一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法与流程

1.本发明涉及交通工具机动能力分析及数据可视化领域，特别是指一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法。


背景技术：

2.不同型号的陆地机动平台在各种地理环境下的机动能力差别巨大，在具体的地理信息支持下，分析各种型号陆地机动平台在特定时间内的机动能力和机动范围，对目标的侦察、打击、搜救、行动方向预估以及仿真推演等活动具有重要的参考意义，其机动能力分析是不可或缺的重要能力。由于地形地貌、陆地交通、水域和植被等因素的影响以及模型的复杂性，导致不同型号陆地机动平台的机动能力和机动范围的计算和显示较为困难，快速分析以及在二维地图上全面直观的表达所选陆地机动平台的机动能力就成为一项关键技术。现有技术中，对陆地机动平台的机动范围的计算方法主要是通过计算特定时间的最大机动距离来绘制机动范围，较少考虑地形、交通、水域植被的影响，且较少考虑不同型号陆地机动平台的越野通过性，且在二维地图上显示内容单一，表达的信息较少，对辅助分析和结果表示能力支持不足。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提出了一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，该方法以地理信息为基础，将二维地图栅格化，且考虑了坡度，水域，植被，交通对陆地机动平台的影响，并将每个栅格记录的机动距离数据通过关系函数映射为相应的rgb颜色，最终形成机动能力分析图像；计算方法高效可靠，信息丰富、与实际较为符合，适应各种地理信息平台，可以在二维地图上直观表达，适应各种型号陆地平台的机动性能参数的能力，且具有根据计算结果快速反推最速路线能力的特点。
4.为实现上述目的，本发明提出的技术方案为：
5.一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，包括以下步骤：
6.步骤1，如图1所示，对二维地图进行栅格化，栅格的长度为dx，宽度为dy；使用数字高程模型生成栅格的坡度数据，使用水域/陆地图层生成栅格的水域数据，使用植被图层生成栅格的植被数据，使用交通图层生成栅格的交通数据；
7.步骤2，输入陆地机动平台的型号和初始位置，根据型号加载陆地机动平台的参数信息，包括最大可通行坡度、最大速度vmax、重量、坡度对速度的影响因子ep与植被对速度的影响因子ez；
8.步骤3，生成栅格的机动距离，并将所有机动距离数据初始化为0，设置最大机动时间t，计算当前陆地机动平台的最大机动距离：
9.dmax＝t*vmax；
10.步骤4，将当前陆地机动平台初始位置栅格的机动距离数据设置为1；
11.步骤5，从初始位置栅格开始，通过迭代，以20邻域扩展的方式依次设置其他栅格
的机动距离数据，直至无法再继续扩展下去；每次迭代时，以未作为过扩展中心且机动距离数据为最小正数的栅格为扩展中心，设置周围20个栅格的机动距离数据，对于已设置过机动距离数据的栅格，不再重复设置；
12.步骤6，根据当前陆地机动平台的最大机动距离以及各栅格的机动距离数据，计算各栅格的rgb颜色，并在各个栅格中填入相应颜色，完成陆地机动平台机动能力分析和显示。
13.进一步地，步骤5的一次迭代中，设当前栅格为(r0,c0)，则本次迭代扩展的20个栅格依次为：(r0-1,c0)，(r0+1,c0)，(r0,c0-1)，(r0,c0+1)，(r0-1,c0-1)，(r0+1,c0+1)，(r0-1,c0+1)，(r0+1,c0-1)，(r0+2,c0)，(r0-2,c0)，(r0,c0-2)，(r0,c0+2)，(r0+2,c0-1)，(r0+2,c0+1)，(r0-2,c0-1)，(r0-2,c0+1)，(r0+1,c0-2)，(r0+1,c0+2)，(r0-1,c0-2)，(r0-1,c0+2)。
