Modeling of solar irradiance for lunar base locations Abstract An incident radiation is an essential factor for a discovery of a place suitable for building a lunar base. This thesis presents a new approach for modeling of solar irradiance in an arbitrary lunar location at selected time. Shadowing by surrounding terrain is calculated by spatial intersection between lines of illumination and digital terrain model. Model also takes variable distance between Moon and Sun and areal representation of the Sun into account. In this thesis a new geometrical procedure for calculation of reflected irradiance is designed. The resulting model is implemented within ArcGIS software as an executable script, which utilizes the freely available data from Lunar Reconnaissance Orbiter as an input. Key words: Moon, solar irradiance, geoinformatic modelling, scripting

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22759号 / 工博第4758号 / 新制||工||1744(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻 / (主査)教授 三村 衛, 教授 渦岡 良介, 准教授 肥後 陽介 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

This diploma thesis deals with the practical integration of Geographic Information Systems (GIS) into geography classes at elementary and secondary schools. Suggested suggestions on how to use GIS in the educational process precede the theoretical starting point of the work. They deal with the wider context of the position of geoinformatics and the level of geoinformatics literacy in the Czech Republic. Sub-chapters about the structure of geoinformatic literacy are also included. The theoretical background continues with the topic of anchoring GIS in national education papers and ends with a chapter about GIS interdisciplinarity and its potential for use in teaching. The methodological part describes the structure of the questionnaire, the methodology of selection of addressed schools and the actual course of the questionnaire survey on the rate of use of GIS in geography classes at elementary and secondary schools. Next, the methodology of selecting freeware GIS programs described and used in the practical part of the thesis. The practical part is divided into three main subchapters reflecting the aims of the thesis. The first one deals with the results of the questionnaire survey. The second evaluation of available GIS programs and their potential for implementation in education. The last subchapter is the main part of the thesis and it deals with suggestions of using GIS in geography lessons at elementary and secondary schools. It includes three learning activities. The first is dedicated to creating own map and second to geographic location. Both of these activities with selected GIS were implemented in geography classes at primary school. The last part presents suggestions on how to use GIS to learn about current topics and issues.

Die Arbeit sollte die technische Machbarkeit der Verwendung digitaler Metadaten in Geodateninfrastrukturen aufzeigen und wenn möglich prototypisch umsetzen. Dabei sollten die Metadaten über Topographische Karten, welche in dem Metainformationssystem GeoMIS.Sachsen und über einen entsprechenden Katalogdienst (CSW) verfügbar sind, in einem Geoportal visualisiert werden. Im Ergebnis wurde ein Workflow entwickelt und umgesetzt, welcher die Metadaten automatisch abruft, die Metadaten entsprechend transformiert und abschließend die Metadaten über einen Kartendienst (WMS) für beliebige Geoportale bereitstellt. Dadurch ist es möglich die Aktualität von bereits vorhanden Kartendiensten bzw. deren Daten abzufragen. Durch die zyklische Ausführung des Prozesses auf dem Server stehen dem Nutzer jederzeit aktuelle Blattschnittübersichten zur Verfügung. Darüber hinaus steht ebenfalls ein Kartendienst für Vektordaten bereit über den die Geometriedaten und zusätzliche Sachinformationen direkt abgerufen werden können. Außerdem wird ein direkter Verweis (Link) auf den entsprechenden Metadatensatz im GeoMIS.Sachsen angegeben. Weiterhin wurde eine Transformation entwickelt, welche die im XML vorliegenden Metadaten in eine SVG überführt. Diese interaktive Blattschnittübersicht kann direkt auf Webseiten eingebunden werden. Außerdem kann aus dem SVG Format wiederum automatisiert ein PDF Dokument erstellt werden. Die Arbeit konnte nachweisen, dass