【摘要】：日益密集的地球和月球空間探測活動(dòng),獲取地月系統(tǒng)中海量的空間數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出立體分布、跨空間層次、跨時(shí)間尺度、無縫隙銜接的時(shí)空特征,迫切需要建立一個(gè)統(tǒng)一的地月空間基礎(chǔ)框架用于地球、月球各圈層空間內(nèi)海量、多源空間信息集成組織管理。因此,構(gòu)建地月圈層立體網(wǎng)格,建立地月空間內(nèi)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織模型成為一個(gè)重要的研究課題。論文拓展地球圈層立體網(wǎng)格,將其應(yīng)用于月球和地月空間,提出月球圈層立體網(wǎng)格和地月圈層立體網(wǎng)格,圍繞構(gòu)建地月圈層立體網(wǎng)格的理論和應(yīng)用展開研究,主要有以下幾個(gè)方面:1、全面總結(jié)空間環(huán)境仿真和立體空間網(wǎng)格領(lǐng)域的主要成果,分析空間環(huán)境仿真和立體空間網(wǎng)格模型存在的問題,提出統(tǒng)一組織管理海量地月空間數(shù)據(jù)的需求,為拓展地球圈層立體網(wǎng)格,構(gòu)建地月圈層立體網(wǎng)格奠定基礎(chǔ)。2、提出月球圈層立體網(wǎng)格模型。分析月球立體空間的特性,得出月球立體空間同地球一樣具有“圈層化”結(jié)構(gòu)的結(jié)論。將地球圈層立體網(wǎng)格拓展到月球立體空間,論述月球圈層立體網(wǎng)格的構(gòu)建思路、剖分模型和編碼模型。3、提出地月空間內(nèi)一體的地月圈層立體網(wǎng)格模型。研究分析地月圈層空間內(nèi)涉及的時(shí)間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng),給出地月系中5種坐標(biāo)系的變換方法。在地球圈層立體網(wǎng)格和月球圈層立體網(wǎng)格基礎(chǔ)之上,提出地月圈層立體網(wǎng)格理論,選定地月圈層立體網(wǎng)格構(gòu)建的時(shí)間基準(zhǔn)和坐標(biāo)基準(zhǔn),研究其構(gòu)建思路,分析地月圈層立體網(wǎng)格的特性。結(jié)合地月空間內(nèi)空間實(shí)體和現(xiàn)象分布情況,確定地月圈層立體網(wǎng)格的所有基準(zhǔn)圈層面劃分情況。4、深入研究地月圈層立體網(wǎng)格編碼模型及其算法。基于地球和月球圈層立體網(wǎng)格編碼模型,構(gòu)建地月圈層立體網(wǎng)格編碼模型,引入時(shí)間編碼,形成時(shí)空編碼,并討論了基于地月圈層立體網(wǎng)格時(shí)空編碼模型的三元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。地月圈層立體網(wǎng)格編碼包括“行列高”編碼和Hilbert編碼。給出地球、月球的地理坐標(biāo)與地月圈層立體網(wǎng)格“行列高”編碼相互變換算法。分析Hilbert曲線聚簇特性,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,得出Hilbert曲線具有最佳的聚簇特性的結(jié)論,從而為選用Hilbert編碼作為地月圈層立體網(wǎng)格編碼提供理論依據(jù)。提出地月圈層立體網(wǎng)格Hilbert編碼的二進(jìn)制結(jié)構(gòu),給出其與“行列高”編碼相互變換的算法。對Hilbert編碼的層級(jí)關(guān)系進(jìn)行深入研究,給出Hilbert編碼不同層級(jí)關(guān)系表,并以此為基礎(chǔ)提出了一些基于Hilbert編碼進(jìn)行的編碼運(yùn)算操作。對地月圈層立體網(wǎng)格中地球圈層立體網(wǎng)格編碼和月球圈層立體網(wǎng)格編碼之間轉(zhuǎn)換算法進(jìn)行研究,提出兩種編碼轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則,并給出其轉(zhuǎn)換的流程。5、對地月圈層立體網(wǎng)格的空間關(guān)系計(jì)算模型進(jìn)行了研究。充分利用Hilbert編碼的聚簇性和空間運(yùn)算能力,著重對地月圈層立體網(wǎng)格的鄰近圈體單元查找模型、拓?fù)潢P(guān)系計(jì)算和度量關(guān)系計(jì)算三個(gè)方面進(jìn)行研究。定義地月圈層立體網(wǎng)格的鄰近圈體單元的概念,設(shè)計(jì)基于地月圈層立體網(wǎng)格剖分模型的方向序列表,并以方向序列表和Hilbert編碼演進(jìn)層次表為基礎(chǔ),提出地月圈層立體網(wǎng)格的鄰近圈體單元查找模型。從地月圈層立體網(wǎng)格地月圈層立體網(wǎng)格角度定義圈體單元之間拓?fù)潢P(guān)系,給出圈體單元間和圈體單元集合之間拓?fù)潢P(guān)系計(jì)算方法。定義地月圈層立體網(wǎng)格單元間度量關(guān)系,以地球0-BSS和月球0-BSS上分辨率為基準(zhǔn)度量,給出圈體單元度量的近似計(jì)算方法。6、利用地月圈層立體網(wǎng)格管理空間目標(biāo),并設(shè)計(jì)空間碎片碰撞篩選算法。分析地月立體空間中空間目標(biāo)的分布特征,給出地月圈層立體網(wǎng)格管理空間目標(biāo)數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)基于地月圈層立體網(wǎng)格的空間碎片網(wǎng)格化管理,并提出基于地月圈層立體網(wǎng)格的空間碎片碰撞篩選方法。將地月圈層立體網(wǎng)格應(yīng)用于“嫦娥一號(hào)”探月模擬仿真,進(jìn)行應(yīng)用方面探索。7、利用地月圈層立體網(wǎng)格組織管理空間數(shù)據(jù)場,并進(jìn)行體數(shù)據(jù)可視化研究。分析總結(jié)地月空間中常用的空間數(shù)據(jù)場生成模型,并生成空間數(shù)據(jù)場。提出基于地月圈層立體網(wǎng)格的空間數(shù)據(jù)場的組織管理模型,論述空間數(shù)據(jù)場網(wǎng)格離散化過程,并提出地月圈層立體網(wǎng)格組織管理空間數(shù)據(jù)場的優(yōu)化策略。以電離層為例,給出基于地月圈層立體網(wǎng)格的空間數(shù)據(jù)場體可視化方法,并給出部分可視化效果。
【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P18;P17

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2731775