王牧[1]2000年在《电子海图系统中最优航线设计的研究》文中认为本文旨在解决电子海图系统中选取航时最短航线的实际问题，考虑到最优航线设计中多种因素的影响，提出了更加完善的航线优选计算方法，即基于大圆航线的等时性离散动态规划法与推荐航线相结合的方法；从可行性角度出发，提出了更为高效的基于INTERNET的获取和处理水文气象数据的手段；并根据耐波性理论和船舶失速特性，确定了比较精确的船舶航行模拟方法。 本文还使用VC++编制了程序，对具体实例进行了优选航线与大圆航线的模拟实现，通过对计算结果的比较，验证了方法的可行性。
谢兴澜[2]2003年在《ECDIS中的航线设计与最优航法》文中研究指明本文主要讨论两部分内容，其一是电子海图显示与信息系统中的航线设计、其二是电子海图显示与信息系统中的最优航法。在航线设计中采用了基于网格模型的动态规划方法进行路径的优选；在最优航法中主要考虑船舶如何航行可以在保障安全的前提下使航行距离最短。论文内容涉及到航海计算、航海仪器、船舶操纵、船舶通讯、人工智能、计算机图形学、图形图像处理等多个科学领域。 该系统是在电子海图基础平台上来完成航线设计和最优航法功能的，提出了在电子海图中利用网格模型来进行航线设计的方法，在求取最优航线的过程中，全面综合地考虑了各种可能出现的情况，并逐一解决；最优航行方法中采用实时获取船舶导航仪器传入到系统中的数据，并根据这些数据进行计算，给出船舶当前最佳船艏向，实现基于电子海图显示与信息系统的最优航法。 论文分五章。 第1章介绍电子海图显示与信息系统的概况和本文研究课题的提出。 第2章介绍航线设计与航行方法的现状和本文研究内容及意义。 第3章航线自动生成算法的设计原理和实现过程，并提出优良的电子海图空间数据存储模式。 第4章提出基于船舶导航仪器数据最优航法的设计原理，并将此最优航法嵌入电子海图显示与信息中，使之成为该系统的一个功能。 第5章总结全文。
韩剑辉[3]2009年在《综合船桥系统体系结构与部分关键技术研究》文中研究说明综合船桥系统(Integrated Bridge System,IBS)是船舶自动化领域的核心装备,也是船舶导航学科的前沿性课题。针对IBS关键技术开展研究,能够增强船舶自动化与信息化程度,提高船舶航行的经济性和安全性。国际上综合船桥系统技术的不断发展引起了国内船舶界的广泛关注,但目前国内关于综合船桥系统的研究尚处于起步和探索阶段。论文以“十一五”国家科技支撑计划项目“船舶关键技术开发--综合船桥系统”为背景,围绕着综合船桥系统设计中的若干关键技术,进行了系统研究。全文主要研究工作和成果如下:1)从系统总体设计的角度,分析了综合船桥系统的基本功能、组成要素、信息流程、连接方式、层次划分与设计规范,设计了包括运作体系结构、系统体系结构和技术体系结构的三维系统体系结构。其中运作体系结构规定了系统的任务与信息流程;系统体系结构界定了系统的组成元素和元素之间的连接方式;技术体系结构规定了系统设计应遵循的技术标准和规范。本文首次提出了综合船桥系统体系结构,为系统总体设计提供了理论框架。2)研究了电子海图系统的设计技术,完成了工程化的国际通用型电子海图信息系统(ECDIS)设计。该系统满足IMO、IHO和IEC制定的相关国际标准,可同时显示S57、VCF、MapInfo与Raster等格式的海陆图。开展了海图数据与雷达图像的叠加研究,能够显示来自ARPA雷达的目标信息与雷达回波图像。进行了最优航线生成技术研究,设计了最优航线判别模型。3)网络通信技术是船桥系统的一个主要研究方向。本文设计了无线网、局域网与现场总线网相结合的三层结构的一体化网络体系;开发了专用的智能网关,使网络具备异步信息处理能力;设计了专用的网络管理模块。4)根据综合船桥系统信息多传感器同时采集、多工作站同时处理的特点,研究了分布式导航数据库技术,设计了可跨平台访问的专用导航数据库,实现了船桥系统各工作台的导航数据同步存取。5)从工程应用角度,研究了IBS导航信息融合处理技术,设计了基于输出校正无重置联邦滤波器的IBS导航系统数据融合处理算法,并通过仿真试验证明该方法能有效的提高系统的导航数据精度和可靠性。
