[go: up one dir, main page]

CN112991535B - 高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法和装置 - Google Patents

高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112991535B
CN112991535B CN202110415744.XA CN202110415744A CN112991535B CN 112991535 B CN112991535 B CN 112991535B CN 202110415744 A CN202110415744 A CN 202110415744A CN 112991535 B CN112991535 B CN 112991535B
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
latitude
longitude
coordinate system
projection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110415744.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112991535A (zh
Inventor
罗亚中
张进
李海阳
周剑勇
王浩然
杨震
黎克波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN202110415744.XA priority Critical patent/CN112991535B/zh
Publication of CN112991535A publication Critical patent/CN112991535A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112991535B publication Critical patent/CN112991535B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/05—Geographic models
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/20—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of structured data, e.g. relational data
    • G06F16/29—Geographical information databases
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/08—Projecting images onto non-planar surfaces, e.g. geodetic screens

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)

Abstract

本申请涉及一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：通过获取墨卡托投影地图数据，以墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间，直接获取或通过预设公式计算得到待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，再通过预设的换算关系得到待表征物在经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，并设置高度值，采用可视化技术在空间态势三维表征空间中绘制待表征物。本发明可避免因高度缺失带来的航天器间远近关系错觉，特别是在表现同步轨道航天器间、航天器地面间关系方面具有很好的效果。

Description

高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法和装置
技术领域
本申请涉及空间态势三维表征技术领域，特别是涉及一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
空间态势涉及人造卫星、太阳、月球等空间运动实体，测控站、船、车等地面实体，飞机等空中运动实体，以及实体间的空间几何关系与变化情况。由于人造卫星、太阳、月球的运动尺度远大于人类肉眼观测的范畴，选择恰当的坐标系与投影关系，通过计算机可视化技术将空间态势涉及的实体及相互关系进行直观展示，是航天任务设计与运营人员获取空间态势表征的重要途径。
传统空间态势三维表现方式往往以三维数字地球为背景，在地球固连直角坐标系或地球惯性直角坐标系中展示空间、地面实体的运行状态与相互关系。虽然该种表现形式，可以直观表示空间实体的三维空间运动情况，以及空间位置较近的实体间的相互关系，但是存在以下不足：由于地球位于视场中心并往往占有较大视场比例，视场中经常存在关注对象被地球遮挡的情况，需要频繁切换视角；无法在同一视场中直观地表现经度间隔较大的多个空间实体的关系；因为表示地面测控站、船、车位置的常用参数为经纬度，与空间直角坐标间是非线性关系，传统三维态势表现空间实体与地面实体间关系时，会带来观察者额外的思考与思维转换，表现直观性下降。
传统二维空间态势表现方式以墨卡托投影地图为背景，以图标与轨迹线结合的形式直观表现空间实体的星下点经纬度变化情况，以及星下点与地面实体的关系。由于该种表现形式没有引入高度信息，只能显示空间实体随经纬度的变化情况，在两空间实体经纬度相近但高度差较大时，给人以相距很近的错觉，不利于观察者准确把握空间态势信息。
因此，现有技术存在适用性不佳的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够改进空间态势表征适用性的高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法，所述方法包括：
获取墨卡托投影地图数据，以所述墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间；
获取所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，或根据所述待表征物在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
