CN106982439A - 一种用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法 - Google Patents

Abstract

一种用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，包括以下步骤：获得卫星传感器对地观测的覆盖区域；建立覆盖区域的外包矩形，判断外包矩形的位置关系；判断覆盖区域的初始位置关系；判断覆盖区域内是否存在子区域；当覆盖区域内不存在子区域时：若覆盖区域为包含关系，则用于包含的覆盖区域为求差区域，被包含的覆盖区域为求差区域的子区域；若覆盖区域为相交关系，则通过遍历规则确定求差区域；当覆盖区域内存在子区域时，判断子区域与覆盖区域的位置关系，并根据不同的位置关系确定求差区域的子区域：若覆盖区域为相交关系，通过遍历规则确定求差区域；若覆盖区域为包含关系，确定用于包含的覆盖区域为求差区域。

Description

一种用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法

技术领域

本发明涉及智慧地球对地观测领域,尤其涉及一种用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法。

背景技术

据科学家估计，到2020年前后，世界上会有七万亿个有线或无线的传感器，它们通过网络组织起来，以满足人们的即时需要。在地理信息科学的场模型下，由于传感器无处不在，因此认为地球上的任何地理空间位置都有被观测的需求，整个地球表面上都存在着一个连续的观测能力信息场，需要发掘符合要求的传感器进行观测，而传感器所具备的观测能力即为传感器发掘的重要依据。观测空间范围作为传感器观测能力的一个重要部分，不同的空间范围内存在着不同类型以及不同数量的传感器，因此不同的空间范围内的观测能力也不相同，如何确定某个空间范围内的观测能力对传感器的发掘以及规划有着重要的意义。

卫星遥感传感器作为对地观测的一个重要工具，目前已经有了对某一时刻的单个卫星传感器对地观测覆盖范围的模拟仿真的计算方法了，由此可以确定某个空间范围内所具有的单个传感器观测能力，但是如果考虑到多传感器进行协同观测，那么某个传感器所能观测到的其它传感器所不能观测到的空间范围则表示其特有的观测能力，根据所有传感器所具备的特有的观测能力就能对这些卫星传感器进行最优的规划调度。从技术角度讲，求解多卫星传感器特有的观测覆盖区域的问题实际上就是多个多边形求差的问题，已知的有效算法如Weiler算法，它能对凹凸多边形进行有效的求差，但是它却没有考虑到边重合、顶点重合等特殊情况；此外如Sutherland-Hodgeman等算法也能对多边形进行有效的裁剪，但这些算法却要求多边形是矩形，在多数实际情况下并不适用。综上可知目前关于多边形求差的算法要么就是限定了多边形的形状、要么就是不能考虑到一些较为常见的特殊情况。针对多卫星传感器传感器协同观测能力定量评定的需求，目前正缺乏针对多个卫星传感器对地观测覆盖区域求差的确认方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，实现了对多个卫星传感器对地观测覆盖区域的求差的技术效果。

本发明提供一种用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，包括以下步骤：

获得所有选定的卫星传感器对地观测的覆盖区域，对覆盖区域进行组合；

建立所有覆盖区域的外包矩形，判断每一组合中的外包矩形的位置关系；

根据外包矩形的位置关系判断覆盖区域的初始位置关系，初始位置关系包括相交、相离和包含；

判断某一组合的覆盖区域内是否存在其他卫星传感器观测到的全部区域，将其他卫星传感器观测到的全部区域定义为子区域；

当某一组合内的覆盖区域不存在子区域时：若某一组合内的覆盖区域的位置关系为相离，则继续计算下一个组合；若某一组合内的覆盖区域的位置关系为包含，则确定用于包含的覆盖区域为求差区域，被包含的覆盖区域为求差区域的子区域；若某一组合内的覆盖区域的位置关系为相交，则对组合内的覆盖区域进行交点计算，将交点记录在覆盖区域上，并标记交点的标识，通过对带交点的覆盖区域进行遍历，确定覆盖区域的求差区域；

当一组合的覆盖区域内存在子区域时，根据覆盖区域的位置关系判断子区域与覆盖区域的位置关系，并基于子区域与覆盖区域的位置关系进一步确定覆盖区域求差后的求差区域的子区域，若覆盖区域的位置关系为相交，则对组合内的覆盖区域进行交点计算，将交点记录在覆盖区域上，并标记交点的标识，通过对带交点的覆盖区域进行遍历，确定覆盖区域的求差区域；若覆盖区域的位置关系为包含，确定用于包含的覆盖区域为求差区域。

