專利名稱：一種地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)可視化分析方法，且更加具體地說(shuō)，涉
及結(jié)合時(shí)空分析方法、數(shù)字圖像分析方法、多維可視化方法等對(duì)地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視 化及相關(guān)分析、理解和預(yù)測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
地球重力場(chǎng)是地球上一切生物正常生存的和活動(dòng)的最基本物理環(huán)境，是解釋許多 自然現(xiàn)象的基礎(chǔ)，也是人類在尋求達(dá)到更高文明的過(guò)程中必須探索的課題。地球重力場(chǎng)是 地球科學(xué)、空間技術(shù)、資源開(kāi)發(fā)、環(huán)境災(zāi)害、海洋開(kāi)發(fā)等方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1、地球重力場(chǎng)能反 映地球物質(zhì)的空間分布、運(yùn)動(dòng)和變化，確定地球重力場(chǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其時(shí)間變化不僅是現(xiàn) 代大地測(cè)量的主要科學(xué)目標(biāo)之一，而且也將為現(xiàn)代地球科學(xué)解決人類面臨的資源、環(huán)境和 災(zāi)害等緊迫課題提供重要的基礎(chǔ)地球空間信息；2、高精度地球重力場(chǎng)有助于提高空間飛行 器的定位與定軌精度，為降低人造地球衛(wèi)星的高度提供了可靠的理論與技術(shù)支持；3、高精 度地球重力場(chǎng)信息是全球統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)建設(shè)、區(qū)域性測(cè)繪垂直基準(zhǔn)的統(tǒng)一，遠(yuǎn)距離高程 控制，陸海、海洋與島嶼高程的高精度聯(lián)接的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)地球重力場(chǎng)在特殊區(qū)域的 定位導(dǎo)航具有特殊意義。 然而地球重力場(chǎng)不像其他可視物體，它是個(gè)"看不見(jiàn)，摸不著"但又確確實(shí)實(shí)"存 在"的物質(zhì)。結(jié)合可視化技術(shù)發(fā)展地球重力場(chǎng)可視化技術(shù)和挖掘地球重力場(chǎng)有用信息具有 非常重要的意義。同時(shí)可視化技術(shù)大發(fā)展也為重力場(chǎng)可視化提供條件。 由于傳統(tǒng)的工作方法，長(zhǎng)期以來(lái)制圖都是靜態(tài)的，我們從野外調(diào)查得到的類型圖、 分布圖等資料，或從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)描繪為圖形的過(guò)程，只稱為圖形化而不可稱為可視化。所謂可 視化，B. P. Buttenfield和W. A. Mackaness認(rèn)為"可視化是為識(shí)別、傳輸和解譯模式或結(jié)構(gòu) 目的而概要地表示信息的過(guò)程，它的研究領(lǐng)域包括了創(chuàng)建、組織和理解這表示的計(jì)算、認(rèn)知 和圖形設(shè)計(jì)方面，表示可以被符號(hào)化、圖形化、形象化地解譯，而且區(qū)別于那些文字和公式 化的表述"?？梢暬奶攸c(diǎn)體現(xiàn)在動(dòng)態(tài)性、交互探究性和多視角與多媒體結(jié)構(gòu)。這里的動(dòng)態(tài) 性是指具嚴(yán)格有時(shí)間維信息的動(dòng)態(tài)可視化。 通過(guò)設(shè)計(jì)符合人眼視覺(jué)特性的動(dòng)態(tài)符號(hào)，可以表示如下三種信息空間定位、重力 場(chǎng)特征、重力場(chǎng)特征上的時(shí)態(tài)變化。前兩者為與時(shí)間戳無(wú)關(guān)的靜態(tài)特征，主要通過(guò)動(dòng)畫技術(shù) 加強(qiáng)靜態(tài)信息特征的視覺(jué)感受，例如空間定位通常用符號(hào)的顏色、明度、密度和結(jié)構(gòu)的變化 來(lái)突出描述；重力場(chǎng)特征可通過(guò)符號(hào)節(jié)奏性變化、節(jié)奏變化頻率等來(lái)表達(dá)。后者才是動(dòng)態(tài)符 號(hào)在動(dòng)態(tài)特征可視化上的真正應(yīng)用。 具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的圖形應(yīng)用程序設(shè)計(jì)界面(API)主要包括0penGL和Direct 3D。 0penGL(全寫0pen Graphics Library)是個(gè)定義了一個(gè)跨編程語(yǔ)言、跨平臺(tái)的編程接口的 規(guī)格，它用于三維圖象(二維的亦可)。OpenGL是個(gè)專業(yè)的圖形程序接口，是一個(gè)功能強(qiáng)大， 調(diào)用方便的底層圖形庫(kù)。Direct 3D是基于微軟的通用對(duì)象模式COM (Common Object Mode) 的3D圖形API。它是由微軟(Microsoft) —手樹(shù)立的3DAPI規(guī)范，微軟公司擁有該庫(kù)版權(quán)，它所有的語(yǔ)法定義包含在微軟提供的程序開(kāi)發(fā)組件的幫助文件、源代碼中。 從目前的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)，地球重力場(chǎng)可視化是一個(gè)比較新的研究領(lǐng)域，
其動(dòng)態(tài)可視化是一個(gè)重要的發(fā)展方向。同時(shí)也存在一些問(wèn)題，比如可視化的內(nèi)容、可視化的