zukünftig eine doppelte und getrennte Datenführung von Metadaten und Blattschnittübersichten nicht notwendig ist. Die Verwendung der IT Standardtechnologie XSLT zur Transformation von XML Daten hat sich bewährt und ermöglicht auch die Unterstützung weiterer Formate wie z.B. XHTML, KML (google) oder XCPF. Der erarbeitete Ansatz ist auch für andere Geodaten wie z.B. Luftbilder, historische Karten oder Bebauungspläne anwendbar. Durch die Visualisierung der textbasierten Metadaten war außerdem eine Qualitätssicherung der Metadaten möglich. / The work shows the technical feasibility of digital metadata within Spatial Data Infrastructures. The visualization of digital geo-metadata in geoportals was prototypical implemented. The use case was a map sheet index of topographical maps who is prepared automatically. Geo-metadata are described in the metadata information system GeoMIS.Sachsen and provided by a catalogue service (CSW). As a result a workflow was developed and implemented which calls the metadata automatically, transforms the metadata into GML and finally prepares the metadata through a web map service in geoportals. Thereby it is possible to analyze the actuality of the topographical maps through map sheet index. Because of the cyclical update of the data the map patterns are always up to date. There is also a map service for vector data (WFS) implemented which enables a user to directly retrieve additional factual information. Furthermore a direct URL to the metadataset in the GeoMIS.Sachsen is stated. Besides the GML transformation another one was developed, which converts the metadata in XML format into scalable vector graphics (SVG). This interactive map sheet index could be integrated directly on websites. It is also possible to create a PDF document automatically out of the SVG with appropriate software tools. By using the XSLT standard additional formats could also be served. For example a transformation of the XML source data into KML (Google), XHTML or XCPF is possible. This work demonstrates that there is no need for a separation of metadata and map sheet index any more. The usage of XSLT was profitable and supports a lot of formats. The workflow is also usable for other geo data like air photography, historical maps or development plans. In addition it is possible to use the workflow to visualize other metadata like resolution or prices of each map. Because of the visualization of the text based metadata a quality check of the data is possible.

Die Arbeit sollte die technische Machbarkeit der Verwendung digitaler Metadaten in Geodateninfrastrukturen aufzeigen und wenn möglich prototypisch umsetzen. Dabei sollten die Metadaten über Topographische Karten, welche in dem Metainformationssystem GeoMIS.Sachsen und über einen entsprechenden Katalogdienst (CSW) verfügbar sind, in einem Geoportal visualisiert werden. Im Ergebnis wurde ein Workflow entwickelt und umgesetzt, welcher die Metadaten automatisch abruft, die Metadaten entsprechend transformiert und abschließend die Metadaten über einen Kartendienst (WMS) für beliebige Geoportale bereitstellt. Dadurch ist es möglich die Aktualität von bereits vorhanden Kartendiensten bzw. deren Daten abzufragen. Durch die zyklische Ausführung des Prozesses auf dem Server stehen dem Nutzer jederzeit aktuelle Blattschnittübersichten zur Verfügung. Darüber hinaus steht ebenfalls ein Kartendienst für Vektordaten bereit über den die Geometriedaten und zusätzliche Sachinformationen direkt abgerufen werden können. Außerdem wird ein direkter Verweis (Link) auf den entsprechenden Metadatensatz im GeoMIS.Sachsen angegeben. Weiterhin wurde eine Transformation entwickelt, welche die im XML vorliegenden Metadaten in eine SVG überführt. Diese interaktive Blattschnittübersicht kann direkt auf Webseiten eingebunden werden. Außerdem kann aus dem SVG Format wiederum automatisiert ein PDF Dokument erstellt werden. Die Arbeit konnte nachweisen, dass zukünftig eine doppelte und getrennte Datenführung von Metadaten und Blattschnittübersichten nicht notwendig ist. Die Verwendung der IT Standardtechnologie XSLT zur Transformation von XML Daten hat sich bewährt und ermöglicht auch die Unterstützung weiterer Formate wie z.B. XHTML, KML (google) oder XCPF. Der erarbeitete Ansatz ist auch für andere Geodaten wie z.B. Luftbilder, historische Karten oder Bebauungspläne anwendbar. Durch die Visualisierung der textbasierten Metadaten war außerdem eine Qualitätssicherung der Metadaten möglich.:1 Ziel des Projektes 2 Grundlagen 2.1 Geoportale 2.2 Geodienste 2.2.1 OGC WMS 2.2.2 MapServer 2.3 Metadaten 2.4 XSL Transformation 3 Entwurfsentscheidung 4 Implementierung 4.1 Verwendete Programme 4.2 Datenabfrage 4.3 Transformation 4.4 Aufsetzen eines WMS 4.4.1 Installation MapServer 4.4.2 Mapfile 4.4.3 HTML Template 4.4 Aktualisierung der Daten 5 Ergebnis und Anwendungsmöglichkeiten 6 Aufwand und Nutzen 6.1. Einarbeitung 6.2. Produktion 6. 