进一步地，所述判断外包矩形的位置关系包括以下步骤：

设一组合内包括覆盖区域A和覆盖区域B，建立覆盖区域A的外包矩形R_A和覆盖区域B的外包矩形R_B；

若满足条件{(x_A<x_B；(x_A+w_A)>(x_B+w_B))且(y_A>y_B；(y_A-h_A)<(y_B-h_B))}(1)，则外包矩形R_A包含外包矩形R_B；

式中，x_A为外包矩形R_A左上角坐标的横坐标，y_A为外包矩形R_A左上角坐标的纵坐标，w_A为R_A的水平长度，h_A为R_A的竖直长度，x_B为外包矩形R_B左上角坐标的横坐标，y_B为外包矩形R_B左上角坐标的纵坐标，w_B为R_B的水平长度，h_B为R_B的竖直长度；

若满足条件{(x_A>x_B；(x_A+w_A)<(x_B+w_B))且(y_A<y_B；(y_A-h_A)>(y_B-h_B))}(2)，则外包矩形R_B包含外包矩形R_A；

若满足条件{(x_A<x_B；(x_A+w_A)<x_B)}(3)，条件{(y_A>y_B；(y_A-h_A)>y_B)}(4)，条件{(x_A>x_B；(x_B+w_B)<x_A)}(5)，和条件{(y_A>y_B；(y_B-h_B)>y_A)}(6)中的任一条件，则外包矩形R_A和外包矩形R_B相离；

若条件(1)、条件(2)、条件(3)、条件(4)、条件(5)和条件(6)中的任一条件均不满足，则外包矩形R_A和外包矩形R_B相交。

进一步地，所述根据外包矩形的位置关系判断覆盖区域的初始位置关系包括以下步骤：

如果外包矩形R_A和外包矩形R_B为相交关系，则判断覆盖区域A与覆盖区域B的位置关系为相交或相离；如果外包矩形R_A为被包含关系，从覆盖区域A的顶点发射水平或竖直的射线，通过判断射线与覆盖区域B的交点数量判断覆盖区域A与覆盖区域B的位置关系；

若所有射线与覆盖区域B的交点数量都为1，则覆盖区域B包含覆盖区域A；

若一部分射线与覆盖区域B的交点数量为1，另一部分射线与覆盖区域B的交点数量为0或2，则覆盖区域A与覆盖区域B相交；

若所有射线与覆盖区域B的交点数量都为0或2，则覆盖区域A与覆盖区域B相离。

进一步地，所述标记交点的标识包括以下步骤：

对于所述覆盖区域A的边p_ip_i+1和所述覆盖区域B的边q_jq_j+1，计算叉积

如果所述叉积结果大于0，对于所述边p_ip_i+1来说，将所述交点标记为第一标识；对于所述边q_jq_j+1来说，将所述交点标记为第二标识；

如果所述叉积结果小于0，对于所述边p_ip_i+1来说，将所述交点标记为所述第二标识；对于所述边q_jq_j+1来说，将所述交点标记为所述第一标识；

如果所述叉积结果等于0，计算叉积若结果小于0，对于所述边p_ip_i+1来说，将所述交点标记为所述第一标识；对于所述边q_jq_j+1来说，将所述交点标记为所述第二标识。

进一步地，所述对带交点的覆盖区域进行遍历具体包括：

覆盖区域包括主覆盖区域和副覆盖区域，从主覆盖区域的顶点出发，遍历主覆盖区域的边上的顶点和交点；当一交点的标识为第一标识时，继续在主覆盖区域的边上遍历；当一交点的标识为第二标识时，以相同方向在该交点所在的副覆盖区域的边上遍历各顶点或交点直至遍历到相同的点，得到求差区域；或从初始交点出发，遍历主覆盖区域上的顶点和交点；当另一交点的标识为第一标识时，继续在主覆盖区域的边上遍历；当另一交点的标识为第二标识时，以相同方向在另一交点所在的副覆盖区域的边上遍历各顶点或交点直至回到初始交点，得到求差区域；确定主覆盖区域与求差区域的交点，利用这些交点在主覆盖区域和副覆盖区域中遍历直至求差区域全部被求出。