平臺(tái)技術(shù)、可視化符號(hào)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等等。

發(fā)明內(nèi)容
—種地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化分析方法，其特征在于，實(shí)現(xiàn)地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化與分析，該方法主要包括以下步驟 (1)對(duì)地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，即首先對(duì)不同機(jī)構(gòu)或部門提供的地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括點(diǎn)之記或點(diǎn)號(hào)標(biāo)識(shí)、大地諱度、大地經(jīng)度、高程或大地高、觀測(cè)時(shí)間、觀測(cè)基準(zhǔn)和觀測(cè)值；其次對(duì)檢查后的數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)統(tǒng)一并完成粗差剔除；最后將所有的重力場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式的點(diǎn)值數(shù)據(jù)； (2)面向地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集生成，即對(duì)步驟(1)中的統(tǒng)一格式的點(diǎn)值數(shù)據(jù)按不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)值時(shí)間同步處理，然后對(duì)每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行格網(wǎng)化處理，并對(duì)格網(wǎng)化數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間戳標(biāo)記，從而生成不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)集； (3)地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集動(dòng)態(tài)顯示，即利用不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)地球重力場(chǎng)
可視化數(shù)據(jù)集，通過(guò)設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)，對(duì)于設(shè)置的時(shí)間步長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳，沒(méi)有相應(yīng)的觀測(cè)
數(shù)據(jù)，需要完成數(shù)據(jù)的內(nèi)插，按照地表的平面位置，采用分層設(shè)色的方式，同時(shí)采用圖層疊
加的方式，疊加全球地形數(shù)據(jù)、地理格網(wǎng)數(shù)據(jù)、國(guó)界矢量數(shù)據(jù)和地名數(shù)據(jù)，采用0penGL或
Direct3D圖形應(yīng)用程序設(shè)計(jì)界面(API)，利用動(dòng)態(tài)地圖符號(hào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示； (4)地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集的分析及預(yù)測(cè)，即首先對(duì)地球重力場(chǎng)可視化
數(shù)據(jù)集進(jìn)一步處理，使之形成滿足不同要求的地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集；其次利用步驟
(3)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集的動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的可視化分析過(guò)
程；最后對(duì)可視化子集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析周期非周期變化規(guī)律，選擇合適的擬合函
數(shù)，預(yù)測(cè)后續(xù)數(shù)據(jù)子集的變化規(guī)律，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，完成地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集的可
視化預(yù)測(cè)。 步驟(2)中，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置優(yōu)選不小于1個(gè)月。 步驟(3)中，動(dòng)態(tài)顯示方法是在動(dòng)態(tài)符號(hào)的視覺(jué)變量與實(shí)際變化的特征之間建立映射關(guān)系，重力場(chǎng)的時(shí)態(tài)特征和變化規(guī)律就可由符合動(dòng)態(tài)符號(hào)的視覺(jué)變量體現(xiàn)出來(lái)。
