1.引言
随着电子海图的广泛应用，基于电子海图的航线生成已成为研究热点。然而，目前电子海图航线的自动生成方法只考虑在某个图中（一个数据集）。然而，在实际航行中，特别是在长距离时，需要使用多张海图，而当前的航线自动生成方法缺乏这方面的考虑。即使一张比例尺足够小的海图可以生成远程航线，由于细节表达不足和投影变形，也很容易在当地地区形成粗略的表达。因此，探索不同比例尺海图数据的多尺度组织和表达，自动生成航线具有现实意义。
本文将利用不同比例尺的海图数据，采用细节分层法，实现不同海图规模下的航线自动生成。
2电子海图航线的多尺度表达方法
2.1.电子海图的多尺度组织
细节层次(LevelofDetail，简称LOD)模型是指使用具有不同细节的描述方法对同一场景或场景中的物体进行绘制时选择的一组模型。在图形显示时，为了实现“越近看得越清、内容看得越多”的视觉效果，目前许多系统采用的是在数据库中独立地存贮不同比例尺的地图数据，即构建目标的一组详细程度不同的数据模型。
海图和地图的范围是不同的，它们有自己的特点。地图按国际标准划分，经纬度按整个土地划分。相邻比例尺地图完全连续，图幅之间无间隙。海图的范围要复杂得多。受测量条件、实用目的、海图比例尺、地理区域范围等条件的限制，形成了重叠的不规则局部连续范围特征。
由于海图达的差异是由于海图和地图表达的差异。可利用系列比例尺的地理空间数据设置地图多尺度表达LOD根据不同情况，建立参数与地理空间数据比例尺的关系LOD参数调用相应比例尺的地理空间数据。但由于海图只在某些特定区域存在一系列比例尺的海图数据，例如沿海航行时，可以根据多个比例尺等级的海图数据LOD技术海图多尺度表达；但在其他海图比例尺不是系列的海域，根本达不到多尺度表达的效果。因此，需要根据航线所在海域确定比例尺跨度和LOD表达参数的数量(LOD模型层数)，然后为每个LOD模型层选择相应比例尺L的海图数据，没有比例尺L数据的局部区域使用该区域最接近比例尺L的比例尺L海图数据(不同比例尺海图的交叉调用)。
2.2.海图航线多尺度生成的关键技术
1)不同尺度下航线的自动生成方法
1.可以根据每个1LOD模型层的海图数据独立无缝拼接跨图幅，然后在整个区域自动生成拼接后的大图幅海图。该方法过程简单，但需要拼接所有跨图片，包括图片拼接需要转换所有坐标值，会造成大量无用计算，图片拼接后，线路生成涉及数据量非常大，二叉树分支数量非常大，影响线路生成效率。
方法2，根据确定的比例尺跨度选择最小比例尺LOD在其他大比例尺中，模型层的海图数据生成小比例尺海图航线，设置航行关键点LOD相邻关键点之间的航线在模型层对应的海图中自动生成，由局部最优之和构成整体最优。将航线连接在一起可以形成最终的首选航线（换算每个航线点的坐标）。该方法主要避免了航线穿越的碍航物过多所引起的“巨大航路二叉树”情况，进行局部区域计算将大大减小计算量，提高航线生成效率。如图1所示。
如果航线作为一个整体自动生成，则需要计算4个障碍物，生成的二叉树分支数为9，航线数为16。若图幅以L为分界线分为两个图幅，则分别自动生成航线。左图中产生的二叉树分支数为3，航线数为4；右图中产生的二叉树分支数为5，航线数为4；因此，当航线穿越许多障碍物时，使用方法2可以反映效率的优势。
2)图幅拼接
两个相邻的关键点不在同一幅图中，跨越多幅图，需要拼接图，然后生成路线。具体方法：选择西南轮廓和纬度最小的图作为基准图，将其他图的坐标转换为经纬度，然后将经纬度坐标转换为基准图，统一平面基准。
3)效率优化
拼接相邻图片后，数据量急剧增加，这将影响航线自动生成的效率。为了提高效率，需要删除无关的水深和其他元素。此外，如果航行关键点在重叠图片中，则在拼接图片时需要选择图片，以提高效率。对于重叠区域，可以使用多边形切割来避免重复显示。
2.3.自动生成不同尺度下航线的关键步骤
1)中国海区Shape格式的海图数据转换为格式DNC自定义格式的高效表达数据，然后将海图存储在指定的文件夹中，用于多尺度航线生成过程中的海图收索、选择和计算。为了便于LOD建立时，搜索海图，提高搜索效率，根据比例尺简单分类存储在700万、100万、50万、25万、15万、5万文件夹中，其中，700万文件夹存储海域总图(如101、102)；100万、50万、25万、15万文件夹分别存储1:1万、1:5万、1:25万、1:15万系列航海图；5万文件夹中存储港口图。
