基于坡度检测与点密度自约束调整的LOLA地理定位误差校正

月球轨道器激光高度计(Lunar Orbiter Laser Altimeter, LOLA)是目前月球探测中获取数据量最大、精度最高的激光高度计,可为其他月球产品提供地理控制。然而由于定轨不确定性和激光指向偏差,部分激光剖面存在地理定位误差。针对这些异常轨道数据,提出了一种改进的激光自约束调整方法。首先基于坡度将与周围地形差异过大的激光剖面识别为异常轨,并使用其余轨道作为参考对其进行基于点密度的自约束轨道调整(根据参考点密度自动选取合适的调整策略),最后合并两类轨道数据并进行最终调整,再将其作为改正后的结果。交叉点分析结果表明,该方法能有效校正异常轨道,从而提升数据精度。

翻转课堂在地理信息系统课程教学中的实践与思考

针对教师主导的传统教学模式在地理信息系统课程教学中存在的不足,提出了将翻转课堂这一新的混合学习教学模式引入教学的想法。首先分析了地理信息系统课程实施翻转课堂的必要性和可行性,然后在综合考虑地理信息系统课程特点与中外教育文化差异的基础上进行了课程设计和组织实施。实践结果表明,实施翻转课堂确实能够提高学生学习主动性和教学质量,同时也对教师的专业水平和教学能力提出了更高的要求。

“地理信息系统”案例教学的特征分析与应用

加强知识向能力的转化是"地理信息系统"课程建设的主要目标之一。通过把知识点和实际问题相互结合,提出进行课程案例教学的理论基础和基本概念。在已有课程知识点的基础上,以问题为驱动,设计案例教学内容,并通过实际应用讨论了在实施过程中所采取的措施。通过案例教学,以学生为主体、教师为主导,加强独立思考,鼓励互动交流,全面促进学生职业能力的提高。

地理信息系统协同实践创新人才培养改革探讨

地理信息系统(GIS)是现代科学技术发展和社会需求的产物,具有多学科交叉的特征。论文针对地理信息系统协同实践创新人才的培养目标对课程体系、案例教学方法、实验实践和质量评价体系等方面展开讨论。以使人才培养符合该专业多学科交叉应用的特点,更好地为地理信息系统在跨学科中的应用培养具有协同创新实践的精英专业类人才。

基于图片信息的“同济”石刻风化速率分析

赣州通天岩留下了128品历代摩崖石刻,因历经风吹雨淋,大部分摩崖书法都出现粉化、开裂、脱落等情况。“同济”石刻自2006年至2020年间,风化日益严重,亟待进行抢救性保护。利用多种图像处理软件,分析了“同济”石刻剥落速率。14年间,石刻表面有效面积减少了54%,预测在自然状态下,风化速率将进一步加快。图片信息处理方法适用于通天岩其它石刻的表面风化速率分析。

基于TEA算法的地理信息数据安全保护技术及验证分析

地理信息数据是国家国防建设和国民经济发展的重要基础数据,随着数字化、信息化及云计算等技术的发展,地理信息数据的安全威胁日益严峻,本文面对移动平台上地理信息数据安全存储、高效传输和实时信息解密及处理等挑战,提出了一种基于TEA算法的地理信息数据安全保护技术,该技术采用循环迭代的移位和异或运算实现对地理信息数据的加密和解密,可以实现移动平台端地理信息数据的高安全加密存储和高性能实时解密处理,并采用该算法对SRTM数据进行处理和分析。试验结果表明,基于TEA算法的地理信息数据加密技术可以有效实现地理信息数据的加密及解密处理,满足移动系统对地形数据的高安全存储和高性能处理的要求。

一种利用导航轨迹数据的车道信息提取方法

基于轨迹数据提取车道级道路信息的关键在于道路中心线,然而目前已有研究大都基于先验地图或者粗略估算来获取道路中心线,这严重降低了后续车道信息提取与更新的效率和精度。为此,文章提出了一种利用导航GNSS轨迹数据自动提取车道信息的方法。首先,利用自适应K-means聚类方法对导航轨迹进行方向划分并基于轨迹的密度分布实现轨迹数据清洗;其次,根据机动车轨迹在道路上的位置分布进行拟合,实现车行方向道路中心线的提取;最后,基于约束高斯混合模型实现各个路段的车道数量和车道中心线的提取。实验结果表明,该方法可以准确地提取车道信息,其中车道数量精度为79.8%,车道中心线的位置精度接近1 m,车道宽度精度大都优于0.5 m。

