基于几何拓扑的遥感卫星高精度对地覆盖分布式算法研究与应用

发布时间：2017-11-11 01:34

  本文关键词：基于几何拓扑的遥感卫星高精度对地覆盖分布式算法研究与应用

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【摘要】：遥感卫星覆盖特性在航天遥感各方面的应用中非常重要。虽然目前针对遥感卫星对地覆盖特性方面的研究非常多,但仍存在三个问题:(1)应用范围受限,目前大部分研究方向偏向于如何准确的获得遥感卫星的瞬时地面覆盖带,而针对如何应用到任意几何区域的研究较少。(2)高效性与高精度性不能兼顾,虽然基于网格对地覆盖法的应用范围很广,也被多数学者认可,但是由于该方法的网格特性,如果想要快速计算仿真,网格势必会设置得较大,此时计算出来的卫星对地覆盖情况则不精确。如果想要获取最为精确的卫星对地覆盖情况,则需要将网格设置的足够的小,以弥补网格造成的误差,此时计算的效率就比较差。(3)大数据量使串行算法遇到“瓶颈”,当面对大量的遥感卫星时,尤其是需要众多的星座同时对某一区域进行仿真分析时,单机执行大量遥感卫星对地覆盖算法,会非常耗时,甚至导致系统崩溃。针对以上三个问题,本文提出了一种“基于几何拓扑的遥感卫星高精度对地覆盖分布式算法”,该算法设计了三个解决方案:(1)“面向任意几何区域对地覆盖法”,在面向矩形对地覆盖法的基础上,将适用的区域对象由经纬度范围等规则区域改为任意几何区域,在构建目标区域网格上增加了目标区域网格的筛选算法,在卫星过境覆盖分析上,通过设置阈值来处理由于区域特性导致卫星过境不连续的问题。(2)“基于几何拓扑对地覆盖法”,利用卫星过境过程中的过境轨迹几何图形与目标分析区域几何图形做交集运算,求得每次的过境范围,交集运算出来的几何图形的面积,为每次过境覆盖区域的面积,利用每次过境运算出来的几何图形做并集运算求得最终的过境范围,过境范围几何区域的面积即为最终的过境面积,从而获得到高精度的对地覆盖特性。(3)“遥感卫星分布式对地覆盖应用”,以单机遥感卫星对地覆盖作为重要的计算节点,以计算节点为计算单元,根据调度中心所分配的订单任务进行计算。以上三个解决方案均取得了令人满意的成果:(1)通过对以中国行政区划为例的中国大部分省、市、县及美国、日本等行政区划进行大量的覆盖特性分析实验,验证了“面向任意几何区域对地覆盖法”可以针对任意复杂的几何区域进行覆盖特性分析,这为以后针对任意区域的覆盖分析应用打下了研究基础。(2)由于在多边形求交集、并集运算等方面的研究已经比较成熟,“基于几何拓扑对地覆盖法”将会在不增加计算量的情况下,极大的提高卫星对地覆盖特性的精度。以中国行政区划为目标分析区域,高分1号为过境卫星,与“基于网格对地覆盖法”进行大量的覆盖特性对比分析实验,实验结果表明,“基于几何拓扑对地覆盖法”在效率普遍提升6倍的情况下,精度仍提升了接近1%;(3)“遥感卫星分布式对地覆盖应用”在合理利用计算资源的前提下,加快了仿真效率,通过与“单机遥感卫星对地覆盖”进行大量对比分析实验,节点数为5时,该方案效率提升了3倍左右,当增加计算节点数量时,效率近似线性提升。同时将该方案应用到多星组网覆盖分析仿真项目中,满足了当前遥感卫星对地覆盖在多卫星性、实时性、可视化性、高效性及高精度性等方面的要求。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V443.5

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本文编号：1169278