2)自动逐一搜索所有海图数据，根据海图数据的图形信息判断是否包含航行的开始和结束点，获得所有符合要求的海图，然后比较比例尺，将比例尺最大的海图作为第一层LOD的海图。如果多个比例尺相同，包含始末点的海图，即始末点在海图重叠图中，任何一张海图都可以用作第一层LOD由于重叠图中的海图元素相同比例尺相同），因此构建第一层LOD没有影响，对以后的每一层都没有影响LOD结构没有影响，但选择的海图不同。在这种情况下，本文根据海图在文件夹中的存储顺序选择最高的海图。
3)LOD层数及每层LOD比例尺的确定根据1)，电子海图航线LOD层数最多6，至少1。航线LOD层数以第一层为基础LOD海图属于哪种系列比例尺海图，而且LOD层数随第一层LOD增加和减少海图比例尺。假设分类系列按顺序分别分配序号为1-6，则层数。例如：第一层LOD海图为“12000.Dnc按1:75000的比例尺，⑴分类方法应分为50万系列，序号为3，然后得到LOD的层数为4。每个LOD根据第一层对应的比例尺LOD海图收入：根据序号的升序排列分别匹配系列比例尺。对于上例，第1-4层LOD应分别匹配“50万”、“25万”、“15万”、“5万”的系列比例尺。
4)建立各LOD层及各层航线:首先定义第一层LOD中航线的每个路点都是航行的关键点，它代表了航行的总体趋势，应该集中在接下来讨论的大比例尺海图上。根据2)获得的第一层LOD在这张海图上，利用最短距离航线的自动生成方法，获得最短距离航线，同时保存海图和航线。到目前为止，这是第一个LOD若LOD层数为1，则LOD层建立完成，否则将使用航行关键点，根据5)获得其他关键点LOD并将每层航线的航路点作为下一层航行的关键点，最后保存海图和航线。
5)根据本LOD层比例尺，找到相应的文件夹，从海图文件夹中搜索海图，判断4）获得的关键点是否包含在海图中（即判断本系列海图的关键点是否有数据），如果包含在海图中，则该关键点的标识为1，否则为0。它不包含在文件夹中的任何海图中。我认为这是LOD缺乏海图数据，需要交叉调用海图。然后，根据关键点及其数量生成分段最佳路线，根据当前获得的海图元素自动生成最短距离路线。
6)显示LOD层：将局部细化的航线连接在一起，形成最终的航线。需要海图交叉调用LOD层，因为比例尺不是系列，不能拼接显示，本文是第一层LOD以海图图幅信息为基准，根据基准转换航线和本层海图，显示空白海图，通过点击航段显示海图。不需要海图交叉调用的LOD层，通过电子海图直接拼接漫游。
3.实验及分析图
2Dnc本文在黄海范围内进行了数据的选择进行了相关实验，选定的航行始末点分别为：S(13.077N，74.442E)，D(13.760N，87.322E)(单位为度)。
①选择Dnc海图(如图2所示)；②自动搜索海图，确定第一层LOD海图:程序自动搜索“DNC数据中的所有海图数据，计算得到包含始末点和始末点的所有海图，比较其比例尺，得到比例尺最大的海图1.2万.Dnc比例尺为1:5万；③得到关键点；④确定所有其他层LOD;⑤显示结果。
共建立了4个实验LOD每层的比例尺分别为：1:5万、1:25万、1:15万、1:5万。LOD层层海图及航线。
图3使用1:5万系列航海图中的12000海图；图4使用1:25万系列航海图中的12100和12300海图；图5使用1:15万系列航海图中的12110、12170和12310海图；因为它在生成第四层LOD(即港湾图系列表达层)，如果找不到包含航路关键点的海图数据，将使用第三层LOD中间的海图生成航线，这样LOD第四层线显示在第四层，但可以点击航线的某个部分显示其海图。
4.结束语
本文基于不同比例尺的海图数据，利用现有电子海图航线自动生成方法对多幅海图缺乏考虑。LOD该模型的思想研究了电子海图航线的多尺度表达，得出以下结论：
1)在电子海图多图幅无缝拼接的基础上，实现长途航线的多尺度生成。
2)可以根据航行的始末点经纬度生成各种经纬度LOD模型层为满足不同航行需求提供不同比例尺的海图航线。
当然，本文仍然是一项探索性研究，选择的例子有限。进一步研究海图的高效拼接和大计算量航线生成中的相关技术问题。 &nsp; 参考文章：电子海图、AIS、雷达