载人月球探测科学研究发展概述与趋势分析

月球是具有重要科学价值与战略价值的自然天体,开展载人月球探测,实现中国人首次登陆地外天体,将成为航天强国建设的重要标志。在载人月球探测过程中,可利用月球特殊条件及资源,开展有人参与的科学研究活动,获取月球科学、月基科学和月球资源利用等方面的研究成果。首先回顾了阿波罗计划、阿尔忒弥斯计划、嫦娥工程等月球探测任务,针对其中的科学研究任务实施情况及关键成果进行了总结,并分析了后续载人月球科学任务发展趋势。在此基础上,对人类在开展未来载人月球探测任务过程中重点部署的方向提出了建议,涉及月球样品采集、月球科学探测,以及月球原位资源利用等方面。对载人月球探测科学研究发展趋势的分析及建议,可为未来载人登月相关论证设计提供参考。

面向月面原位资源利用的嫦娥五号月壤样品颗粒形态特征研究

月壤颗粒形态特征对月面原位挖掘、运输、3D打印等具有重要影响,我国自主获取的嫦娥五号样品可为月球科研站建设等提供月壤关键参数信息。以月面原位资源利用过程关注的月壤颗粒形态特征为目标,利用体视光学显微镜获取了同济大学获批的嫦娥五号月壤颗粒样品图像,构建了一套图像处理和颗粒识别方法,并提出方向差异指数表征颗粒表面粗糙程度,实现了自动提取颗粒边缘并计算其粒度和形态指标。结果表明,所研究嫦娥五号样品颗粒粒径范围为4.36~792.30μm,均值纵横比为0.66,均值圆形度为0.806,均值方向差异指数为0.111。小粒径颗粒占比大,10μm以下颗粒占44.19%。颗粒方向差异指数呈近似正态分布,表明大量颗粒表面粗糙程度近似,并存在少量表面较为光滑和粗糙的颗粒。小粒径颗粒大小与纵横比、圆形度均呈负相关,与表面粗糙程度相关性低,大粒径颗粒大小与形态没有相关性。研究还发现嫦娥五号样品比Apollo 11和Apollo 15样品的颗粒的圆形度更小,形态更不规则。

高精度地形星载激光测高仪在轨几何标定方法

激光测高仪数字化标定方法由于标定频次高、人力物力消耗少等突出性优点越来越受到关注。本文提出了一种两步法的激光测高仪数字化标定方法,针对线性体制激光测高仪的几何定位模型,构建了关于翻滚角、俯仰角和测距系统误差的几何标定模型,并使用公开参考地形数据SRTM与高精度机载LiDAR点云进行了标定试验。与GF-14实际外场面探测器试验标定的数据比较分析。结果显示,本文提出的几何标定方法与地面探测器标定参数测角差异在0.5角秒以内,测距差异在0.2 m以内。通过独立数据验证标定结果的高程精度,本文提出的数字化标定方法和探测器标定方法的足印高程偏差表现出良好的一致性,两种方法标定所获取的足印高程与高精度机载点云高程的RMSE均优于0.3 m。本文方法在保证精度的同时,减少了人力物力的消耗,为星载激光测高仪在轨常态化标定提供了新的思路和方法。

欧美月球GNSS规划现状分析综述

月球是地球最重要的天然卫星,当前国际上正在迎来新一轮月球探索高潮,数十个机构和商业团队正在规划月球探索任务,并设想在未来实现航天员长期驻月,围绕月球的“太空竞赛”刚刚开始。月球GNSS(基于现有的地球GNSS以及新的环月卫星通信导航基础设施的月球卫星通信导航定位技术)是空间基准科研的基础,能够提供航天器着陆定位以及月面(及其覆盖空间)定位、导航与授时等服务,同时可以将月球作为试验场,将导航工具包扩展到更远的目的地(如火星)。对欧美近期发布的月球GNSS规划进行了整理归纳,其中包括美国月球GNSS接收机实验(LuGRE)计划和欧洲月光(MoonLight)计划,以及美国中远期月球通信中继和导航系统(LCRNS)计划,这些计划可以为我国开展月球GNSS规划提供参考。

