本文關(guān)鍵詞：面向可視導(dǎo)航的飛行終端區(qū)復(fù)雜環(huán)境建模方法

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【摘要】：據(jù)統(tǒng)計(jì),在世界范圍內(nèi),飛行器著陸階段接近機(jī)場(chǎng)并準(zhǔn)備降落過(guò)程中發(fā)生的飛行事故占事故總數(shù)的63.3%,死亡人數(shù)比例達(dá)60%,迫切需要研究新的飛行器安全進(jìn)近的理論和方法。特別是我國(guó)的航空運(yùn)輸量已躍居世界第二位,東部機(jī)場(chǎng)繁忙,西部機(jī)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜,飛行器在進(jìn)近過(guò)程中受到地形、電磁、氣象等復(fù)雜環(huán)境的影響,加之飛行器自身的高速運(yùn)動(dòng)和飛行終端區(qū)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化,使得進(jìn)近飛行安全問(wèn)題在復(fù)雜環(huán)境下顯得尤為突出。因此,面向飛行終端區(qū)進(jìn)近可視導(dǎo)航應(yīng)用,復(fù)雜機(jī)場(chǎng)空地環(huán)境的高精度、高分辨率、高效建模成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)前沿和熱點(diǎn)難題。本文面向飛行器可視導(dǎo)航應(yīng)用,針對(duì)現(xiàn)有GIS時(shí)空數(shù)據(jù)模型以地理實(shí)體為核心隱式的表達(dá)動(dòng)態(tài)性而缺乏對(duì)復(fù)雜環(huán)境時(shí)空變化機(jī)制表達(dá)的局限,提出了一系列地形、氣象和電磁等空地環(huán)境要素變化快速探測(cè)與科學(xué)建模的理論方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)場(chǎng)環(huán)境的多維表達(dá)、實(shí)時(shí)環(huán)境感知和高效安全導(dǎo)航?jīng)Q策,建立了機(jī)場(chǎng)空地環(huán)境一體化、要素綜合化、表現(xiàn)直觀化的精準(zhǔn)空地環(huán)境模型,突破了多維空地環(huán)境信息無(wú)縫融合和集成管理的技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)空地環(huán)境的地形地貌,三維地物與目標(biāo)模型,氣象預(yù)報(bào)信息以及機(jī)場(chǎng)終端區(qū)電磁環(huán)境信息綜合應(yīng)用,真實(shí)、全面、及時(shí)、準(zhǔn)確地表達(dá)機(jī)場(chǎng)環(huán)境和態(tài)勢(shì)。在語(yǔ)義空間建立統(tǒng)一的威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)體素模型, 實(shí)時(shí)探測(cè)和感知機(jī)場(chǎng)環(huán)境威脅態(tài)勢(shì)的動(dòng)態(tài)變化,統(tǒng)一繁雜的警告信息,減少顯示的混亂,避免不必要的干擾,實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的導(dǎo)航?jīng)Q策,有望顯著提高飛行終端區(qū)統(tǒng)一信息模型的應(yīng)用效能,為可視導(dǎo)航提供關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括下面幾個(gè)方面：第一,面向飛行器可視導(dǎo)航,系統(tǒng)研究了飛行終端區(qū)復(fù)雜環(huán)境的威脅態(tài)勢(shì)信息在語(yǔ)義空間的統(tǒng)一表達(dá)模型,提出了對(duì)多源、多尺度、多種分布類型的機(jī)場(chǎng)空地環(huán)境信息在語(yǔ)義空間的統(tǒng)一建模方法。該模型強(qiáng)調(diào)了“變化”在模型中的驅(qū)動(dòng)作用和中心地位,明確了事件、過(guò)程、特征三者與時(shí)空變化之間的關(guān)系,以體素為最高層次的抽象,明確了模型只關(guān)心變化前后的狀態(tài)及其影響,理論和實(shí)驗(yàn)證明,該模型適合飛行導(dǎo)航的應(yīng)用特點(diǎn)。第二,研究了威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)模型數(shù)據(jù)高效組織管理方法,包括數(shù)據(jù)的組織方法、多分辨率場(chǎng)模型的簡(jiǎn)化方法、變化驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)模型更新方法。建立了威脅語(yǔ)義約束的3DOR樹(shù)組織結(jié)構(gòu)和空間索引,該結(jié)構(gòu)結(jié)合了多層次八叉樹(shù)支持多分辨率的特性和R樹(shù)的節(jié)點(diǎn)平衡特性,適合威脅語(yǔ)義約束下分布不均數(shù)據(jù)場(chǎng)的組織、更新和動(dòng)態(tài)調(diào)度。