步驟(4)中，對(duì)地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)集進(jìn)一步處理方法為球諧分析方法或高低通濾波方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的主要目的在于提供一種完整的地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化分析方法，其能夠形成標(biāo)準(zhǔn)的地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)多個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)的表征，為地球重力場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)分析、理解及預(yù)測(cè)提供必要的途徑和方法。該發(fā)明可方便地通過(guò)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。
其具體實(shí)施方式
如下
1、對(duì)地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗； 首先根據(jù)不同機(jī)構(gòu)和部分提供的地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)內(nèi)容是否完整、基準(zhǔn) 是否統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式是否標(biāo)準(zhǔn)等方面，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查；數(shù)據(jù)檢查的手段采用計(jì)算機(jī)編程自 動(dòng)完成，即首先讀取待檢查的重力場(chǎng)數(shù)據(jù)，按照預(yù)先定義的數(shù)據(jù)檢查要求和內(nèi)容，對(duì)待檢查 的重力場(chǎng)數(shù)據(jù)逐項(xiàng)進(jìn)行檢查，檢查后可自動(dòng)生成一份檢查報(bào)告，依據(jù)該檢查報(bào)告，能夠指導(dǎo) 完成地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)內(nèi)容的完善；重力場(chǎng)數(shù)據(jù)檢查內(nèi)容一般至少需要包括點(diǎn)之記或點(diǎn)號(hào)標(biāo) 識(shí)、點(diǎn)位位置信息(如大地經(jīng)度、大地緯度、高程)、觀測(cè)基準(zhǔn)、對(duì)應(yīng)點(diǎn)的觀測(cè)值以及觀測(cè)時(shí) 間；基于檢查合格的地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用本專業(yè)領(lǐng)域熟知的方法進(jìn)行基準(zhǔn)統(tǒng)一處理(基 準(zhǔn)統(tǒng)一處理主要包括重力基準(zhǔn)，潮汐基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)與坐標(biāo)基準(zhǔn)等)，生成統(tǒng)一格式的點(diǎn)值 數(shù)據(jù)。 2、面向地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集生成； 在對(duì)地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)清洗的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)情況完成統(tǒng)一格式點(diǎn)值數(shù)據(jù)的時(shí)間 節(jié)點(diǎn)同步處理(本發(fā)明所指的同步，即根據(jù)重力時(shí)變規(guī)律，將某一時(shí)間測(cè)定的點(diǎn)值數(shù)據(jù)歸 算到另外一時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將許多不同時(shí)間測(cè)定的點(diǎn)值數(shù)據(jù)全部歸算為同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)，即完成 了時(shí)間節(jié)點(diǎn)同步處理)。采用標(biāo)準(zhǔn)的格式轉(zhuǎn)換技術(shù)，即利用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換軟件，該軟件可自 行開(kāi)發(fā)，也可以利用商業(yè)軟件ArcGIS的Toolbox轉(zhuǎn)換工具，將所有的重力場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng) 一格式的格網(wǎng)數(shù)據(jù)(此過(guò)程即為格網(wǎng)化處理)，時(shí)間節(jié)點(diǎn)可根據(jù)數(shù)據(jù)情況設(shè)定，從而生成不 同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)集，并對(duì)轉(zhuǎn)換格式后的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)識(shí)，即在數(shù)據(jù) 的頭文件中完成時(shí)間戳的標(biāo)記。 3、地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集動(dòng)態(tài)顯示； 地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集動(dòng)態(tài)顯示的方法為利用不同的時(shí)間戳的地球重力 場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)集，通過(guò)設(shè)置靈活的時(shí)間步長(zhǎng)，按照地表的平面位置，采用分層設(shè)色的方式， 同時(shí)疊加全球地形數(shù)據(jù)(如SRTM數(shù)據(jù)、ASTER數(shù)據(jù)燈，這些全球地形數(shù)據(jù)都是可通過(guò)網(wǎng)絡(luò) 免費(fèi)下載，SRTM數(shù)據(jù)的下載地址http:〃www2. jpl. nasa. gov/srtm， ASTER數(shù)據(jù)的下載地 址http:〃asterweb. jpl. nasa. gov/gdem. asp)、地理格網(wǎng)數(shù)據(jù)(對(duì)全球進(jìn)行經(jīng)諱度劃分， 一般可按照1度X 1度的格網(wǎng)大小)、國(guó)界矢量數(shù)據(jù)和地名數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)可以到國(guó)家基礎(chǔ) 地理信息中心索取)等，采用0penGL或Direct3D圖形應(yīng)用程序設(shè)計(jì)界面(API)，利用動(dòng)態(tài) 地圖符號(hào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。