根据所述地理坐标系的所述经度值、所述纬度值，通过预设的换算关系得到所述待表征物在所述经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，判断所述高度值是否大于预设的经纬高等距投影直角坐标系高度上限，若大于所述高度上限，则将高度值设为所述高度上限；
根据所述经度方向等距投影坐标值、所述纬度方向等距投影坐标值和所述高度值，通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中绘制所述待表征物。
在其中一个实施例中，还包括：获取墨卡托投影地图数据，以所述墨卡托投影地图为XY平面，以赤道上地面零经度点为坐标原点O，以经度方向为X轴方向，以纬度方向为Y轴方向，以高度方向为Z轴方向，建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间。
在其中一个实施例中，还包括：当待表征物为太阳或月球时，通过查星历表插值得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
当待表征物为地面物体时，获取所述地面物体在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
当待表征物为人造卫星时，根据所述人造卫星在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值。
在其中一个实施例中，还包括：当待表征物为人造卫星时，获取所述人造卫星在地固系的位置坐标
Figure 497764DEST_PATH_IMAGE002
，根据所述位置坐标得到所述人造卫星在地理坐标系的经度值
Figure 41877DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 658803DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 745708DEST_PATH_IMAGE005
为根据
Figure 422677DEST_PATH_IMAGE007
与
Figure 454087DEST_PATH_IMAGE009
符号帮助确定象限的反正切函数；
通过简单迭代法求解方程组：
Figure 405863DEST_PATH_IMAGE010
得到所述待表征物在地理坐标系的纬度值
Figure 471908DEST_PATH_IMAGE012
和高度值
Figure 319778DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，
Figure 572905DEST_PATH_IMAGE014
为地球椭球偏心率；
Figure 531633DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 327551DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 205377DEST_PATH_IMAGE017
为中间变量。
在其中一个实施例中，还包括：根据所述地理坐标系的所述经度值、所述纬度值，通过预设的换算关系得到所述待表征物在所述经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值；所述换算关系为：
Figure 352325DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 114744DEST_PATH_IMAGE020
表示所述经度方向等距投影坐标值；
Figure 889802DEST_PATH_IMAGE021
表示所述纬度方向等距投影坐标值；
Figure 813896DEST_PATH_IMAGE022
表示所述地理坐标系的经度值；
Figure 307194DEST_PATH_IMAGE023
为圆周数；
Figure 607726DEST_PATH_IMAGE024
为地球赤道半径；
Figure 643815DEST_PATH_IMAGE025
表示所述地理坐标系的纬度值；
Figure 738810DEST_PATH_IMAGE027
为地球扁率。
在其中一个实施例中，还包括：当待表征物为地基敏感器视场或天基敏感器视场时，在所述地基敏感器视场或所述天基敏感器视场锥形体的多条母线的每条母线上采集多个采样点；
根据所述采样点在地固系的位置坐标，得到所述采样点的经度方向等距投影坐标值、纬度方向等距投影坐标值和高度值构成的位置序列；
根据所述位置序列通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中进行地基敏感器视场或天基敏感器视场的曲面绘制。
在其中一个实施例中，还包括：当待表征物为物体运动轨迹时，获取所述运动物体的位置序列；
根据所述位置序列通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中进行运动物体的轨迹绘制。
一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征装置，所述装置包括：
经纬高等距投影直角坐标系建立模块，获取墨卡托投影地图数据，以所述墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间；
地理坐标值获取模块，获取所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，或根据所述待表征物在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
三维表征空间坐标获取模块，用于根据所述地理坐标系的所述经度值、所述纬度值，通过预设的换算关系得到所述待表征物在所述经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，判断所述高度值是否大于预设的经纬高等距投影直角坐标系高度上限，若大于所述高度上限，则将高度值设为所述高度上限；
