地月圈层立体网格理论与应用研究

发布时间：2020-06-27 11:40

【摘要】：日益密集的地球和月球空间探测活动,获取地月系统中海量的空间数据,数据呈现出立体分布、跨空间层次、跨时间尺度、无缝隙衔接的时空特征,迫切需要建立一个统一的地月空间基础框架用于地球、月球各圈层空间内海量、多源空间信息集成组织管理。因此,构建地月圈层立体网格,建立地月空间内统一的数据组织模型成为一个重要的研究课题。论文拓展地球圈层立体网格,将其应用于月球和地月空间,提出月球圈层立体网格和地月圈层立体网格,围绕构建地月圈层立体网格的理论和应用展开研究,主要有以下几个方面:1、全面总结空间环境仿真和立体空间网格领域的主要成果,分析空间环境仿真和立体空间网格模型存在的问题,提出统一组织管理海量地月空间数据的需求,为拓展地球圈层立体网格,构建地月圈层立体网格奠定基础。2、提出月球圈层立体网格模型。分析月球立体空间的特性,得出月球立体空间同地球一样具有“圈层化”结构的结论。将地球圈层立体网格拓展到月球立体空间,论述月球圈层立体网格的构建思路、剖分模型和编码模型。3、提出地月空间内一体的地月圈层立体网格模型。研究分析地月圈层空间内涉及的时间系统和坐标系统,给出地月系中5种坐标系的变换方法。在地球圈层立体网格和月球圈层立体网格基础之上,提出地月圈层立体网格理论,选定地月圈层立体网格构建的时间基准和坐标基准,研究其构建思路,分析地月圈层立体网格的特性。结合地月空间内空间实体和现象分布情况,确定地月圈层立体网格的所有基准圈层面划分情况。4、深入研究地月圈层立体网格编码模型及其算法。基于地球和月球圈层立体网格编码模型,构建地月圈层立体网格编码模型,引入时间编码,形成时空编码,并讨论了基于地月圈层立体网格时空编码模型的三元数据结构。地月圈层立体网格编码包括“行列高”编码和Hilbert编码。给出地球、月球的地理坐标与地月圈层立体网格“行列高”编码相互变换算法。分析Hilbert曲线聚簇特性,并通过实验进行验证,得出Hilbert曲线具有最佳的聚簇特性的结论,从而为选用Hilbert编码作为地月圈层立体网格编码提供理论依据。提出地月圈层立体网格Hilbert编码的二进制结构,给出其与“行列高”编码相互变换的算法。对Hilbert编码的层级关系进行深入研究,给出Hilbert编码不同层级关系表,并以此为基础提出了一些基于Hilbert编码进行的编码运算操作。对地月圈层立体网格中地球圈层立体网格编码和月球圈层立体网格编码之间转换算法进行研究,提出两种编码转换准则,并给出其转换的流程。5、对地月圈层立体网格的空间关系计算模型进行了研究。充分利用Hilbert编码的聚簇性和空间运算能力,着重对地月圈层立体网格的邻近圈体单元查找模型、拓扑关系计算和度量关系计算三个方面进行研究。定义地月圈层立体网格的邻近圈体单元的概念,设计基于地月圈层立体网格剖分模型的方向序列表,并以方向序列表和Hilbert编码演进层次表为基础,提出地月圈层立体网格的邻近圈体单元查找模型。从地月圈层立体网格地月圈层立体网格角度定义圈体单元之间拓扑关系,给出圈体单元间和圈体单元集合之间拓扑关系计算方法。定义地月圈层立体网格单元间度量关系,以地球0-BSS和月球0-BSS上分辨率为基准度量,给出圈体单元度量的近似计算方法。6、利用地月圈层立体网格管理空间目标,并设计空间碎片碰撞筛选算法。分析地月立体空间中空间目标的分布特征,给出地月圈层立体网格管理空间目标数据的组织结构。实现基于地月圈层立体网格的空间碎片网格化管理,并提出基于地月圈层立体网格的空间碎片碰撞筛选方法。将地月圈层立体网格应用于“嫦娥一号”探月模拟仿真,进行应用方面探索。7、利用地月圈层立体网格组织管理空间数据场,并进行体数据可视化研究。分析总结地月空间中常用的空间数据场生成模型,并生成空间数据场。提出基于地月圈层立体网格的空间数据场的组织管理模型,论述空间数据场网格离散化过程,并提出地月圈层立体网格组织管理空间数据场的优化策略。以电离层为例,给出基于地月圈层立体网格的空间数据场体可视化方法,并给出部分可视化效果。
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P18;P17

【参考文献】