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,在世界范圍內(nèi),飛行器著陸階段接近機場并準(zhǔn)備降落過程中發(fā)生的飛行事故占事故總數(shù)的63.3%,死亡人數(shù)比例達60%,迫切需要研究新的飛行器安全進近的理論和方法。特別是我國的航空運輸量已躍居世界第二位,東部機場繁忙,西部機場環(huán)境復(fù)雜,飛行器在進近過程中受到地形、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動和飛行終端區(qū)環(huán)境的動態(tài)變化,使得進近飛行安全問題在復(fù)雜環(huán)境下顯得尤為突出。因此,面向飛行終端區(qū)進近可視導(dǎo)航應(yīng)用,復(fù)雜機場空地環(huán)境的高精度、高分辨率、高效建模成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)前沿和熱點難題。本文面向飛行器可視導(dǎo)航應(yīng)用,針對現(xiàn)有GIS時空數(shù)據(jù)模型以地理實體為核心隱式的表達動態(tài)性而缺乏對復(fù)雜環(huán)境時空變化機制表達的局限,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與科學(xué)建模的理論方法,實現(xiàn)了對機場環(huán)境的多維表達、實時環(huán)境感知和高效安全導(dǎo)航?jīng)Q策,建立了機場空地環(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)境信息無縫融合和集成管理的技術(shù)瓶頸,實現(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)報信息以及機場終端區(qū)電磁環(huán)境信息綜合應(yīng)用,真實、全面、及時、準(zhǔn)確地表達機場環(huán)境和態(tài)勢。在語義空間建立統(tǒng)一的威脅態(tài)勢信息場體素模型, 實時探測和感知機場環(huán)境威脅態(tài)勢的動態(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。本文的主要研究內(nèi)容包括下面幾個方面：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)勢信息在語義空間的統(tǒng)一表達模型,提出了對多源、多尺度、多種分布類型的機場空地環(huán)境信息在語義空間的統(tǒng)一建模方法。該模型強調(diào)了“變化”在模型中的驅(qū)動作用和中心地位,明確了事件、過程、特征三者與時空變化之間的關(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,理論和實驗證明,該模型適合飛行導(dǎo)航的應(yīng)用特點。第二,研究了威脅態(tài)勢信息場模型數(shù)據(jù)高效組織管理方法,包括數(shù)據(jù)的組織方法、多分辨率場模型的簡化方法、變化驅(qū)動的場模型更新方法。建立了威脅語義約束的3DOR樹組織結(jié)構(gòu)和空間索引,該結(jié)構(gòu)結(jié)合了多層次八叉樹支持多分辨率的特性和R樹的節(jié)點平衡特性,適合威脅語義約束下分布不均數(shù)據(jù)場的組織、更新和動態(tài)調(diào)度。第三,研究了適合可視導(dǎo)航的威脅態(tài)勢場體素模型的實時可視化方法和空間分析算法,包括變化驅(qū)動的威脅態(tài)勢信息場實時體繪制方法、體素模型的剖分分析算法和緩沖體分析算法,實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)場的高效可視化分析。第四,分析了當(dāng)前機場跑道入侵的主要檢測方法,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信息的實時接入方法體素化表達方法,通過模擬實驗驗證了方法的可行性。第五,結(jié)合項目實際和本文研究內(nèi)容,選取了我國西藏林芝機場作為典型機場,開發(fā)了原型實驗系統(tǒng)。提出了原型系統(tǒng)的構(gòu)架和各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),重點對論文提出的一系列方法和算法進行了驗證和分析,包括基于語義約束3DOR樹的多分辨率數(shù)據(jù)組織實驗,變化驅(qū)動的信息場體繪制和動態(tài)更新實驗,體素模型的剖分分析、緩沖體分析實驗,跑道入侵檢測信息的實時接入實驗。通過實驗驗證和分析,證明了本文提出的模型、方法和算法的有效性和實用性。