进一步地，所述确定覆盖区域求差后的求差区域的子区域包括以下步骤：

设覆盖区域A内存在子区域T^a，若覆盖区域B包含覆盖区域A，则子区域T^a被覆盖区域B包含，覆盖区域A减去覆盖区域B为空集，说明相对于覆盖区域B，覆盖区域A在空间上没有独特的观测能力；若覆盖区域A包含覆盖区域B且子区域T^a与覆盖区域B相交，则覆盖区域A与覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为子区域T^a与覆盖区域B合并的区域；若覆盖区域A包含覆盖区域B且子区域T^a包含覆盖区域B，则判断覆盖区域A和覆盖区域B实际的位置关系为相离；若覆盖区域A包含覆盖区域B且覆盖区域B包含子区域T^a，则覆盖区域A与覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为覆盖区域B；若覆盖区域A包含覆盖区域B且子区域T^a与覆盖区域B相离，则覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为T^a和覆盖区域B；若覆盖区域A与覆盖区域B相交且覆盖区域B包含子区域T^a，则覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域不存在子区域；若覆盖区域A与覆盖区域B相交且覆盖区域B与子区域T^a相交，则确定覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为T^a减去T^a与覆盖区域B相交的部分；若覆盖区域A与覆盖区域B相交且覆盖区域B与子区域T^a相离，则确定覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为T^a。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本发明通过判断覆盖区域的位置关系获得求差区域，实现了对多个卫星传感器对地观测覆盖区域的求差，能够作为对卫星传感器进行规划以及优化调度的可信依据；

(2)通过本发明可以穷举多个卫星传感器对地观测的覆盖区域的所有数量级的组合区域，并且把多个观测覆盖区域求差的问题转换成两两区域求差的问题，从而免去了多个区域同时求差计算所带来的复杂性；

(3)本发明基于交点的标识，确定了覆盖区域的求差区域，并基于子区域与覆盖区域的位置关系确定了求差区域的子区域，准确度高。

附图说明

图1是本发明用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法的流程图。

图2是本发明一实施例用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法中判断覆盖区域位置关系的示意图。

图3是本发明一实施例用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法中两个多边形求交点示意图。

图4是本发明一实施例用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法中多边形交点遍历示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

参考图1至图3，本发明提供了一种用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，包括以下步骤：

步骤S101,获得所有选定的卫星传感器对地观测的覆盖区域，对覆盖区域进行组合。

一实施例中，将每个卫星传感器对地观测的覆盖区域看作一个多边形，对所有选定的n个卫星传感器对地观测的覆盖区域进行从1到n的数字编号，数字编号构成集合S＝{1,2,…,n}，然后对集合S进行不同数量的组合，设组合的数量为t，t的计算公式为因此最多会有t个求差组合，通过组合把问题简化为求t次两个多边形差集的问题；

具体地，以集合S中的覆盖区域i作为主要的求差覆盖区域，然后对集合S内的剩下n-1个覆盖区域进行两两组合，结果表达为集合:

S₁＝{i,x|(i,x∈S；x≠i)}

S₂＝{i,(x,y)|(i,x∈S₁,y∈S；x≠y≠i)}

然后把S₂中的两两组合的元素作为一个整体，进行三个元素的组合，结果表达为集合：

S₃＝{(i,(x,y),w)|(w∈S,i,(x,y)∈S₂；x≠y≠w≠i)}

按照上述规则，一直进行数量递增的组合，直到组合为集合：

S_n＝{(i,(x,y,w,…,m),n)|i,(x,y,w,…,m)∈S_n-1；n∈S；x≠y…m≠n≠i}＝S

由排列组合的定义易知全部组合的数量为由于每次求组合都相当于求两两多边形间的组合，因此该问题就转换成了每次求两个多边形之间差集的问题。

例如有集合S＝{1,2,3,4}，用覆盖区域1作为主要的求差覆盖区域，那么:

S₁＝{1,2；1,3；1,4}

S₂＝{1,(2,3)；1,(2,4)；1,(3,4)}

S₃＝{1,(2,3,4)}＝S

按照上述组合的方式，也可以使用覆盖区域2、覆盖区域3或覆盖区域4作为主要的求差覆盖区域。

步骤S102，建立所有覆盖区域的外包矩形，判断每一组合中的外包矩形的位置关系。

一实施例中，选择一个组合，该组合包括覆盖区域A和覆盖区域B，建立覆盖区域A的外包矩形R_A和覆盖区域B的外包矩形R_B，参考图2，覆盖区域A为一多边形，其外包矩形R_A为一虚线表示的长方形，覆盖区域B为一长方形，外包矩形R_B与覆盖区域B重叠。

对外包矩形R_A与外包矩形R_B，判断它们的位置关系包括以下步骤：

2.1若满足条件{(x_A<x_B；(x_A+w_A)>(x_B+w_B))且(y_A>y_B；(y_A-h_A(<(y_B-h_B))}(1)，则外包矩形R_A包含外包矩形R_B；

