地月圈層立體網(wǎng)格理論與應(yīng)用研究.pdf

1、日益密集的地球和月球空間探測活動，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、跨時間尺度、無縫隙銜接的時空特征，迫切需要建立一個統(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)組織模型成為一個重要的研究課題。本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

2、開了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴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)。⑵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。⑶提出地月空

3、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)涉及的時間系統(tǒng)和坐標系統(tǒng)，給出地月系中5種坐標系的變換方法。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)建的時間基準和坐標基準，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)格的所有基準圈層面劃分情況。⑷深入研究地月圈層立體網(wǎng)格編碼模型及其算法?；诘厍蚝驮虑蛉恿Ⅲw網(wǎng)格編碼模型，

4、構(gòu)建地月圈層立體網(wǎng)格編碼模型，引入時間編碼，形成時空編碼，并討論了基于地月圈層立體網(wǎng)格時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，并通過實驗進行驗證，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Hilbe

5、rt編碼的二進制結(jié)構(gòu)，給出其與“行列高”編碼相互變換的算法。對Hilbert編碼的層級關(guān)系進行深入研究，給出Hilbert編碼不同層級關(guān)系表，并以此為基礎(chǔ)提出了一些基于Hilbert編碼進行的編碼運算操作。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)換算法進行研究，提出兩種編碼轉(zhuǎn)換準則，并給出其轉(zhuǎn)換的流程。⑸對地月圈層立體網(wǎng)格的空間關(guān)系計算模型進行了研究。充分利用Hilbert編碼的聚簇性和空間運算能力，著重對地

6、月圈層立體網(wǎng)格的鄰近圈體單元查找模型、拓撲關(guān)系計算和度量關(guān)系計算三個方面進行研究。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撲關(guān)系，給出圈體單元間和圈體單元集合之間拓撲關(guān)系計算方法。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

7、-BSS上分辨率為基準度量，給出圈體單元度量的近似計算方法。⑹利用地月圈層立體網(wǎng)格管理空間目標，并設(shè)計空間碎片碰撞篩選算法。分析地月立體空間中空間目標的分布特征，給出地月圈層立體網(wǎng)格管理空間目標數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)。實現(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”探月模擬仿真，進行應(yīng)用方面探索。⑺利用地月圈層立體網(wǎng)格組織管理空間數(shù)據(jù)場，并進行體數(shù)據(jù)可視化研究。