基于全球离散格网的空域冲突检测算法设计

为了快速检测空域冲突、及时进行冲突消解,针对现有空域冲突检测算法计算量大、速度慢问题,设计了一种空域冲突检测算法。该算法采用正二十面体剖分方式,将空域格网化;结合矩阵运算,大大降低了空域冲突检测运算量。该算法在大规模空域冲突检测时能够快速、准确地检测出空域冲突位置和冲突空域编号。

菱形三十面体六边形全球离散格网系统构建算法

全球离散格网系统是递归剖分整个地球空间形成的多分辨率离散地球参考模型,有助于建立以空间位置为主键的多源数据关联融合新模式。正二十面体的三角面不利于建立格网单元行列索引,且生成的球面格网单元存在较大形状差异,对此,该文采用面数更多、结构更优的菱形三十面体构建六边形全球离散格网系统。首先,在单个菱形面上建立离散斜坐标系描述多种孔径六边形剖分产生的多分辨率格网;其次,根据菱形三十面体的几何属性确定跨面单元归属,据此拼接各面上的多分辨率单元,构成封闭三十面体上的格网系统;最后,通过Snyder等积多面体投影将封闭菱形三十面体上的格网系统映射至球面。实验结果表明,相比二十面体的同类成果,菱形三十面体六边形全球离散格网系统的几何属性和应用潜力更好,有助于建立地球空间信息数据的高精度承载模型。

全球离散格网的建模方法及基本问题

全球离散格网(Discrete Global Grid,DGG)模型是数字地球及空间信息格网的基础,不同的建模方法不但影响空间数据的存储和管理效率,而且影响全球GIS的操作功能。该文介绍了DGG的评价标准,将DGG的建模方法归纳为3种类型:经纬度格网模型、自适应格网模型和正多面体格网模型,重点分析了不同类型球面离散格网模型的几何结构、单元特征和应用模式。最后,提出了DGG在Global GIS中亟待解决的基本问题,包括编码、精度、应用、误差、整合和定位问题。

基于线性四叉树的全球离散格网索引

将四元三角剖分的三角形格网组织成四叉树剖分的菱形块格网,以菱形块单元来进行数据的组织索引,通过线性四叉树成熟的Morton编码作为关键字来标识查找菱形块,并在此基础上经过改进来索引三角形格网、进行邻域搜索。

基于QTM的全球离散格网变形分布及收敛分析

介绍了球面四元三角网(QTM)的剖分原理;用纬线代替大圆弧线以改进QTM的传统细化方法,既减小了格网的变形量,又提高了格网数据与地理坐标的转换效率;根据实验数据,分析了在不同层次QTM格网中其面积和边长的变异性分布特征.结果表明:随着剖分层次的增加,1)格网面积的变形特征逐渐接近于正态分布;2)三角形最大/最小面积的比值和最大/最小边长的比值越来越大,但其增长速度越来越小,最终收敛到1.73和1.86.

基于菱形块的全球离散格网层次建模

在球面四元三角格网(QTM)基础上,以“菱形”块(Diamonds)作为基本单元,构建了全球离散格网的分块层次模型.用线性四叉树成熟的Morton编码作为关键字来标识菱形块,发展了具有固定方向(fixed orientation)的“块”层次编码技术及邻近搜索算法.利用地址码的邻近特征,建立了块层次之间、块与格网之间和格网层次之间的关联关系,并设计了全球多层次“菱形块”的层次操作和动态调用方法.研究结果表明:该模型在保持原有精度基础上,几何结构更简单;既避免了传统算法各层次间数据存储冗余问题,又使邻近搜索、数据更新和显示操作变得方便易行.

