本發(fā)明涉及船舶航線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種有冰水域航線通航窗口的提取方法。

背景技術(shù)：

世界冰區(qū)分布于南北兩極附近水域，冰區(qū)范圍隨著季節(jié)變化，冬季向低緯度擴(kuò)大。南半球商船通常掛靠的港口和基本航線一般不受冰區(qū)影響。北半球可航水域冬季冰區(qū)分布的區(qū)域廣，對(duì)航行和在港作業(yè)船舶的安全帶來(lái)很大的威脅。

船舶在有冰水域航行，往往會(huì)面臨惡劣的氣象條件，并受助航設(shè)施、搜救與救援以及航行經(jīng)驗(yàn)等方面的限制，導(dǎo)致無(wú)法在有冰水域組織水上交通，影響有冰水域的航線開(kāi)發(fā)和利用，所以保障船舶在有冰水域航行安全對(duì)于船舶營(yíng)運(yùn)者來(lái)說(shuō)十分重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種有冰水域航線通航窗口的提取方法，解決上述技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明一種有冰水域航線通航窗口的提取方法，包括：

獲取具有地理坐標(biāo)的任一年中的全部日海冰密集度圖像，并按照日期將所述日海冰密集度圖像進(jìn)行排序得到年海冰密集度圖像集以及所述日海冰密集度圖像對(duì)應(yīng)的序號(hào)；

根據(jù)船舶抗冰能力設(shè)置船舶航行的海冰密集度閾值；

將所述年海冰密集度圖像集中的像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度值與所述海冰密集度閾值比較確定所述船舶的通航開(kāi)始日?qǐng)D像、通航結(jié)束日?qǐng)D像，所述通航開(kāi)始日?qǐng)D像和所述通航結(jié)束日?qǐng)D像的像元值為滿足閾值條件所述日海冰密集度圖像對(duì)應(yīng)的序號(hào)；

采用遙感圖像處理將船舶航線矢量與所述通航開(kāi)始日?qǐng)D像、所述通航結(jié)束日?qǐng)D像疊加得到所述船舶航線矢量位置對(duì)應(yīng)的通航開(kāi)始日和通航結(jié)束日。

進(jìn)一步地，所述采用遙感圖像處理將船舶航線矢量與所述通航開(kāi)始日?qǐng)D像、所述通航結(jié)束日?qǐng)D像疊加得到所述船舶航線矢量位置對(duì)應(yīng)的通航開(kāi)始日和通航結(jié)束日之后，還包括：

將所述航線矢量對(duì)應(yīng)的通航開(kāi)始日與所述航線矢量對(duì)應(yīng)的通航結(jié)束日做差得到所述航線的通航期。

進(jìn)一步地，所述將所述年海冰密集度圖像集中的像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度值與所述海冰密集度閾值比較確定所述船舶的通航開(kāi)始日?qǐng)D像、通航結(jié)束日?qǐng)D像，包括：

按照日期從前至后排序的年海冰密集度圖像集中的同一位置處的像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度值依次與所述海冰密集度閾值比較；

若所述像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度數(shù)值連續(xù)N天小于所述閾值，則確定所述連續(xù)N天中第一天為所述像元的通航開(kāi)始日，并根據(jù)所述像元對(duì)應(yīng)的序號(hào)確定所述像元的通航開(kāi)始日，依次遍歷整個(gè)圖像，得到通航開(kāi)始日?qǐng)D像，所述2<N<10；

按照日期從后至前排序的年海冰密集度圖像集中的同一位置處的像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度值依次與所述海冰密集度閾值比較；

若所述像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度數(shù)值連續(xù)N天小于所述閾值，則確定所述連續(xù)N天中第一天為所述像元的通航結(jié)束日，并根據(jù)所述像元對(duì)應(yīng)的序號(hào)確定該像元的通航結(jié)束日，依次遍歷整個(gè)圖像，得到通航結(jié)束日?qǐng)D像。

本發(fā)明結(jié)合船舶航線獲取的航線通航開(kāi)始日、航線通航結(jié)束日和航線通航期，保證了船舶航行的安全，提高了船舶航行的工作效率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明有冰水域航線通航窗口的提取方法流程圖；

圖2a為本發(fā)明日海冰密集度數(shù)據(jù)示意圖；

圖2b為本發(fā)明通航開(kāi)始日?qǐng)D像；

圖2c為本發(fā)明通航結(jié)束日?qǐng)D像；

圖2d為本發(fā)明航線各處對(duì)應(yīng)通航開(kāi)始日的數(shù)值文件；

圖2e為本發(fā)明航線各處對(duì)應(yīng)通航結(jié)束日的數(shù)值文件；

圖3為本發(fā)明根據(jù)2013年“永盛輪”北極東北航道航行所經(jīng)航線提取出的2015年該航線通航窗口示意圖；

圖4為本發(fā)明的航線通航窗口示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明一種有冰水域航線通航窗口的提取方法流程圖，如圖1所示，包括：