式中，x_A为外包矩形R_A左上角坐标的横坐标，y_A为外包矩形R_A左上角坐标的纵坐标，w_A为R_A的水平长度，h_A为R_A的竖直长度，x_B为外包矩形R_B左上角坐标的横坐标，y_B为外包矩形R_B左上角坐标的纵坐标，w_B为R_B的水平长度，h_B为R_B的竖直长度；

2.2若满足条件{(x_A>x_B；(x_A+w_A)<(x_B+w_B))且(y_A<y_B；(y_A-h_A)>(y_B-h_B))}(2)，则外包矩形R_B包含外包矩形R_A；

2.3若满足条件{(x_A<x_B；(x_A+w_A)<x_B)}(3)，条件{(y_A>y_B；(y_A-h_A)>y_B)}(4)，条件{(x_A>x_B；(x_B+w_B)<x_A)}(5)，和条件{(y_A>y_B；(y_B-h_B)>y_A)}(6)中的任一条件，则外包矩形R_A和外包矩形R_B相离；

2.4若条件(1)、条件(2)、条件(3)、条件(4)、条件(5)和条件(6)中的任一条件均不满足，则外包矩形R_A和外包矩形R_B相交。

参考图2，一实施例中，(x_A>x_B；(x_A+w_A)<(x_B+w_B))且(y_A<y_B；(y_A-h_A)>(y_B-h_B))，说明外包矩形R_A包含外包矩形R_B。

步骤S103，根据外包矩形的位置关系判断覆盖区域的初始位置关系，初始位置关系包括相交、相离和包含。

一实施例中，根据外包矩形R_A与外包矩形R_B的位置关系判断覆盖区域A与覆盖区域B的位置关系，包括以下步骤：

如果外包矩形R_A和外包矩形R_B为相交关系，则判断覆盖区域A与覆盖区域B的位置关系为相交或相离；如果外包矩形R_A为被包含关系，从覆盖区域A的顶点发射水平或竖直的射线，通过判断射线与覆盖区域B的交点数量判断覆盖区域A与覆盖区域B的位置关系；

这里需要说明的是，当发射水平射线时，如果射线与覆盖区域B的竖直方向上的极值顶点相交，则记交点数量为2；如果射线与覆盖区域B的非竖直方向上的极值顶点相交，则记交点数量为1；当发射竖直射线时，如果射线与覆盖区域B的水平方向上的极值顶点相交，则记交点数量为2；如果射线与覆盖区域B的非水平方向上的极值顶点相交，则记交点数量为1；没有交点则记为0；

若所有射线与覆盖区域B的交点数量都为1，则覆盖区域B包含覆盖区域A；

若一部分射线与覆盖区域B的交点数量为1，另一部分射线与覆盖区域B的交点数量为0或2，则覆盖区域A与覆盖区域B相交；

若所有射线与覆盖区域B的交点数量都为0或2，则覆盖区域A与覆盖区域B相离。

参考图2，一实施例中，外包矩形R_B为被包含关系，覆盖区域B为多边形q₁q₂q₃q₄,覆盖区域A为多边形p₁p₂p₃p₄p₅p₆,从覆盖区域B的顶点q₃发射一条水平向右的射线l₁，该射线l₁与覆盖区域A的交点数量为0，从覆盖区域B的顶点q₄发射一条水平向右的射线l₂，该射线l₂与覆盖区域A的交点数量为1，由此判断覆盖区域A和覆盖区域B相交。

