[发明专利]数字地球磁层的构建及基于数字地球磁层的时空计算方法

说明书

本发明数字地球磁层的构建及基于数字地球磁层的时空计算方法，所述数字地球磁层的构建包括：以地球磁层为一种自然实体，确定其空间实体、时间实体和要素实体；对空间实体和时间实体分别进行形式化，构建空间基本单元和时间基本单元；通过对空间基本单元、时间基本单元以及各基本单元之间内在联系的表达，重构地球磁层的数字时空实体；通过要素映射建立要素实体与数字时空实体之间的关联关系，由此构建与地球磁层自然实体对应的数字实体，即数字地球磁层，实现各要素信息在时空框架下的组织。通过该方法建立的数字地球磁层，有利于支撑粒子通量分布、粒子运动特征分析等自然实体计算。

技术领域

本发明涉及数据组织领域，具体涉及支持具有时空特征的实体数字化及其组织存储的方法，特别涉及数字地球磁层的构建及基于数字地球磁层的时空计算方法。

背景技术

随着观测和考察手段的日益丰富，数据驱动研究模式成为当前科学研究的主要手段。基于全样本数据、利用大数据技术对自然世界中的对象和事件进行处理和计算是当前科学研究的热点问题，基于数字对象的分析预测等技术得到了快速发展。在数据驱动研究模式下，构建自然世界与计算机世界的映射，从而构造对象、事件的数字化实体是利用计算机对其进行处理和计算的重要前提。

在此数据驱动研究模式的发展需求下，地学领域提出了一系列数据组织模型。从空间数据模型、时态数据模型逐渐发展到时空数据模型，并且实现了如GIS系统、“数字地球”、“数字城市”等具体应用，发展较为完善。这些工作在地学领域的研究定位是数据组织模型及其应用，然而可以发现，这些模型本质上是针对特定自然对象或事件的数字化建模。但是，地学领域对数字化建模缺少概念定义和过程提取，也即缺乏数字对象建模的完整的理论框架。在理论框架的指导下，对地球磁层这一特定的自然实体进行研究。

当前空间物理领域的磁层模型如经验模型、T96半经验模型等主要用于地磁场结构的描述、分析，一般不直接用于空间物理数据资料的组织，而当前日地空间物理学科的数据组织通常采用基于语义标注的组织模型，如SPACE数据模型等，这些语义模型无法处理日益丰富的数据资源和愈发复杂的时空计算需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出一种基于时空框架的数据组织模型的构建方法，该方法在自然实体数字化建模理论框架的指导下，选取地球磁层为特定自然实体进行研究，利用数字化建模方法，构建“数字地球磁层”，可以实现基于时空关系的粒子资料高效组织与存储。

为实现上述目的，本发明提出了一种数字地球磁层的构建方法，所述方法包括：

以地球磁层为一种自然实体，确定其空间实体、时间实体和要素实体；

对空间实体和时间实体分别进行形式化，构建空间基本单元和时间基本单元；

通过对空间基本单元、时间基本单元以及各基本单元之间内在联系的表达，重构地球磁层的数字时空实体；

通过要素映射建立要素实体与数字时空实体之间的关联关系，由此构建与地球磁层自然实体对应的数字实体，即数字地球磁层，实现各要素信息在时空框架下的组织。

作为上述方法的一种改进，所述以地球磁层为一种自然实体，确定其空间实体、时间实体和要素实体，具体包括：

将地球磁层作为自然实体记为NE，其空间、时间、要素分别记为SE、TE、EE，则NE＝{SE，TE，EE}；

要素实体包含K个要素，即EE＝{E₁，E₂，...，E_k，...，E_K}，一个要素称为要素实体的一个维度，其中，E_k表示第k个要素维度，D_(k，Q)＝[D₁，D₂，...，D_Q]表示要素E_k有Q个分量。