可视化模块，用于根据所述经度方向等距投影坐标值、所述纬度方向等距投影坐标值和所述高度值，通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中绘制所述待表征物。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取墨卡托投影地图数据，以所述墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间；
获取所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，或根据所述待表征物在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
根据所述地理坐标系的所述经度值、所述纬度值，通过预设的换算关系得到所述待表征物在所述经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，判断所述高度值是否大于预设的经纬高等距投影直角坐标系高度上限，若大于所述高度上限，则将高度值设为所述高度上限；
根据所述经度方向等距投影坐标值、所述纬度方向等距投影坐标值和所述高度值，通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中绘制所述待表征物。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取墨卡托投影地图数据，以所述墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间；
获取所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，或根据所述待表征物在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
根据所述地理坐标系的所述经度值、所述纬度值，通过预设的换算关系得到所述待表征物在所述经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，判断所述高度值是否大于预设的经纬高等距投影直角坐标系高度上限，若大于所述高度上限，则将高度值设为所述高度上限；
根据所述经度方向等距投影坐标值、所述纬度方向等距投影坐标值和所述高度值，通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中绘制所述待表征物。
上述高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法、装置、计算机设备和存储介质，通过获取墨卡托投影地图数据，以墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间，直接获取或通过预设公式计算得到待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，再通过预设的换算关系得到待表征物在经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，并设置高度值，采用可视化技术在空间态势三维表征空间中绘制待表征物。本发明相对传统星下点与墨卡托地图结合的二维表征方式，补充了高程信息，直观清晰地表现空间实体的高度变化规律，可避免因高度缺失带来的航天器间远近关系错觉；将地球放在了空间底部，具有可提供无地球遮挡观察空间、地面实体间全局关系的全新视角的特点，特别是在表现同步轨道航天器间、航天器地面间关系方面具有很好的效果。
附图说明
图1为一个实施例中高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法的应用场景图；
图2为地球墨卡托投影地图；
图3为一个实施例中以地球墨卡托投影地图作为底图，建立的经纬高等距投影三维表征空间示意图；
图4为一个实施例中在经纬高等距投影三维表征空间中绘制太阳和月球的示意图；
图5为一个实施例中在经纬高等距投影三维表征空间中绘制航天器位置与轨迹线、地面站位置的示意图；
图6为一个实施例中在经纬高等距投影三维表征空间中绘制天基敏感器视场和地基敏感器视场的示意图；
图7为一个实施例中多颗地球同步轨道卫星与地面站场景的综合显示效果图；
图8为一个实施例中高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征装置的结构框图；
图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法，可以应用于如下应用环境中。通过终端执行一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法，通过获取墨卡托投影地图数据，以墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间，再将待表征物在经纬高等距投影直角坐标系中表征，形成空间态势三维表征图像。其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机和平板电脑。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法，包括以下步骤：
步骤102，获取墨卡托投影地图数据，以墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间。
墨卡托投影地图，如图2所示，是正轴等角圆柱投影，假想一个与地轴方向一致的圆柱切或割于地球，按等角条件，将经纬网投影到圆柱面上，将圆柱面展为平面后，即得墨卡托投影地图。以墨卡托投影地图为背景用于二维空间态势表现时，以图标与轨迹线结合的形式直观表现空间实体的星下点经纬度变化情况，以及星下点与地面实体的关系。由于该种表现形式没有引入高度信息，只能显示空间实体随经纬度的变化情况，在两空间实体经纬度相近但高度差较大时，给人以相距很近的错觉，不利于观察者准确把握空间态势信息。本发明提出一种基于高度信息增强墨卡托投影地图的空间态势三维表征方法。
以赤道上地面零经度点为坐标原点O，以经度
Figure 719404DEST_PATH_IMAGE028
方向为X轴方向，以纬度
Figure 823626DEST_PATH_IMAGE030
方向为Y轴方向，以高度
Figure 448643DEST_PATH_IMAGE032
方向为Z轴方向，建立经纬高等距投影直角坐标系，如图3所示。约束高度坐标范围为
Figure 839173DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 182429DEST_PATH_IMAGE034
