Разработка картографических проекций реальных поверхностей небесных тел и способов их исследования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.24.03, кандидат технических наук Нырцов, Максим Валерьевич

• Нырцов, Максим Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нырцов, Максим Валерьевич

Введение.

Состояние и направления разработки проекций реальных поверхностей небесных тел.

Нетрадиционные виды картографических изображений.

Нетрадиционные картографические изображения, обладающие метрическими свойствами.

Нетрадиционные картографические изображения, построенные на основе каких-либо зависимостей.

Нетрадиционные картографические изображения, построенные в картографической проекции.

Нетрадиционные картографические изображения, не обладающие метрическими свойствами.

Обзор исследований в области разработки проекций реальных поверхностей небесных тел.

Референц - поверхности и координатные системы.

Теоретические аспекты картографических проекций реальных поверхностей небесных тел.

Особенности картографирования реальных поверхностей небесных тел

Сведения о Фобосе (спутнике Марса).

Обоснование выбора объекта картографирования.

История открытия спутников Марса - Фобоса и Деймоса.

Научные сведения о Фобосе.

Рельеф и геологическая характеристика поверхности Фобоса.

Состав, плотность и климатические условия Фобоса.

Проекции реальных поверхностей небесных тел.

Проекции для отображения небесного тела в планетарном масштабе.

Проекции для отображения северного и южного полушарий небесного тела.

Проекции для отображения западного и восточного полушарий небесного тела.

Проекции для отображения регионов небесных тел.

Способы исследования картографических проекций реальных поверхностей небесных тел, направления определения высот точек поверхностей.

Направления и методика проведения экспериментальных работ.

Проблема определения высот точек реальной поверхности небесного тела для разработки картографических проекций. Общие направления решения этой адачи.

Способы определения математических моделей высот реальных поверхностей.

Выбор аппроксимирующих функций.

Выбор способа решения для нахождения коэффициентов многочлена. Количество опорных точек с известными значениями превышений, взятых для нахождения приближающей функции, и их расположение.

Точность аппроксимации.

Экспериментальные вычисления по определению превышений точек поверхности ядра кометы Галлея на основе аппроксимирующих зависимостей.

Разработка способов оценки достоинств картографических проекций реальных поверхностей небесных тел.

Технологические схемы построения картографических сеток проекций реальных поверхностей небесных тел.

Исходные данные для выполнения экспериментальных работ.

Обработка данных и построение картографических сеток.

Создание содержания для карт реальных поверхностей небесных тел.

Заключение диссертации по теме «Картография», Нырцов, Максим Валерьевич

Основные результаты и выводы исследований следующие:

1 Выполнен обзор исследований в области разработки проекций реальных поверхностей и приведён исторический обзор их картографирования.

2 Разработаны теоретические аспекты картографических проекций реальных поверхностей небесных тел.

3 На основе анализа традиционных картографических проекций разработана методика определения классов и вариантов картографических проекций для карт небесных тел с различным территориальным охватом.

4 Разработана классификация проекций нового типа.

5 Разработаны предварительные способы оценки достоинств картографических проекций.

6 Разработаны модели высот реальных поверхностей небесных тел с использованием аппроксимирующих зависимостей.

7 На основе анализа вида картографических сеток рекомендованы конкретные варианты проекций реальных поверхностей небесных тел для картографирования Фобоса.

149

8 Исходя из анализа и обобщения вариантов создания математической основы карт небесных тел сложной формы, приведены технологические схемы построения картографических сеток проекций реальных поверхностей в зависимости от имеющихся исходных материалов.

9 Создан Альбом картографических сеток реальной поверхности Фобоса с различным территориальным охватом.

Диссертация является первым шагом на пути разработки теоретических аспектов получения проекций реальных поверхностей тел нерегулярной формы, поэтому проблемы, затронутые в ней, предстоит развивать в будущем с привлечением специалистов соответствующей отрасли знаний. Окончательное решение вопросов возможно на основе международного сотрудничества между странами, имеющими космические программы по исследованию небесных тел Солнечной системы, а также странами, в которых имеются специалисты в областях естествознания, относящихся к исследованию и картографированию планет, спутников, астероидов, комет и др.

