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Cesium 根据飞机航线计算飞机的Heading(偏航角)、Pitch(俯仰角)、Roll(翻滚角)
来源:cnblogs  作者:0611163  时间:2024/4/3 9:22:50  对本文有异议

需求

设置飞机的一些坐标位置(经纬度高度),插值得到更多的坐标位置,然后飞机按照这些坐标集合形成的航线飞行,飞机的朝向、俯仰角以及飞机转弯时的翻转角根据坐标集合计算得出,而不需要手动设置heading、pitch、roll。

坐标插值

不知道为什么,可能是飞行速度变化太大,我用Cesium自带的插值,计算出的航线很奇怪

  1. // 如下代码插值计算出的航线有问题
  2. property.setInterpolationOptions({
  3. interpolationDegree : 5,
  4. interpolationAlgorithm : Cesium.LagrangePolynomialApproximation
  5. });

自己写的插值计算,效果等同于Cesium自带的线性插值。
思路很简单,每次插值,就是取时间的中点,两个坐标的中点。
代码如下:

  1. /**
  2. * 重新采样this.DronePositions
  3. */
  4. DetectsDrones.prototype.sameple = function () {
  5. for (let i = 0; i < 3; i++) {
  6. this.samepleOnce();
  7. }
  8. }
  9. /**
  10. * 重新采样this.DronePositions
  11. */
  12. DetectsDrones.prototype.samepleOnce = function () {
  13. for (let i = 0; i < this.DronePositions.length - 1; i += 2) {
  14. let pos1 = this.DronePositions[i];
  15. let pos2 = this.DronePositions[i + 1];
  16. let time1 = dayjs(pos1.time, 'YYYY-MM-DD HH:mm:ss');
  17. let time2 = dayjs(pos2.time, 'YYYY-MM-DD HH:mm:ss');
  18. let time = time1.add(time2.diff(time1) / 2.0, 'millisecond');
  19. let lng = (pos1.targetPosition.lng + pos2.targetPosition.lng) / 2.0;
  20. let lat = (pos1.targetPosition.lat + pos2.targetPosition.lat) / 2.0;
  21. let height = (pos1.targetPosition.height + pos2.targetPosition.height) / 2.0;
  22. let heading = (pos1.targetPosition.heading + pos2.targetPosition.heading) / 2.0;
  23. let pitch = (pos1.targetPosition.pitch + pos2.targetPosition.pitch) / 2.0;
  24. let roll = (pos1.targetPosition.roll + pos2.targetPosition.roll) / 2.0;
  25. let pos = {
  26. time: time.format('YYYY-MM-DD HH:mm:ss.SSS'),
  27. targetPosition: {
  28. lng: lng,
  29. lat: lat,
  30. height: height,
  31. heading: heading,
  32. pitch: pitch,
  33. roll: roll,
  34. }
  35. }
  36. this.DronePositions.splice(i + 1, 0, pos);
  37. }
  38. }

根据航线坐标集合计算heading、pitch、roll

从网上抄的计算heading和pitch的方法(参考博客:https://blog.csdn.net/u010447508/article/details/105562542?_refluxos=a10):

  1. /**
  2. * 根据两个坐标点,获取Heading(朝向)
  3. * @param { Cesium.Cartesian3 } pointA
  4. * @param { Cesium.Cartesian3 } pointB
  5. * @returns
  6. */
  7. function getHeading(pointA, pointB) {
  8. //建立以点A为原点,X轴为east,Y轴为north,Z轴朝上的坐标系
  9. const transform = Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame(pointA);
  10. //向量AB
  11. const positionvector = Cesium.Cartesian3.subtract(pointB, pointA, new Cesium.Cartesian3());
  12. //因transform是将A为原点的eastNorthUp坐标系中的点转换到世界坐标系的矩阵
  13. //AB为世界坐标中的向量
  14. //因此将AB向量转换为A原点坐标系中的向量,需乘以transform的逆矩阵。
  15. const vector = Cesium.Matrix4.multiplyByPointAsVector(
  16. Cesium.Matrix4.inverse(transform, new Cesium.Matrix4()),
  17. positionvector,
  18. new Cesium.Cartesian3()
  19. );
  20. //归一化
  21. const direction = Cesium.Cartesian3.normalize(vector, new Cesium.Cartesian3());
  22. //heading
  23. let heading = Math.atan2(direction.y, direction.x) - Cesium.Math.PI_OVER_TWO;
  24. heading = Cesium.Math.TWO_PI - Cesium.Math.zeroToTwoPi(heading);
  25. return Cesium.Math.toDegrees(heading);
  26. }
  27. /**
  28. * 根据两个坐标点,获取Pitch(仰角)
  29. * @param { Cesium.Cartesian3 } pointA
  30. * @param { Cesium.Cartesian3 } pointB
  31. * @returns
  32. */
  33. function getPitch(pointA, pointB) {
  34. let transfrom = Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame(pointA);
  35. const vector = Cesium.Cartesian3.subtract(pointB, pointA, new Cesium.Cartesian3());
  36. let direction = Cesium.Matrix4.multiplyByPointAsVector(Cesium.Matrix4.inverse(transfrom, transfrom), vector, vector);
  37. Cesium.Cartesian3.normalize(direction, direction);
  38. //因为direction已归一化,斜边长度等于1,所以余弦函数等于direction.z
  39. let pitch = Cesium.Math.PI_OVER_TWO - Cesium.Math.acosClamped(direction.z);
  40. return Cesium.Math.toDegrees(pitch);
  41. }

