)點連線，找到第一個與繞障多邊形相切連線對應的節(jié)點，作為校正路徑上的校正節(jié)點，加入到校正結點集Q中，并判斷該校正節(jié)點與終點D的連線是否與繞障多邊形相切，如果相切，轉(zhuǎn)入步驟七，如果不相切，則重復步驟六；參照圖3，具體為：連線P3D與繞障多邊形Om不相切，因此將節(jié)點P3當作起點，繼續(xù)找到節(jié)點P4滿足連線P3P4與繞障多邊形Om相切，將節(jié)點P4加入到校正結點集Q中，連線P4D與繞障多邊形Om不相切，則依次找到節(jié)點P8、P9、P16、P17、P18，加入到校正點集Q中，當找到節(jié)點P19時，滿足P19D與多邊形Om相切，P19為末節(jié)點，將末節(jié)點P19加入到校正結點集Q中；步驟七：依次連接起點S、校正結點集Q中的節(jié)點和終點D，得到校正后路徑，在錯誤艦船軌跡線中替換相應的錯誤線段SD，得到校正后的軌跡線，參照圖3，具體為：此時校正結點集Q＝{P3，P4，P8，P9，P16，P17，P18，P19}，依次連接起點S、校正結點集Q中的節(jié)點和終點D，得到校正路徑SP3P4P8P9P16P17P18P19D，得到校正路徑在錯誤艦船軌跡線中替換相應的錯誤線段SD，得到校正后的軌跡線；本實施方式中，判斷兩節(jié)點連線與障礙多邊形相切的方法如下：b1、將兩節(jié)點分別稱為起點(x1,y1)與終點(x2,y2)，將現(xiàn)有xy坐標系通過移動和旋轉(zhuǎn)變換為以起點為原點、以起點指向終點方向為x軸方向的新坐標系，建立現(xiàn)有坐標(x,y)到新坐標(x′,y′)的轉(zhuǎn)換關系；x′=(x-x1)cosθ+(y-y1)sinθy′=(y-y1)cosθ-(x-x1)sinθ]]>其中：cosθ=x2-x1D;]]>sinθ=y2-y1D;]]>D=(x2-x1)2+(y2-y1)2;]]>b2、依次取障礙多邊形的節(jié)點，計算所取節(jié)點在新坐標系中的坐標；b3、如果所取節(jié)點中存在相鄰兩個節(jié)點的縱坐標數(shù)值乘積為負，則連線與障礙多邊形不相切，否則相切；采用同樣方法，校正實驗區(qū)域的錯誤軌跡線，校正后結果如附圖4所示。當前第1頁1 2 3