На основе выполненных исследований сформулируем вопросы, подлежащие решению в дальнейшем:

1. Создание опорных сетей на поверхности различных небесных тел нерегулярной формы на основе выполнения астрометрических и фотограмметрических работ, что послужит основой для разработки моделей высот.

2. Развитие теории определения фигур небесных тел сложной формы на основе использования материалов космического зондирования, а также материалов другого вида как основы для решения проблемы их отображения.

3. Исследование изображений реальных поверхностей, полученных различными съемочными системами.

Данные проблемы выходят за рамки круга картографических задач.

4. Разработка картографических проекций реальных поверхностей небесных тел существенно нерегулярной формы.

5. Определение оптимальных вертикальных масштабов построения изображения реальных поверхностей.

6. Определение способов преобразования одних картографических проекций реальных поверхностей в другие.

150

7. Разработка проекций, в которых учитываются отклонения только по оси абсцисс или ординат.

8. Уточнение способов оценки достоинств картографических проекций реальных поверхностей небесных тел на основе разработанных в диссертации предварительных способов.

9. Сравнительный анализ одноименных картографических проекций, описывающих реальные изображения, полученные с использованием различных съемочных систем и систем координат.

10. Определение по снимкам реальных поверхностей небесных тел и величин смещений за счет их превышения относительно гладких поверхностей и получение картографических проекций по этим данным.

11. Сравнительный анализ математических моделей космических снимков реальных поверхностей.

151

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью выполнены теоретические и экспериментальные исследования на тему, посвященную разработке нового класса картографических проекций реальных поверхностей небесных тел.

Главный итог диссертации: получены картографические проекции, обеспечивающие картографирование небесных тел сложной формы (планет, спутников, астероидов, ядер комет и др.), предложены способы исследования этих проекций.

Теоретические и практические результаты работы дают возможность изучать морфологию небесных тел в курсах астрономии и планетологии, картографировать в проекциях реальных поверхностей небесных тел геологические данные, отражательную способность тела и другие свойства. Разработанные модели высот позволяют увеличивать частоту картографической сетки до необходимого интервала, используя математическое описание реальной поверхности тела с помощью аппроксимирующих зависимостей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нырцов, Максим Валерьевич, 2000 год

1. Атлас обратной стороны Луны. М.: АН СССР, 1960, Ч. 2, - М.: НаукаД967, ч. 3, -М.: Наука, 1975

2. Атлас планет Земной группы и их спутников. Под ред. Большакова В. Д. и др. -М.: МИИГАиК,1992

3. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ: Подход с использованием ЭВМ. Пер. с англ. М.: Мир, 1982

4. Билич Ю.С., Васмут А.С. Проектирование и составление карт: Учебник для вузов. -М.: Недра, 1984.-364 С.

5. Богинский В.М. Способ изыскания произвольных проекций мелкомасштабных карт М.: Недра, 1972

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд., исправленное. - М.: Наука, Гл. ред. Физ. - мат. лит., 1986

7. Бугаевский Л. М., Вахрамеева Л. А. Геодезия. Картографические проекции: Справочное пособие. М.: Недра, 1992. - 293 С.

8. Бугаевский Л. М., Цветков В. Я. Геоинформационные системы: Учебное пособие для вузов. М.: Златоуст, 2000

9. Бугаевский Л.М. Математическая картография: Учебник для вузов. М.: 1998

10. Бугаевский Л.М. Теория картографических проекций регулярных поверхностей. -М.: Златоуст, 1999

11. Бугаевский Л.М., Нырцов М.В. Теоретические аспекты разработки картографических проекций реальных поверхностей небесных тел//Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1998, №3, с.98 108

12. Бугаевский Ю.Л. Варивалентная проекция типа псевдоцилиндрической для анаморфированных карт//Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1987, №1, с. 100 -107

13. Бугаевский Ю.Л. Переменно-масштабные проекции для создания анаморфированных карт//Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка,. 1986, №5, с. 139-144.152

14. Н.Буров Ю.Л. Фотограмметрическая съемка элементов интерьера архитектурного сооружения. Диссертация на соискание ученой степени к. т. н. М., 1984.

15. Васмут А.С., Бугаевский Л.М., Портнов A.M. Автоматизация и математические методы в картосоставлении : Учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1991. -391С.

16. Вахрамеева Л.А., Бугаевский Л.М., Казакова З.Л. Математическая картография: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986. - 286 С.