取场景涉及航天器最大高度的1.2倍。
步骤104，获取待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，或根据待表征物在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值。
太阳、月球等自然天体的地理坐标可以通过查星历表插值计算得到，地面物体的地理坐标也可以直接获取得到，地理坐标信息包括经度和纬度信息。而对于航天器、卫星等人造天体，通常可以得到其在地固系位置坐标序列
Figure 949397DEST_PATH_IMAGE035
，需要通过预设公式将地固系位置坐标序列
Figure 694499DEST_PATH_IMAGE037
转换为地理坐标。
步骤106，根据地理坐标系的经度值、纬度值，通过预设的换算关系得到待表征物在经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，判断高度值是否大于预设的经纬高等距投影直角坐标系高度上限，若大于高度上限，则将高度值设为高度上限。
太阳、月球等自然天体的距离值远远大于Z坐标的最大高度，精确表征天体的高度值在本发明中意义不大，因此在空间态势三维表征空间中表现天体时，将天体的高度信息设为经纬高等距投影直角坐标系的高度上限，在经纬高等距投影三维表征空间中绘制太阳和月球如图4所示。而地面物体位于地面，进行三维表征时，其高度设为0，在经纬高等距投影三维表征空间中绘制地面站位置如图5所示。
而对于航天器、卫星等人造天体，通常可以得到其在地固系位置坐标序列
Figure 131297DEST_PATH_IMAGE038
，计算得到坐标序列对应的经纬度序列后在三维表征空间可以绘制得到其运动轨迹，在经纬高等距投影三维表征空间中绘制卫星轨迹位置如图5所示。而天基敏感器视场和地基敏感器视场在经纬高等距投影直角坐标系中的表征需要在视场锥形体上取
Figure 86483DEST_PATH_IMAGE040
个母线采样，在每条母线上采样得到
Figure 532508DEST_PATH_IMAGE041
个采样点，针对每个采样点，根据其在地固系位置坐标
Figure 866538DEST_PATH_IMAGE042
，计算得到每个采样点位置坐标对应的经纬度，根据
Figure 864449DEST_PATH_IMAGE043
个采样点在经纬高等距投影三维空间的经纬度方向等距投影坐标值，采用可视化技术进行曲面绘制，在经纬高等距投影三维表征空间中绘制天基敏感器视场和地基敏感器视场如图6所示。
步骤108，根据经度方向等距投影坐标值、纬度方向等距投影坐标值和高度值，通过可视化技术在空间态势三维表征空间中绘制待表征物。
通过三维渲染可视化技术绘制待表征物，视觉效果更好。
上述高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法中，通过获取墨卡托投影地图数据，以墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间，直接获取或通过预设公式计算得到待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，再通过预设的换算关系得到待表征物在经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，并设置高度值，采用可视化技术在空间态势三维表征空间中绘制待表征物。本发明相对传统星下点与墨卡托地图结合的二维表征方式，补充了高程信息，直观清晰地表现空间实体的高度变化规律，可避免因高度缺失带来的航天器间远近关系错觉；将地球放在了空间底部，具有可提供无地球遮挡观察空间、地面实体间全局关系的全新视角的特点，特别是在表现同步轨道航天器间、航天器地面间关系方面具有很好的效果。
在其中一个实施例中，还包括：获取墨卡托投影地图数据，以墨卡托投影地图为XY平面，以赤道上地面零经度点为坐标原点O，以经度方向为X轴方向，以纬度方向为Y轴方向，以高度方向为Z轴方向，建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间。
在其中一个实施例中，还包括：当待表征物为太阳或月球时，通过查星历表插值得到待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；当待表征物为地面物体时，获取地面物体在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；当待表征物为人造卫星时，根据人造卫星在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值。
在其中一个实施例中，还包括：当待表征物为人造卫星时，获取人造卫星在地固系的位置坐标
Figure 182298DEST_PATH_IMAGE044
，根据位置坐标得到人造卫星在地理坐标系的经度值
Figure 900856DEST_PATH_IMAGE046
为：
Figure 745184DEST_PATH_IMAGE047
其中，
Figure 789363DEST_PATH_IMAGE048
为根据
Figure 328929DEST_PATH_IMAGE050
与
Figure 241390DEST_PATH_IMAGE051
符号帮助确定象限的反正切函数；
通过简单迭代法求解方程组：
Figure 815591DEST_PATH_IMAGE052
得到待表征物在地理坐标系的纬度值
Figure 765092DEST_PATH_IMAGE054
和高度值
Figure 651009DEST_PATH_IMAGE055
；
其中，
Figure 242527DEST_PATH_IMAGE056
为地球椭球偏心率；
Figure 530289DEST_PATH_IMAGE057
；
Figure 916271DEST_PATH_IMAGE058
；
Figure 696008DEST_PATH_IMAGE059
为中间变量。
在其中一个实施例中，还包括：根据地理坐标系的经度值、纬度值，通过预设的换算关系得到待表征物在经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值；换算关系为：
Figure 684693DEST_PATH_IMAGE060
其中，
Figure 967906DEST_PATH_IMAGE062
表示经度方向等距投影坐标值；