恒星活动与系外宜居行星探索卫星——“紫瞳”科学卫星

生命从哪里来?人类在宇宙中是否独一无二?这些都是各国科学界研究的重大科学问题。恒星辐射与活动性是决定行星宜居性的关键因素。本文提出的科学卫星“紫瞳”,瞄准了系外宜居行星探测等重大科学问题,首次在近紫外-可见光双波段开展恒星活动观测与系外行星搜寻,并期望在“另一个地球”搜寻上取得重大突破。“紫瞳”载荷为4个共视场(10°×10°)的30 cm口径望远镜,等效口径50 cm。“紫瞳”主要科学目标包括:对1000多万颗恒星开展活动性监测,揭示恒星活动性规律;发现2000多颗系外行星候选体,揭示热行星的大气特征;发现红矮星周围的“另一个地球”。此外,“紫瞳”在太阳系小天体探测、暂现源监测、超大质量黑洞搜寻和刻画、引力波对应体搜寻等时域天文学领域也发挥着重要作用,帮助理解宇宙中极端高能事件的物理机制。

月球导航星座轨道的地球GNSS可见性评估

随着月球探索进入一个新的时代,为确保未来月球任务的实时高精度定位,大幅提高登月航天器的自主性,且减少对地球基站的依赖,选取合适的轨道构建月球导航星座,并且实现月球导航星座与地球GNSS的通信链路同步尤为重要。为评估月球导航星座轨道中卫星接收GNSS信号的性能,首先对椭圆形月球冻结轨道(ELFO)、近直线晕轨道(NRHO)、顺行圆形轨道(PCO)和低月球轨道(LLO)4种轨道进行仿真。然后基于天线方向图等指标仿真了GNSS卫星信号,并依据主旁瓣波束宽度和载噪比等仿真结果评估了4种不同轨道卫星对GNSS的可见性。结果表明,NRHO和ELFO对GNSS星座有较好的可视效果,最高可见时间占比达99.57%,保障了绝大部分时间内能够稳定接收GNSS信号,有助于实现月球导航星座轨道卫星的轨道和时钟校正,并保证轨道的定位性能。

地月空间态势感知与应对策略研究

地月空间态势感知是对地月空间活动所依赖的空间环境,以及地月空间相关力量的一切要素、活动和事件的当前情况的认知和未来的预测。文章调研了地月空间态势感知目标——空间碎片和微流星、地月空间目标等的研究进展,总结了其发展趋势;提出了地月空间态势感知与应对系统的功能、组成,架构设计技术、智能规划与决策技术等核心技术规划,以及加快构建地月空间态势感知与应对系统、加快布局人工智能等先进技术应用的发展建议。上述研究结果可为我国未来地月空间态势感知能力的构建提供参考。

月球科研站关键区域智能选址及其典型环境要素分析

为服务未来国际月球科研站(ILRS)任务,搜索到符合科学目标和工程安全要求的探测区域,开展了着陆探测智能选址,以及着陆区典型要素和巡视可达性的综合分析。在着陆选址方面,基于1D-CNN选址模型在南极Scott M的西南侧遴选并划定了4个预选着陆区;针对着陆区关键要素,对实时光照和辐射、物理温度剖面、水冰赋存等环境特征进行了遥感探测与精细分析;针对巡视可达评估,采用顾及能量耗费的路径规划模型,评估预选着陆区中心点至潜在水冰点的巡视可达性。结果表明,预选着陆区均满足着陆适宜性,具有地形安全性高、供能高等特征。该研究的综合分析方法也可用于评估其他潜在着陆区的典型环境特征,为ILRS的着陆选址和科学目标巡视探测提供有益参考。