步骤S104，判断某一组合的覆盖区域内是否存在其他卫星传感器观测到的全部区域，将其他卫星传感器观测到的全部区域定义为子区域。

步骤S105，当某一组合内的覆盖区域不存在子区域时：

5.1若某一组合内的覆盖区域的位置关系为相离，则继续计算下一个组合；

5.2若某一组合内的覆盖区域的位置关系为包含，则确定用于包含的覆盖区域为求差区域，被包含的覆盖区域为求差区域的子区域；

5.3若某一组合内的覆盖区域的位置关系为相交，进行以下步骤的计算：

5.3.1对组合内的覆盖区域进行交点计算，将交点记录在覆盖区域上，并标记交点的标识；

交点计算包括以下步骤：

参考图3，一实施例中，覆盖区域A为多边形p₁p₂p₃p₄，覆盖区域B为多边形q₁q₂q₃q₄，对于覆盖区域A的边p_ip_i+1和覆盖区域B的边q_jq_j+1，计算叉积 表示为表示为d₂，表示为d₃，表示为d₄；如果 且 则说明边p_ip_i+1和边q_jq_j+1相交；如果{d_n＝0且d_n+1≠0(n＝1或n＝3)}，当n＝1时，若满足条件 且则说明边p_ip_i+1和边q_jq_j+1相交；当n＝3时，若满足条件 且 则说明边p_ip_i+1和边q_jq_j+1相交；如果{d_n＝0且d_n-1≠0(n＝2或n＝4)}，当n＝2时，若满足条件且 则说明边p_ip_i+1和边q_jq_j+1相交；当n＝4时，若满足条件 且则说明边p_ip_i+1和边q_jq_j+1相交；式中，为点p_i的横坐标，为点q_i的横坐标，为点p_i的纵坐标，为点q_i的纵坐标。

在确定了两条边相交以后，先求出这两条边的截距方程，再基于截距方程利用克拉默法则求出交点的坐标。

标记交点的标识具体包括：

对于覆盖区域A的边p_ip_i+1和覆盖区域B的边q_jq_j+1，计算叉积

如果叉积大于0，对于边p_ip_i+1来说，将p_ip_i+1和q_jq_j+1的交点标记为第一标识；对于边q_jq_j+1来说，将p_ip_i+1和q_jq_j+1的交点标记为第二标识；

如果叉积小于0，对于边p_ip_i+1来说，将p_ip_i+1和q_jq_j+1的交点标记为第二标识；对于边q_jq_j+1来说，将p_ip_i+1和q_jq_j+1的交点标记为第一标识；

如果叉积等于0，计算叉积若叉积小于0，对于边p_ip_i+1来说，将p_ip_i+1和q_jq_j+1的交点标记为第一标识；对于边q_jq_j+1来说，将p_ip_i+1和q_jq_j+1的交点标记为第二标识，由于两边相交，因而不存在叉积结果大于或等于0的情况。

需要说明的是，一条边上求出的交点数量可能为多个，但求出交点的顺序不一定是按照顶点排列顺序的，因此，在求出一条边上的交点后，需要先计算出这条边上所有交点到边起始点的欧氏距离，通过欧式距离从近到远进行排序，再记录到相应的边上，如果一个多边形的任意一条边p_ip_i+1与另一个多边形的任意连续的两条边q_jq_j+1和q_j+1q_j+2交于同一点q_j+1，则交点q_j+1的标识记为边p_ip_i+1与边q_j+1q_j+2相交时的标识。

通过以上步骤，便能得到带交点的多边形(覆盖区域)，该多边形的形状与原多边形的形状完全相同，作用是对其交点和顶点进行遍历得到求差区域。

参考图3，一实施例中，具体的标记方式为：把多边形分为主多边形和副多边形，以主多边形的边以顺时针方向排列、副多边形的边以逆时针方向排列为例，第一标识为“出”点的标识，第二标识为“入”点的标识，对于相交的两条边p₁p₂和q₁q₂，如果q₁q₂的起始点在p₁p₂的左边或q₁q₂的终点在p₁p₂的右边，则它们的交点为“入”点，反之则为“出”点，将主多边形中的入点标记为1，主多边形中的出点标记为-1，将副多边形中的入点标记为-1，副多边形中的出点标记为1，将主多边形和副多边形中不是交点的点标记为0。

需要说明的是，一条边上的交点数量可能为多个，但求出交点的顺序不一定是按照边顶点排序的，因此，在求出一条边上的交点后，需要先对交点进行排序，再记录到相应位置，如果一个多边形的一条边p₁p₂与另一个多边形连续的两条边q₁q₂和q₂q₃交于一点，则该点的标识为p₁p₂与q₂q₃相交时的标识。

如图3所示，多边形A与多边形B相交，多边形A的边以顺时针方向排列、多边形B的边以逆时针方向排列,记多边形A为主多边形，多边形B为副多边形，其中需要注意的有两个地方，首先是多边形A的边p₃p₄与多边形B的边q₁q₂、q₂q₃相交与同一点q₂，按照上述规则，q₂点的标识应该是p₁p₂与q₂q₃相交时的标识，计算出该点为入点；其次是多边形A的边p₁p₂与多边形B的边q₂q₃、q₄q₁相交于点n、m，由于计算出交点的先后顺序是n、m，但实际上排列顺序应该是m、n，因此需要对n、m进行排序，依据m与n到p₁的距离从近到远进行排序，这样便得到了p₁、m、n、p₂的顶点顺序，最后求差得到的多边形坐标序列如图3中表格内所示。