Figure 524790DEST_PATH_IMAGE063
表示纬度方向等距投影坐标值；
Figure 650878DEST_PATH_IMAGE065
表示地理坐标系的经度值；
Figure 318619DEST_PATH_IMAGE066
为圆周数；
Figure 456340DEST_PATH_IMAGE067
为地球赤道半径；
Figure 574337DEST_PATH_IMAGE068
表示地理坐标系的纬度值；
Figure 63087DEST_PATH_IMAGE070
为地球扁率。
在其中一个实施例中，还包括：当待表征物为地基敏感器视场或天基敏感器视场时，在地基敏感器视场或天基敏感器视场锥形体的多条母线的每条母线上采集多个采样点；根据采样点在地固系的位置坐标，得到采样点的经度方向等距投影坐标值、纬度方向等距投影坐标值和高度值构成的位置序列；根据位置序列通过可视化技术在空间态势三维表征空间中进行地基敏感器视场或天基敏感器视场的曲面绘制。
在其中一个实施例中，还包括：当待表征物为物体运动轨迹时，获取运动物体的位置序列；根据位置序列通过可视化技术在空间态势三维表征空间中进行运动物体的轨迹绘制。
车、船、人造卫星的瞬时位置以坐标点表示，车、船、人造卫星的轨迹以坐标序列表示，通过本实施例的方法可以进行轨迹绘制。
在一个具体实施例中，以多颗地球同步轨道卫星与地面站综合显示为例，进一步阐述本发明实施方式：
1、场景基本情况
a)仿真时间：北京时间2021-01-01 12:00:00.00；
b) 同步轨道卫星1，地固系位置坐标为(-17820230.95, 38215608.59, 0.00)，锥体的半张角30.00°；
c) 同步轨道卫星2，地固系位置坐标为(-37570411.59, 19143080.85, 0.00)；
d)同步轨道卫星3，地固系位置坐标为(42166258.68, 0.00, 0.00)；
e) 地面站1，部署位置东经30.00°、南纬15.00°，作用距离5000.00km，锥体的半张角45.00°。
2、具体实施方式如下：
1）以墨卡托投影地图为XY平面底图，赤道上地面零经度点为坐标原点O，东经方向为X轴正方向，北纬方向为Y轴正方向，按右手系法则建立三维空间经纬高等距投影直角坐标系；由于该场景表征的空间实体有地球同步轨道卫星，
Figure 268941DEST_PATH_IMAGE071
取值为1.2*36000000=43200000.00米；
2）根据北京时间2021-01-01 12:00:00.00，查星历表插值计算太阳位置为东经120.885°、南纬22.985°，月球位置为西经32.796°，北纬22.641°，采用公式
Figure 651380DEST_PATH_IMAGE072
计算太阳和月球在经纬高三维空间坐标分别为（13442030.79, -2547290.18, 43200000.00）和（-3646811.78, 2509166.72, 43200000.00）；
3）将4颗同步轨道卫星及轨迹线在经纬高等距投影直角坐标系中表征；将2个地面站XY平面底图上表征；
4）将同步轨道卫星1敏感器在经纬高等距投影直角坐标系中表征；将地面站1敏感器视场在经纬高等距投影直角坐标系中表征。
上述场景的总体效果如图7所示。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图8所示，提供了一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征装置，包括：经纬高等距投影直角坐标系建立模块802、地理坐标值获取模块804、三维表征空间坐标获取模块806和可视化模块808，其中：
经纬高等距投影直角坐标系建立模块802，用于获取墨卡托投影地图数据，以墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间；
地理坐标值获取模块804，用于获取待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，或根据待表征物在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
三维表征空间坐标获取模块806，用于根据地理坐标系的经度值、纬度值，通过预设的换算关系得到待表征物在经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，判断高度值是否大于预设的经纬高等距投影直角坐标系高度上限，若大于高度上限，则将高度值设为高度上限；
可视化模块808，用于根据经度方向等距投影坐标值、纬度方向等距投影坐标值和高度值，通过可视化技术在空间态势三维表征空间中绘制待表征物。
经纬高等距投影直角坐标系建立模块802还用于获取墨卡托投影地图数据，以墨卡托投影地图为XY平面，以赤道上地面零经度点为坐标原点O，以经度方向为X轴方向，以纬度方向为Y轴方向，以高度方向为Z轴方向，建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间。
地理坐标值获取模块804还用于当待表征物为太阳或月球时，通过查星历表插值得到待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；当待表征物为地面物体时，获取地面物体在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；当待表征物为人造卫星时，根据人造卫星在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值。
地理坐标值获取模块804还用于当待表征物为人造卫星时，获取人造卫星在地固系的位置坐标
Figure 815646DEST_PATH_IMAGE073
，根据位置坐标得到人造卫星在地理坐标系的经度值
Figure 260533DEST_PATH_IMAGE075
为：
Figure 660291DEST_PATH_IMAGE076
其中，
Figure 38182DEST_PATH_IMAGE077
为根据
Figure 842190DEST_PATH_IMAGE078
与
Figure 164587DEST_PATH_IMAGE079
符号帮助确定象限的反正切函数；
通过简单迭代法求解方程组：
Figure 977823DEST_PATH_IMAGE080
得到待表征物在地理坐标系的纬度值
Figure DEST_PATH_IMAGE081
和高度值