17. Демидович Б. П., Марон И. А. Основы вычислительной математики. М.: Гос - е изд - во физико-математической литературы, 1963

18. Карта Фобоса. Масштаб 1:100000/ Сост. МИИГАиК при участии МГУ; Науч. Рук. В.Д. Большаков, отв. Ред. В. П. Белов и др. М., 1988

19. Картография. Вып. 1-3: Сб. пер. ст. М.:Прогресс, 1983-1988

20. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика/Под ред. Д.Ь. Лисицкого. М.: Картгеоцентр - Геоиздат, 1993

21. Л. М. Бугаевский, А. М. Портнов Теория одиночных космических снимков -М.:Недра.1984, 280 С.

22. Мороз В. И. Физика планеты Марс. М.: Наука, 1978. 351 С.

23. Нырцов М.В. Разработка картографических проекций реальных поверхностей небесных тел. Дипломный проект. М.: МИИГАиК, 1992

24. Очерки сравнительной планетологии. Флоренский К.П., Базилевский А.П. и др. -М.:Наука, 1981

25. Поверхность Марса. Академия Наук СССР. Ордена Ленина Институт геохимии и аналитической химии им. Вернадского. Отв. ред. А. В. Сидоренко. М.:Наука, 1980

26. Поллак Дж. и др. Телевизионные наблюдения Фобоса и Деймоса с "Маринер-9". -в кн.: Новое о Марсе. М.: Мир, 1974, с. 50 - 56

27. Салищев К. А. Картоведение: Учебник. 3-е изд. - М.: Изд-во МГУ, 1990. - 400 С.

28. Сафонова О. Э. Разработка математической основы для реставрации интерьера архитектурных сооружений. Дипломный проект. М.: МИИГАиК, 1980

29. Смирнов Л.Е. Трехмерное картографирование. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1982. -104 С.

30. Соловьев М. Д. Математическая картография. М.: Недра, 1969153

31. Справочник геодезиста (в двух книгах). Изд. 2,перераб. и доп. М.'.Недра, 1975

32. Телевизионные исследования Фобоса/Г.А. Аванесов, Б. С. Жуков, Я. JI. Зиман и др. М.: Наука, 1994. - 168 С.

33. Тюфлин Ю.С. Космическая фотограмметрия при изучении планет и спутников. -М.: Недра, 1986.-247С.

34. Угроза с неба: рок или случайность? /Под ред. А.А. Боярчука. М.: Космосинформ, 1999, 218 С.

35. Урмаев Н. А. Теория томографического преобразования и её применение в математической картографии и составлении карт//Тр. ЦНИИГАиК, Вып. 113, М., 1956

36. Флоренский К. П., Базилевский А. Т. и др. Очерки сравнительной планетологии. -М.: Наука, 1981

37. Хемминг Р. В. Численные методы для научных работников и инженеров. -М.:Наука, 1968

38. Шевченко В.В, Родионова Ж.Ф. Глобус Марса еще одна «планета» у вас на столе. - М.: ГАИШ, МГУ, 1993

39. Atlas of Mars. The 1: 500 000 Map Series/R. M. Batson, P. M. Bridges, J. L. Inge. -NASA, 1979, p. 128

40. Basilevsky А. Т., Chernaya I. M. Craters of Phobos and Deimos: Photogeologic study//Abstracts X Lunar Planet. Sci. Conf. March 19 23, 1979, p. 69 - 71

41. Batson, R.M. and Edwards, K. 1987 «Cartography of irregular satellites»//Reports of the Planetary Geology and Geophysics Program, 1986, NASA Technical Memorandum 89810 (Washington, dc: National Aeronautics and Space Administration) 525-26

42. Batson, R.M. and Edwards, K. and Duxbury, Т. C. 1992 'Geodesy and cartography of the Martian satellites' Mars, ed. H.H. Kieffer et al. (Tucson: University of Arizona Press) ch. 36

43. Belton, M.J.S., et al. 1991 The spin state and homogeneity of Comet Halley's nucleus'//Icarus 93, 183-93

44. Blunck, J. 1994 Der Rote Planet im Karten Bild (Berlin: Justus Perthes Verlag Gotha GmbH)

45. Born G. H., Duxbury Т. C. The motions of Phobos and Deimos from Mariner 9 TV data. Celestial Mechanics, 1975, v. 12, p. 77-83154