空间信息剖分组织的全球离散格网理论与方法

随着对地观测手段的不断进步,在广大区域甚至全球范围应用遥感和其他类型空间数据的机率大大增加。构建具有连续性、层次性和动态性的全球数据模型已成为广受关注的重要研究方向。目前,全球空间数据组织处理模型的研究已经取得了可喜进展,其中构建＂全球离散格网系统＂（discrete global grid systems,DGGS）,正是针对该问题提出的一种解决方案。

一种全球离散格网系统框架下的室内空间网格数据模型

针对室内外数据模型兼容性低,室内模型缺乏统一空间参考框架的问题,提出1种全球离散格网框架下的室内空间网格模型:室内模型通过引入全球离散格网系统(DGGS)作为坐标参考系统提供位置编码信息,并将DGGS作为模型的几何结构基础对室内空间离散化;然后以离散空间网格作为基本组织单元,对模型的类型系统进行设计;最后利用格网系统的层次结构与网格索引特性完成基于A*算法的室内路径规划。实验结果表明,该模型具有在统一框架下空间规划计算的可行性和有效性。

全球离散格网划分方法在空间数据组织中的应用

本文分析了全球离散格网系统的任意分辨率、层次性和全球连续性特征，指出基于其解决面向全球范围的多尺度、多时相、立体式的地理信息共享与服务的数据组织模型的可能性。结合应用方向比较了几种典型格网划分的优缺点，最终选定基于行列编码的四叉树和GeoSOT格网划分模型作为下一步实验的对象。

地理空间数据等积全球格网多模式三维扩展方法

全球离散格网系统是新型地理空间数据组织框架,等面积格网由于在采样和空间分析方面的独特优势而备受关注,但相关研究囿于地球表面,缺乏扩展至三维广域空间的一般方法。本文首先提出将等积球面格网系统扩展为球体格网系统的多种剖分模式,并实现其统一数学描述和详细数学证明;然后引入体积和紧致度指标定量评价不同剖分模式的体元性质,并与球体退化八叉树格网(SDOG)、大圆弧八叉树格网(SGOG)作对比;最后初步探索了本文方法的应用案例,讨论了不同应用需求下选择剖分模式的原则。对比试验结果表明,退化剖分的体元各项指标均优于规则剖分,等体积和退化剖分的体积性质优于SDOG,紧致度性质优于SGOG。本文多剖分模式三维扩展方法不仅符合国际标准等体积的要求,而且兼顾常规剖分设计选项,为不同应用需求提供了参考依据。

四孔六边形全球离散格网一致瓦片层次结构编码运算

全球离散格网系统是支持多源地球空间信息融合处理的有效解决方案,格网系统单元层次关系及全球统一编码运算是研究难点。首先,根据四孔六边形剖分特点,提出封闭二十面体表面的一致瓦片层次结构;然后,利用复进制数建立一致瓦片层次结构的编码数学模型,并等价设计全球统一编码运算、编码邻近查询、编码与地理坐标转换等算法;最后,设计了格网层次结构验证和编码运算效率测试实验。实验结果表明,一致瓦片层次结构的编码与地理坐标转换平均效率分别约是同类成果的2.74、1.73倍,编码邻近查询平均效率约是其7.46倍,且随着格网层次升高,效率优势更显著;与同类成果相比,所提方案瓦片具有一致性,且数量更少,算法复杂度低;层次结构的原理简明易懂,计算机执行效率高,可为多源对地观测数据统一组织管理、处理分析提供理论和技术支撑。