Figure 803696DEST_PATH_IMAGE082
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE083
为地球椭球偏心率；
Figure 637660DEST_PATH_IMAGE084
；
Figure DEST_PATH_IMAGE085
；
Figure DEST_PATH_IMAGE087
为中间变量。
三维表征空间坐标获取模块806还用于
根据地理坐标系的经度值、纬度值，通过预设的换算关系得到待表征物在经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值；换算关系为：
Figure 916194DEST_PATH_IMAGE088
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE089
表示经度方向等距投影坐标值；
Figure 267541DEST_PATH_IMAGE090
表示纬度方向等距投影坐标值；
Figure DEST_PATH_IMAGE091
表示地理坐标系的经度值；
Figure 947921DEST_PATH_IMAGE092
为圆周数；
Figure DEST_PATH_IMAGE093
为地球赤道半径；
Figure 359311DEST_PATH_IMAGE094
表示地理坐标系的纬度值；
Figure DEST_PATH_IMAGE095
为地球扁率。
可视化模块808还用于当待表征物为地基敏感器视场或天基敏感器视场时，在地基敏感器视场或天基敏感器视场锥形体的多条母线的每条母线上采集多个采样点；根据采样点在地固系的位置坐标，得到采样点的经度方向等距投影坐标值、纬度方向等距投影坐标值和高度值构成的位置序列；根据位置序列通过可视化技术在空间态势三维表征空间中进行地基敏感器视场或天基敏感器视场的曲面绘制。
可视化模块808还用于当待表征物为物体运动轨迹时，获取运动物体的位置序列；根据位置序列通过可视化技术在空间态势三维表征空间中进行运动物体的轨迹绘制。
关于高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征装置的具体限定可以参见上文中对于高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法的限定，在此不再赘述。上述高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法，其特征在于，所述方法包括：
获取墨卡托投影地图数据，以所述墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间；
获取待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，或根据所述待表征物在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
当所述待表征物为人造卫星时，获取所述人造卫星在地固系的位置坐标
Figure 663752DEST_PATH_IMAGE001
，根据所述位置坐标得到所述人造卫星在地理坐标系的经度值
Figure 539304DEST_PATH_IMAGE002
为：
Figure 443806DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 684295DEST_PATH_IMAGE004
为根据
Figure 697250DEST_PATH_IMAGE005
与
Figure 314176DEST_PATH_IMAGE006
符号帮助确定象限的反正切函数；
通过简单迭代法求解方程组：
Figure 73185DEST_PATH_IMAGE007
当迭代收敛时，输出所述待表征物在地理坐标系的纬度值
Figure 546891DEST_PATH_IMAGE008
和高度值
Figure 719247DEST_PATH_IMAGE009
；
其中，
Figure 809038DEST_PATH_IMAGE010
为地球椭球偏心率，
Figure 812766DEST_PATH_IMAGE011
为地球扁率；
Figure 332740DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 992392DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 13437DEST_PATH_IMAGE014
为中间变量；
根据所述地理坐标系的所述经度值、所述纬度值，通过预设的换算关系得到所述待表征物在所述经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，判断所述高度值是否大于预设的经纬高等距投影直角坐标系高度上限，若大于所述高度上限，则将高度值设为所述高度上限；
根据所述经度方向等距投影坐标值、所述纬度方向等距投影坐标值和所述高度值，通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中绘制所述待表征物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取墨卡托投影地图数据，以所述墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间，包括：
获取墨卡托投影地图数据，以所述墨卡托投影地图为XY平面，以赤道上地面零经度点为坐标原点O，以经度方向为X轴方向，以纬度方向为Y轴方向，以高度方向为Z轴方向，建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，或根据所述待表征物在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，包括：
当待表征物为太阳或月球时，通过查星历表插值得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
当待表征物为地面物体时，获取所述地面物体在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述地理坐标系的所述经度值、所述纬度值，通过预设的换算关系得到所述待表征物在所述经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，包括：