5.3.2通过对带交点的覆盖区域进行遍历，确定覆盖区域的求差区域。

对带交点的覆盖区域进行遍历具体包括：

覆盖区域包括主覆盖区域和副覆盖区域，从主覆盖区域的顶点出发，遍历主覆盖区域的边上的顶点和交点；当一交点的标识为第一标识时，继续在主覆盖区域的边上遍历；当一交点的标识为第二标识时，以相同方向在该交点所在的副覆盖区域的边上遍历各顶点或交点直至遍历到相同的点，得到求差区域；或从初始交点出发，遍历主覆盖区域上的顶点和交点；当另一交点的标识为第一标识时，继续在主覆盖区域的边上遍历；当另一交点的标识为第二标识时，以相同方向在另一交点所在的副覆盖区域的边上遍历各顶点或交点直至回到初始交点，得到求差区域；将主覆盖区域中的点与求差区域中的点进行对比，找到相同的点，利用相同的点在主覆盖区域和副覆盖区域中遍历直至求差区域全部被求出。

这里需要说明的是，每遍历到一个顶点或交点时，判断该点与起始点是否相同，并且判断是否构成环；如果构成环，则遍历结束，求差区域被求出；如果没构成环，则继续遍历。

1)从主多边形的第一个顶点开始顺序遍历，直到遇到顶点的标识不为0的点时便开始记录，首先记录该点，如果该点的标识为-1，则继续遍历主多边形的下一个点，且后面的标识为0和-1的点都直接记录并判断是否构成环(记录中的第一个点与最后一个点相等且中间还有其它点)，如果构成环，则一个求差结果区域被求出，进入步骤4)，如果没构成环，则继续遍历；如果遇到点的标识为1，则进入下一步；

2)进入到副多边形中坐标等于1)中的标识为1的位置开始遍历，如果该点标识为1或0，记录该点并判断是否构成环，如果构成环则一个求差结果区域被求出，返回到主多边形中该点处，进入步骤4)；否则继续遍历副多边形的下一个点；如果遇到的点的标识为-1，则记录该点，然后返回到主多边形中等于该点的位置；

3)返回到2)中所述的主多边形的位置后，按照1)2)步骤对主多边形、副多边形进行遍历，如果到最后一个点也没构成环，则返回到第一个点继续遍历，直至记录的集合构成环，就得到了相减后的一个区域的坐标集合，然后进入下一步；

4)把主多边形中与求差结果区域中的点一一对比并把相同的点的标识暂时修改为0，然后按照1)到3)步骤对主多边形、副多边形进行遍历，直到无法遍历出更多的求差结果区域。

参考图4，按照上述规则对图3中多边形相交所生成的带交点的坐标序列进行遍历，从p₁开始，遇到第一个标识不为0的点为m，记录m，因为m的标识为1，因此进入多边形B中m点处，遍历到点q₁，标识为-1，记录并返回到多边形A中的点q₁处，继续遍历，遇到点p₄、p₁，标识为0，记录并继续遍历，此时多边形A已经遍历到最后一个点(即第一个点)，依旧没构成环，则继续从头开始遍历，遍历到点m并判断出此时记录已经构成环，第一个点与最后一个点都是m，遍历结束，找出一个求差结果区域1,其坐标序列为:m、q₁、p₄、p₁、m。之后把这几个点的标识改为0，然后从头开始遍历，遇到点n的标识为-1，因此记录点n后继续遍历，遇到点p₂、p₃，标识都为0，继续遍历，然后遇到点q₂，标识为1，记录后然后进入到多边形B中的点q₂处，继续遍历，遇到点n，此时发现构成了环，第二个求差结果区域2被找出，其坐标序列为：n、p₂、p₃、q₂、n,按照上面的方式继续从头遍历，发现无法找到新的求差结果区域，即所有求差结果区域被求出。

步骤S106，当一组合的覆盖区域内存在子区域时，根据覆盖区域的位置关系判断子区域与覆盖区域的位置关系，并基于子区域与覆盖区域的位置关系进一步确定覆盖区域求差后的求差区域的子区域；

