矢量线信息

电子海图结合ＡＲＰＡ矢量线航法在　进出港航行中的应用　南海救助局余文杰　电子海图显示与信息系统（ＥＣＤＩＳ，以下简称“电子　海图”）是在纸质海图的基础上。为实现综合导航系统　的设计理念而逐步发展起来的一种智能化海图。电子　海图能够在专用计算机控制下，把海图信息、船位信　息、雷达信息、ＡＩＳ信息、船舶动态参数等集中处理后，　以图文和音响综合表现航海情况。　ＡＲＰＡ雷达能够通过自动计算所捕捉雷达回波目　标，获悉目标船舶的运动要素及相对于本船的方位、距　离、ＣＰＡ、ＴＣＰＡ等重要避碰信息，为驾驶人员进行避碰　决策提供重要参考。其中，ＡＲＰＡ雷达提供的“真矢量”　显示模式能直观显示本船、它船的真实运动的航向与　航速，使得“矢量线航法”成为实用的导航、避碰技术。　（为方便起见，本文提到的“矢量线”。均为船舶的“真矢　量”）。　１矢量线航法　矢量线航法是在ＧＰｓ输出即时位置、速度和时间　基准情况下，结合罗经提供的即时航向支持，利用　ＡＲＰＡ雷达速度矢量线的方向、距离、时间相关性特　点．把对ＡＲＰＡ雷达速度矢量线的应用作为一种导航　方法运用到航海保障中去［１］。　在电子海图中，本船、他船同样也以速度真矢量的　形式显示船舶运动状态。其中，本船的实时船位、速度　来自本船ＧＰＳ信号．而他船的船位、速度来自ＡＩＳ信号　或来自ＡＲＰＡ捕捉目标所计算出的相关信息【２】，可实时　更新，更适用于频繁操纵的进出港的航行操纵。更重要　的是，电子海图完整地将水深、航道、航标、危险障碍物　等航行安全的基本要素完美地组合显示出来，再辅助　以人为输入航路点（Ｗａｙｐｏｉｎｔ）编制的航线，使得驾驶　人员“在海图上航行”的梦想得以实现，可大大降低复　杂水域的航行难度．保证航行安全。　因为ＡＲＰＡ雷达中的矢量线与电子海图上的矢量　线是同一原理计算并显示出来的。适用于ＡＲＰＡ雷达　中的矢量线航法更加适合在电子海图上应用。　２船舶矢量线航法的应用　２．１将矢量线保持在航线上　电子海图的一个重要用途，就是导航。要在进出港　航行中发挥电子海图的导航功能，就要预先将已制订　好的进／出港航线输入到电子海图中，供航行中使用。　预先输入航线的最大好处是。当船舶在进出港航线上　航行时。船位在航线上或偏离航线的距离等，一目了　然。船舶的罗经航向输人到电子海图．常以“北向上”显　示模式在电子海图中显示为本船的船艏线。在无风流　影响的情况下，稳定航向航行时，真矢量方向与所见的　船艏线是一致的；而当船舶受风、流的影响有风流压差　时，在真矢量和船艏线之间存在一个风流压差角。　当船舶在狭窄航道、港口内水域航行时，受到地　形、潮汐、风等因素影响，经常会产生较大的风流压差，　使船舶在航行中偏离预定的航线。电子海图上的风流　压差与ＡＲＰＡ中“真矢量”模式显示的风流压差是一致　的，均可用电子方位线（ＥＢＬ）测量船艏线与真矢量的　夹角直观读出。为了确保船舶行驶在预定的航线上，需　要在当前的航向上进行修正（即：当前航向±风流压差　角）。在ＡＲＰＡ上，并不能直观地显示修正风流压差的　实际效果；而在电子海图上，可以直观、完美地显示为：　船位落在航线上。矢量线始终保持与航线一致。　当需要避让来船时。可向航道的右侧偏离航线，驶　出一定的距离。两船驶过让清后，再向左侧小角度修正　航向，将矢量线指向前方的航线，直到船位回到航线，　然后再次调整矢量线与航线保持一致。因为矢量线已　经包含了船舶航行中即时的风流压差的作用．随着航　道走向变化，或港口设施的影响（如防波堤、挡沙堤）　等．风流压差会在不同的航段发生较大的变化。在　ＡＲＰＡ、电子海图上，可以直观、灵敏地从矢量线的偏向　中观察到，可及时进行风流压差修正。　安全地控制好矢量线．在电子海图上沿着预定的　航线移动，就能安全地在狭水道、航道中航行。电子海　图上进行的矢量线航行状态是真实的船舶航行状态的　一一映射。在电子海图上可时刻看清本船的船位、航　向、航速、偏航状态、航经位置的海图水深、与危险障碍　物的距离等航行信息：矢量线航法是对常规的目视航　标导航、雷达测向测距导航、ＧＰＳ定位导航的综合应　用。　２．２穿越锚地、船舶密集区的矢量线航法　在港口水域内进出锚泊船众多的锚地、穿越船舶　（渔船）密集区，是高难度的航行。一方面此时的航行速　度要严格控制．尽量使用较低航速；另一方面是可航宽　度窄．航行中对偏航控制要求高。同时，因为低速航行，　风流压差的影响比正常速度航行状态下更加严重，稍　有不慎。就会发生车叶缠他船锚链、压撞他船等事故。　由于不能预先确切知道锚地内锚泊船的数量、位　《航海技术》２０１３年

