大地线航法在智能船舶上的应用

沿最短路径航行是建立高效和清洁航运的手段之一。大地线(又称测地线)是空间曲面上两点之间的最短路径。由于在地球椭圆体上采用大地线航法计算复杂、且航向不定,加之与恒向线相比,平均航程仅缩短了5%,导致大地线航法几乎无法应用于传统航海实践中。利用智能船舶的计算、数据获取、航向控制等能力,能最大限度地利用大地线航法路径最短这个优点。本文首先采用了一种快速且高精度的大地线正反解算法,其计算时间为微秒级;其次,利用智能船舶当前实时位置动态及终点计算所需大地线航向,并将新航向指令发送给自动舵。最后,提出不同策略下的航向变更限制机制(ACRM),避免频繁转向以降低自动舵的工作负荷。仿真结果表明,ACRM有助于在最短航程与最少转向次数之间取得平衡。

基于地球椭球模型的符号形式的航迹计算法

分析了传统的航迹计算法存在的缺陷,为提高航迹计算精度,给出基于地球椭球模型的改进的墨卡托航法;从中分纬度的几何定义出发,导出地球椭球体上改进的中分纬度公式,在此基础上给出改进的中分纬度航法。本文所给算法公式均为符号形式,可以解决航海中不同参考椭球下的航迹精确计算问题。

极地海区等距离正圆柱投影平面上等角航线的展绘方法

墨卡托投影由于其纬度渐长的特性导致在极地海区投影存在严重的长度变形,无法在南北纬80°以外高纬度海区航海图中较好地应用。将长度变形程度明显低于墨卡托投影的等距离正圆柱投影作为极地海区的海图投影,研究了该投影平面中等角航线在极地海区的展绘方法。建立了等距离正圆柱投影平面上等角航线方程并对其曲率进行了分析,推导了绘制一般曲线形态的"以直代曲"公式;最后提出了一种可满足给定精度要求的等角航线展绘算法。实验结果表明:该算法简单易行,可在海图编绘规范规定的误差范围内,实现等角航线的精确展绘。

等距离正圆柱投影在极区海图中的应用研究

针对当前极区投影方式在极区海图编制及应用方面不完全适用的问题,结合现有航海图制作及使用习惯,提出了选用等距离正圆柱投影作为极区海图投影的设想,并分析了其适用性及应用方面存在的不足。重点对该投影海图使用过程中较为关注的等角航线展绘和图上方位、距离量测等应用问题进行了研究并提出相应的解决方法。同时通过具体算例,证明了所提方法的可行性,为该投影在极区海图中的应用奠定了基础。

动态火力接入下要地防空导弹杀伤区远界研究

以动态火力接入下要地防空作战为背景,基于低空飞行目标的等角航线运动,提出了相应的防空导弹杀伤区的表示方法,分析了影响杀伤区远界的主要因素。在此基础上,结合导弹飞行弹道特性,研究了动态火力接入下导弹最大飞行斜距、跟踪网和制导网的计算方法,及其对杀伤区远界的影响机理,从而确定杀伤区远界计算方法。仿真结果表明,动态火力接入下,防空导弹的杀伤区远界得到了扩展,当目标作超低空飞行时,需要合理部署动态火力接入的各火力单元的位置,方能充分发挥雷达网的能力,从而扩展杀伤区远界。

基于三维GIS平台的大圆航线三维可视化

针对三维可视化技术在空间数据可视化表达与分析方面的强大优势,利用大圆航线各分点经纬度的计算模型,建立了三维空间直角坐标系中大圆航线和各分点间恒向线的三维空间模型,运用三维可视化理论和基于OpenGL技术的Oceaninfo三维海洋环境信息可视化平台实现了大圆航线的三维表达,同时利用二分法曲线逼近原理和层次细节(LoD)技术实现了大圆航线不同视角、不同精度要求的三维可视化。该方法能够实现对大圆航线的高效逼真绘制。

墨卡托海图特性分析

墨卡托海图占目前航用海图的95%以上,在航海中起着重要的作用。本文从墨卡托投影的数学原理出发,借助地图学投影的知识,推导了墨卡托投影的公式和变形。在此基础上,进一步讨论了墨卡托投影的主要特性和墨卡托海图的特征及用途。

大圆航程与恒向线航程的比较分析

大圆航线和恒向线航线是远洋船舶常用的航线设计方法,理论上,可以通过航程节省率这个概念及计算公式,定量分析船舶航行时相同起止位置的大圆航线比恒向线航线节省航程。为了验证这个假设,分别采用墨卡托算法计算恒向线航程及大圆解析法计算大圆航程,比较二者的航程节省率,并用实例证实船舶在高纬度海区、航向接近东西向、横跨经度较大的情况下航行时,大圆航线更节省航程。

跨赤道恒向线航法的一种简便而又精确的算法

用中分纬度航法分析了跨赤道恒向线航行的一般解法,在此基础上提出了一种简便。

大圆航线可执行航向的自动化建模计算

分析了大圆航线在大洋航行中的明显优势,研究了大圆航线原理和实际执行方法,从计算机编程的角度改进了大圆航向计算方法,提出了新的分点坐标计算方法,构建了完整的大圆航线计算模型,模型输出符合航海作业习惯,便于在大洋航行中应用,对提高航海保证效率具有积极意义。

