基于幾何拓撲的遙感衛(wèi)星高精度對地覆蓋分布式算法研究與應(yīng)用.pdf

1、遙感衛(wèi)星覆蓋特性在航天遙感各方面的應(yīng)用中非常重要。雖然目前針對遙感衛(wèi)星對地覆蓋特性方面的研究非常多，但仍存在三個問題：（1）應(yīng)用范圍受限，目前大部分研究方向偏向于如何準確的獲得遙感衛(wèi)星的瞬時地面覆蓋帶，而針對如何應(yīng)用到任意幾何區(qū)域的研究較少。（2）高效性與高精度性不能兼顧，雖然基于網(wǎng)格對地覆蓋法的應(yīng)用范圍很廣，也被多數(shù)學(xué)者認可，但是由于該方法的網(wǎng)格特性，如果想要快速計算仿真，網(wǎng)格勢必會設(shè)置得較大，此時計算出來的衛(wèi)星對地覆蓋情況則不精確。

2、如果想要獲取最為精確的衛(wèi)星對地覆蓋情況，則需要將網(wǎng)格設(shè)置的足夠的小，以彌補網(wǎng)格造成的誤差，此時計算的效率就比較差。（3）大數(shù)據(jù)量使串行算法遇到“瓶頸”，當面對大量的遙感衛(wèi)星時，尤其是需要眾多的星座同時對某一區(qū)域進行仿真分析時，單機執(zhí)行大量遙感衛(wèi)星對地覆蓋算法，會非常耗時，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
　　針對以上三個問題，本文提出了一種“基于幾何拓撲的遙感衛(wèi)星高精度對地覆蓋分布式算法”，該算法設(shè)計了三個解決方案：（1）“面向任意幾何區(qū)域?qū)Φ?/p>

3、覆蓋法”，在面向矩形對地覆蓋法的基礎(chǔ)上，將適用的區(qū)域?qū)ο笥山?jīng)緯度范圍等規(guī)則區(qū)域改為任意幾何區(qū)域，在構(gòu)建目標區(qū)域網(wǎng)格上增加了目標區(qū)域網(wǎng)格的篩選算法，在衛(wèi)星過境覆蓋分析上，通過設(shè)置閾值來處理由于區(qū)域特性導(dǎo)致衛(wèi)星過境不連續(xù)的問題。（2）“基于幾何拓撲對地覆蓋法”，利用衛(wèi)星過境過程中的過境軌跡幾何圖形與目標分析區(qū)域幾何圖形做交集運算，求得每次的過境范圍，交集運算出來的幾何圖形的面積，為每次過境覆蓋區(qū)域的面積，利用每次過境運算出來的幾何圖形做并集

4、運算求得最終的過境范圍，過境范圍幾何區(qū)域的面積即為最終的過境面積，從而獲得到高精度的對地覆蓋特性。（3）“遙感衛(wèi)星分布式對地覆蓋應(yīng)用”，以單機遙感衛(wèi)星對地覆蓋作為重要的計算節(jié)點，以計算節(jié)點為計算單元，根據(jù)調(diào)度中心所分配的訂單任務(wù)進行計算。
　　以上三個解決方案均取得了令人滿意的成果：（1）通過對以中國行政區(qū)劃為例的中國大部分省、市、縣及美國、日本等行政區(qū)劃進行大量的覆蓋特性分析實驗，驗證了“面向任意幾何區(qū)域?qū)Φ馗采w法”可以針對任意

5、復(fù)雜的幾何區(qū)域進行覆蓋特性分析，這為以后針對任意區(qū)域的覆蓋分析應(yīng)用打下了研究基礎(chǔ)。（2）由于在多邊形求交集、并集運算等方面的研究已經(jīng)比較成熟，“基于幾何拓撲對地覆蓋法”將會在不增加計算量的情況下，極大的提高衛(wèi)星對地覆蓋特性的精度。以中國行政區(qū)劃為目標分析區(qū)域，高分1號為過境衛(wèi)星，與“基于網(wǎng)格對地覆蓋法”進行大量的覆蓋特性對比分析實驗，實驗結(jié)果表明，“基于幾何拓撲對地覆蓋法”在效率普遍提升6倍的情況下，精度仍提升了接近1％；（3）“遙感衛(wèi)