具體方法是在動(dòng)態(tài)符號(hào)的視覺(jué)變量與實(shí)際變化的特征之間建立 映射關(guān)系，重力場(chǎng)的時(shí)態(tài)特征和變化規(guī)律就可由符合動(dòng)態(tài)符號(hào)的視覺(jué)變量體現(xiàn)出來(lái)，例如 重力場(chǎng)在空間中生存的時(shí)間由符號(hào)的發(fā)生時(shí)長(zhǎng)表達(dá)，位置移動(dòng)、屬性變化的快慢由符號(hào)的 變化速率表達(dá)。在上述內(nèi)容中，有關(guān)時(shí)間步長(zhǎng)的設(shè)置，時(shí)間步長(zhǎng)優(yōu)選為不小于l個(gè)月。如果 設(shè)置的時(shí)間步長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳，沒(méi)有相應(yīng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，需要完成數(shù)據(jù)的內(nèi)插，數(shù)據(jù)內(nèi)插的 方法有很多種，如最臨近內(nèi)插法、雙線性內(nèi)插法、拉格朗日內(nèi)插法、高斯-克呂格插值法等。 本發(fā)明推薦采用的數(shù)據(jù)內(nèi)插的方法為拉格朗日插值方法。任意時(shí)間點(diǎn)的地球重力場(chǎng)的觀測(cè) 值可由拉格朗日內(nèi)插計(jì)算，具體方法如下
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<formula>formula see original document page 6</formula> 上式中，P(t)為待插值的重力場(chǎng)觀測(cè)值，P(tj)為已知的觀測(cè)值。 在上述內(nèi)容中，重力場(chǎng)在空間表達(dá)中生存的時(shí)間由符號(hào)的發(fā)生時(shí)長(zhǎng)表達(dá)，位置移
動(dòng)、屬性變化的快慢由符號(hào)的變化速率表達(dá)。 具體方式如下式所示 Disp(i) = f(Data(i)， Sym(j)， time), i = 1， 2， 3…n，表示不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的時(shí)間戳；Sym(j)為設(shè)計(jì)各種動(dòng)態(tài)符號(hào)，j = 1，2，3…k ; f(x，y，z)為一連續(xù)函數(shù)，用于擬合地球重力場(chǎng)各場(chǎng)量數(shù)據(jù)。擬合方法可以采用常
見(jiàn)的最小二乘、B樣條曲面擬合方法等，這些方法可參考一些數(shù)學(xué)類教材。 重力場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化可以通過(guò)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)地圖符號(hào)來(lái)可視化表達(dá)。靜態(tài)地圖
符號(hào)設(shè)計(jì)原則是基于J. Bertin視覺(jué)變量體系建立起來(lái)的，依據(jù)符號(hào)的7個(gè)視覺(jué)變量一一形
狀、尺寸、方向、明度、密度、結(jié)構(gòu)、顏色和位置來(lái)設(shè)計(jì)描述地理實(shí)體不同方面的性質(zhì)特征。顯
然，為了表達(dá)重力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)特征，這一體系是有局限的，或者說(shuō)它只能描述實(shí)體運(yùn)行過(guò)程中
的一個(gè)快照或一個(gè)斷面，這就需要對(duì)地圖符號(hào)的變量進(jìn)行擴(kuò)展，引入動(dòng)態(tài)特征描述，可以通
過(guò)動(dòng)態(tài)視覺(jué)變量——時(shí)間變量(包括變化速率、變化次序和節(jié)奏等變量)來(lái)可視化地表達(dá)
地理實(shí)體的動(dòng)態(tài)特性。 (1)變化速率(rate of change):變化速率需要借助于符號(hào)的其它靜態(tài)視覺(jué)變量來(lái)表現(xiàn)，描述符號(hào)狀態(tài)改變的速度，可以反映同一圖像在方向、明度、顏色等方面的變化速度，也可以反映圖像在尺寸、形狀或空間位置上的變化速度。變化速度描述符號(hào)"閃爍"的快慢。 (2)變化次序(order):時(shí)間是有序的，通過(guò)一種類似于二維空間中的前后、鄰接
關(guān)系的方式建立時(shí)間段之間的先后、相鄰?fù)負(fù)潢P(guān)系。把符號(hào)狀態(tài)變化過(guò)程中各幀狀態(tài)按出
現(xiàn)的時(shí)間順序，離散化處理成各幀狀態(tài)值，使之漸次出現(xiàn)。它可用于任何有序量的可視化表
達(dá)，升序變化對(duì)應(yīng)著特征的顯著性增強(qiáng)，降序變化對(duì)應(yīng)著特征的顯著性減弱。 (3)節(jié)奏(rhythm):節(jié)奏是對(duì)符號(hào)周期性變化規(guī)律的描述，它是由發(fā)生時(shí)長(zhǎng)、變化