步驟101、獲取具有地理坐標(biāo)的任一年中的全部日海冰密集度圖像，并按照日期將所述日海冰密集度圖像進(jìn)行排序得到年海冰密集度圖像集以及所述日海冰密集度圖像對(duì)應(yīng)的序號(hào)；

步驟102、根據(jù)船舶抗冰能力設(shè)置船舶航行的海冰密集度閾值；

步驟103、將所述年海冰密集度圖像集中的像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度值與所述海冰密集度閾值比較確定所述船舶的通航開(kāi)始日?qǐng)D像、通航結(jié)束日?qǐng)D像，所述通航開(kāi)始日?qǐng)D像和所述通航結(jié)束日?qǐng)D像的像元值為滿足閾值條件所述日海冰密集度圖像對(duì)應(yīng)的序號(hào)；

步驟104、采用遙感圖像處理將船舶航線矢量與所述通航開(kāi)始日?qǐng)D像、所述通航結(jié)束日?qǐng)D像疊加得到所述船舶航線矢量位置對(duì)應(yīng)的通航開(kāi)始日和通航結(jié)束日。

進(jìn)一步地，所述采用遙感圖像處理將船舶航線矢量與所述通航開(kāi)始日?qǐng)D像、所述通航結(jié)束日?qǐng)D像疊加得到所述船舶航線矢量位置對(duì)應(yīng)的通航開(kāi)始日和通航結(jié)束日之后，還包括：

將所述航線矢量對(duì)應(yīng)的通航開(kāi)始日與所述航線矢量對(duì)應(yīng)的通航結(jié)束日做差得到所述航線的通航期。

進(jìn)一步地，所述將所述年海冰密集度圖像集中每日海冰密集度圖像對(duì)應(yīng)的像元值與所述海冰密集度閾值比較確定通航開(kāi)始日與通航結(jié)束日，還包括：

將所述航線矢量對(duì)應(yīng)的通航開(kāi)始日與所述航線矢量對(duì)應(yīng)的通航結(jié)束日做差得到所述航線的通航期。

進(jìn)一步地，所述將所述年海冰密集度圖像集中的像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度值與所述海冰密集度閾值比較確定所述船舶的通航開(kāi)始日?qǐng)D像、通航結(jié)束日?qǐng)D像，包括：

按照日期從前至后排序的年海冰密集度圖像集中的同一位置處的像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度值依次與所述海冰密集度閾值比較；

若所述像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度數(shù)值連續(xù)N天小于所述閾值，則確定所述連續(xù)N天中第一天為所述像元的通航開(kāi)始日，并根據(jù)所述像元對(duì)應(yīng)的序號(hào)確定所述像元的通航開(kāi)始日，依次遍歷整個(gè)圖像，得到通航開(kāi)始日?qǐng)D像，所述2<N<10；

按照日期從后至前排序的年海冰密集度圖像集中的同一位置處的像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度值依次與所述海冰密集度閾值比較；

若所述像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度數(shù)值連續(xù)N天小于所述閾值，則確定所述連續(xù)N天中第一天為所述像元的通航結(jié)束日，并根據(jù)所述像元對(duì)應(yīng)的序號(hào)確定該像元的通航結(jié)束日，依次遍歷整個(gè)圖像，得到通航結(jié)束日?qǐng)D像。

具體來(lái)說(shuō)，年海冰密集度圖像集中像元對(duì)應(yīng)的海冰密集度值與海冰密集度閾值比較中包括兩個(gè)循環(huán)比較，第一個(gè)循環(huán)是從時(shí)間維度，即排序第一的日海冰密集度圖像的左上角的第一個(gè)像元開(kāi)始，然后是排序第二的日海冰密集度圖像的左上角的對(duì)應(yīng)像元，直至該年海冰密集度圖像集中排序最后的一幅日海冰密集度圖像。第二個(gè)循環(huán)是從空間維度，即日海冰密集度圖像中的每一個(gè)像元，開(kāi)始從左上角第一個(gè)直至右下角最后一個(gè)。

下面以德國(guó)不來(lái)梅大學(xué)海冰密集度產(chǎn)品舉例說(shuō)明，應(yīng)用本發(fā)明提取“永盛輪”北極東北航道航行所經(jīng)航線的2015年航線通航窗口。

1)獲取具有坐標(biāo)的日海冰密集度數(shù)據(jù)，根據(jù)年進(jìn)行數(shù)據(jù)組織，得到年海冰密集度圖像集。年海冰密集度數(shù)據(jù)集中的波段逐日排序，通常有365個(gè)波段或366個(gè)波段，即該數(shù)據(jù)集的時(shí)間維。提取航線通航窗口時(shí)，以年為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)組織，得到年海冰密集度圖像集。如圖2a所示，為2015年第一天日海冰密集度數(shù)據(jù)。在遙感軟件中，圖中數(shù)值表示海冰密集度，數(shù)值范圍為0-100之間或者NaN，其中0表示海冰覆蓋率為0，100表示海冰覆蓋率為100％，NaN表示該處數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或者數(shù)據(jù)丟失。圖中數(shù)值越大，圖像越亮，該處海冰密集度越大。