一实施例中，确定覆盖区域求差后的求差区域的子区域具体包括：设覆盖区域A内存在子区域T^a：若覆盖区域B包含覆盖区域A，则子区域T^a被覆盖区域B包含，覆盖区域A减去覆盖区域B为空集，说明相对于覆盖区域B，覆盖区域A在空间上没有独特的观测能力；若覆盖区域A包含覆盖区域B且子区域T^a与覆盖区域B相交，则覆盖区域A与覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为子区域T^a与覆盖区域B合并的区域；若覆盖区域A包含覆盖区域B且子区域T^a包含覆盖区域B，则判断覆盖区域A和覆盖区域B实际的位置关系为相离；若覆盖区域A包含覆盖区域B且覆盖区域B包含子区域T^a，则覆盖区域A与覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为覆盖区域B；若覆盖区域A包含覆盖区域B且子区域T^a与覆盖区域B相离，则覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为T^a和覆盖区域B；若覆盖区域A与覆盖区域B相交且覆盖区域B包含子区域T^a，则覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域不存在子区域；若覆盖区域A与覆盖区域B相交且覆盖区域B与子区域T^a相交，则确定覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为T^a减去T^a与覆盖区域B相交的部分；若覆盖区域A与覆盖区域B相交且覆盖区域B与子区域T^a相离，则确定覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为T^a。

6.1若覆盖区域的位置关系为相交，根据步骤5.3.1中的交点计算和交点的标识及步骤5.3.2中对覆盖区域进行遍历确定覆盖区域的求差区域。

6.2若覆盖区域的位置关系为包含，确定用于包含的覆盖区域为求差区域。

本发明通过判断覆盖区域的位置关系获得求差区域，实现了对多个卫星传感器对地观测覆盖区域的求差，能够作为对卫星传感器进行规划以及优化调度的可信依据；通过本发明可以穷举多个卫星传感器对地观测的覆盖区域的所有数量级的组合区域，并且把多个观测覆盖区域求差的问题转换成两两区域求差的问题，从而免去了多个区域同时求差计算所带来的复杂性；本发明基于交点的标识，确定了覆盖区域的求差区域，并基于子区域与覆盖区域的位置关系确定了求差区域的子区域，准确度高。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，其特征在于，包括以下步骤：

获得所有选定的卫星传感器对地观测的覆盖区域，对覆盖区域进行组合；

建立所有覆盖区域的外包矩形，判断每一组合中的外包矩形的位置关系；

根据外包矩形的位置关系判断覆盖区域的初始位置关系，初始位置关系包括相交、相离和包含；

判断某一组合的覆盖区域内是否存在其他卫星传感器观测到的全部区域，将其他卫星传感器观测到的全部区域定义为子区域；

当某一组合内的覆盖区域不存在子区域时：若某一组合内的覆盖区域的位置关系为相离，则继续计算下一个组合；若某一组合内的覆盖区域的位置关系为包含，则确定用于包含的覆盖区域为求差区域，被包含的覆盖区域为求差区域的子区域；若某一组合内的覆盖区域的位置关系为相交，则对组合内的覆盖区域进行交点计算，将交点记录在覆盖区域上，并标记交点的标识，通过对带交点的覆盖区域进行遍历，确定覆盖区域的求差区域；

当一组合的覆盖区域内存在子区域时，根据覆盖区域的位置关系判断子区域与覆盖区域的位置关系，并基于子区域与覆盖区域的位置关系进一步确定覆盖区域求差后的求差区域的子区域，若覆盖区域的位置关系为相交，则对组合内的覆盖区域进行交点计算，将交点记录在覆盖区域上，并标记交点的标识，通过对带交点的覆盖区域进行遍历，确定覆盖区域的求差区域；若覆盖区域的位置关系为包含，确定用于包含的覆盖区域为求差区域。

2.如权利要求1所述的用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，其特征在于：所述判断外包矩形的位置关系包括以下步骤：

设一组合内包括覆盖区域A和覆盖区域B，建立覆盖区域A的外包矩形R_A和覆盖区域B的外包矩形R_B；

若满足条件{(x_A<x_B；(x_A+w_A)>(x_B+w_B))且(y_A>y_B；(y_A-h_A)<(y_B-h_B))}(1)，则外包矩形R_A包含外包矩形R_B；

式中，x_A为外包矩形R_A左上角坐标的横坐标，y_A为外包矩形R_A左上角坐标的纵坐标，w_A为R_A的水平长度，h_A为R_A的竖直长度，x_B为外包矩形R_B左上角坐标的横坐标，y_B为外包矩形R_B左上角坐标的纵坐标，w_B为R_B的水平长度，h_B为R_B的竖直长度；

若满足条件{(x_A>x_B；(x_A+w_A)<(x_B+w_B))且(y_A<y_B；(y_A-h_A)>(y_B-h_B))}(2)，则外包矩形R_B包含外包矩形R_A；

