電子海圖的交互設計與水文氣象數(shù)據(jù)的信息融合技術研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟全球化的高速發(fā)展，海洋經(jīng)濟也日益突飛猛進，伴隨而來的是海上船舶運輸行業(yè)的蓬勃發(fā)展。船舶航行在海上，航行安全對于船舶駕駛?cè)藛T來說始終是放在首位的。電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(ECDIS)在船舶航行中起著不可替代的作用。隨著計算機和電子科技迅猛發(fā)展，ECDIS在提高和完善基本功能的基礎上，不斷疊加融合其他輔助導航信息。在滿足高效準確性的要求下，電子海圖的功能體系日趨完善和豐富。
　　海洋水文氣象數(shù)據(jù)信息作為船舶航行安全的重要參考信

2、息，其在電子海圖上的表達方式，直接影響著船舶駕駛?cè)藛T對于海洋水文氣象環(huán)境的解讀，并影響使用的準確性和難易程度。本文利用科學計算可視化的手段，將大規(guī)模的海洋水文氣象數(shù)據(jù)信息可視化為圖形圖像，從而以直觀的形式呈現(xiàn)出來，然后再將生成好的海洋水文氣象信息圖形圖像融合到電子海圖中。通過這種科學可視化圖形圖像的方式，使得海洋水文氣象數(shù)據(jù)更加直觀方便地服務于船舶航行導航中。
　　本文在7Cs公司研發(fā)的電子海圖SDK基礎上，利用Qt圖形用戶界面應

3、用程序開發(fā)框架，基于MVC架構(gòu)，從軟件工程的角度，開發(fā)集成和實現(xiàn)電子海圖基本功能模塊。在此基礎上，對多源異構(gòu)海洋水文氣象數(shù)據(jù)進行預處理，然后進行科學計算可視化生成圖形圖像，并最終融合到電子海圖中。本論文將從以下三個方面進行探討和論述:
　　1)電子海圖系統(tǒng)總體交互的設計和實現(xiàn)
　　基于MVC架構(gòu)和面向?qū)ο蟮脑O計理念，在電子海圖顯示與信息系統(tǒng)中，設計電子海圖相關模型與用戶視圖界面之間的交互方法。通過設計中間控制器基類，將模型與

4、視圖連接起來，然后將電子海圖系統(tǒng)中的所有功能進行合并和歸類，并設計成不同的控制器子類?？刂破鞯脑O計采用單件模式，通過不同功能類和操作狀態(tài)的切換，完成電子海圖相關模型與用戶界面之間的交互響應，有效地解決了系統(tǒng)功能較多，操作相互重疊以及輸入輸出相對頻繁的應用問題。
　　2)電子海圖系統(tǒng)融合海洋水文氣象數(shù)據(jù)信息可視化的技術研究與實現(xiàn)
　　電子海圖系統(tǒng)基本功能的開發(fā)借助于第三方的電子海圖SDK，海洋水文氣象數(shù)據(jù)可視化圖形圖像是基于O

5、penGL渲染管線進行渲染繪制的。為了解決電子海圖與數(shù)據(jù)可視化之間底層渲染繪制不兼容的問題，故借助軟件工程中軟件重用的思想，在應用層上，借助數(shù)字圖像融合處理技術，通過位圖圖像在設備上下文之間的拷貝以及融合處理，從而將兩者的渲染效果疊加到一塊，電子海圖與海洋水文氣象數(shù)據(jù)信息可視化之間的融合問題最終得到解決。
　　3)電子海圖與等值線、彩色剖面、矢量箭頭以及衛(wèi)星云圖等可視化效果的融合
　　根據(jù)海洋水文氣象數(shù)據(jù)的種類和要素的不同，

6、針對標量數(shù)據(jù)采用等值線或者彩色剖面的算法，矢量數(shù)據(jù)采用矢量箭頭的方法，分別進行可視化渲染繪制，并融合到電子海圖系統(tǒng)中。此外對衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)進行可視化，且一并實現(xiàn)融合處理，從而豐富和擴展了電子海圖系統(tǒng)的功能以及海洋水文氣象數(shù)據(jù)信息在電子海圖中的表現(xiàn)方式。
　　通過對電子海圖系統(tǒng)從軟件交互設計到基本功能開發(fā)，再到與海洋水文氣象數(shù)據(jù)科學計算可視化圖形圖像的融合，使得電子海圖系統(tǒng)的功能不斷提高和完善，使得船舶駕駛?cè)藛T對于海洋水文氣象數(shù)據(jù)信息