【關(guān)鍵詞】：虛擬地理環(huán)境 時空數(shù)據(jù)模型 可視導(dǎo)航 時空數(shù)據(jù)組織 多尺度表達模型 時空索引
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢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時空數(shù)據(jù)模型21-23
• 1.2.3 時空數(shù)據(jù)組織與管理方法23-25
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容25-27
• 1.3.1 論文研究目的與方法25
• 1.3.2 論文的研究內(nèi)容安排25-27
• 第二章 終端區(qū)復(fù)雜環(huán)境信息在語義空間的統(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)境表達的模型31-35
• 2.2.3 威脅態(tài)勢信息場的動態(tài)體素模型35-36
• 2.3 面向威脅態(tài)勢信息可視服務(wù)的建模機制36-40
• 2.3.1 機場終端區(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制39-40
• 2.4 模型的特點40-42
• 第三章 威脅態(tài)勢信息場數(shù)據(jù)動態(tài)組織管理方法42-63
• 3.1 威脅態(tài)勢信息場數(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)的建立與時空插值45-46
• 3.1.3 集成八叉樹和R樹的時空索引結(jié)構(gòu)46-50
• 3.2 威脅態(tài)勢信息場模型多分辨率體素建模50-55
• 3.2.1 復(fù)雜終端區(qū)環(huán)境的時空多尺度表達特點50-51
• 3.2.2 復(fù)雜動態(tài)環(huán)境的3級LOD表達51-53
• 3.2.3 面向八叉樹降采樣的體素多尺度建模算法53-55
• 3.3 變化驅(qū)動的威脅態(tài)勢信息場動態(tài)更新算法55-61
• 3.3.1 變化驅(qū)動的環(huán)境信息場更新特點分析55-56
• 3.3.2 基于3DOR樹的體素場變化探測與更新方法56-59
• 3.3.3 基于格網(wǎng)編碼的體素場變化探測與更新算法59-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第四章 跑道入侵信息的實時接入與體素化方法63-71
• 4.1 概述63
• 4.2 跑道入侵檢測信息實時接入原理63-65
• 4.3 跑道入侵檢測信息的實時接入與體素表達65-70
• 4.3.1 跑道入侵保護區(qū)的劃定65-66
• 4.3.2 目標(biāo)視頻檢測結(jié)果到體素場模型的實時接入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)勢信息場實時可視化分析方法71-88
• 5.1 概述71-72
• 5.2 變化驅(qū)動的威脅態(tài)勢信息場實時體繪制方法72-77
• 5.2.1 體數(shù)據(jù)的光線投射算法和實時調(diào)度策略72-74
• 5.2.2 射線求交計算74-75
• 5.2.3 變化驅(qū)動的威脅態(tài)勢信息場實時體繪制算法75-77
• 5.3 威脅態(tài)勢信息場體素模型實時剖分算法77-84
• 5.3.1 剖分面的表達與離散78-79
• 5.3.2 基于八叉樹的剖分線段實時求交算法79-80
• 5.3.3 剖分線段遞進遍歷體素場算法80-84
• 5.4 威脅態(tài)勢信息場模型實時緩沖體分析算法84-87
• 5.4.1 三維體素空間中的歐氏距離變換84-85
• 5.4.2 等距離體素擴張的緩沖體實時生成算法85-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 第六章 林芝機場環(huán)境建模及導(dǎo)航應(yīng)用實驗88-105
• 6.1 原型系統(tǒng)設(shè)計與實驗數(shù)據(jù)描述88-93
• 6.2 基于3DOR樹的多尺度體素建模實驗93-96
• 6.3 變化驅(qū)動的信息場實時可視化分析實驗96-102
• 6.3.1 變化驅(qū)動的信息場實時繪制和更新實驗96-99
• 6.3.2 體素模型剖分計算實驗99-101
• 6.3.3 體素模型緩沖體計算實驗101-102
• 6.4 跑道入侵檢測信息的實時接入模擬實驗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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本文編號：822522