中国沿海主要港口推荐航线算法及其实现

为弥补现有船舶电子海图导航系统不能进行航线自动规划的不足,通过整理《中国航路指南》中的转向点,建立转向点关系库,进而形成中国沿海主要港口间的航线网络.利用静态路网中求解最短路径的A*算法,引入恒向线航法计算公式作为A*算法的启发式函数,设计并实现中国沿海主要港口推荐航线算法.实验结果表明,A*算法能够有效、便捷地规划出船舶航行的安全航线.该算法可应用于电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display&Information System,ECDIS)等,可为我国沿海航行的船舶自动推荐《中国航路指南》中的航线,给船舶航行提供参考,对科学航海、船舶安全航行和船员减压等具有实践意义.

基于THREE.JS和Google Map API的网页交互可视化技术——以等角航线为例

基于THREE.JS和Google Map API编写了二维和三维地图并存的网页,并实现了二维和三维地图窗口的数据交互。同时以等角航线为例,实现了等角航线的二三维可视化,并进行了大圆航线的三维可视化,与等角航线进行对比,突出了两种航线的形态特征与航行的优缺点。

航迹插值在无人飞行器电磁干扰分析中的应用

为了提高空中飞行器飞行系统的稳定性,必须确保航迹上电磁干扰分析结果正确,因此需要对不够密集的相邻航路点之间的航线进行插值。根据飞行器的飞行特点和电磁干扰分析性能的要求,给出了大圆航线上等距离和等角航线上等距离两种插值方法,并给出了两种方法的原理和仿真流程。结果证明,两种方法的应用确保了电磁干扰分析结果的准确性,大大提高了空中飞行器系统的稳定性。插值方法的应用为飞行任务可靠地执行提供了有力的保障。

基于墨卡托海图的大圆航线设计

文章在比较大圆航线和恒向线差异的基础上,借助球面三角形的数学特性,设计了大圆航线,给航海人员航线设计提供了备用手段以节省航程,以期为同行提供参考。

预警机支援下的地空导弹杀伤区远界研究

基于等角航线目标运动模型,构建了预警机支援下杀伤区坐标系,并给出了地空导弹杀伤区的计算方法;结合实际地理环境,对预警机和阵地之间的位置进行分析,得到了跟踪探测空间范围的计算方法,分析出在该空间范围内导弹最大飞行斜距是限制杀伤区远界的主要因素,并给出了斜距的计算方法,确定杀伤区远界点位置;算例结果表明:预警机支援下地空导弹超视距拦截低空超低空目标的杀伤区远界得到了有效的、高倍扩展。

基于计算机代数系统的常用航线在不同投影下的可视化

等角航线、大圆航线与大椭圆航线作为航海与航空领域常用的航线,在不同地图投影下的表现不同,而通过航线方程难以直观地分析其三者在不同类型投影下的不同表现。计算机代数系统不仅具有强大的符号运算功能,而且具有很强的图像可视化功能,在地图投影展绘、投影变形的计算与分析、不同投影间的变换等方面的应用具有传统数学方法无法比拟的优势。因此借助常用的计算机代数系统Mathematica软件,分别基于地球球体模型与椭球体模型,在不同类型的地图投影下,展绘出等角航线、大圆航线和大椭圆航线,为航行人员提供精确直观的航线地图,为航空航海领域的航线规划相关研究和教学工作提供有力支撑。

航海导航参数计算方法及应用

论文描述了航路点导航的基本原理,简要介绍了航海中常用的大圆航法和等角航法,分别推导了这两种航法下航程、航向角、偏航距这三种主要导航参数的计算公式,并通过算例验证了两种航法应用的正确性,这些公式可应用于海用导航仪中。

恒向线航线模型的建立以及在智能船中的应用

将地球视为椭球体,利用墨卡托投影理论建立恒向线正解与反解计算模型;通过对计算公式进行修正,实现跨180°经线计算。计算模型通过程序设计语言实现并被应用于航迹分析和航线分割;计算结果与文献资料和航测数据进行对比,验证模型的准确性。

基于墨卡托海图的大圆航线设计

随着船舶自动化程度的不断提升与航海仪器设备的日益升级,船舶的航行变得更加安全、高效、稳定、经济。但随之带来的问题是驾驶员的理论知识不扎实,当仪器设备出现故障时,处理问题的能力不足,可能造成巨大损失。在航线设计中,如果脱离ECDIS,则在墨卡托海图中绘制大圆航线显得异常困难,为了避免损失,可根据球面三角形的数学特性,利用Excel来计算数据并设计航线,然后在电子海图中显示数据点,比较大圆航线与恒向线的差异。

恒向线航向和航程的精确计算

以地球椭圆体为基础,通过理论公式推导,得出了船舶东西向航行、南北向航行及其他航向航行时恒向线航线的航向和航程的精确计算数学模型.介绍了在各种情况下恒向线航向和航程的求取方法,航向以圆周法度量,航程统一到以法定海里为单位,并给出计算流程框图,便于计算机自动进行航迹推算.该航迹计算模型有较广泛的适用性,无论赤道一侧航行或跨赤道航行均能适用.