张树凯[4]2016年在《基于数据驱动的无人船艇航线自动生成》文中指出作为无人驾驶的海上运载平台,无人船艇可在海洋中承担大范围、长时间、低成本的作业任务。近年来,随着船舶智能化水平的不断提高以及无人驾驶技术的不断发展,无人船艇在军事和民用领域都已有尝试性应用并且取得了一定成功。无人船艇的研究属于多学科交叉、多领域融合的综合项目,且带有一定的前瞻性和创新性。本文以无人船艇为研究对象,以其中的航线自动生成技术为主要研究内容,致力于开展基于轨迹数据和数据驱动技术的航线自动生成方法研究。在国家大数据战略逐步实施和数据科学崛起的大背景下,数据正逐步从一种简单的处理对象转变为一种基础性的战略资源,数据驱动的分析和研究方法也正深刻地改变着传统科学研究的探索方式,成为推动现代社会发展和科技进步的一种新兴模式。传统海事基础设施建设和海事信息化建设在提供监管与服务功能的同时,也积累了海量的海事感知数据。本文正是在DT (Data Technology)时代变革的大背景下,基于海量轨迹数据,应用数据驱动的分析和研究方法,探索无人船艇航线自动生成的新模式。本文的主要工作如下：轨迹数据压缩是基于数据驱动的无人船艇航线自动生成方法的重要组成部分和关键技术之一。当轨迹数据达到大数据量级时会对数据的存储、传输和处理带来极大的困难和挑战；在对轨迹数据进行数据解析、数据清洗等预处理工作后,设计一种基于Douglas-Peucker算法的轨迹数据压缩框架与实现流程；针对Douglas-Peucker算法中唯一参数压缩阈值的确定问题,借鉴船舶领域概念,基于AIS轨迹数据求取最小船舶领域并作为确定压缩阈值的标准；最后通过实例分析和门线统计证实提出的轨迹压缩与阈值确定方法切实有效,可在压缩率高达98%的同时有效剔除原始轨迹数据中的冗余信息,而且较好的保持了原始轨迹的特征。基于轨迹数据压缩提取出的特征点,根据《国际避碰规则》和良好船艺的要求,设立转向点阈值标准并辨识出轨迹特征点中的转向点；针对不同航路轨迹密度和转向点密度不同的特点,在保持DBSCAN (Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)算法简洁性和高效性的基础上提出层次DBSCAN算法并从空间接近性和转向相似性2个方面综合考虑建立转向点的相似性度量标准对转向点进行聚类,从而识别出相似航迹所形成的航路转向点；然后通过真实航迹判别航路转向点之间的连通性,并确定由航路转向点及其之间的连通性组成的有向图G= (TN, L);最后通过蚁群优化算法智能搜索最优路径,通过实例证明本文提出的航线自动生成方法切实有效,自动生成的航线符合航线设计的基本原理和要求。为改变传统航线安全检测依靠人工目测执行的工作模式,设计一种基于IHO S63标准电子海图数据的航线安全自动检测方法。在实现Blowfish加密解密算法、DSA(Digital Signature Algorithm)数字签名算法和SHA-1 (Secure Hash Algorithm-1)安全散列算法以及CRC32 (Cyclic Redundancy Check 32)循环冗余校验算法的基础上根据IHO S63标准电子海图数据保护方案的策略结构和工作流程对电子海图数据进行解析,针对实现过程中发现的问题借鉴FSA (Formal Safety Assessment)方法的框架对IHO S63标准数据保护方案进行潜在风险分析并提出相应的风险控制方案；最后对电子海图数据进行解析将其转换为符合IHO S57数据传输标准和IHO S52内容显示标准的电子海图数据并最终将其无损转换为SENC,通过提取水深、障碍物等点、线、面海图要素进行航线安全检测,确保自动生成航线的安全性。最后对全文进行了总结,并对可能的研究方向进行了展望。
