中國航天領域大數(shù)據(jù)應用

近年來，隨著我國綜合國力的提升，航天事業(yè)得到了飛速發(fā)展。航天領域在研制、運行和發(fā)布成果的全過程中，都會產(chǎn)生大數(shù)據(jù)和應用大數(shù)據(jù)的需求，數(shù)據(jù)既是航天理論的基礎，又是航天實踐的基石，因而航天領域是大數(shù)據(jù)應用最早也最成熟，取得成果最多的領域。

航天要對尺度遠比地球大無數(shù)倍的廣闊空間進行探索，其總量更多，要求更高。如果沒有及時而精確的大數(shù)據(jù)支持，哪怕是一個小數(shù)點的錯誤，也會影響全局的成敗。因此，航天大數(shù)據(jù)不僅具有一般大數(shù)據(jù)的特點，更要求高可靠性和高價值。數(shù)據(jù)可視化是大數(shù)據(jù)領域所有價值的終極呈現(xiàn)，而航天領域的可視化，緣其數(shù)據(jù)總量更多，精確度更高，價值更高，一直被譽為數(shù)據(jù)可視化領域之巔。

“軍民融合”是我國改革開放以來國防科技工業(yè)改革與發(fā)展的總方針。目前，我國的一些自主企業(yè)在航天大數(shù)據(jù)可視化領域已經(jīng)具備成熟的技術，以數(shù)字冰雹為例，其參與了國家多項航天科研項目，為我國多項航天任務提供了的可視化技術支撐。基于指揮監(jiān)控中心大屏可視化，可以實現(xiàn)對航天測發(fā)、測控設備控制；航天指揮作戰(zhàn)體系模擬推演、作戰(zhàn)評估；航天作戰(zhàn)指揮顯示控制航天器數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)監(jiān)控。

一、全三維空間環(huán)境仿真

如今，航天領域的可視化范圍已經(jīng)從地球延伸至整個宇宙空間，這就對空間環(huán)境的逼真性和精確度提出了更高的要求。想要對空間環(huán)境進行更加逼真的態(tài)勢顯示，就需要利用三維視圖結合虛擬現(xiàn)實技術，真實刻畫地球和宇宙空間環(huán)境，逼真呈現(xiàn)地球和太空乃至其他行星的精確位置，并且呈現(xiàn)實時的光照、云層、大氣圈和反射等渲染效果。支持全球高程顯示，超精細細節(jié)，超大范圍地形展示，并且視角范圍可從全球視角無級放大至微觀細節(jié)觀察視角，實現(xiàn)全空間范圍的環(huán)境態(tài)勢顯示，以最佳方式實現(xiàn)宇宙環(huán)境可視化和空天態(tài)勢可視化。

二、 航天器三維仿真

航天器的仿真效果對于航天測發(fā)、測控、模擬演練、航天器數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)監(jiān)控的展現(xiàn)以及提升指揮員的態(tài)勢認知，提高決策質量有著越來越重要的影響。這就要求可視化系統(tǒng)基于三維實時渲染引擎，并且結合高度逼真的圖像渲染，配置多種可進行存儲、積累和復用的大范圍地形數(shù)據(jù)可視化模型、可視化模型數(shù)據(jù)庫、可視化效果庫，構建多領域多層次仿真系統(tǒng)，以保證可視化效果高水準呈現(xiàn)。支持對衛(wèi)星采集數(shù)據(jù)的可視化分析，支持添加各種輔助標識，表現(xiàn)各種不同類型探測器的探測范圍、通訊鏈路等效果。同時，航天器的位置、運行的軌跡、空中的姿態(tài)等動態(tài)呈現(xiàn)，全部可以基于數(shù)據(jù)實時驅動，并且能夠通過網(wǎng)絡接收實時數(shù)據(jù)并與后臺數(shù)據(jù)平臺對接，驅動仿真畫面實時更新。

三、航天任務流程仿真

航天任務是一項涉及眾多專業(yè)領域的復雜系統(tǒng)工程，因此常常需要對航天任務中的各要素進行模擬、分析與仿真，以支持航天任務的設計論證。為了對任務執(zhí)行過程和狀態(tài)進行仿真呈現(xiàn)，使相關人員直觀地看到航天任務執(zhí)行的動態(tài)過程并了解航天任務的執(zhí)行狀態(tài)等信息，就需要將二三維地理信息系統(tǒng)與航天任務內(nèi)容相結合，利用三維可視化技術將任務流程可視化，真實再現(xiàn)任務過程中信息的流動和動態(tài)演化，為航天任務的綜合效能評估提供逼真的空間環(huán)境模擬和數(shù)據(jù)支持。還要支持對復雜的任務流程進行推演和分析，并可在實時監(jiān)控狀態(tài)和規(guī)劃數(shù)據(jù)進行比對，以及根據(jù)實際數(shù)據(jù)對歷史態(tài)勢進行回放。

四、航天數(shù)據(jù)可視分析

在各項航天任務過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型復雜多樣及關聯(lián)性強的特點，為了將海量的基礎數(shù)據(jù)和結果數(shù)據(jù)進行有效管理和分析，就需要科學的分析算法，針對海量數(shù)據(jù)繁多的指標與維度，按主題、成體系地進行多維度的實時交互分析，并提供上卷、下鉆、切片、切塊、旋轉等數(shù)據(jù)觀察方式，呈現(xiàn)復雜數(shù)據(jù)背后的聯(lián)系，幫助用戶從不同角度分析數(shù)據(jù)、展示數(shù)據(jù)的不同影響。還應支持分析算法模塊擴充，支持嵌入各種仿真計算模型，為更加復雜的行業(yè)應用提供支持。

五、大屏多屏環(huán)境支持

大屏幕顯示系統(tǒng)已經(jīng)成為信息可視化不可或缺的核心基礎，針對航天領域數(shù)據(jù)量大、可視化精度高的特點，對大屏可視化環(huán)境的的要求也越來越高。航天領域的大屏多屏環(huán)境要滿足超高像素全屏點對點輸出，視網(wǎng)膜級分辨率，清晰、細膩、驚艷的顯示畫面。支持多屏拼控，顯示內(nèi)容自由布局組合。并可通過PAD手持設備作為控制終端來實現(xiàn)對大屏的交互控制。系統(tǒng)內(nèi)置對矩陣、拼控設備的控制支持，實現(xiàn)軟件根據(jù)投放內(nèi)容需要自動切換大屏幕布局場景，大幅度降低使用過程中的交互復雜程度。

習近平總書記強調，星空浩瀚無比，探索永無止境，只有不斷創(chuàng)新，中華民族才能更好走向未來。我們正在實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，這是決定我國發(fā)展未來的重大戰(zhàn)略。航天科技是科技進步和創(chuàng)新的重要領域，航天科技成就是國家科技水平和科技能力的重要標志。希望將來能有更多的先進技術為我們空間科學的發(fā)展提供“中國力量”，落實航天大數(shù)據(jù)的應用。