根据所述地理坐标系的所述经度值、所述纬度值，通过预设的换算关系得到所述待表征物在所述经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值；所述换算关系为：
Figure 747038DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure 765810DEST_PATH_IMAGE016
表示所述经度方向等距投影坐标值；
Figure 709495DEST_PATH_IMAGE017
表示所述纬度方向等距投影坐标值；
Figure 144018DEST_PATH_IMAGE018
表示所述地理坐标系的经度值；
Figure 60022DEST_PATH_IMAGE019
为圆周数；
Figure 312012DEST_PATH_IMAGE020
为地球赤道半径；
Figure 618359DEST_PATH_IMAGE021
表示所述地理坐标系的纬度值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述经度方向等距投影坐标值、所述纬度方向等距投影坐标值和所述高度值，通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中绘制所述待表征物，包括：
当待表征物为地基敏感器视场或天基敏感器视场时，在所述地基敏感器视场或所述天基敏感器视场锥形体的多条母线的每条母线上采集多个采样点；
根据所述采样点在地固系的位置坐标，得到所述采样点的经度方向等距投影坐标值、纬度方向等距投影坐标值和高度值构成的位置序列；
根据所述位置序列通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中进行地基敏感器视场或天基敏感器视场的曲面绘制。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述经度方向等距投影坐标值、所述纬度方向等距投影坐标值和所述高度值，通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中绘制所述待表征物，包括：
当待表征物为物体运动轨迹时，获取运动物体的位置序列；
根据所述位置序列通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中进行运动物体的轨迹绘制。
7.一种高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征装置，其特征在于，所述装置包括：
经纬高等距投影直角坐标系建立模块，获取墨卡托投影地图数据，以所述墨卡托投影地图为XY平面建立经纬高等距投影直角坐标系，形成空间态势三维表征空间；
地理坐标值获取模块，获取待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值，或根据所述待表征物在地固系的位置坐标通过预设公式计算得到所述待表征物在地理坐标系的经度值、纬度值和高度值；
当所述待表征物为人造卫星时，获取所述人造卫星在地固系的位置坐标
Figure 918890DEST_PATH_IMAGE022
，根据所述位置坐标得到所述人造卫星在地理坐标系的经度值
Figure 486138DEST_PATH_IMAGE023
为：
Figure 784395DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 640356DEST_PATH_IMAGE025
为根据
Figure 541316DEST_PATH_IMAGE026
与
Figure 369595DEST_PATH_IMAGE027
符号帮助确定象限的反正切函数；
给所述待表征物在地理坐标系的纬度值
Figure 901070DEST_PATH_IMAGE028
任意设置一个初始值，通过简单迭代法求解方程组：
Figure 41064DEST_PATH_IMAGE029
当迭代收敛时，输出所述待表征物在地理坐标系的纬度值
Figure 621081DEST_PATH_IMAGE030
和高度值
Figure 366183DEST_PATH_IMAGE031
；
其中，
Figure 865298DEST_PATH_IMAGE032
为地球椭球偏心率，
Figure 636463DEST_PATH_IMAGE033
为地球扁率；
Figure 82488DEST_PATH_IMAGE034
；
Figure 744414DEST_PATH_IMAGE035
；
Figure 555375DEST_PATH_IMAGE036
为中间变量；
三维表征空间坐标获取模块，用于根据所述地理坐标系的所述经度值、所述纬度值，通过预设的换算关系得到所述待表征物在所述经纬高等距投影直角坐标系的经度方向等距投影坐标值和纬度方向等距投影坐标值，判断所述高度值是否大于预设的经纬高等距投影直角坐标系高度上限，若大于所述高度上限，则将高度值设为所述高度上限；
可视化模块，用于根据所述经度方向等距投影坐标值、所述纬度方向等距投影坐标值和所述高度值，通过可视化技术在所述空间态势三维表征空间中绘制所述待表征物。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
CN202110415744.XA 2021-04-19 2021-04-19 高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法和装置 Active CN112991535B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110415744.XA CN112991535B (zh) 2021-04-19 2021-04-19 高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110415744.XA CN112991535B (zh) 2021-04-19 2021-04-19 高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112991535A CN112991535A (zh) 2021-06-18
CN112991535B true CN112991535B (zh) 2021-07-27

Family