若满足条件{(x_A<x_B；(x_A+w_A)<x_B)}(3)，条件{(y_A>y_B；(y_A-h_A)>y_B)}(4)，条件{(x_A>x_B；(x_B+w_B)<x_A)}(5)，和条件{(y_A>y_B；(y_B-h_B)>y_A)}(6)中的任一条件，则外包矩形R_A和外包矩形R_B相离；

若条件(1)、条件(2)、条件(3)、条件(4)、条件(5)和条件(6)中的任一条件均不满足，则外包矩形R_A和外包矩形R_B相交。

3.如权利要求2所述的用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，其特征在于：所述根据外包矩形的位置关系判断覆盖区域的初始位置关系包括以下步骤：

如果外包矩形R_A和外包矩形R_B为相交关系，则判断覆盖区域A与覆盖区域B的位置关系为相交或相离；如果外包矩形R_A为被包含关系，从覆盖区域A的顶点发射水平或竖直的射线，通过判断射线与覆盖区域B的交点数量判断覆盖区域A与覆盖区域B的位置关系；

若所有射线与覆盖区域B的交点数量都为1，则覆盖区域B包含覆盖区域A；

若一部分射线与覆盖区域B的交点数量为1，另一部分射线与覆盖区域B的交点数量为0或2，则覆盖区域A与覆盖区域B相交；

若所有射线与覆盖区域B的交点数量都为0或2，则覆盖区域A与覆盖区域B相离。

4.如权利要求3所述的用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，其特征在于：所述标记交点的标识包括以下步骤：

对于所述覆盖区域A的边p_ip_i+1和所述覆盖区域B的边q_jq_j+1，计算叉积

如果所述叉积结果大于0，对于所述边p_ip_i+1来说，将所述交点标记为第一标识；对于所述边q_jq_j+1来说，将所述交点标记为第二标识；

如果所述叉积结果小于0，对于所述边p_ip_i+1来说，将所述交点标记为所述第二标识；对于所述边q_jq_j+1来说，将所述交点标记为所述第一标识；

如果所述叉积结果等于0，计算叉积若结果小于0，对于所述边p_ip_i+1来说，将所述交点标记为所述第一标识；对于所述边q_jq_j+1来说，将所述交点标记为所述第二标识。

5.如权利要求4所述的用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，其特征在于：所述对带交点的覆盖区域进行遍历具体包括：

覆盖区域包括主覆盖区域和副覆盖区域，从主覆盖区域的顶点出发，遍历主覆盖区域的边上的顶点和交点；当一交点的标识为第一标识时，继续在主覆盖区域的边上遍历；当一交点的标识为第二标识时，以相同方向在该交点所在的副覆盖区域的边上遍历各顶点或交点直至遍历到相同的点，得到求差区域；或从初始交点出发，遍历主覆盖区域上的顶点和交点；当另一交点的标识为第一标识时，继续在主覆盖区域的边上遍历；当另一交点的标识为第二标识时，以相同方向在另一交点所在的副覆盖区域的边上遍历各顶点或交点直至回到初始交点，得到求差区域；确定主覆盖区域与求差区域的交点，利用这些交点在主覆盖区域和副覆盖区域中遍历直至求差区域全部被求出。

6.如权利要求5所述的用于多卫星传感器对地观测覆盖区域求差确认方法，其特征在于：所述确定覆盖区域求差后的求差区域的子区域包括以下步骤：

设覆盖区域A内存在子区域T^a，若覆盖区域B包含覆盖区域A，则子区域T^a被覆盖区域B包含，覆盖区域A减去覆盖区域B为空集，说明相对于覆盖区域B，覆盖区域A在空间上没有独特的观测能力；若覆盖区域A包含覆盖区域B且子区域T^a与覆盖区域B相交，则覆盖区域A与覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为子区域T^a与覆盖区域B合并的区域；若覆盖区域A包含覆盖区域B且子区域T^a包含覆盖区域B，则判断覆盖区域A和覆盖区域B实际的位置关系为相离；若覆盖区域A包含覆盖区域B且覆盖区域B包含子区域T^a，则覆盖区域A与覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为覆盖区域B；若覆盖区域A包含覆盖区域B且子区域T^a与覆盖区域B相离，则覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为T^a和覆盖区域B；若覆盖区域A与覆盖区域B相交且覆盖区域B包含子区域T^a，则覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域不存在子区域；若覆盖区域A与覆盖区域B相交且覆盖区域B与子区域T^a相交，则确定覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为T^a减去T^a与覆盖区域B相交的部分；若覆盖区域A与覆盖区域B相交且覆盖区域B与子区域T^a相离，则确定覆盖区域A和覆盖区域B求差后的求差区域的子区域为T^a。