14.进一步地，步骤5中每次迭代的具体方式为：
15.(501)判断当前是否存在未作为过扩展中心且机动距离数据为正数的栅格，有则选择其中机动距离数据最小的栅格作为扩展中心，执行步骤502，否则执行步骤6；
16.(502)判断扩展中心周围20个栅格是否已全部设置机动距离数据，是则执行步骤501，否则依次设置周围20个栅格中仍处于初始化状态的栅格的机动距离数据，对于每个被设置栅格，具体步骤如下；
17.(5021)判断被设置栅格是否存在当前陆地机动平台可通行的道路类型，是则执行步骤5025，否则执行步骤5022；
18.(5022)判断被设置栅格是否存在当前陆地机动平台可通行且承重大于当前陆地机动平台重量的桥梁，是则执行步骤5026，否则执行步骤5023；
19.(5023)判断被设置栅格是否存在水域，是则将被设置栅格内的机动距离数据设置为0，并执行步骤502，否则执行步骤5024；机动距离数据为0表示机动距离为无穷大；
20.(5024)查看被设置栅格是否存在当前陆地机动平台可通行的植被类型，是则执行步骤5025，否则将被设置栅格内的机动距离数据设置为0，并执行步骤502；
21.(5025)判断被设置栅格的坡度是否大于当前陆地机动平台的最大可通行坡度，是则将栅格内的机动距离数据设置为0，并执行步骤502，否则执行步骤5026；
22.(5026)分别计算被设置栅格与其周围20个栅格内已设置机动距离数据的栅格的基本距离d，选择其中的最小基本距离dmin，并结合坡度影响因子ep与植被影响因子ez计算被设置栅格与初始位置栅格之间的的最小总距离，记为被设置栅格的机动距离数据d(r,c)。
23.进一步地，步骤5026中，计算被设置栅格与其周围20个栅格内已设置机动距离数据的栅格的基本距离d的具体方式为：
24.设被设置栅格的位置为(r，c)，被设置栅格周围的20个栅格中，某邻域栅格的位置为(rn，cn)，该邻域栅格的机动距离数据为d(rn，cn)，则：
25.①
若d(rn，cn)＝0，则不计算被设置栅格与该邻域栅格位置之间的基本距离；
26.②
若d(rn，cn)≠0，计算被设置栅格与该邻域栅格位置之间的基本距离：
27.d＝(rn-r)2×
dy2+(cn-c)2×
dx2+d(rn，cn)，
28.此外，若|rn-r|＝2，cn-c＝0或者rn-r＝0，|cn-c|＝2，则进一步判断被设置栅格
与该邻域栅格的基本距离是否小于被设置栅格与位于被设置栅格和该邻域栅格中间的栅格的基本距离，若是则不计本次计算结果，否则计入本次计算结果；
29.被设置栅格的机动距离数据d(r,c)的计算方式为：
30.d(r，c)＝dmin+(dx+dy)/2
×
(ep+ez)。
31.进一步地，步骤6中各栅格的rgb颜色的计算公式为：
32.rgb＝(255,255
×
d(r，c)/dmax，255-255
×
d(r，c)/dmax)。
33.由于采用了上述方案，本发明与背景技术相比具有如下有益效果：
34.1.本发明以地理信息为基础，通过建立栅格数据模型将地形地貌、水域、陆地交通和植被信息规范化，通过计算坡度、水域、植被与交通栅格数据对机动能力的影响使最终的机动范围计算结果与实际较为符合。
35.2.本发明使用20邻域模型算子作为扩展核，理论上平地不计算影响因子的百公里距离计算误差小于1.2公里，计算精度高，符合实际需求。
36.3.本发明由于采用颜色映射函数映射机动范围内各栅格的机动距离数据，因此使陆地机动平台的机动能力和机动范围在二维地图上绘制结果的全面性和直观性得以极大提升。
37.4.本发明存储了各个栅格的机动距离数据，可快速反推陆地机动平台到各栅格位置的最速路线。