46. Campbell, D. В., Black, G. J., and Ostro, S. J. 1994 'Asteroids and comets: Future imaging opportunities with earth based radar systems'//(abstract) Bulletin of the American Astronomical Society 26,1167

47. Clare В. C. et al. The Viking X-ray Fluorescence Experiment: Analitical Methods and Early Results. J. Geophys. Res., 1977 v.82, # 28 p.215-217

48. Croft, S. K. 1992 'Proteus: Geology, shape and catastrophic destruction'//Icarus 99, 40219

49. Damon P. Simonelli, Peter C. Thomas, Brian T. Carcich, and Joseph Veverka. The generation and use of numerical shape models for irregular Solar system Objects//Icarus * 103 49-61 (1993).

50. Davies, M. E., et al. 1994 'The direction of the North Pole and the control network of Asteroid 951 Gaspra'//Icarus 107, 18-22

51. Duxbury Т. C. Phobos transit of Mars as viewed by the Viking cameras//Science,1978. v. 199, N 4334, p. 1201—1202

52. Duxbury Т. C. Phobos, Deimos and Mars. Second International Colloquium on Mars, January 15-18,1979, NASA Conf. Publ. 2072, p. 24.

53. Duxbury Т. C. 1991 'An analytical model for the Phobos surfaceV/Planetaiy and Space Science 39, 355-76

54. Duxbury Т. C., and Callaghan, J. D. 1989 'Phobos and Deimos control networks'//Icarus 77, 275 86

55. Eberhart, J. 1988 'Phobos: Mission to a Martian PotatoV/Science News 133, 392 -93(1.2-39)

56. Greeley, R., and Batson, R. M. 1990 Planetary Mapping (Cambridge: Cambridge University Press) 1996 NASA Atlas of the Solar System (Cambridge: Cambridge University Press)

57. Helfenstein, P., 1994 'Galileo photometry of Asteroid 951 Gaspra'// Icarus 107, 37 60

58. Hudson, R. S., and Ostro, S. J. 1994 'Shape of Asteroid 4769 Castalia (1989 PB) from inversion of radar imagesV/Science 263, 940 43

59. Hudson, R. S., and Ostro, S. J. 1995 'Shape and nonprincipal axis spin state of Asteroid 4179 ToutatisV/Science 270, 84 86

60. Kennie T. J. M. McLaren R. A. Modeling for digital terrain and landscape visualization// Photogrammatric record 1988 vol. 72 № 12 pp. 711 745155

61. Maxim V. Nyrtsov, Lev M. Bugaevsky, Kira B. Shingareva. Mathematical planetary cartography basis for non-spherical celestial bodies. Proceedings from 19th International Cartographic Conference. Ottawa, 1999. - Vol. 1,2. - 1908 p.

62. Noland, M., and Veverka, J. 1977 The photometric functions of Phobos and Deimos II: Surface photometry of Deimos//Icarus 30, 200 211

63. Ostro, S.J., Rosema, K. D., et al. 1995a 'Extreme elongation of Asteroid 1620 Geographos from radar imagesV/Nature 375, 474-77

64. P. J. Stooke. Miscellaneous planetary maps. Maps 1999 CD ROM. Department of Geography University of Western Ontario, London, Ontario Canada N6A 5C2

65. P.J. Stooke and A. Abergel. Morphology of the nucleus of comet P/Halley//Astron. Astrophys. 248, 656 668 (1991)

66. Pang K.D. et al. The composition of Phobos: evidence for carbonaceous chondrite from spectral analysis//Science, 1978, v. 1999, # 4324, p. 64 66

67. Philip J. Stooke and C. Peter Keller. Map projection for non-spherical worlds/the variable-radius map projections//Cartographica.Vol. 27, summer 1990, pp.82 100

68. Philip J. Stooke. Atlas of Phobos CD-ROM. Department of Geography University of Western Ontario London, Ontario, Canada N6A 5C2, April 1999

69. Philip J. Stooke. Mapping Worlds with Irregular Shapes//The Canadian Geographer / Le Geographe canadien 42, no. 1, 1998

70. Philip J. Stooke. Planetary maps 1999 CD-ROM. Department of Geography University of Western Ontario London, Ontario, Canada N6A 5C2, August 1999

71. Pollack J. B. et al. Mariner 9 Television Observations of Phobos and Deimos, 2//J. Geophys. Res., 1973, V. 78, N. 20, p. 4313 4326

72. Rabinowitz, D. L. 1988 'A source map for dust jets observed in the coma of Comet P/Halley'// Astronomy and Astrophysics 200, 225 47

73. Simonelli, D. P., Thomas, P. C., et al. 1993 'The generation and use of numerical shape models for irregular solar system objectsY/Icarus 103,49-61

74. Smart J., Mason M., Corrie G. Assessing the visual impact of development plans. -GIS'90: Int. Symp. Geogr. Inf. Syst. « Making it work», Vancouver March 13-16, 1990//Proc. Vancouver, 1990, pp. 19-27

75. Snyder, J. P. 1985 'Conformal mapping of the triaxial ellipsoid'//Survey Review 28, 130 -48156

76. Stooke, P. J. 1982 'Phobos and Deimos' 1983 Yearbook of Astronomy, ed P. Moore (London: Sidgwick and Jackson Ltd.) 154-57

77. Stooke, P. J. 1986 'Automated cartography of non-spherical worldsV/Proceedings of the Second International Symposium on Spatial Data Handling, Seattle, wa, July 1986, 523 -36

78. Stooke, P. J. 1988 'Cartography of non-spherical worlds' Phd dissertation. University of Victoria, Victoria, British Columbia

79. Stooke, P.J. and Keller, C.P. 1990 Map projections for Non-Spherical Worlds: The Variable-Radius ProjectionsV/Cartographica 27, 82 200

80. The puzzling moons of Mars. J. Veverka et al.//Sky and teleskope, September 1978 (2.24)

81. Thomas C. Duxbury, John D. Callahan C. Ocampo. Phobos: Close encounter imaging from the Viking orbiters// NASA reference publication 1109, 1984

82. Thomas C. Duxbury. An analytic model for the Phobos surface. Planetary and Space Sciences, January, 1990

83. Thomas, P. 1979 'Surface features of Phobos and DeimosV/Icarus 40,223 43

84. Thomas, P., and Veverka, J. 1985 'Hyperion: Analysis of Voyager observations'// Icarus 64,414-24

85. Thomas, P., Veverka, J., Belton, M.I.S., and the GALILEO IMAGING SCIENCE TEAM 1994 'Ida: Topography, slopes and grooves'//Lunar and Planetary Science (Houston: Lunar and Planetary Science Institute) 1395-96

86. Thomas, P., Veverka, J., Carcich, В., et al. 1994 'The unusual shape of 243 Ida'//(abstract) Bulletin of the American Astronomical Society 26,1155

87. Thomas, P., Veverka, J., Morrison, O., et al. 1983 'Phoebe: Voyager 2 Observations' journal of Geophysical Research 68, 8736 42

88. Thomas, P. C. 1993 'Gravity, tides and topography on small satellites and asteroids: Application to surface features of the Martian satellites'//Icarus 105, 326 44

89. Thomas, P. C., Veverka, J., Simonelli, O., et al. 1994 'The shape of Gaspra'// Icarus 107, 23-36

90. Tolson R. H. et al. Viking first encounter of Phobos: Preliminary Results//Science, 1978 V. 199, N4324, p. 61-64

91. Turner, R. 1978 'A model of Phobos'// Icarus 33, 116-40157

92. Veverka J., Duxbury Т. C. Viking Observations of Phobos and Deimos: Preliminary Results./! Geophys. Res., 1977, v. 82, N 28, p. 4213 4223

93. Veverka, J., Thomas, P., Davies, M., and Morrison, D. 1981 'Amalthea: Voyager imaging resultsV/Journal of Geophysical Research 86, 8675 92

94. Mathematical Planetary Cartography Basis for Non-Spherical Celestial Bodiessubmitted to the Executive Committee

95. Michael Wood president 1995-1999

96. The UNIVERSITYo/WESTERN ONTARIO1. Department of Geography27 July 2000

97. Philip J. Stooke, Ph.D. Associate Professor and Graduate Chair Department of Geography [phone] ext. 85022 [e-mail]1. Sincerely,

98. Social Science Centre • London, Ontario • Canada • N6A 5C2 Telephone: [phone] • Fax: [phone] http://sparky.sscl.uwo.ca