3. Nutzen 7 Ausblick 7.1 Klassifizierung 7.2 Direkte Verlinkung zum GeoMIS.Sachsen 7.3 Anwendung auf weitere Daten 7.4 Bereitstellung als WFS 7.5 Direkte Anbindung der Datenbank des GeoMIS und ggf. on-the-fly Visualisierung 7.6 Bereitstellung der Daten als Download 7.7 Verknüpfung der Produktionsdaten mit dem GeoMIS 8 Quellenverzeichnis 8.1 Literaturquellen 8.2 Internetquellen ANHÄNGE A Übersicht der einzelnen Blattschnitte B Empfohlene Verzeichnisstruktur C Übersicht Transformationen D Übersicht MAP File E Übersicht HTML Templates F Installation des Map Server und Einrichtung des Web Map Service G Aufruf des Web Map Service I WFS / The work shows the technical feasibility of digital metadata within Spatial Data Infrastructures. The visualization of digital geo-metadata in geoportals was prototypical implemented. The use case was a map sheet index of topographical maps who is prepared automatically. Geo-metadata are described in the metadata information system GeoMIS.Sachsen and provided by a catalogue service (CSW). As a result a workflow was developed and implemented which calls the metadata automatically, transforms the metadata into GML and finally prepares the metadata through a web map service in geoportals. Thereby it is possible to analyze the actuality of the topographical maps through map sheet index. Because of the cyclical update of the data the map patterns are always up to date. There is also a map service for vector data (WFS) implemented which enables a user to directly retrieve additional factual information. Furthermore a direct URL to the metadataset in the GeoMIS.Sachsen is stated. Besides the GML transformation another one was developed, which converts the metadata in XML format into scalable vector graphics (SVG). This interactive map sheet index could be integrated directly on websites. It is also possible to create a PDF document automatically out of the SVG with appropriate software tools. By using the XSLT standard additional formats could also be served. For example a transformation of the XML source data into KML (Google), XHTML or XCPF is possible. This work demonstrates that there is no need for a separation of metadata and map sheet index any more. The usage of XSLT was profitable and supports a lot of formats. The workflow is also usable for other geo data like air photography, historical maps or development plans. In addition it is possible to use the workflow to visualize other metadata like resolution or prices of each map. Because of the visualization of the text based metadata a quality check of the data is possible.:1 Ziel des Projektes 2 Grundlagen 2.1 Geoportale 2.2 Geodienste 2.2.1 OGC WMS 2.2.2 MapServer 2.3 Metadaten 2.4 XSL Transformation 3 Entwurfsentscheidung 4 Implementierung 4.1 Verwendete Programme 4.2 Datenabfrage 4.3 Transformation 4.4 Aufsetzen eines WMS 4.4.1 Installation MapServer 4.4.2 Mapfile 4.4.3 HTML Template 4.4 Aktualisierung der Daten 5 Ergebnis und Anwendungsmöglichkeiten 6 Aufwand und Nutzen 6.1. Einarbeitung 6.2. Produktion 6. 3. Nutzen 7 Ausblick 7.1 Klassifizierung 7.2 Direkte Verlinkung zum GeoMIS.Sachsen 7.3 Anwendung auf weitere Daten 7.4 Bereitstellung als WFS 7.5 Direkte Anbindung der Datenbank des GeoMIS und ggf. on-the-fly Visualisierung 7.6 Bereitstellung der Daten als Download 7.7 Verknüpfung der Produktionsdaten mit dem GeoMIS 8 Quellenverzeichnis 8.1 Literaturquellen 8.2 Internetquellen ANHÄNGE A Übersicht der einzelnen Blattschnitte B Empfohlene Verzeichnisstruktur C Übersicht Transformationen D Übersicht MAP File E Übersicht HTML Templates F Installation des Map Server und Einrichtung des Web Map Service G Aufruf des Web Map Service I WFS