朱正荣[5]2008年在《嵌入式电子海图导航系统—软件设计》文中提出本文的研究目的是利用正在迅速兴起的嵌入式技术,结合嵌入式技术和电子海图(Embedded Electronic Chart)技术的特点,研究开发基于嵌入式操作系统Windows CE,适合应用于多种嵌入式设备的嵌入式电子海图导航系统。嵌入式电子海图导航系统,是一种集成式海图信息系统,它在使用电子海图的基础上,完成船舶一部分驾驶任务。嵌入式电子海图导航系统可以完成推算船位信息、海图显示和危险的自动报警等任务。它不仅能完成在传统纸海图上进行的作业,包括计划航线设计、距离和方位的计算、推算船位等,而且还能解决新的问题,如船舶避礁防浅、船舶走锚等。嵌入式电子海图导航系统通过使用墨卡托投影变换和读取Shapefile中的主文件(.shp)和索引文件(.shx)来显示海图;通过GPS或计程仪来推算船位和船舶走锚;通过使用Shapefile中的数据库文件(.dbf)来完成船舶避礁防浅的设计;通过使用航海学有关的地图投影的知识来完成船舶的计划航线的设计。本论文研究主要涉及计算机科学领域的计算方法、嵌入式软件开发、计算机图形学等技术和电子海图、GPS定位与导航等技术。
钟国权[6]2017年在《基于电子海图的北斗海上导航系统的研究与实现》文中认为随着海洋经济的高速发展,海上航行的船舶越来越多,利用先进技术手段进行船舶导航管理已经成为船舶导航发展的趋势。电子海图显示与信息系统集信息显示、导航管理等功能于一身,已经发展成为重要的航海工具。通过北斗卫星导航系统,电子海图不仅可以显示海上静态环境信息,还可以将船舶实时位置、航行速度、航行方向等动态信息显示在屏幕上。船舶驾驶员可以根据海图上的信息做出正确的判断,保障航行安全,提高航行的效率。本文在研究北斗卫星导航系统和电子海图相关理论的基础上,设计了以电子海图为核心的北斗海上导航系统。该系统具备电子海图的基本功能,包括海图缩放显示、颜色方案、语言选择等。进一步,通过北斗卫星导航系统,该系统可实现海上船舶实时定位、航线设计等功能。论文首先研究了北斗卫星导航系统及其接收机的工作原理,并在充分分析S-57数字式海道测量数据传输标准和S-52电子海图显示规范的基础上,使用内存映射技术进行海图数据的读取。然后,通过遍历点线面数据链表,实现电子海图显示和基本的海图功能。接着,设计以UM220-III N模块为核心的北斗接收机硬件电路,并编写串口通信程序和数据解析程序,获取和解析北斗定位与导航数据,实现海上船舶的实时定位。最后研究基于航路点的航线设计方法,并在电子海图上实现航线设计、航线管理、导航参数计算等导航功能。通过该导航系统,船舶驾驶员可以在航行过程中快速地获取船舶的实时位置,及时躲避危险海域。同时根据实际需要,船舶驾驶员可以在电子海图上进行航线设计、航线管理、计算导航参数等操作。当船舶出现偏离计划航线时,驾驶员可以根据系统的偏航提示及时地做出航行方向纠正,从而保障了航行安全。该系统充分利用电子海图和北斗卫星导航系统的特点,简化了船舶驾驶员的操作,有效地提高了船舶的导航效率。
李兴锋[7]2007年在《基于S-57国际标准的电子海图显示与导航系统》文中进行了进一步梳理本文完成了基于S-57国际标准的电子海图显示与导航系统的一部分工作,并主要讨论了以下三部分内容:详细地分析了S-57国际标准的数据结构及数据格式规范。设计了详细的用于显示的数据存储结构和索引结构,实现了对海图数据的高效读取。改进了墨卡托变换与逆变换算法。针对墨卡托投影变换与其逆变换的理论公式,分别利用不同纬度的相关性及不动点迭代法对两种变换进行了改进,并对两种改进算法给出了严格的推导证明、编程实现以及测试数据分析。根据电子海图显示平台提供的海图数据,提出了基于多边形的最优航线设计,并实现了航程的计算。首先利用海图显示中禁航区域的多边形信息得到带权图;其次在带权图上,采用改进的Dijkstra算法实现航线自动生成,并分析了改进算法的效率;最后对恒向线航线进行航程求解,实现了航程的计算。
陈立家, 黄立文, 崔梅[8]2017年在《基于改进蚁群算法的船舶多约束最优航线设计》文中研究说明为提高船舶航线经济性,基于电子海图显示与信息系统(electronic chart display and information system,ECDIS),分析影响航线设计的各种因素,建立航线设计网络模型。将改进蚁群算法的基本原理应用于船舶航行路径搜索中,提出一种多约束条件下航行综合成本最低的最优航线生成算法。仿真试验证明,该算法是可行的,且具有动态寻优的特点,将其应用于多约束条件下的最优航线设计是合理的。
