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。

基于六边形离散格网模型的月表空间数据表达

针对球面离散格网模型缺少对月表空间数据表达研究方面的情况,在对正多面体离散格网模型特性深入研究的基础上,笔者设计了适用于月球的正二十面体六边形月球离散格网模型,并以月球半径为1737.1 km进行整体剖分,对基础剖分单元六边形孔径为3和4的格网模型进行对比分析,确定出孔径为4的剖分六边形。对实验区进行剖分,层级为14的离散格网能清晰地表达出月球100 m分辨率形态影像数据。

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.

正二十面体球面菱形离散格网的编码模型及其映射方法

全球离散格网为全球尺度的空间数据组织与管理提供了基础环境,而全球离散格网的编码体系,则可屏蔽不同坐标参考框架下的坐标转换,减少空间分析的复杂度,有利于数据的多尺度表达和统一建模。相对于其他类型的全球离散格网,基于正二十面体所构建的球面菱形离散格网具有更均匀的几何性质,有利于球面空间数据的集成与表达。但基于正二十面体的球面菱形离散格网的初始菱形边线并不贴合经纬线,这导致相对于基于正八面体的球面菱形离散格网,其格网结构更为复杂。这对构建正二十面体球面菱形离散格网的层次编码模型和建立其与地理坐标间的映射关系转换带来了新的挑战。针对这一问题,本文基于Hilbert曲线构建了正二十面体球面菱形离散格网编码模型,并在此基础上设计了格网编码与地理坐标的相互转换方法。研究表明,利用球面菱形离散格网与平面规则格网的相似性,基于Hilbert曲线构建的正二十面体球面菱形离散格网编码模型能够隐式表达空间尺度与位置信息,且在地理坐标与格网编码转换方面兼具效率与精度,可以支持全球海量空间数据建模、集成管理以及各类空间分析。

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。

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.

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。

几种离散格网模型的几何稳定性分析

对仅从剖分单元的形状和面积的变形研究,不能完全表达格网模型几何稳定性作了分析,并提出了从研究格网结点空间分布均匀性在多分辨率剖分过程中的变化出发,分析格网系统稳定性的研究思路,并选择能直接反映格网结点分布特性的四个统计量作为格网结点均匀性的评价指标。对几种离散格网系统的几何稳定性进行比较和评价,分析了不同格网生成方式对稳定性的影响,最后,在此研究基础之上,提出了进一步研究的工作方向。

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。

基于球面离散格网的遥感影像数据存储策略

球面离散格网模型是一种能够表达真实地理球面世界的数据模型,由于其格网划分的层次性,底层的遥感影像数据是以海量的小块数据块形式存在。本文根据球面离散格网遥感影像数据这种海量小数据块的特点,提出了一种局部分布式的虚拟存储方法,在维护影像存储区域相关性和剖分层次的同时,对遥感影像进行并行存取操作。

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。

室内离散格网空间Dijkstra最短路径算法优化

针对接收信号强度指示指纹库室内定位中的离散格网空间场景,将次区域间与区域内最短路径分开处理,在起终点次区域内寻找其与最短路径的交点;然后以此交点代替次区域内的网络节点,优化原生Dijkstra室内最短路径算法;通过室内格网空间的区域划分、网络节点设置及区域与节点之间的关系界定、优化后的Dijkstra算法,结合PostGIS/pgRouting数据库工具,最终得到一条综合最优的最短路径。实验数据显示,优化后的方法不仅可以得出正确的结果,而且在数据存储和计算复杂度方面提升了约90%。

基于Fuller投影的六边形球面离散格网生成算法

随着云计算、航天遥感、地理信息、导航等技术的发展,用于空间信息剖分组织的全球多分辨率离散格网模型得到了长足发展。针对已有研究成果和当前研究现状,选取性能优异的六边形作为基本格网单元,Fuller多面体投影作为投影类型,提出了一种基于正八面体构建新型六边形球面离散格网的方法。全文系统地论述了此新型离散格网的生成算法并给出了相应实验结果,最后与基于Snyder等积多面体投影的格网进行比较,得出其特点和应用前景。

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。