附图说明
38.图1是本发明实施例中某型号陆地机动平台的机动能力分析示意图。
具体实施方式
39.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
40.一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，包括以下步骤：
41.步骤1，如图1，对二维地图进行栅格化，栅格的长度为dx，宽度为dy；使用数字高程模型(digitalelevationmodel，dem)生成栅格的坡度数据，使用水域/陆地图层生成栅格的水域数据，使用植被图层生成栅格的植被数据，使用交通图层生成栅格的交通数据；
42.具体的，设二维地图代表区域的长和宽设为l*w，栅格的行列数为m*n，则栅格的长度dx＝l/(m-1),栅格的宽度dy＝w/(n-1)。水域/陆地图层生成水域栅格数据主要通过区域的栅格化将河流、运河、湖泊、水库、海洋等区域包含的栅格数据设置为对应的水域类型编码，例如河流为601，湖泊为602，没有水域则设置为0；使用植被图层生成植被栅格数据主要通过区域的栅格化将森林、密林、经济林、密集灌木林、竹林、幼林、稻田、疏林、灌木林、稀疏灌木林、草地、高草地等区域包含的栅格数据设置为对应的植被类型编码，例如森林为101，密林为102，没有植被则设置为0；使用交通图层生成交通栅格数据主要通过线的栅格化将国道、省道、县道、乡道、城市街道、大车路、高速公路、隧道、桥梁等设置为对应的交通类型编码，例如国道设置为305，省道设置为307等，特别对桥梁设置类型与重量的复合编码例如20520，代表20吨载重的公路桥，没有交通道路则设置为0。
43.步骤2，输入陆地机动平台的型号和初始位置，根据型号加载陆地机动平台的参数信息，包括最大可通行坡度、最大速度vmax、重量、坡度对速度的影响因子ep与植被对速度
的影响因子ez；
44.具体的，坡度对速度的影响因子ep使用分段函数来表示，以某型号陆地机动平台为例，坡度设为p，则：
45.p《10：ep＝p/10；p《20：ep＝p/10+(p-10)
×
0.2；p《30：ep＝p/10+(p-10)
×
0.2+(p-20)
×
0.3。
46.植被对速度的影响因子ez为各类型植被对陆地机动平台通过性或速度的影响，以某型号陆地机动平台为例，森林、密林、经济林、密集灌木林、竹林不可通过，幼林、稻田、疏林、灌木林、稀疏灌木林、草地、高草地、空地对该型号坦克的速度影响具有迟滞的作用，需要设置对应的影响因子ez。
47.步骤3，生成栅格的机动距离，并将所有机动距离数据初始化为0，设置最大机动时间t，计算当前陆地机动平台的最大机动距离：
48.dmax＝t*vmax；
49.步骤4，将当前陆地机动平台初始位置栅格的机动距离数据设置为1；
50.步骤5，从初始位置栅格开始，通过迭代，以20邻域扩展的方式依次设置其他栅格的机动距离数据，直至无法再继续扩展下去；每次迭代时，以未作为过扩展中心且机动距离数据为最小正数的栅格为扩展中心，设置周围20个栅格的机动距离数据，对于已设置过机动距离数据的栅格，不再重复设置；
51.步骤6，根据当前陆地机动平台的最大机动距离以及各栅格的机动距离数据，计算各栅格的rgb颜色，并在各个栅格中填入相应颜色，完成陆地机动平台机动能力分析和显示。
52.进一步地，步骤5的一次迭代中，设当前栅格为(r0,c0)，则本次迭代扩展的20个栅格依次为：(r0-1,c0)，(r0+1,c0)，(r0,c0-1)，(r0,c0+1)，(r0-1,c0-1)，(r0+1,c0+1)，(r0-1,c0+1)，(r0+1,c0-1)，(r0+2,c0)，(r0-2,c0)，(r0,c0-2)，(r0,c0+2)，(r0+2,c0-1)，(r0+2,c0+1)，(r0-2,c0-1)，(r0-2,c0+1)，(r0+1,c0-2)，(r0+1,c0+2)，(r0-1,c0-2)，(r0-1,c0+2)。