第２７卷第５期　２００８年１０月　声学技术　Ｔｅｃｈｎｉｃ．：ａｌ　ＡｃｏｕｓｔｉＬｃｓ　Ｖｏ１．２７．Ｎｏ．５　０ｃｔ．．２００８　

矢量线阵ＭＵＳＩＣ算法抗空间混叠性能研究　

张揽月　，许继友２，姜俊奇２　

（１．哈尔滨工程大学水声工程学院，哈尔滨１５０００１；２．中国船舶工业集团公司船舶系统工程部，北京１０００３６）　

摘要：利用矢量线阵可以提高对目标参数估计的性能，探讨了矢量线阵ＭＵＳＩＣ算法的抗左右舷模糊性能和抗空间混　叠性能。理论研究和外场试验结果表明，矢量线阵消除了声压线阵ＭＵＳＩＣ方位谱的左右舷模糊，在阵元个数保持不变　的条件下，空间降采样时，矢量线阵ＭＵＳＩＣ空间谱不仅提高了方位估计的精度，而且能够抗空间混叠，在相同的条件　下．矢量线阵ＭＵ［ＳＩＣ空间谱的抗空间混叠性能明显优于矢量阵常规波束形成方法。　关键词：矢量水听器阵；ＭＵｒＳＩＣ算法；方位估计　中图法分类号：ＴＢ５６６．２１　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００－－３６３０（２００８）－０５－０７４１－－０５　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｌｏｂｅｓ　ｏｆ　

ＭＵＳＩＣ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ　ｌｉｎｅａｒ　ｖｅｃｔｏｒ－ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ　ａｒｒａｙ　

ＺＨＡＮＧ　Ｌａｎ－ｙｕｅ　，ＸＵ　Ｊｉ－ｙｏｕ２，ＪＩＡＮＧ　Ｊｕｎ－ｃ￣　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ　，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ　２．Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＳＳＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ｔａｒｇｅｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｖｅｃｔｏｒ・ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ　ａｒｒａｙ．Ｔｈｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｒｅｍｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ＤＯＡ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ａｍｂｉｇｕｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｌｏｂｅｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｖｅｃｔｏｒ　ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ　ｌｉｎｅａｒ　ａｒｒａｙ．Ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅ￣ｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＤＯＡ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ａｍｂｉｇｕｉｔｙ　ｌｙｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ　ｌｉｎｅａｒ　ａｒｒａｙ　ｅａｒ　ｂｅ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｖｅｃｔｏｒ－ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ　ｌｉｎｅａｒ　ａｒｒａｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ＤＯＡ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｗａｖｅｆｉｅｌｄ　ｉｓ　ｄｅ－－ｓａｍｐｌｅｄ　ｗｉｔｈ　ＭＵＳＩＣ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｌｏｂｅｓ　Ｃａｎ　ｂｅ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ａｂｉｎｔｙ　ｏｆ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｌｏｂｅｓ　ｏｆ　ＭＵＳＩＣ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｖｅｃｔｏｒ－ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ　ｌｉｎｅａｒ　ａｒｒａｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｅｃｔｏｒ－ｈｙ，ｄｒｏｐｈｏｎｅ　ａｒｒａｙ；ＭＵＳＩＣ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｒｒｉｖａｌ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　