速率等變量融合到一起而形成的復(fù)合變量，但它又表現(xiàn)出獨(dú)立的視覺(jué)意義。符號(hào)的節(jié)奏變
化可以用周期性函數(shù)表示。節(jié)奏變量主要用于描述周期性變化現(xiàn)象的重復(fù)性特征。 在時(shí)間步長(zhǎng)的控制下，基于變化速率、變化次序和節(jié)奏，可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的一組重
力場(chǎng)可視化的動(dòng)態(tài)符號(hào)，并加上相應(yīng)電子地圖手段閃爍、跳躍和亮度變化等反映重力的方
向、大小、空間和時(shí)間變化特征等。 4、地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集的分析及預(yù)測(cè)。 對(duì)地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)集進(jìn)一步處理(進(jìn)一步處理方法很多，例如可以利用球諧分析方法，高低通濾波方法)，使之形成滿足不同要求的地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集；其次利用步驟(3)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集的動(dòng)態(tài)顯示，通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示，可以從視覺(jué)化的角度觀測(cè)地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集的變化規(guī)律，從而完成對(duì)可視化數(shù)據(jù)子集的直觀分析；最后對(duì)可視化子集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析周期非周期變化規(guī)律，選擇合適的 擬合函數(shù)，預(yù)測(cè)后續(xù)數(shù)據(jù)子集的變化規(guī)律，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，這樣可以完成地球重力場(chǎng)可視 化數(shù)據(jù)子集的可視化預(yù)測(cè)。例如通過(guò)本專業(yè)領(lǐng)域熟知的球諧分析方法生成可用于衛(wèi)星軌道 確定的地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)子集的動(dòng)態(tài)顯示，這樣可以直觀地圖形化 分析其變化規(guī)律；同時(shí)又可利用統(tǒng)計(jì)分析方法提取重力場(chǎng)變化的周期和非周期變化信息， 選擇合適的擬合函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重力場(chǎng)的變化的預(yù)測(cè)，并完成動(dòng)態(tài)顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重力場(chǎng)數(shù) 據(jù)的圖形化直觀預(yù)測(cè)。此外，本發(fā)明中統(tǒng)一格式的點(diǎn)值數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶需要自定義，但需要 包括點(diǎn)號(hào)、大地經(jīng)度、大地緯度、高程或大地高、觀測(cè)值、觀測(cè)時(shí)間。如果收集到的是格網(wǎng)數(shù) 據(jù)，可以將該格網(wǎng)數(shù)據(jù)當(dāng)作點(diǎn)值文件處理，但需標(biāo)注時(shí)間。 本發(fā)明中統(tǒng)一格式的格網(wǎng)數(shù)據(jù)也可以自定義格式，也可借鑒已有格式定義，如 GeoTIFF格式。
權(quán)利要求
一種地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化分析方法，其特征在于，實(shí)現(xiàn)地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化與分析，該方法主要包括以下步驟(1)對(duì)地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，即首先對(duì)不同機(jī)構(gòu)或部門提供的地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括點(diǎn)之記或點(diǎn)號(hào)標(biāo)識(shí)、大地緯度、大地經(jīng)度、高程或大地高、觀測(cè)時(shí)間、觀測(cè)基準(zhǔn)和觀測(cè)值；其次對(duì)檢查后的數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)統(tǒng)一并完成粗差剔除；最后將所有的重力場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式的點(diǎn)值數(shù)據(jù)；(2)面向地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集生成，即對(duì)步驟(1)中的統(tǒng)一格式的點(diǎn)值數(shù)據(jù)按不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)值時(shí)間同步處理，然后對(duì)每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行格網(wǎng)化處理，并對(duì)格網(wǎng)化數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