53.进一步地，步骤5中每次迭代的具体方式为：
54.(501)判断当前是否存在未作为过扩展中心且机动距离数据为正数的栅格，有则选择其中机动距离数据最小的栅格作为扩展中心，执行步骤502，否则执行步骤6；
55.(502)判断扩展中心周围的20个栅格是否已全部设置机动距离数据，是则执行步骤501，否则依次设置周围20个栅格中仍处于初始化状态的栅格的机动距离数据，对于每个被设置栅格，具体步骤如下：
56.(5021)判断被设置栅格是否存在当前陆地机动平台可通行的道路类型，是则执行步骤5025，否则执行步骤5022；
57.具体的，以某型号陆地机动平台为例，如果在交通栅格数据中查找被设置栅格(r，c)中记录的交通类型编码为高速公路、国道、省道、县道、乡道、大车路等，则表示被设置栅格存在可通行的道路，如果记录的交通类型编码为乡村路、小路、栈道、时令路等或0，则表示被设置栅格不存在可通行的道路，需要继续查看是否存在桥梁、水域和该位置的植被类型与坡度再确定是否可通行。
58.(5022)判断被设置栅格是否存在当前陆地机动平台可通行且承重大于当前陆地
机动平台重量的桥梁，是则执行步骤5026，否则执行步骤5023；
59.具体的，以某型号陆地机动平台为例，如果在交通栅格数据中查找被设置栅格(r，c)中记录的交通类型编码的后三位为公路桥、立交桥、并行桥等桥梁，则表示被设置栅格存在可通行的桥梁，此时按照交通类型编码规则解析该桥梁的承重，以某公路桥的交通类型编码20520为例，后三位代表公路桥，20代表桥梁承重20吨，此时计算机动平台重量是否小于20吨，是则表示可以通行，否则需继续查看是否存在水域、该位置的植被类型与坡度再确定是否可通行。
60.(5023)判断被设置栅格是否存在水域，是则将被设置栅格内的机动距离数据设置为0，记为已设置状态，并执行步骤502，否则执行步骤5024；机动距离数据为0表示机动距离为无穷大；
61.具体的，以某型号陆地机动平台为例，如果在水域栅格数据中查找被设置栅格(r，c)中记录的水域类型编码为河流、运河、湖泊、水库、沼泽地、海洋等，则表示被设置栅格不可通行，否则需要继续查看该位置的植被类型与坡度再确定是否可通行。
62.(5024)查看被设置栅格是否存在当前陆地机动平台可通行的植被类型，是则执行步骤5025，否则将被设置栅格内的机动距离数据设置为0，记为已设置状态，并执行步骤502；
63.具体的，以某型号陆地机动平台为例，如果在植被栅格数据中查找被设置栅格(r，c)中记录的植被类型编码为森林、密林、经济林、密集灌木林、竹林等，则表示被设置栅格不可通行，否则需要继续查看被设置栅格的坡度再确定是否可通行。
64.(5025)判断被设置栅格的坡度是否大于当前陆地机动平台的最大可通行坡度，是则将栅格内的机动距离数据设置为0，记为已设置状态，并执行步骤502，否则执行步骤5026；
65.具体的，以某型号陆地机动平台为例，该型号陆地机动平台的最大可通行坡度为32
°
，如果在坡度栅格数据中查找被设置栅格(r，c)中记录的坡度数据小于0.848(cos(32)＝0.848)，表明坡度大于32
°
，则表示被设置栅格不可通行，否则执行步骤5026。
66.(5026)分别计算被设置栅格与其周围20个栅格内已设置机动距离数据的栅格的基本距离d，选择其中的最小基本距离dmin，并结合坡度影响因子ep与植被影响因子ez计算被设置栅格与初始位置之间的的最小总距离，记为被设置栅格的机动距离数据d(r,c)。
67.进一步地，步骤5026中，计算被设置栅格与其周围20个栅格内已设置机动距离数据的栅格的基本距离d的具体方式为：