月球资源勘测与原位利用进展及关键挑战

月面建造是人类探测、利用、开发月球的发展方向。围绕月面建造中用什么建、怎么建等关键问题,梳理了月球资源勘测与原位利用方向的研究进展。首先总结了面向月面原位资源利用的主要支撑技术,包括月壤特性分析、模拟月壤制备、月壤原位成型等关键技术;其次,介绍了月球基地智能建造进展,包括月面建筑方案的构想发展历程、原位建造技术对比、月球基地建造环境分析等;最后,总结了月球资源原位利用及月球基地建造在资源勘测、建造科学选址、月基承载安全、原位熔融成型、太空建造方案等方面的关键科学挑战。

面向月球科研站资源支持的永久阴影区水冰红外遥感探测方法研究

水冰是支撑国际月球科研站建设和运行所需的重要资源。红外遥感是探测月球水冰的重要手段,但却难以直接用于无阳光直射的永久阴影区。提出了一种基于光照散射强度模型的阴影区光谱信息校正方法,并构建了基于光谱吸收特征的水冰探测方法,实现了对于永久阴影区水冰信号的探测。应用该方法对月球南极沙克尔顿(Shackleton)和诺比利(Nobili)撞击坑进行分析,发现它们内部的永久阴影区存在水冰信号。该研究有望为国际月球研究站的选址和建设提供借鉴。

多卫星星座对时变重力场反演精度和时空分辨率影响的模拟研究

近二十年,GRACE/GRACE-FO实现了对地球时变重力场的连续监测.但受单极轨轨道配置、背景模型误差和载荷精度的限制,其时空分辨率和观测精度不足以探测短时间、小尺度的质量变化信号.以欧空局MAGIC(Mass Change and Geoscience International Constellation)和中山大学“天琴计划”为代表的下一代重力计划将通过多对卫星星座和新一代高精度载荷来提高时变重力场反演精度.考虑到未来多项卫星重力计划和当前GRACE-FO、中国重力卫星同期观测的可能,本文基于动力学方法对双极轨、Bender、极轨+Bender和双Bender四种星座构型进行了闭环仿真模拟,并对其月尺度解和1~3天短周期解进行评估.结果表明:(1)相较于单极轨,双极轨、Bender、极轨+Bender和双Bender四种星座的月尺度时变重力场恢复精度分别提高了30.7%、85.7%、85.9%和89.5%.(2)多对卫星星座能够恢复高空间分辨率的短周期时变重力场解,且在时间序列中能够保留地球物理信号的高频部分.其中双Bender能够恢复40阶的1天解时变重力场,极轨+Bender能够恢复40阶的2天解时变重力场,Bender能够恢复40阶的3天解时变重力场.

利用光照模型的月球勘测轨道器窄角相机南极地区影像快速预筛选方法

针对月球南极地区光照条件复杂、轨道器影像中多阴影、覆盖感兴趣区域(range of interest,RoI)的有效影像筛选困难的问题,提出了一种利用光照模型的月球勘测轨道器(lunar reconnaissance orbiter,LRO)窄角相机(narrow-angle camera,NAC)南极地区影像快速预筛选方法。使用月球南极地区的光照模型计算出LRO NAC影像拍摄时刻下RoI内的入射光照条件,进而通过约束RoI内被影像覆盖并且有光照的总面积,实现无需下载影像数据的LRO NAC影像快速预筛选。对于3个16 km×16 km的RoI,在该文实验环境下,平均处理一幅影像仅需0.005 s,约66.2%的LRO NAC影像被筛除,相比不考虑光照条件的传统预筛选方法多筛除19.6%的影像,证明了该方法的有效性。使用101幅LRO NAC影像对筛选准确率进行检验,仅出现两次错检,没有漏检,检验和筛选的准确率在98%左右,证明了该方法的可靠性。

基于激光强度的建筑立面点云分类及信息提取

针对地面三维激光扫描仪的点云激光强度值,提出了一种基于激光雷达方程的数据模型改正方法.通过将激光强度值进行角度和距离改正,分析数据模型的改正效果,并利用改正后的激光强度值对建筑立面点云进行分类及建筑立面信息的特征提取.实验表明:改正模型能对点云激光强度值进行有效补偿,使得同类物体的激光强度值趋于统一.因此,利用改正后的点云激光强度值对建筑立面点云进行分类及特征提取,能够保证分类精度及目标识别效果.