第三,研究了適合可視導(dǎo)航的威脅態(tài)勢(shì)場(chǎng)體素模型的實(shí)時(shí)可視化方法和空間分析算法,包括變化驅(qū)動(dòng)的威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)實(shí)時(shí)體繪制方法、體素模型的剖分分析算法和緩沖體分析算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)場(chǎng)的高效可視化分析。第四,分析了當(dāng)前機(jī)場(chǎng)跑道入侵的主要檢測(cè)方法,提出了基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和軌跡緩沖體分析的跑道入侵檢測(cè)信息的實(shí)時(shí)接入方法體素化表達(dá)方法,通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的可行性。第五,結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際和本文研究?jī)?nèi)容,選取了我國(guó)西藏林芝機(jī)場(chǎng)作為典型機(jī)場(chǎng),開(kāi)發(fā)了原型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。提出了原型系統(tǒng)的構(gòu)架和各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),重點(diǎn)對(duì)論文提出的一系列方法和算法進(jìn)行了驗(yàn)證和分析,包括基于語(yǔ)義約束3DOR樹(shù)的多分辨率數(shù)據(jù)組織實(shí)驗(yàn),變化驅(qū)動(dòng)的信息場(chǎng)體繪制和動(dòng)態(tài)更新實(shí)驗(yàn),體素模型的剖分分析、緩沖體分析實(shí)驗(yàn),跑道入侵檢測(cè)信息的實(shí)時(shí)接入實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析,證明了本文提出的模型、方法和算法的有效性和實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：虛擬地理環(huán)境 時(shí)空數(shù)據(jù)模型 可視導(dǎo)航 時(shí)空數(shù)據(jù)組織 多尺度表達(dá)模型 時(shí)空索引
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249.3;V328
【目錄】：

• 摘要13-15
• ABSTRACT15-17
• 第一章 緒論17-27
• 1.1 研究背景與意義17-19
• 1.1.1 論文研究的背景17-18
• 1.1.2 論文研究的意義18-19
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)19-25
• 1.2.1 飛行終端區(qū)環(huán)境信息統(tǒng)一表示19-21
• 1.2.2 GIS時(shí)空數(shù)據(jù)模型21-23
• 1.2.3 時(shí)空數(shù)據(jù)組織與管理方法23-25
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容25-27
• 1.3.1 論文研究目的與方法25
• 1.3.2 論文的研究?jī)?nèi)容安排25-27
• 第二章 終端區(qū)復(fù)雜環(huán)境信息在語(yǔ)義空間的統(tǒng)一表示模型27-42
• 2.1 概述27-30
• 2.1.1 飛行器可視導(dǎo)航的環(huán)境信息需求及難點(diǎn)27-30
• 2.1.2 現(xiàn)有GIS數(shù)據(jù)模型的局限30
• 2.2 終端區(qū)復(fù)雜環(huán)境信息統(tǒng)一表示的動(dòng)態(tài)體素模型30-36
• 2.2.1 終端區(qū)復(fù)雜環(huán)境信息的統(tǒng)一語(yǔ)義表示30-31
• 2.2.2 面向變化的終端區(qū)復(fù)雜環(huán)境表達(dá)的模型31-35
• 2.2.3 威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)的動(dòng)態(tài)體素模型35-36
• 2.3 面向威脅態(tài)勢(shì)信息可視服務(wù)的建模機(jī)制36-40
• 2.3.1 機(jī)場(chǎng)終端區(qū)可視導(dǎo)航信息服務(wù)分析36-37
• 2.3.2 模型的語(yǔ)義描述與信息服務(wù)37-39
• 2.3.3 模型的可視化分析推送機(jī)制39-40
• 2.4 模型的特點(diǎn)40-42
• 第三章 威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)組織管理方法42-63
• 3.1 威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)數(shù)據(jù)自適應(yīng)組織42-50
• 3.1.1 多源環(huán)境數(shù)據(jù)的格網(wǎng)基準(zhǔn)42-45