68.设被设置栅格的位置为(r，c)，被设置栅格周围的20个栅格中，某邻域栅格的位置为(rn，cn)，该邻域栅格的机动距离数据为d(rn，cn)，则：
69.①
若d(rn，cn)＝0，则不计算被设置栅格与该邻域栅格位置之间的基本距离；
70.②
若d(rn，cn)≠0，计算被设置栅格与该邻域栅格位置之间的基本距离：
71.d＝(rn-r)2×
dy2+(cn-c)2×
dx2+d(rn，cn)，
72.若|rn-r|＝2，cn-c＝0或者rn-r＝0，|cn-c|＝2，则进一步判断被设置栅格与该邻域栅格的基本距离是否小于被设置栅格与位于被设置栅格和该邻域栅格中间的栅格的基本距离，若是则不计本次计算结果，否则计入本次计算结果；
73.被设置栅格的机动距离数据d(r,c)的计算方式为：
74.d(r，c)＝dmin+(dx+dy)/2
×
(ep+ez)。
75.进一步地，步骤6中各栅格的rgb颜色的计算公式为：
76.rgb＝(255,255
×
d(r，c)/dmax，255-255
×
d(r，c)/dmax)。
77.总之，本发明提出一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，考虑了坡度，水域，植被，交通对陆地机动平台的影响，并且通过颜色映射函数可以将各个栅格的机动距离数据在二维地图上直观表达，适用于陆地机动平台基于特定地理环境的机动能力分析及分析结果的显示应用。
78.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对二维地图进行栅格化，栅格的长度为dx，宽度为dy；使用数字高程模型生成栅格的坡度数据，使用水域/陆地图层生成栅格的水域数据，使用植被图层生成栅格的植被数据，使用交通图层生成栅格的交通数据；步骤2，输入陆地机动平台的型号和初始位置，根据型号加载陆地机动平台的参数信息，包括最大可通行坡度、最大速度vmax、重量、坡度对速度的影响因子ep与植被对速度的影响因子ez；步骤3，生成栅格的机动距离，并将所有机动距离数据初始化为0，设置最大机动时间t，计算当前陆地机动平台的最大机动距离：dmax＝t*vmax；步骤4，将当前陆地机动平台初始位置栅格的机动距离数据设置为1；步骤5，从初始位置栅格开始，通过迭代，以20邻域扩展的方式依次设置其他栅格的机动距离数据，直至无法再继续扩展下去；每次迭代时，以未作为过扩展中心且机动距离数据为最小正数的栅格为扩展中心，设置周围20个栅格的机动距离数据，对于已设置过机动距离数据的栅格，不再重复设置；步骤6，根据当前陆地机动平台的最大机动距离以及各栅格的机动距离数据，计算各栅格的rgb颜色，并在各个栅格中填入相应颜色，完成陆地机动平台机动能力分析和显示。2.根据权利要求1所述的一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，其特征在于，步骤5的一次迭代中，设当前栅格为(r0,c0)，则本次迭代扩展的20个栅格依次为：(r0-1,c0)，(r0+1,c0)，(r0,c0-1)，(r0,c0+1)，(r0-1,c0-1)，(r0+1,c0+1)，(r0-1,c0+1)，(r0+1,c0-1)，(r0+2,c0)，(r0-2,c0)，(r0,c0-2)，(r0,c0+2)，(r0+2,c0-1)，(r0+2,c0+1)，(r0-2,c0-1)，(r0-2,c0+1)，(r0+1,c0-2)，(r0+1,c0+2)，(r0-1,c0-2)，(r0-1,c0+2)。3.