使用FME对三维矢量线和航片进行快速建模的方法

文章针对数字城市三维建模的需求，提出了使用FME结合三维矢量线和航片进行快速建模的方法，介绍了实现过程。

标签：FME；三维矢量线；航片；建模

1 概述

虽以Smart3D为代表的利用照片建模的三维重建技术正在迅速普及，但受限于使用此种方法得到的场景模型尚未实现模型单体化，在需要制作精细模型的项目中，仍然使用屋顶三维线结合航片影像生成模型的技术。

2 总体流程设计

3 实现过程

3.1 准备源数据。提取第三方航测软件生成的空三成果，整理成CSV格式文件方便在FME中使用，整理好的文件格式如下：外方位元素文件：相片文件路径，X，Y，Z，Phi，Omega，Kappa。测区参数文件：相机焦距，像主点x0，像主点y0，相片高（像素），相片宽（像素），像素大小，地面分辨率。准备屋顶三维矢量线和DEM文件。

3.2 检查、处理屋顶矢量线

首先对屋顶矢量线做必要的检查，包括检查不闭合的面、检查面边界是否有弧、重复顶点、面自相交、面重叠等。针对图形规范的检查和自动处理，可以使用GeometryValidator转换器。

人工采集屋顶矢量线的过程中，容易出现因捕捉不到位造成的顶点间以及点线间的缝隙，需要对其进行一定容差内的规范处理，包括二三维捕捉和给人字形屋顶加中线。其中人字形屋顶的所有顶点不在同一个平面上，属于不规范图形。但因为此类要素较多，如果采集过程中分别采集两个屋顶面，会严重降低作业效率。可以在FME处理过程中针对此类图形自动添加屋脊线，将其分隔成两个面。

3.3 检查屋顶线与相片是否重合

使用InsidePointReplacer转换器得到各屋顶投影面的中心点，使用NeighborFinder转换器求出离各屋顶面中心点最近的相片文件，然后根据摄影测量专业的共线条件方程，将矢量线的各顶点坐标计算到相片坐标，然后输出到FME Data Inspector中查看。在Inspector转换器中按相片全路径分组，矢量线对应的相片路径会直接显示在FME Data Inspector数据列表的节点上，可以更方便的检查。若屋顶线与相片不套合，最常见的原因是相片的外方位元素不规范，航

第１４卷第１期　２０１５年３月　南通航运职业技术学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＮＡＮＴＯＮＧ　ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ＆ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ　ＳＨＩＰＰＩＮＧ　ＣＯＬＬＥＧＥ　ＶｏＩ．１４　Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２０１５　

ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７１—９８９１．２０１５．０１．００５　

船舶矢量线在长江引航中的应用研究　

郑军　（长江引航中心南通引航站，江苏南通２２６００１）　

摘要：文章在解释船舶矢量线的基础上，针对船舶矢量线在追越、避让以及锚泊等船舶操纵中的应用进行了论述　以期为同行提供参考。　关键词：矢量线；追越；长江引航；风流压差角　中图分类号：Ｕ６７５．９８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—９８９１（２０１５）Ｏ１—００１６—０４　

０　引言　随着长江沿岸港口经济的迅猛发展，进出长江的船舶Ｅｔ益增多，再加上长江一ｌ２．５米深水航道延伸至南　

通，越来越多的超大型船舶进出长江航行，这使得长江引航中心面临着更大的挑战，要求长江引航员在引领　

船舶时更加谨慎，在操纵船舶时更加精确。船舶矢量线的合理使用可以帮助驾引人员更加精准地操纵船舶　进行航行和避让，及时发现潜在的危险，以便于船舶驾引人员尽早的采取相应措施，确保船舶引航安全。［１１　

１船舶矢量线　矢量线在数学领域是指有方向、有长短的线段。船舶矢量线主要是指海船所配备的现代化助航仪器　（ＡＲＰＡ雷达）上的速度矢量线。速度矢量线的方向就是船舶在单位时间里预计运动轨迹的方向，它跟船舶的　

船首线方向有着本质的差别。［２】在没有风流影响的情况下，速度矢量线和船舶船首线是一致的。但在长江航　行，没有风和流的情况基本上不可能，所以在运用速度矢量线之前要着重考虑好风流的影响。在其影响下，　

船舶的真矢量线方向和船首向之间存在一个变化的风流压差角。矢量线的长短就是船舶在单位时间里预计　

航行的距离，它由本船运动轨迹平滑外推计算得来。　船舶矢量线分为真矢量线和相对矢量线。真矢量线可以直观地反映船舶按照既定的航向和航速航行时