2)根據(jù)船舶抗冰條件設(shè)置海冰密集度閾值。從圖像的左上角像元開(kāi)始，將該像元處的365或366個(gè)像元值與海冰密集度閾值順序比較，直至遍歷整個(gè)圖像；

3)對(duì)于通航開(kāi)始日?qǐng)D像，具體做法為：從年海冰密集度數(shù)據(jù)集圖像的左上角像元開(kāi)始，海冰密集度閾值從第一天開(kāi)始依次同各天的像元值比較。當(dāng)像元的海冰密集度數(shù)值連續(xù)三天小于海冰密集度閾值時(shí)，其第一天為該像元通航的開(kāi)始日，遍歷整個(gè)圖像得到一幅通航開(kāi)始日?qǐng)D像。圖像的像元值為一年第一天起計(jì)數(shù)的天數(shù)也即排序的序號(hào)，而不是圖像具體的日期。圖2b為通航開(kāi)始日?qǐng)D像。圖中所示為2015年通航起始日?qǐng)D像，在遙感軟件中數(shù)值表示該處通航起始日的天數(shù)，如數(shù)值為145，表示該處自2015年的第145天開(kāi)始通航。其中圖像越亮，表示該處數(shù)值越大，通航起始時(shí)間越晚。

4)對(duì)于通航結(jié)束日?qǐng)D像，具體做法為：從年海冰密集度數(shù)據(jù)集圖像的左上角像元開(kāi)始，海冰密集度閾值從最后一天開(kāi)始依次同各天的像元值比較。當(dāng)像元的海冰密集度數(shù)值連續(xù)三天小于海冰密集度閾值時(shí)，其第一天為該像元通航的結(jié)束日，遍歷整個(gè)圖像得到一幅通航結(jié)束日?qǐng)D像。圖像的像元值為一年第一天起計(jì)數(shù)的天數(shù)，不是日期。如圖2c所示，圖2c為通航結(jié)束日?qǐng)D像。圖中所示為2015年通航結(jié)束日?qǐng)D像，在遙感軟件中數(shù)值表示該處通航結(jié)束日的天數(shù)，如數(shù)值為315，表示該處自2015年的第315天結(jié)束通航。其中圖像越亮，表示該處數(shù)值越大，通航結(jié)束時(shí)間越晚。

5)根據(jù)船舶航線矢量，利用遙感圖像處理軟件，實(shí)現(xiàn)船舶航線矢量與通航開(kāi)始日?qǐng)D像、通航結(jié)束日?qǐng)D像的疊加，并可將對(duì)應(yīng)該通航開(kāi)始日?qǐng)D像、通航結(jié)束日?qǐng)D像的航線所經(jīng)位置處的像元值輸出，也即分別得到航線各處通航開(kāi)始日的數(shù)值和通航結(jié)束日的數(shù)值兩個(gè)文件，這兩個(gè)文件能為Excel類軟件所讀取。航線各處通航開(kāi)始日的數(shù)值文件效果圖如圖2d所示，航線各處通航結(jié)束日的數(shù)值文件效果圖如圖2e所示。圖2d和圖2e為航線矢量分別同通航開(kāi)始日?qǐng)D像和通航結(jié)束日?qǐng)D像疊加后，提取的航線矢量位置處的像元值。圖中的Lat、Lon表示航線矢量所經(jīng)像元的經(jīng)緯度，B1分別表示該像元的通航起始日(圖2d)或者通航結(jié)束日(圖2e)。本實(shí)施例中，航線矢量總共經(jīng)過(guò)了431個(gè)像元位置，因此，Lat、Lon和B1下的信息，總共有431行，因篇幅所限，只截取部分位置點(diǎn)示例。

6)本實(shí)施例在Excel類軟件中對(duì)航線各處通航開(kāi)始日和通航結(jié)束日做減法處理，即可得到航線通航期。由此得到航線通航窗口信息。圖3為根據(jù)2013年“永盛輪”北極東北航道航行所經(jīng)航線提取出的2015年該航線通航窗口。圖中“位置點(diǎn)”一列表示航線矢量所經(jīng)像元的序號(hào)，“經(jīng)緯度”列表示該像元點(diǎn)的經(jīng)緯度(對(duì)應(yīng)圖2d和圖2e中的Lat、Lon)，“通航開(kāi)始日”一列表示該像元點(diǎn)的通航開(kāi)始日，為2015年的第一天起計(jì)數(shù)的天數(shù)(對(duì)應(yīng)圖2d的B1)，“通航結(jié)束日”一列表示該像元點(diǎn)的通航結(jié)束日(對(duì)應(yīng)圖2e中的B1)，為2015年的第一天起計(jì)數(shù)的天數(shù)?！巴ê狡凇币涣袨橥ê浇Y(jié)束日和通航開(kāi)始日之差，即為該像元點(diǎn)的通航天數(shù)。利用Excel類軟件將提取出的通航信息繪制成的航線通航窗口如圖4所示。

本發(fā)明結(jié)合船舶航線獲取的船舶通航開(kāi)始日、通航結(jié)束日和航線通航期，保證了船舶航行的安全，提高了船舶航行的工作效率。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。