間戳標(biāo)記，從而生成不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)集；(3)地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集動(dòng)態(tài)顯示，即利用不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)集，通過(guò)設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)，對(duì)于設(shè)置的時(shí)間步長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳，沒(méi)有相應(yīng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，需要完成數(shù)據(jù)的內(nèi)插，按照地表的平面位置，采用分層設(shè)色的方式，同時(shí)采用圖層疊加的方式，疊加全球地形數(shù)據(jù)、地理格網(wǎng)數(shù)據(jù)、國(guó)界矢量數(shù)據(jù)和地名數(shù)據(jù)，采用OpenGL或Direct3D圖形應(yīng)用程序設(shè)計(jì)界面(API)，利用動(dòng)態(tài)地圖符號(hào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示；(4)地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集的分析及預(yù)測(cè)，即首先對(duì)地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)集進(jìn)一步處理，使之形成滿足不同要求的地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集；其次利用步驟(3)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集的動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的可視化分析過(guò)程；最后對(duì)可視化子集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析周期非周期變化規(guī)律，選擇合適的擬合函數(shù)，預(yù)測(cè)后續(xù)數(shù)據(jù)子集的變化規(guī)律，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，完成地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)子集的可視化預(yù)測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化分析方法，其特征在于， 所述時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置優(yōu)選不小于1個(gè)月。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化分析方法，其特征在于， 動(dòng)態(tài)顯示方法是在動(dòng)態(tài)符號(hào)的視覺(jué)變量與實(shí)際變化的特征之間建立映射關(guān)系，重力場(chǎng)的時(shí) 態(tài)特征和變化規(guī)律就可由符合動(dòng)態(tài)符號(hào)的視覺(jué)變量體現(xiàn)出來(lái)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的四維動(dòng)態(tài)可視化分析方法，其特征在于， 步驟(4)中，對(duì)地球重力場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)集進(jìn)一步處理方法為球諧分析方法或高低通濾波方 法。
全文摘要
面向重力異常、擾動(dòng)重力、高程異常、垂線偏差、重力梯度等地球重力場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，提供了一種全球重力場(chǎng)可視化分析方法，包括步驟根據(jù)不同機(jī)構(gòu)或部門提供的多源地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，形成標(biāo)準(zhǔn)的地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集；利用不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)集，結(jié)合全球地形數(shù)據(jù)，采用四維動(dòng)態(tài)可視化的方法，實(shí)現(xiàn)多個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地球重力場(chǎng)可視化應(yīng)用數(shù)據(jù)的表征。該方法能夠利用大量觀測(cè)的原始數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)資料的一致性，確定數(shù)據(jù)資料的可靠性，發(fā)現(xiàn)和提出有用異常，為地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)的相關(guān)分析、理解及預(yù)測(cè)提供必要的途徑和方法。
文檔編號(hào)G01V7/00GK101793976SQ20101011305
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者張利明, 洪志剛, 翟亮, 陳利奇 申請(qǐng)人:中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院