正二十面体六边形全球离散格网编码运算

全球离散格网系统是指把地球表面按照一定规则离散分割成多分辨率层次结构的格网单元,广泛应用于海量多源空间数据的组织、管理和分析中。六边形全球离散格网具有优良的几何特性,非常适合于空间数据的处理,如何进一步提高六边形全球离散格网编码运算的效率仍是当前研究的重点。本文采用正二十面体施耐德投影四孔径六边形全球离散格网模型,基于六边形三轴坐标与编码的二进制数的对应关系构建四孔六边形的基础编码结构,将二十面体划分为32个基础六边形,并将之分为3种基础六边形剖分瓦片,在每个六边形剖分瓦片采用基础编码结构进行编码,建立了四孔六边形全球离散格网编码,同时设计了并实现了四孔六边形编码与六边形三轴坐标之间的快速转换,基于此构建了一种高效的四孔六边形全球离散格网编码运算方案,包括编码的算数运算、空间拓扑运算和邻域检索运算及跨面运算。与现有的六边形全球离散格网编码运算方案相比,本文的方案进一步提高了编码算数运算、空间拓扑运算和邻域检索运算的效率,编码加法运算是HLQT的2~3倍,邻域检索运算分别是HLQT的3~5倍和H3的2~3倍,且受格网编码层次的影响较小,编码的跨面邻域检索运算时间略高于面内的运算,可以为全球离散格网系统的研究应用提供支撑。

多结构要素六边形全球离散格网系统构建方法及应用

格网是地理环境数字化离散的数据组织模型。局部投影的平面格网存在适用范围受限、全球扩展困难和单元变形严重等缺陷,而新型多面体全球离散格网大多只关注单元中心,忽视了单元顶点和边的作用,功能囿于数据建模与表达,难以适用于位置相关事件计算。本文首先建立四孔六边形全球离散格网“格心-格点-格边”多结构要素数学模型,推导证明多结构要素的唯一数学描述。然后,依据该数学模型提出格点、格边关联格心的编码运算法则。最后,设计地理环境格网建模和路线计算应用案例证明本文方法的可行性和优越性。结果表明,相较于投影平面格网,六边形全球离散格网的格元变形更小、变形离散程度更小:六边形格元面积、周长和角度形变误差率均小于7.5%,中低纬度区域兰伯特等角圆锥投影格网部分单元面积和周长形变误差率超过10%,高纬度区域墨卡托投影格网面积和周长形变误差率超过60%;相较于单一格元模型,多结构要素能够按事件计算需求准确表达环境信息,更有利于准确计算事件结果。

遥感图像菱形三十面体六边形全球离散格网建模及存储

全球离散格网系统(Discrete Global Grid System,DGGS)是数字化的地球参考框架,在多源、多尺度地球空间数据集成分析方面优势明显。本文选择菱形三十面体六边形全球离散格网系统,提高格网与地球的整体拟合精度和空间采样率;建立遥感图像六边形像素数学模型,提出兼容开放标准格式的数据存储方案。①根据地理位置将遥感图像格网化,完成遥感图像六边形DGGS建模;其次,建立六边形单元与矩形像素严密对应关系,等效保留六边形单元的邻域信息;②采用GeoTIFF开放标准格式精确存储六边形属性值以及投影、变换参数;③设计依托六边形DGGS格网标准数据集为基础的多尺度六边形DGGS生成算法。实验结果表明:本文方案不仅能保证六边形像素遥感图像数据与标准文件格式兼容,而且能保证矩形像素与六边形单元逐一对应,较好地保留了六边形单元数据的图像信息和空间分布特征,相较于欧空局SMOS数据组织方案更具优势。本文方案打破了六边形单元与矩形像素遥感图像的数据组织壁垒,使用常见GIS/RS软件即可读取六边形像素的遥感图像,并可通过对矩形像素的操作等效实现对六边形单元的处理,有望推动六边形DGGS在遥感数据组织、处理、共享等方面的应用。

基于六边形全球离散格网的海陆空图幅整合算法

海陆空图幅数据是一种遥感研究常用数据,但现有的海陆空数据都是基于矢量管理,在直观性、便捷性、统一性、高效性等方面存在问题。本研究利用全球离散格网无投影依赖、存储结构简单、全球无缝无叠等特点,提出基于六边形全球离散格网的海陆空图幅整合算法以解决上述问题。首先根据六边形剖分方法,将正二十面体投影到地球表面生成20个基三角形,并剖分组合成30个基六边形,其次确定比例尺与格网层级对应关系,递归剖分出对应比例尺层级格网数据,接着以直线段为最小单位,将海陆空图幅解析为多线段集—多线段—直线段的嵌套结构,利用格网邻接搜索算法将直线段格网化,最后生成以六边形全球离散格网形式表达的海陆空图幅数据。实验采用中国1∶50万和1∶25万海陆空图幅矢量数据和六边形全球离散格网数据,实验结果表明基于六边形全球离散格网的海陆空图幅整合算法可以完美地将图幅矢量数据转化为图幅格网数据。综上,基于六边形全球离散格网的海陆空图幅整合算法可以有效集成海陆空图幅数据,使海陆空图幅管理和显示更加便捷、高效,拓扑关系更加明确,为海陆一体化协同应用及利用全球离散格网进行数据集成与管理提供参考。

利用数值投影变换构建全球六边形离散格网

针对全球离散格网构建过程中从平面格网到球面格网的关键步骤进行讨论,提出一种新型的评价球面离散格网几何属性最优化的目标函数,使用遗传算法优化,得到了球面上有限层次内最优化条件下的直接剖分格网。利用有限层次内最优化格网提供的控制点数据,结合数值投影变换理论,成功地构建了几何属性更加均匀的全球六边形离散格网系统。试验表明,相对于现有Snyder等积投影建立的全球格网,在格网单元的均匀度上更优;在运算效率方面,速度大约是Snyder投影的2.5～3倍。

全球六边形离散格网数据的三维可视化方法

针对全球六边形离散格网的三维显示化方法开展研究,设计了一种六边形格网的空间层次结构(hexagonalquaternary balanced structure,HQBS),采用四位码元对格网单元进行编码,定义并实现了格网向量的基本运算,利用这些运算可以方便地实现格网单元的空间索引。在此基础上还研究了全球离散格网的动态生成与显示算法、可视化区域裁剪等相关内容。试验表明:全球格网动态生成的效率110～370单元/ms之间,加载空间数据后,格网数据和空间数据逐层加载的时间在300 ms左右,能够保证加载空间数据后的显示刷新率在20帧/s左右。

三孔六边形全球离散格网系统代数编码方法

建立三孔六边形全球离散格网系统代数表达模型,根据其数学性质设计编码方案.首先,引入"格元-格点-格边-格心"的概念,描述格网各种要素.其次,以格心作为格元等效研究对象,通过相邻层次几何递推关系,证明可采用复数平面上的混合定位计数系统严格描述不同层次的格心,揭示格元本质上是一种特殊形式的"复进制数".第三,通过间隔层次几何递推关系,证明在特定约束条件下,仍可采用混合定位计数系统唯一描述不同层次的格心,据此设计格元编码方案.第四,将编码方案扩展到正二十面体的20个三角面上,完整描述二十面体封闭表面的多分辨率离散格网.对比实验结果表明,本文提出的代数编码方案具有理论严密、利于高效编程实现的优点,单元编码跨面邻近搜索效率是同类方案的242.9倍.本文采用的复进制数是理想的格网形式化描述工具,提出的研究思路可用于创建具有普适性的全球离散格网系统理论框架.

基于菱形块的全球离散格网欧拉数计算

对全球离散格网的研究已成为目前国际GIS界的研究热点,其中欧拉数是讨论球面栅格区域局部拓扑不变量的重要参数,也是描述和推断球面栅格拓扑关系首先要解决的问题。本文以菱形块作为全球离散格网的数据组织单元,在利用线性四叉树Morton编码作为地址码对菱形块进行邻近搜索的基础上,在对菱形块进行剖分的同时,对其子菱形块进行行列号的剖分,然后利用菱形块行列号进行邻近搜索,最后利用邻近搜索的结果计算出全球离散格网的栅格区域进行欧拉数。最后,本文在C++和DirecX环境下验证了该算法的有效性和正确性。