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嫦娥1号卫星激光高度计(LAM)数据的全月球虚拟现实构建

刘洪利  
【摘要】:经国家天文台授权,中国地质大学(北京)使用嫦娥1号卫星遥感数据。本论文以中国地质大学(北京)和国家天文台合作“绕月探测工程科学数据应用与研究”(863计划)重点项目为依托,进行遥感信息提取,构建全月球虚拟现实,开展科学研究。 本文在获得的400轨嫦娥1号激光高度计测高数据(2B数据)和CCD立体相机影像基础上开展遥感信息提取与处理工作。该批数据是根据卫星轨道数据进行高程解算,经过高程、几何校准后的科学数据。首先把这批数据进行高程换算,再导入ERDAS,利用ERDAS软件及数据内插法生成高分辨率全月球DEM模型。 在高分辨率全月球DEM模型基础上,进一步进行信息提取与处理工作,构建全月球虚拟现实。首先对月球表面进行三维模型构建,导入立体相机影像,再利用Super3Deditor平台渲染成月面真三维虚拟现实场景。全月球虚拟现实的构建为月球科学的研究提供了崭新的技术手段,在全月球虚拟现实中可以进行更深层次的信息提取与处理工作,如任意漫游、测量、标注、截图等工作。全月球虚拟现实成为月球信息提取与处理的高等级技术手段。本论文的主要成果与创新可以概括如下: 1、基于嫦娥1号卫星激光高度计数据,建立高分辨率DEM模型 对于激光高度计数据信息进行提取与处理,把得到的400轨激光高度计数据进行高程换算,处理奇异数据,得到文本高程文件。导入ERDAS进行数据处理、内插运算,得到了全月球DEM(数字高程模型)影像。空间分辨率:纬度方向(沿经线)607m,经度方向(沿纬线)303m。输出全月球DEM模型。 2、构建全月球真三维虚拟现实 以全月球DEM模型为基础,构建全月球虚拟现实。月球三维模型构建是个人工(或者自动)几何建模的过程,几何建模构建的是形状和纹理,月球DEM规定了月球模型的形状,月球影像决定了月球模型的纹理。几何模型的形状(多边形、三角形、顶点和样条)构成有限制,纹理大小也有限制,月球三维模型的构建过程就是不断的DEM重采样和影像的切割与提取的过程。每个级别的三维模型的切割块数决定了文件数目。当浏览月球三维模型的时候,模型加载是逐级变化的。利用嫦娥1号所搭载的三线阵CCD相机所拍摄的经过经辐射、几何、光度校正后的1082轨数据产品(CCD 2C数据),拼接的全月影像图进行贴图,设置参数渲染生成月面真三维虚拟现实。全月球虚拟现实成为月面信息提取的全新技术手段。 3、利用全月球虚拟现实进行月面信息提取 以Super3Deditor为搭载平台的全月球虚拟现实操作系统支持任意漫游、高度测量、地面距离测量、直线距离测量、面积测量、斜率测量、截图、作标记等工作。本文对于月面重要目标在虚拟场景中作了标注,截取了部分虚拟场景图像。任意选择月面50座撞击坑进行直径测量,验证d = k_dD~n,d多项式关系,d为撞击坑深度,D为撞击坑直径,求得n = 1.9。选择了柏拉图月溪、阿尔卑斯峡谷做了长度测量。 4、利用全月球虚拟现实显示奇异数据并分析——寻找新的研究领域 对于激光高度计2B数据中存在的偶然误差产生原因进行了理论分析,分析得出月面坡度越大,奇异数据产生越多;月面坡度频繁变化,会产生大量奇异数据。全月球虚拟现实成为显示奇异数据的很好技术,在全月球虚拟现实中奇异高程数据被很好地显示出来,并可以进行深层次分析。奇异数据按纬度主要分布在低纬(30°N→-30°S)和高纬(70°N→90°N、-70°S→-90°S)。按经度分析在0°→30°W之间出现一个峰值(20°W左右)。而在20°W左右的赤道以南地区的中纬度出现的错误数据峰值,与第谷撞击坑的辐射纹重合,在虚拟现实中进行研究发现,该辐射纹深度大且结构复杂。奇异数据的产生在一定程度上反映了月面地形的复杂程度,而表面地形在很大程度上受制于地下的构造情况影响,对于奇异数据的分析有利于月球地质构造的解译。这是种新的研究领域。 5、发现了Google Moon的严重错误 登陆Google Moon网站(http://earth.google.com/moon/)发现月球上标记的南北回归线为23°26′(同地球南北回归线),与事实不符,发生严重错误。月球上北回归线为1°32′N,南回归线为1°32′S,这也就是月球上一年中太阳光直射变化的纬度范围。


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