根据航线坐标集合计算heading、pitch、roll:
代码中this.DronePositions是无人机群的坐标集合,坐标放在targetPosition属性中

  1. /**
  2. * 计算无人机群的heading
  3. */
  4. DetectsDrones.prototype.calcHeading = function () {
  5. // 清空原有heading
  6. this.DronePositions.map(pos => {
  7. pos.targetPosition.heading = undefined;
  8. });
  9. for (let i = 0; i < this.DronePositions.length - 1; i++) {
  10. let pos1 = this.DronePositions[i];
  11. let pos2 = this.DronePositions[i + 1];
  12. let heading = -90 + getHeading(Cesium.Cartesian3.fromDegrees(pos1.targetPosition.lng, pos1.targetPosition.lat), Cesium.Cartesian3.fromDegrees(pos2.targetPosition.lng, pos2.targetPosition.lat));
  13. if (!pos1.targetPosition.heading) {
  14. pos1.targetPosition.heading = heading;
  15. }
  16. pos2.targetPosition.heading = heading;
  17. }
  18. }
  19. /**
  20. * 计算无人机群的pitch
  21. */
  22. DetectsDrones.prototype.calcPitch = function () {
  23. // 清空原有pitch
  24. this.DronePositions.map(pos => {
  25. pos.targetPosition.pitch = undefined;
  26. });
  27. for (let i = 0; i < this.DronePositions.length - 1; i++) {
  28. let pos1 = this.DronePositions[i];
  29. let pos2 = this.DronePositions[i + 1];
  30. let pitch = getPitch(Cesium.Cartesian3.fromDegrees(pos1.targetPosition.lng, pos1.targetPosition.lat, pos1.targetPosition.height), Cesium.Cartesian3.fromDegrees(pos2.targetPosition.lng, pos2.targetPosition.lat, pos2.targetPosition.height));
  31. if (!pos1.targetPosition.pitch) {
  32. pos1.targetPosition.pitch = pitch;
  33. }
  34. pos2.targetPosition.pitch = pitch;
  35. }
  36. }
  37. /**
  38. * 计算无人机群的roll(不支持转弯大于90度)
  39. */
  40. DetectsDrones.prototype.calcRoll = function () {
  41. // 清空原有roll
  42. this.DronePositions.map(pos => {
  43. pos.targetPosition.roll = undefined;
  44. });
  45. for (let i = 1; i < this.DronePositions.length - 1; i++) {
  46. let pos1 = this.DronePositions[i];
  47. let pos2 = this.DronePositions[i + 1];
  48. let deltaHeading = pos2.targetPosition.heading - pos1.targetPosition.heading;
  49. pos2.targetPosition.roll = deltaHeading / 1.5;
  50. }
  51. }

效果

主要是飞机的朝向和转弯时的翻滚,俯仰角这里没体现。

遇到的问题

  1. 插值计算的问题,就是设置的坐标集合,是拆线,最好把它插值成平滑曲线,但是Cesium自带的插值,有时间参数,而我想仅仅通过经纬度集合来插值。
  2. 我写的计算roll的方法有问题,不支持转弯大于90度的情况,花了一些时间,没搞定。转弯小于90度,凑合用,测试了几组数据没问题,但仍不确定有没有BUG。严格来讲,根据这些参数,这个roll是算不出来的,但是,该算法要求根据飞机的转弯半径及方向,给出一个相对合理的roll值。
    抛砖引玉,有没有高手给个提示,插值问题怎么解决?roll的正确的通用的计算方法?

原文链接:https://www.cnblogs.com/s0611163/p/18107778

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