本发明涉及船舶通航，特别是一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法。包括发明核心数字门禁系统、辅助技术导航系统。
背景技术：
1、现行技术背景下，船舶在通过桥孔前，首先要通过人工实地测得桥孔尺寸数据、船舶自身外型轮廓尺寸数据，对比大小后拟穿行的船舶要编制穿行桥孔的通航保障方案并向通航管理部门呈报；之后，通航管理部门召开专家评审会议，由专家组根据有关通航标准，形成可否穿行的专家意见；得到可以穿行的结论后，船舶还需另请引航人员上船引航。
2、现有技术背景下的通航实务，重复劳动量大、误差也大；通航管理程序繁琐、效率极低，不能满足“安全、快捷、经济”性的需要。
技术实现思路
1、本发明通过数字门禁系统，解决快速判定船舶能否穿行桥孔的问题；通过辅助设立导航标和激光导航灯等导航系统，解决船舶沿桥孔中轴线运动、减少偏差的问题。进而可实现适航船舶穿行桥孔无需重复评估、无需引航员引航，由机器评估、机器引航的目的。
2、本发明提供一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，包括以下步骤：
3、s1、以桥孔水平面宽度方向建立横轴x，桥孔高度方向建立纵轴y，桥孔深度方向建立z轴，并以孔宽1/2处截面、孔深1/2处截面和最高通航水位平面的交叉点为坐标系元点；
4、s2、通过电子围栏定位技术，在基准平面建立孔沿定位电子围栏l1标量模型l1=f（x1、y1），并利用计算公式转化为矢量模型l1=f（m1、θ1）；
5、s3、利用计算机仿真技术，将桥孔通航安全距离d代入l1=f（m1、θ1），得到在基准平面的孔保定位电子围栏l2的矢量模型l2=f（m2、θ2）；
6、s4、通过桥孔上方的测距照相机对船舶外型轮廓照相，并将船舶外型轮廓传导至基准平面上，提前得到在基准平面的船廓预测定位电子围栏l3标量模型，并利用计算公式转化为矢量模型l3=f（m3、θ3）；
7、s5、建立n个同角度下的l3、l1、l2的模值m3、m2、m1的关联数列，并将m3与m2、m1进行大小比对，判断船廓预测定位l3矢量模型的模值，是否能被孔保定位l2矢量模型的模值所覆盖，根据对比情况控制桥孔前的交通指示灯闪烁。
8、优选的，所述步骤s1中，定义孔深1/2处即z=0处截面为基准平面，此时三维坐标系l=f（x、y、z）可简化为二维坐标系l=f（x、y），同时将该现实场景基准平面录入电子围栏背景下的计算机系统，建立虚拟的基准平面。
9、优选的，电子围栏标量模型l=f（x、y）转换为矢量模型l=f（m、θ），均可通过转换公式m=和θ=arctg(y/x)，转换成模为m、角度为θ两个因数的矢量数据模型，从而获得矢量模型l=f（m、θ）。
10、优选的，矢量模型l1=f（m1、θ1）取得的方法：运用数字定位技术据实测得电子围栏标量模型l1=f（x1、y1），根据上述推导公式，推导得到l1=f（m1、θ1）。
11、优选的，矢量模型l2=f（m2、θ2）取得的方法：将应增加的安全距离d利用计算机仿真技术，代入矢量模型l1=f（m1、θ1）中，即按l2=f(m2、θ2）=f｛（m1-）、θ2｝公式推导得到。
12、优选的，矢量模型l3=f（m3、θ3）取得的方法：根据包含了航向和尺寸信息的船舶轮廓在基准截面的电子围栏，得到船廓预测定位的标量模型l3=f（x3、y3），根据上述公式推导得到矢量模型l3=（m3、θ3）。
13、优选的，所述θ的取值为0-π度，在该取值范围内时：
14、所述模值符合m3≤m2条件时，所述交通指示灯1亮绿灯，船舶可以通行；
15、所述模值符合m2≤m3≤m1条件时，所述交通指示灯1亮黄灯，船舶需调整船位后通行；
16、所述模值若存在m1≤m3时，所述交通指示灯1亮红灯，船舶禁止通行。
17、优选的，所述θ的取值在0-π间取值时，根据精度要求采取n等分、非连续的取值方法。
18、优选的，判定方法用于移动物体的孔洞通行，在不同场景下，洞口可为船闸、陆路桥洞、隧道等，移动物体可以为移动的车辆或其他移动物体。
19、（一）本发明原理说明