根据权利要求2所述的一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，其特征在于，步骤5中每次迭代的具体方式为：(501)判断当前是否存在未作为过扩展中心且机动距离数据为正数的栅格，有则选择其中机动距离数据最小的栅格作为扩展中心，执行步骤502，否则执行步骤6；(502)判断扩展中心周围的20个栅格是否已全部设置机动距离数据，是则执行步骤501，否则依次设置周围20个栅格中仍处于初始化状态的栅格的机动距离数据，对于每个被设置栅格，具体步骤如下：(5021)判断被设置栅格是否存在当前陆地机动平台可通行的道路类型，是则执行步骤5025，否则执行步骤5022；(5022)判断被设置栅格是否存在当前陆地机动平台可通行且承重大于当前陆地机动平台重量的桥梁，是则执行步骤5026，否则执行步骤5023；(5023)判断被设置栅格是否存在水域，是则将被设置栅格内的机动距离数据设置为0，并执行步骤502，否则执行步骤5024；机动距离数据为0表示机动距离为无穷大；(5024)查看被设置栅格是否存在当前陆地机动平台可通行的植被类型，是则执行步骤5025，否则将被设置栅格内的机动距离数据设置为0，并执行步骤502；(5025)判断被设置栅格的坡度是否大于当前陆地机动平台的最大可通行坡度，是则将被设置栅格内的机动距离数据设置为0，并执行步骤502，否则执行步骤5026；
(5026)分别计算被设置栅格与其周围20个栅格内已设置机动距离数据的栅格的基本距离d，选择其中的最小基本距离dmin，并结合坡度影响因子ep与植被影响因子ez计算被设置栅格与初始位置栅格之间的的最小总距离，记为被设置栅格的机动距离数据d(r,c)。4.根据权利要求3所述的一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，其特征在于，步骤5026中，计算被设置栅格与其周围20个栅格内已设置机动距离数据的栅格的基本距离d的具体方式为：设被设置栅格的位置为(r，c)，被设置栅格周围的20个栅格中，某邻域栅格的位置为(rn，cn)，该邻域栅格的机动距离数据为d(rn，cn)，则：
①
若d(rn，cn)＝0，则不计算被设置栅格与该邻域栅格位置之间的基本距离；
②
若d(rn，cn)≠0，则计算被设置栅格与该邻域栅格位置之间的基本距离：d＝(rn-r)2×
dy2+(cn-c)2×
dx2+d(rn，cn)，此外，若|rn-r|＝2，cn-c＝0或者rn-r＝0，|cn-c|＝2，则进一步判断被设置栅格与该邻域栅格的基本距离是否小于被设置栅格与位于被设置栅格和该邻域栅格中间的栅格的基本距离，若是则不计本次计算结果，否则计入本次计算结果；被设置栅格的机动距离数据d(r,c)的计算方式为：d(r，c)＝dmin+(dx+dy)/2
×
(ep+ez)。5.根据权利要求4所述的一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，其特征在于，步骤6中各栅格的rgb颜色的计算公式为：rgb＝(255,255
×
d(r，c)/dmax，255-255
×
d(r，c)/dmax)。

技术总结
本发明公开了一种陆地机动平台机动能力分析和显示方法，涉及交通工具机动能力分析及数据可视化领域。本发明将二维地图栅格化，结合陆地机动平台的参数信息、坡度栅格数据、水域栅格数据、植被栅格数据与交通栅格数据，从陆地机动平台的初始位置栅格开始，通过迭代，以20邻域扩展的方式依次设置其他栅格的机动距离数据，直至无法再继续扩展下去；并将各栅格的机动距离数据转化为对应的RGB颜色，填入到该栅格中。本发明计算方法高效可靠，信息丰富、与实际较为符合，适应各种地理信息平台，可以在二维地图上直观表达，适应各种型号陆地平台的机动性能参数，且具有根据计算结果快速反推最速路线能力的特点。推最速路线能力的特点。推最速路线能力的特点。


技术研发人员：刘文展 齐小谦 张冬宁 关珍博 米芳彬 夏丛亮 张凯 李建勇
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/15