杜志秀[9]2012年在《基于电子海图的航线设计评估模型研究》文中研究说明航线设计是保证船舶在海上安全、经济航行的首要任务，是航海中一项十分复杂而又重要的工作，这项工作做得好与坏将直接影响着船舶在海上的航行安全，也将影响着船舶的整个营运效益。国际海事组织IMO和STCW公约马尼拉修正案中强调要注重培养船员的培训与评估工作，我国海事主管部门将航线设计评估考试列为海船船员适任考试中重要的评估项目之一，其评估目的是“通过评估，检验被评估者正确进行图书改正与管理、航线设计的能力，满足STCW公约马尼拉修正案及中华人民共和国海事局海船船员适任考试评估的有关要求。”目前我国航线设计评估考试工作主要是采用理论考试与实操评估相结合的方式，这种评估方式在评估过程中存在许多亟待解决的问题。为了解决这些问题，提高船员适任评估的公平性、公正性及评估过程的正确性、合理性和客观性，国内的一些学者已提出了一些建设性的建议，但都未能提出具体的实施方案。本着这个目标，本文进行了基于电子海图的航线设计评估模型的研究。本文首先根据STCW马尼拉修正案公约履约和国家海事局颁布的《中华人民共和国海船船员适任评估大纲和规范》的要求，较全面地分析了影响航线设计评估的影响因素，提出基于电子海图的航线设计评估功能设计模型；再对航线设计智能评估的评分标准进行深入分析研究的基础上，根据所涉及的评价因素建立评估指标体系，构造评估模型；通过分析比较多种可用于评估的数学方法，选出适合于航线设计评估的方法—层次分析法(AHP)和模糊综合评判相结合的方法，建立航线设计智能评估数学模型；通过软件平台实现此模型，最后通过实例验证此模型的正确性、合理性和公平性。
张安超[10]2008年在《基于组件技术的船舶三维导航系统的研究》文中研究说明纵观船舶导航系统九百多年发展,它经历了一个从原始到现代、由机械到电子、由人工到自动、由局部到全球、由独立到综合的低级简单到高级复杂的发展过程。目前以电子海图为核心的综合船桥导航系统(IBS)可以有效集成各种电子导航设备信息并实现综合分析显示,极大减轻驾驶员工作压力,有效提高船舶航行安全性。然而目前二维电子海图系统和其他二维地图一样,其本质都是基于抽象符号的系统,不能直观还原自然界的真实面貌且易形成抽象多义化,给使用者的辨识和符号意义还原带来困难,三维电子海图系统的研发已成为电子海图系统一个重要的发展方向。本文通过了解三维GIS系统研究现状,认真学习三维GIS系统的开发思路和具体方法,借鉴现有三维GIS系统开发经验教训,结合水上地理信息特点,最终选择采用基于组件技术的二次集成开发实现三维船舶导航系统。组件技术是基于COM接口规范的软件开发方法,采用组件技术可以方便实现程序升级、组件重用和网络化应用等。利用成熟的三维GIS技术生产三维虚拟场景基础数据,同时根据船舶导航实际需要建立船舶导航综合数据库,并对现有成熟的二维电子海图平台进行技术拓展,在可视化集成开发环境Visual C++下利用组件技术建立基于数据库与Socket通信的同步、互响应、弱耦合的船舶三维导航系统,在三维场景中实现基本的三维导航功能并体现各种导航功能的三维可视化效果,最终形成一个以二维平台为主并辅助以三维可视化场景的综合导航系统。驾驶员在航行过程中可以根据需要随时实现二、三维切换,进一步提高船舶航行安全。
参考文献：
[1]. 电子海图系统中最优航线设计的研究[D]. 王牧. 大连海事大学. 2000
[2]. ECDIS中的航线设计与最优航法[D]. 谢兴澜. 大连海事大学. 2003
[3]. 综合船桥系统体系结构与部分关键技术研究[D]. 韩剑辉. 天津大学. 2009
[4]. 基于数据驱动的无人船艇航线自动生成[D]. 张树凯. 大连海事大学. 2016
[5]. 嵌入式电子海图导航系统—软件设计[D]. 朱正荣. 大连海事大学. 2008
[6]. 基于电子海图的北斗海上导航系统的研究与实现[D]. 钟国权. 深圳大学. 2017
[7]. 基于S-57国际标准的电子海图显示与导航系统[D]. 李兴锋. 西安电子科技大学. 2007
[8]. 基于改进蚁群算法的船舶多约束最优航线设计[J]. 陈立家, 黄立文, 崔梅. 上海海事大学学报. 2017
[9]. 基于电子海图的航线设计评估模型研究[D]. 杜志秀. 集美大学. 2012
[10]. 基于组件技术的船舶三维导航系统的研究[D]. 张安超. 大连海事大学. 2008