• 3.1.2 三維數(shù)據(jù)格網(wǎng)的建立與時(shí)空插值45-46
• 3.1.3 集成八叉樹(shù)和R樹(shù)的時(shí)空索引結(jié)構(gòu)46-50
• 3.2 威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)模型多分辨率體素建模50-55
• 3.2.1 復(fù)雜終端區(qū)環(huán)境的時(shí)空多尺度表達(dá)特點(diǎn)50-51
• 3.2.2 復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境的3級(jí)LOD表達(dá)51-53
• 3.2.3 面向八叉樹(shù)降采樣的體素多尺度建模算法53-55
• 3.3 變化驅(qū)動(dòng)的威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)動(dòng)態(tài)更新算法55-61
• 3.3.1 變化驅(qū)動(dòng)的環(huán)境信息場(chǎng)更新特點(diǎn)分析55-56
• 3.3.2 基于3DOR樹(shù)的體素場(chǎng)變化探測(cè)與更新方法56-59
• 3.3.3 基于格網(wǎng)編碼的體素場(chǎng)變化探測(cè)與更新算法59-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第四章 跑道入侵信息的實(shí)時(shí)接入與體素化方法63-71
• 4.1 概述63
• 4.2 跑道入侵檢測(cè)信息實(shí)時(shí)接入原理63-65
• 4.3 跑道入侵檢測(cè)信息的實(shí)時(shí)接入與體素表達(dá)65-70
• 4.3.1 跑道入侵保護(hù)區(qū)的劃定65-66
• 4.3.2 目標(biāo)視頻檢測(cè)結(jié)果到體素場(chǎng)模型的實(shí)時(shí)接入66-67
• 4.3.3 基于目標(biāo)體素緩沖體分析的跑道入侵判斷67-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 第五章 威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)實(shí)時(shí)可視化分析方法71-88
• 5.1 概述71-72
• 5.2 變化驅(qū)動(dòng)的威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)實(shí)時(shí)體繪制方法72-77
• 5.2.1 體數(shù)據(jù)的光線投射算法和實(shí)時(shí)調(diào)度策略72-74
• 5.2.2 射線求交計(jì)算74-75
• 5.2.3 變化驅(qū)動(dòng)的威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)實(shí)時(shí)體繪制算法75-77
• 5.3 威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)體素模型實(shí)時(shí)剖分算法77-84
• 5.3.1 剖分面的表達(dá)與離散78-79
• 5.3.2 基于八叉樹(shù)的剖分線段實(shí)時(shí)求交算法79-80
• 5.3.3 剖分線段遞進(jìn)遍歷體素場(chǎng)算法80-84
• 5.4 威脅態(tài)勢(shì)信息場(chǎng)模型實(shí)時(shí)緩沖體分析算法84-87
• 5.4.1 三維體素空間中的歐氏距離變換84-85
• 5.4.2 等距離體素?cái)U(kuò)張的緩沖體實(shí)時(shí)生成算法85-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 第六章 林芝機(jī)場(chǎng)環(huán)境建模及導(dǎo)航應(yīng)用實(shí)驗(yàn)88-105
• 6.1 原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描述88-93
• 6.2 基于3DOR樹(shù)的多尺度體素建模實(shí)驗(yàn)93-96
• 6.3 變化驅(qū)動(dòng)的信息場(chǎng)實(shí)時(shí)可視化分析實(shí)驗(yàn)96-102
• 6.3.1 變化驅(qū)動(dòng)的信息場(chǎng)實(shí)時(shí)繪制和更新實(shí)驗(yàn)96-99
• 6.3.2 體素模型剖分計(jì)算實(shí)驗(yàn)99-101
• 6.3.3 體素模型緩沖體計(jì)算實(shí)驗(yàn)101-102
• 6.4 跑道入侵檢測(cè)信息的實(shí)時(shí)接入模擬實(shí)驗(yàn)102-103
• 6.5 本章小結(jié)103-105
• 第七章 結(jié)論與展望105-107
• 7.1 結(jié)論105-106
• 7.2 展望106-107
• 參考文獻(xiàn)107-117
• 攻讀博士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研工作117-118
• 致謝118

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