20、其工程原理是：利用数字定位和计算机仿真技术、并辅以相应的数学推导，分别在选定的基准平面，建立桥孔边沿定位电子围栏l1（以下简称孔沿定位l1）矢量模型、桥孔安全阵地边沿定位（虚拟保护层）电子围栏l2（以下简称孔保定位l2）矢量模型；然后通过测距照相机提前获得船舶最大外型轮廓，并进行成像推导，进而提前获得即将穿行桥孔的船舶在基准平面的最大外型轮廓电子围栏l3（以下简称船廓预测定位l3）矢量模型。计算机系统将l3与l1、l2的矢量模值进行自动比对并做出判断：符合设定条件时许可通行；否则禁止通行。参见附图1《船舶通过桥孔场景的正视图》。
21、其数学原理是：船廓某一点是否在安全范围内，可以通过船廓预测定位l3的矢量模值，与同角度下的孔沿定位l1、孔保定位l2矢量模值进行比较而求得。参见4《l3不同z轴时与l1、l2的关系图》。
22、（二）本发明技术方案实施过程
23、为解决上述技术问题，本发明一种基于电子围栏的船舶可否通行桥孔的判定方法，所采用的技术方案包括如下步骤：
24、s1、以桥孔水平面宽度方向建立横轴x，桥孔高度方向建立纵轴y，桥孔深度向建立z轴，并以桥孔宽1/2处截面、孔深1/2处截面和最高通航水位平面交叉点为坐标系元点，建立三维坐标系。定义孔深1/2处即z=0处的截面为基准平面，此时三维坐标系l=f（x、y、z）可简化为二维坐标系l=f（x、y）；同时将该现实场景基准平面，录入电子围栏背景下的计算机系统，建立模拟的基准平面；
25、s2、通过电子围栏定位技术，在基准平面建立孔沿定位电子围栏l1的标量模型l1=f（x1、y1），并利用计算公式转化为矢量模型l1=f（m1、θ1）；
26、s3、利用计算机仿真技术，将桥孔通行安全距离d代入l1=f（m1、θ1），得到在基准平面的孔保定位l2的矢量模型l2=f（m2、θ2）；
27、s4、通过桥孔顶端的测距相机对船舶的外型轮廓进行拍照，并将船舶外型轮廓传导至基准平面上，提前获得船廓预测定位l3标量模型，同时利用转换公式转化为矢量模型l3=f（m3、θ3）；
28、说明一：经过s1-s4步骤，在基准平面上已虚拟出l3=f（m3、θ3）、l2=f（m2、θ2）、l1=f（m1、θ1）三个电子围栏的图形。其中，l3与z轴无偏差时的位置关系见附图3《l3同z轴时与l1、l2的关系图》；l3与z轴存在偏差时的位置关系见附图4《l3不同z轴时与l1、l2的关系图》。
29、说明二：如果船舶航向与z轴偏差较大（如附图4《l3不同z轴时与l1、l2的关系图》所示），即使是原本可以通过桥孔的船舶，也有触碰安全阵地或桥孔边沿的可能，此时其数学特征表现为船廓预测定位l3的模值m3存在大于或等于同角度l2、或l1 的模值m2、m1的情况。假想以坐标元点为圆心、θ为角度作射线，分别与l3、l2、l1相交于l、m、n点，显然，ol、om、on分别为θ角度下l3、l2、l1 的模值m3、m2、m1。若转动θ角从0至（n/180）π再到π（即坐标系第一、二象限），就可得到对应如附表四《船廓预测定位与孔保定位、孔沿定位矢量模值关联数列表》所示的数列（共计3n个点位）。比较本数列中m3、m2、m1的大小，可以得出相应的判断。
30、s5、分别将n个同一角度下的船廓预测定位矢量l3，与孔沿定位矢量模型l1、孔保定位l2模型的模值进行大小比对，即对附表四《船廓预测定位与孔保定位、孔沿定位矢量模值关联数列表》数列中的m3、m2、m1逐一对应比对，判断船廓预测定位l3矢量模型的模值，是否能被孔保定位l2矢量模型的模值所覆盖，根据对比结果控制桥孔顶端的交通指示灯闪烁。
31、（三）本发明建库方案中的几个说明
32、在上述s1-s5中，电子围栏标量模型l=f（x、y），均可以通过转换公式m=和θ=arctg(y/x)（以下简称转换公式），转换为矢量模型l=f（m、θ）。但l2=f（m2、θ2），无需转换，可通过计算机仿真而获得。测绘或推导步骤分别如下：
33、孔沿定位矢量模型l1=f（m1、θ1）取得方法：运用定位电子围栏技术据实测得标量模型l1=f（x1、y1）；将标量模型l1=f（x1、y1）的定位数据通过转换公式m1=和θ1=arctg(y1/x1)转换成模为m1、角度为θ1两个因数的矢量数据模型，获得矢量模型l1=f（m1、θ1）。
34、孔保定位矢量模型l2=f（m2、θ2）取得方法：利用计算机仿真技术，将增加的安全距离代入矢量模型l1=f（m1、θ1）中，即l2=f(m2、θ2）=f｛（m1-）、θ2｝，推导得到。
35、船廓预测定位矢量模型l3=f（m3、θ3）取得方法：对拟进桥孔船舶照相并同步传导到基准平面，即可得到船廓预测定位的标量模型l3=f（x3、y3），根据上述转换公式推导得到矢量模型l3=（m3、θ3）。预测船廓时，为减少偏差，在所述桥孔顶部安装激光引导灯，激光引导灯的光束成v形，且尖锐端位于所述桥孔中心并朝向所述航行船舶方向，引导船舶始终沿桥孔中轴线轨迹运动。
36、说明三：建立随θ角度变化下的船廓预测定位、孔保定位、船沿定位模值m3、m2、m1关联数列，是本发明的关键工程。优选方案下，按说明二所述理由，只需根据精度要求，选择n个角度（0-n个）的射线下对应的点位进行计算取值（每个角度射线下有3个、共计3n个点位）即可。
37、（四）本发明算法逻辑
38、系统自动将附表四《船廓预测定位与孔保定位、孔沿定位矢量模值关联数列表》中的m3与m2、m1进行比对，所述数列中：
39、模值m3≤m2均成立，交通指示灯亮绿灯；
40、模值m2≤m3≤m1均成立，交通指示灯亮黄灯，船舶应调整船位后通行；
41、模值存在有m1≤m3时，交通指示灯亮红灯，船舶应禁止通行。
1.一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，其特征在于：在所述步骤s1中，定义孔深1/2处即z=0处截面为基准平面，此时三维坐标系l=f（x、y、z）可简化为二维坐标系l=f（x、y），同时将该现实场景基准平面录入电子围栏背景下的计算机系统，建立虚拟的基准平面。
3.如权利要求2所述一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，其特征在于：电子围栏标量模型l=f（x、y）转换为矢量模型l=f（m、θ），均可通过转换公式m=和θ=arctg(y/x)，转换成模为m、角度为θ两个因数的矢量数据模型，从而获得矢量模型l=f（m、θ）。
4.如权利要求3所述一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，其特征在于：矢量模型l1=f（m1、θ1）取得的方法：运用数字定位技术据实测得电子围栏标量模型l1=f（x1、y1），根据上述推导公式，推导得到l1=f（m1、θ1）。
5.如权利要求3所述一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，其特征在于：矢量模型l2=f（m2、θ2）取得的方法：将应增加的安全距离d利用计算机仿真技术，代入矢量模型l1=f（m1、θ1）中，即按l2=f(m2、θ2）=f｛（m1-）、θ2｝公式推导得到。
6.如权利要求3所述一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，其特征在于：矢量模型l3=f（m3、θ3）取得的方法：根据包含了航向和尺寸信息的船舶轮廓在基准截面的电子围栏，得到船廓预测定位的标量模型l3=f（x3、y3），根据上述公式推导得到矢量模型l3=（m3、θ3）。
7.如权利要求4-6任一项所述一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，其特征在于：所述θ的取值为0-π度，在该取值范围内时：
8.如权利要求1所述一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，其特征在于：所述θ的取值在0-π间取值时，根据精度要求采取n等分、非连续的取值方法。
9.如权利要求1所述一种基于电子围栏的判定船舶能否通过桥孔的方法，其特征在于：判定方法用于移动物体的孔洞通行，在不同场景下，洞口可为船闸、陆路桥洞、隧道等，移动物体可以为移动的车辆或其他移动物体。