ID=76340975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110415744.XA Active CN112991535B (zh) 2021-04-19 2021-04-19 高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112991535B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113535879B (zh) * 2021-07-28 2024-05-03 工银科技有限公司 一种行政区域的地图数据处理方法及装置
CN114299142B (zh) * 2021-12-24 2022-11-04 北京庚图科技有限公司 二维世界地图上导弹威胁范围确定方法、装置
CN115880973B (zh) * 2023-02-02 2023-05-05 北京东方瑞丰航空技术有限公司 伪球面坐标系的飞行模拟机视景生成方法、装置和设备
CN117541204B (zh) * 2023-11-20 2024-08-02 科学城(广州)数字科技集团有限公司 基于三维虚拟仿真技术实现的全球跨域引才方法及装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2629433C2 (ru) * 2012-02-23 2017-08-29 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Устройство обнаружения трехмерных объектов
US10482655B2 (en) * 2017-11-20 2019-11-19 Here Global B.V. Method and apparatus for providing a tile-based digital elevation model
CN110059143B (zh) * 2019-03-04 2022-11-22 中国电子科技集团公司第二十七研究所 一种基于遥感影像瓦片数据的地图绘制方法
CN110502595A (zh) * 2019-08-09 2019-11-26 柴日发 一种从规划地图中拾取经纬信息的方法
CN110617795B (zh) * 2019-08-27 2021-06-25 武汉新视野风险管理科技有限公司 一种利用智能终端的传感器实现室外高程测量的方法
CN111429583A (zh) * 2020-03-23 2020-07-17 北京智汇云舟科技有限公司 一种基于三维地理信息的时空态势感知方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112991535A (zh) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112991535B (zh) 高度信息增强墨卡托地图的三维空间态势表征方法和装置
Kneissl et al. Map-projection-independent crater size-frequency determination in GIS environments—New software tool for ArcGIS
US9466143B1 (en) Geoaccurate three-dimensional reconstruction via image-based geometry
US10037611B2 (en) Method and apparatus for generating map data from images
CN113820735B (zh) 位置信息的确定方法、位置测量设备、终端及存储介质
CN113469896B (zh) 一种提高地球同步轨道卫星对地观测影像几何校正精度的方法
CN107168516B (zh) 基于vr及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法
CN102346922A (zh) 航天遥感载荷成像几何畸变三维可视化仿真方法
CN103310487B (zh) 一种基于时间变量的通用成像几何模型生成方法
CN103644918A (zh) 卫星对月探测数据定位处理方法
WO2024140646A1 (zh) 定位方法、装置、计算机设备、存储介质和程序产品
CN115932723A (zh) 定位方法、装置、计算机设备、存储介质和程序产品
CN115439528B (zh) 一种获取目标对象的图像位置信息的方法与设备
CN107391794B (zh) 一种台风连续立体风场反演方法
CN115962760A (zh) 投影参数确定方法、装置、计算机设备、存储介质
Laari et al. Determination of 3D transformation parameters for the Ghana geodetic reference network using ordinary least squares and total least squares techniques
CN110108281B (zh) 空间天文观测任务计算分析系统、方法、介质及设备
Sefton-Nash et al. Diviner lunar radiometer gridded brightness temperatures from geodesic binning of modeled fields of view
WO2023092865A1 (zh) 区域重构方法和系统
CN108896038A (zh) 月基光学传感器成像方法
CN110310370B (zh) 一种gps与srtm点面融合的方法
RU2640944C2 (ru) Способ определения с космического аппарата координат источника кольцевых волн на водной поверхности
CN117635816A (zh) 一种空间环境下航天器仿真数据集的构建方法及系统
Statella Mapping Mars: Geodetic and cartographic aspects
CN103544677A (zh) 空天地一体化态势表达引擎及其抖动消除方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant