Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Югрина Елизавета Ивановна. Конструирование непрерывных поверхностей по частично неопределенным исходным данным для решения прикладных задач наземной навигации : Дис. ... канд. техн. наук : 05.01.01 : Москва, 2004 124 c. РГБ ОД, 61:04-5/3758


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

Введение 4

Глава 1. Анализ состояния вопроса и определение направления исследований 11

1.1. Анализ подходов по практическому применению инженерной геометрии и компьютерной графики в области решения топогеодезиче-ских и навигационных задач 11

1.2. Анализ существующих систем моделирования и визуализации поверхностей для определения геометрических характеристик участков местности 16

Выводы по первой главе 31

Глава 2. Метод сглаженных коэффициентов для конструирования поверхно сти участка местности по дискретным данным 33

2.1. Анализ существующих методов конструирования поверхностей 33

2.2. Разработка метода сглаженных коэффициентов для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности 37

2.2.1. Аппроксимация дискретных обводов полиномами высоких степеней 38

2.2.2. Анализ способов интерполирования дискретного обвода 43

2.2.3. Разработка алгоритма метода конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности 47

2.3. Разработка методики оценки степени адекватности модели исходному участку местности 52

Выводы по второй главе 60

Глава 3. Определение локальных дифференциальных характеристик моделей топографических поверхностей 62

3.1. Построение индикатрисы Дюпена и определение типа точки на модели топографической поверхности 62

3.2. Выбор способа определения локальных дифференциальных характеристик поверхностей участков местности 72

Выводы по третьей главе 80

Глава 4. Решение задач наземной навигации на основе геометрического мо делирования топографических поверхностей методом сглаженных коэффи циентов • 82

4.1. Определение основных параметров проходимости многоосных транспортных средств специального назначения 82

4.2. Методика оперативного определения профильной проходимости произвольных маршрутов движения МТССН по неразведанной местности 90

4.3. Методика определения зон видимости для решения тактических задач в условиях горной местности 97

Выводы по четвертой главе 108

Заключение 109

Список литературы 114

Приложения 124 



Введение диссертации:

Конструирование поверхностей и их описание с помощью средств прикладной геометрии играют важную роль во многих отраслях науки и техники. Очевидными примерами этого являются разработка иs производство автомобильных кузовов, корабельных корпусов, авиационных фюзеляжей и крыльев и т.п. В этом случае сущность конструирования либо по функциональным, либо по эстетическим причинам составляет форма или геометрия поверхности. Не меньшее значение имеет использование прикладной геометрии в военнойсфе-ре. Новое и перспективное вооружение, возрастающие боевые возможности войск и сил потенциальных противников значительно усложняют выполнение задач по применению и обеспечению войск. Концепция противника на проведение первых наземно-воздушных операций, предполагающих расчленение войск, срыв перегруппировки и подвоза материальных средств, предъявляет новые требования.к обеспечению маневра силами и средствами в динамично меняющихся условиях окружающей обстановки.

История войн и опыт, полученный в ходе проведения войсковых учений, свидетельствуют [4, 16, 37, 51], что умелое использование особенностей рельефа, местности способствует успеху в выполнении боевых задач, более эффективному применению оружия и боевой техники.

В бою войска передвигаются там, где это необходимо по условиям обстановки и где позволяют условия местности. Поэтому определение возможности передвижения транспортных средств специального назначения (ТССН) вне дорог имеет особо важное значение. На проходимость местности вне дорог большое влияние оказывает характер рельефа; почвогрунтови растительности, наличие естественных и искусственных препятствий (болот, рек, озер и др.). Рассмотрение вопросов передислокации подразделений транспортных средств специального назначения (ТССН) в условиях огневого воздействия противника выявляет противоречие между необходимостью обеспечения увеличения средней скорости движения этих транспортных средств по неразведанной местно --сти вне существующей дорожной сети и отсутствием методов оперативного определения геометрических характеристик поверхностей участков местности в полосе предполагаемого маршрута движения. Это противоречие порождает научную проблему оперативного автоматизированного определения характеристик внутренней и внешней геометрии поверхности участков местности в условиях недостатка геодезической информации для моделирования земной поверхности с точностью, достаточной для определения параметров проходимости ТССН [17,.40, 98]. В плане решения указанной научной проблемы можно сформулировать ряд научных задач, обеспечивающих создание научно-методического аппарата оперативного определения геометрических характеристик маршрута движения ТССН в условиях недостаточности и частичной неопределенности геодезической информации с учетом существующих средств и обоснование с его помощью рекомендаций по прокладке маршрутов движения мобильных средств специального назначения по неразведанной местности. Решение этих задач в данной работе подтверждает актуальность проводимых нами исследований.

Существующие методы прокладки маршрута движения ТССН требуют значительных материальных и временных затрат на разведку местности, по которой предполагается осуществлять движение. Поэтому, с целью сокращения этих затрат, можно использовать математическое описание местности и маршрутов движения, что является необходимым условием для оптимального решения навигационных задач. Построению математических моделей поверхности отдельных участков местности посвящено большое количество научных работ различных авторов [9, 22, 81, 94, 95, 103 и др.], но предлагаемые ими методы и подходы не в полной мере обеспечивают решение задач моделирования и определения геометрических характеристик геоповерхностей по параметрам точности и оперативности.

Разработанный в данной работе метод математического моделирования поверхностей позволит решать ряд задач, связанных с определением геометрических характеристик проходимости участков местности, по которым предпо - лагается прокладывать маршрут движения TGCH. Для получения этих характеристик требуется решить задачи внутренней геометрии поверхности, позволяющие определять единичные векторы некоторого ортогонального базиса произвольной кривой или поверхности в трехмерном пространстве. Решение приведенной выше задачи позволит более точно описать поверхность и опреде- лить участки местности, удовлетворяющие условиям проходимости TCGH. Кроме того, разработанный метод может использоваться для моделирования участков местности с целью определения зон видимости, что обеспечит более эффективное проведение визуальной разведки, целеуказания, решение вопросов обеспечения бесперебойной связи в различных условиях боевой обстановки.

Цель работы. Разработка методов и методик моделирования-поверхности участков местности и определения их специальных геометрических характеристик для решения прикладных задач наземной навигации.

Цель исследования достигается решением следующих основных задач:

- провести анализ существующих систем моделирования и визуализацию поверхностей для определения специальных геометрических характеристик участков местности;

- синтезировать метод конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности;

- разработать методику оценки степени адекватности модели исходному участку местности;

- разработать рекомендации по применению методов определения локальных дифференциальных характеристик сложных топографических поверхностей;

- разработать методику оперативного определения профильной проходимости произвольных маршрутов движения многоосных транспортных средств специального назначения (МТССН) по неразведанной местности;

- разработать методику определения зон видимости для решения тактиче ских задач в условиях горной местности.

Методика-исследований; Поставленные в работе теоретические и прикладные задачи решаются синтетическими методами теории изображений, проективной и алгебраической геометрии с использованием теории алгебраических кривых и поверхностей, специальных разделов вычислительной математики и программирования. Конструируемые поверхности исследуются графоаналитическими методами.

Теоретической основой для разработки способов конструирования алгебраических кривых линий и поверхностей послужили исследования Н.Ф. Четве-рухина, И;И; Котова, С.А. Фролова, A.M..Тевлина, В.Е. Михайленко, В.А. Бусыгина, Н.Н. Рыжова, B.C. Обуховой, В.А. Осипова, Г.С. Иванова, А.В. Павлова, А.Л. Подгорного, К.М. Наджарова, Л.Г. Нартовой; Ю.С. Завьялова, А.Д. Тузова, В.И. Якунина, С. Хелгасона, Д. Роджерса, Дж. Адамса и др.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

- синтезирован метод сглаженных, коэффициентов, для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности;

- разработана методика оценки степени адекватности модели поверхности моделируемому исходному участку местности;

- разработана методика оперативного определения:профильной проходимости произвольных маршрутов движения многоосных транспортных средств специального назначения по неразведанной местности на основе использования метода конструирования поверхности участка местности;

- разработана методика определения зон видимости для решения тактических задач в условиях горной местности.

Практическая ценность работы заключается • в том, что за счет применения разработанного научно-методического аппарата удалось, в среднем, в 8,4 раза снизить трудоемкость процесса определения параметров маршрутов движения. При этом точность работ по определению профильной проходимости произвольных маршрутов движения и определению зон видимости в горных -условиях была повышена на 42%, а время, затрачиваемое на определение зон видимости, уменьшено в среднем в 17,2 раза.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод сглаженных коэффициентов для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности.

2. Методика оценки степени адекватности модели поверхности реальному исходному участку местности.

31 Методика оперативного определения профильной проходимости произвольных маршрутов движения многоосных транспортных средств специального назначения (МТССН) по неразведанной местности.

4; Методика определения зон видимости для решения тактических задач в условиях горной местности.

Результаты диссертационной работы были апробированы:

- на пяти Межведомственных научно-технических конференциях (Серпуховский военный институт ракетных войск, 1999, 2000, 2001; 2002, 2003 год); - на научном семинаре (Москва, МАИ, кафедра Прикладной геометрии, 2002 год);

- на научном семинаре (Серпуховский военный институт ракетных войск, кафедра Инженерной графики, 2003 год);

- на научном семинаре (Серпуховский военный институт ракетных войск, кафедра Систем прицеливания и наземной навигации, 2003 год).

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 116 наименований. Диссертация объемом 124 страницы включает 27 рисунков и одно приложение.

Во введении к диссертации обоснована актуальность выбранной темы, раскрыты цель и содержание поставленных задач, указаны применяемые методы исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ возможности практического примене ния методов инженерной геометрии и компьютерной графики в области решения топогеодезических и навигационных задач, рассмотрены существующие методы.решения этих задач. Проведен анализ существующих систем моделирования и визуализации поверхностей для определения геометрических характеристик участков местности. В ходе анализа выявлены положительные и отрицательные стороны этих систем для решения теоретических и практических задач, поставленных в данной работе. На основе проведенного анализа сделаны выводы об ограниченной возможности использования существующих систем моделирования сложных произвольных поверхностей и необходимости разработки новых методов моделирования.поверхностей различных участков местности для решения поставленных задач.

Во второй главе на основе анализа существующих методов конструирования поверхностей и применения различных способов аппроксимации и интерполяции обоснован выбор структуры разрабатываемого метода конструирования поверхности участка местности. Проведено исследование точности аппроксимации профилей поверхностей участков местности полиномами различных степеней. Результаты исследования показали, что оптимальным, с точки зрения точности аппроксимации сложной топографической поверхности и вычислительных затрат, является полином 9-й степени. Обосновано использование кубических сплайнов для интерполяции коэффициентов аппроксимирующих полиномов.

Введено понятие коэффициента масштабируемости модели и разработана методика оценки степени адекватности модели моделируемому участку местности. С использованием данной методики проведено исследование степени адекватности ряда моделей местности, полученных при использовании различных методов моделирования, при различных коэффициентах масштабируемости.

В третьей главе на основе анализа существующих подходов к определению локальных геометрических и дифференциальных характеристик сложных --поверхностей обоснована необходимость применения и выбор методов определения:

- касательной плоскости в данной точке исследуемой поверхности;

- коэффициентов первой и второй основных квадратичных форм поверхности;.

- кривизны кривой на поверхности;

- главных кривизн и построения индикатрисы Дюпена в исследуемых тониках.

Разработаны рекомендации по практическому использованию методов определения локальных дифференциальных характеристик сложных топографических поверхностей при решении задач наземной навигации.

В четвертой главе, на основе разработанного метода сглаженных коэффициентов для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности и рекомендаций по определению локальных геометрических и дифференциальных характеристик сложных поверхностей, разработаны две методики. Первая методика позволяет оперативно и с минимальными затратами ресурсов определять параметры профильной проходимости маршрутов движения МТССН по неразведанной местности и на их основе делать заключение о проходимости предполагаемого варианта маршрута. Вторая методика позволяет строить на карте поверхности земли границы участков местности, видимых из произвольно выбранных точек наблюдения, с целью решения тактических задач в условиях горной местности.

В заключении изложены основные результаты теоретических исследований. Даны практические рекомендации по использованию этих результатов, рассмотрены перспективы продолжения исследований.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций