專利名稱：一種統(tǒng)一現(xiàn)有經(jīng)緯度剖分網(wǎng)格的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地球空間信息組織、地理信息系統(tǒng)和遙感、測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將大地坐標(biāo)系進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，進(jìn)而在保持整型經(jīng)緯度量綱的前提下實(shí)現(xiàn)全四叉樹遞歸剖分，以該剖分網(wǎng)格作為基礎(chǔ)網(wǎng)格用于統(tǒng)一現(xiàn)有經(jīng)緯度剖分網(wǎng)格的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著對(duì)地觀測(cè)手段的不斷豐富、空間信息獲取能力的不斷提升以及應(yīng)用方式的多樣化，傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)面臨三個(gè)方面的技術(shù)瓶頸其一，海量、多維和多尺度地理空間數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理和高效檢索問題；其二，以往各行業(yè)獨(dú)立開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)間的“互操作”的應(yīng)用壓力；其三，即使是同一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，例如，遙感系統(tǒng)，不同作業(yè)環(huán)節(jié)之間(采集、處理、存儲(chǔ)、分發(fā)和服務(wù))的大規(guī)模數(shù)據(jù)遷移的困難。上述三個(gè)瓶頸問題均涉及到地理空間數(shù)據(jù)的組織問題。地理空間數(shù)據(jù)總是根據(jù)需要，按照事先規(guī)劃的一組地理網(wǎng)格切分，形成信息體，并以此為單元進(jìn)行組織。不同行業(yè)的信息管理系統(tǒng)應(yīng)用不同的地理網(wǎng)格組織數(shù)據(jù)，例如測(cè)繪中的“圖幅”、遙感中的“分景”、社會(huì)統(tǒng)計(jì)中的“行政區(qū)劃”、GoogleEarth系統(tǒng)的“瓦片”…。 事實(shí)上，同樣的問題存在于同一信息管理系統(tǒng)的不同作業(yè)環(huán)節(jié)之間。正是由于紛繁而彼此獨(dú)立的地理網(wǎng)格，切割出尺寸各異的數(shù)據(jù)體，由此造成空間數(shù)據(jù)資源“共享”、“互操作”和 “平滑遷移”的困難。由此可見，探索各種地理剖分網(wǎng)格的統(tǒng)一性構(gòu)成要素與聚合方法，從而為解決上述問題提供途徑，成為本項(xiàng)發(fā)明的應(yīng)用背景與出發(fā)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明以探尋統(tǒng)一的地理網(wǎng)格構(gòu)成元組為目標(biāo)，設(shè)計(jì)提出 “基于2n及整型一維數(shù)組的全球經(jīng)纟韋度剖分網(wǎng)格”,其英文為Geographical coordinates Subdividing grid with One dimension integralcoding on 2n-Tree,縮寫為 GeoSOT0 以 GeoSOT網(wǎng)格剖分方案為基礎(chǔ)，依次設(shè)計(jì)GeoSOT網(wǎng)格編碼方案和GeoSOT網(wǎng)格聚合方法。三者之間的邏輯層次關(guān)系如圖I所示，它們共同構(gòu)成本發(fā)明的技術(shù)方案步驟I，將地球表面空間按照GeoSOT網(wǎng)格剖分方案進(jìn)行剖分。GeoSOT網(wǎng)格剖分方案基于經(jīng)緯度坐標(biāo)空間定義。經(jīng)緯度坐標(biāo)空間的原點(diǎn)為本初子午線與赤道的交點(diǎn)。剖分方法的要點(diǎn)有二 其一，是采用全四叉樹遞歸剖分；其二， 是網(wǎng)格編碼保持整數(shù)“度、分、秒”量綱。為此，我們將經(jīng)緯度坐標(biāo)空間做了三次擴(kuò)展將 180。X360°空間擴(kuò)展到512° X512。;將每度的60'空間擴(kuò)展到64,;將每分的60" 空間擴(kuò)展到64"。在逐級(jí)遞歸剖分過程中，當(dāng)遇到?jīng)]有實(shí)際地理意義的區(qū)域，不再向下剖分。步驟2，對(duì)于經(jīng)剖分所得到的GeoSOT網(wǎng)格面片賦予唯一編碼。GeoSOT網(wǎng)格編碼分為三段度級(jí)、分級(jí)、秒級(jí)及秒以下網(wǎng)格編碼。當(dāng)可以利用編碼長(zhǎng)度來(lái)隱含網(wǎng)格層級(jí)時(shí)，編碼越長(zhǎng)表明網(wǎng)格越細(xì)；當(dāng)無(wú)法利用編碼長(zhǎng)度來(lái)隱含網(wǎng)格層級(jí)時(shí)， 需要額外的網(wǎng)格層級(jí)編碼。GeoSOT網(wǎng)格編碼有四種形式四進(jìn)制I維編碼、二進(jìn)制I維編碼、二進(jìn)制2維編碼、十進(jìn)制2維編碼。步驟3，利用有限幾種GeoSOT網(wǎng)格作為基礎(chǔ)元組，聚合形成任意指定一種地理網(wǎng)格，并自動(dòng)賦予聚合網(wǎng)格以全球唯一編碼。用于聚合的GeoSOT網(wǎng)格,稱為BAC網(wǎng)格(Basic Aggregation Cells,基礎(chǔ)聚合網(wǎng)格)其中 4°、2。、1。、2' Λ'、2"、1"、0.5"網(wǎng)格，分別命名為 BACO、BAC1、BAC2、· · ·、 BAC7，作為聚合基礎(chǔ)網(wǎng)格，利用BAC網(wǎng)格可以方便地聚合出任何現(xiàn)有基于經(jīng)緯度的地理網(wǎng)格。我們將在以下“具體實(shí)施方式
”節(jié)，說明GeoSOT網(wǎng)格的聚合方法和對(duì)聚合網(wǎng)格的編碼方法。作為本發(fā)明應(yīng)用之一，可以利用GeoSOT網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的技術(shù)改造首先， 利用GeoSOT網(wǎng)格對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)資源進(jìn)行剖分化處理，使原有空間數(shù)據(jù)資源具有 GeoSOT網(wǎng)格標(biāo)記，在此基礎(chǔ)，對(duì)老系統(tǒng)的索引途徑進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，使各作業(yè)環(huán)節(jié)(存儲(chǔ)、 檢索、處理、表達(dá)、應(yīng)用)的空間數(shù)據(jù)按照GeoSOT網(wǎng)格重新組織，最終實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的目的。由以上本發(fā)明技術(shù)方案可見，本發(fā)明從構(gòu)建統(tǒng)一的地理網(wǎng)格剖分方法入手，首先探尋構(gòu)成現(xiàn)有地理網(wǎng)格的統(tǒng)一性元組，進(jìn)而建立一種基于經(jīng)緯度的基礎(chǔ)網(wǎng)格系統(tǒng)，該網(wǎng)格系統(tǒng)及其編碼方案設(shè)計(jì)在采用全四叉樹遞歸剖分的同時(shí)，巧妙地保持了經(jīng)緯度計(jì)量量綱完整性，這樣，即方便人的識(shí)別和歷史積累資料的利用又特別適合計(jì)算機(jī)處理。利用GeoSOT 網(wǎng)格作為基礎(chǔ)元組，可以聚合形成任意一種現(xiàn)有的經(jīng)緯度網(wǎng)格，并自動(dòng)賦予聚合網(wǎng)格以全球唯一編碼，由于聚合網(wǎng)格具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織基礎(chǔ)，原本相互獨(dú)立的系統(tǒng)或作業(yè)環(huán)節(jié)被平滑貫通，面向全球、橫跨應(yīng)用的統(tǒng)一的空間信息的一體化組織、調(diào)度和統(tǒng)一表達(dá)問題有望解決。


圖I為本發(fā)明中“網(wǎng)格剖分方案”、“網(wǎng)格編碼方案”以及“網(wǎng)格聚合方法”三者之間的邏輯關(guān)系示意圖。圖2為經(jīng)緯度坐標(biāo)空間(512° X512。)與GeoSOT O級(jí)網(wǎng)格示意圖，O級(jí)網(wǎng)格編碼為G，對(duì)應(yīng)的信息體區(qū)域是全球。圖3為I級(jí)網(wǎng)格示意圖。I級(jí)網(wǎng)格中每個(gè)網(wǎng)格大小為256°，I級(jí)網(wǎng)格編碼Gd，其中d取值為0、1、2或3四進(jìn)制數(shù)值。圖4為GeoSOT度級(jí)網(wǎng)格示意圖。圖5為GeoSOT分級(jí)(第9級(jí))根節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展與分級(jí)網(wǎng)格示意圖，在此，1°空間的 60'被擴(kuò)展為64'。圖6為GeoSOT秒級(jí)根節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展與秒級(jí)網(wǎng)格示意圖，在此，?？臻g的60"被擴(kuò)展為 64"。圖7為中國(guó)區(qū)域部分I : 100萬(wàn)地形圖GeoSOT聚合編碼示意圖，其中，深色粗框區(qū)域?yàn)橐环鵌 100萬(wàn)圖幅，圖幅聚合編碼為(36° /2，114。/2,1,2,3) 0圖8為傳統(tǒng)地理管理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)組織方法示意圖。
圖9為與圖8比較，基于GeoSOT網(wǎng)格的空間數(shù)據(jù)組織方法示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)表述的更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法做詳細(xì)說明。本發(fā)明“一種統(tǒng)一現(xiàn)有經(jīng)緯度剖分網(wǎng)格的方法”主要包括GeoS0T網(wǎng)格剖分步驟 I ；GeoS0T網(wǎng)格編碼步驟2 ；GeoS0T網(wǎng)格聚合步驟3。步驟I :將地球表面空間剖分形成GeoSOT網(wǎng)格GeoSOT網(wǎng)格剖分基于經(jīng)緯度坐標(biāo)空間定義。經(jīng)緯度坐標(biāo)空間的原點(diǎn)為本初子午線與赤道的交點(diǎn)。剖分方法的要點(diǎn)有二 其一，是采用全四叉樹遞歸剖分；其二，是網(wǎng)格編碼保持整數(shù)“度、分、秒”量綱。為此，我們將經(jīng)緯度坐標(biāo)空間做了三次擴(kuò)展將180° X360° 空間擴(kuò)展到512° X512° ;將每度的60'空間擴(kuò)展到64';將每分的60 "空間擴(kuò)展到 64"。在逐級(jí)遞歸剖分過程中，當(dāng)遇到?jīng)]有實(shí)際地理意義的區(qū)域，不再向下剖分。圖2為經(jīng)緯度坐標(biāo)空間(512° X512° )，GeoSOT O級(jí)網(wǎng)格，編碼為G，對(duì)應(yīng)信息體區(qū)域是全球。圖3為I級(jí)網(wǎng)格示意圖，每個(gè)I級(jí)網(wǎng)格大小256°，I級(jí)網(wǎng)格編碼Gd，其中d的取值為0、1、2或3四進(jìn)制數(shù)值。圖4為GeoSOT度級(jí)網(wǎng)格示意圖。一個(gè)3級(jí)網(wǎng)格(64°網(wǎng)格)GOOl被分為4個(gè)4級(jí)網(wǎng)格:G0010、GOOlU G0012、GOO13 ;其中4級(jí)網(wǎng)格G0013又被分為4個(gè)5級(jí)網(wǎng)格:G00130、 G00131、G00132、G00133 ;其中 5 級(jí)網(wǎng)格 G00131 又被分為 4 個(gè) 6 級(jí)網(wǎng)格:G001310、G001311、 G001312、G001313 ;其中 6 級(jí)網(wǎng)格 G001310 又被分為 4 個(gè) 7 級(jí)網(wǎng)格:G0013100、G0013101、 G0013102、G0013103 ;作為一個(gè)例子，其中深色網(wǎng)格G0013103為“北京世紀(jì)壇”所在的7級(jí)網(wǎng)格(即4°網(wǎng)格)；上述剖分過程可繼續(xù)到9級(jí)網(wǎng)格，即1°網(wǎng)格，其中，北京世紀(jì)壇所在9 級(jí)網(wǎng)格編碼為G001310322。圖5為GeoSOT分級(jí)根節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展與分級(jí)網(wǎng)格示意圖。如圖5所示，第9級(jí)網(wǎng)格(1° 網(wǎng)格)為分級(jí)網(wǎng)格的根節(jié)點(diǎn)，在此將經(jīng)緯度坐標(biāo)空間作第二次擴(kuò)展，即將1°空間的60'擴(kuò)展為64'。在這個(gè)基礎(chǔ)上定義第10至15級(jí)網(wǎng)格，這些網(wǎng)格是分級(jí)網(wǎng)格。圖中最小的一個(gè)深色網(wǎng)格是15級(jí)網(wǎng)格，即I丨網(wǎng)格,其編碼Gddddddddd-mmmmmm,其中d、m為O、1、2或3四進(jìn)制數(shù)值。圖6為GeoSOT秒級(jí)根節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展與秒級(jí)網(wǎng)格示意圖。參照?qǐng)D6，第15級(jí)網(wǎng)格 (P網(wǎng)格)為秒級(jí)網(wǎng)格的根節(jié)點(diǎn)，在此將經(jīng)緯度坐標(biāo)空間作第三次擴(kuò)展，即將Γ值域空間的60"擴(kuò)展為64"。在這個(gè)基礎(chǔ)上定義第16至21級(jí)網(wǎng)格(即秒級(jí)網(wǎng)格)。圖中整個(gè)區(qū)域?yàn)閿U(kuò)展后的一個(gè)15級(jí)網(wǎng)格(I'網(wǎng)格)，是北京世紀(jì)壇所在的Γ網(wǎng)格，其編碼為 G001310322-230230。圖中最小的一個(gè)深色網(wǎng)格是21級(jí)網(wǎng)格，位置是北京世紀(jì)壇中心大致 16m見方的區(qū)域，網(wǎng)格大小為I" XI"網(wǎng)格，網(wǎng)格編碼為G001310322-230230-310312，它所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制編碼為39° 37" N, 116° 18; 54" E。至此，讀者可以看到，原本作為北京世紀(jì)壇地理位置描述的經(jīng)緯度坐標(biāo)值，同時(shí)被用作北京世紀(jì)壇所在剖分網(wǎng)格(面片) 的區(qū)位編碼。GeoSOT剖分體系由32級(jí)網(wǎng)格構(gòu)成，其地理空間覆蓋大到全球小到厘米級(jí)，網(wǎng)格上下級(jí)別之間的面積之比大致都為4 1，因此是均勻變化的。GeoSOT剖分體系見表I :
表IGeoSOT網(wǎng)格一覽表
權(quán)利要求
1.一種統(tǒng)一現(xiàn)有經(jīng)緯度剖分網(wǎng)格的方法，該方法包括步驟步驟I，將地球表面空間按照GeoSOT網(wǎng)格剖分方式進(jìn)行剖分，GeoSOT網(wǎng)格剖分采用全四叉樹遞歸剖分，將地球表面空間從全球剖分至厘米級(jí)，共計(jì)32層級(jí)，網(wǎng)格上下級(jí)別之間的面積之比是1/4 ；步驟2，對(duì)于經(jīng)剖分所得到的GeoSOT網(wǎng)格面片賦予唯一編碼，網(wǎng)格編碼保持整數(shù)“度、 分、秒”量綱，網(wǎng)格編碼采用四進(jìn)制I維編碼、64位的二進(jìn)制I維編碼、64位的二進(jìn)制2維編碼或十進(jìn)制2維編碼四種編碼形式，其中，四進(jìn)制I維編碼用于四叉樹檢索，或作為DNS地址使用；二進(jìn)制1、2維編碼用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)、運(yùn)算；十進(jìn)制2維編碼形式與經(jīng)緯度坐標(biāo)一致，用于人機(jī)交互，四種編碼之間具有對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟3，利用GeoSOT網(wǎng)格中某些層級(jí)網(wǎng)格作為基礎(chǔ)元組，聚合形成任意指定的一種理網(wǎng)格，并自動(dòng)賦予聚合網(wǎng)格面片以全球唯一編碼。
2.如權(quán)利要求I所述的剖分網(wǎng)格的方法，其特征在于將經(jīng)緯度坐標(biāo)空間進(jìn)行三次擴(kuò)展將180° X360°空間擴(kuò)展到512° X512。；將每度的60'空間擴(kuò)展到64,;將每分的60"空間擴(kuò)展到64"；網(wǎng)格編碼被分為三段度級(jí)、分級(jí)、秒級(jí)及秒以下網(wǎng)格編碼，當(dāng)可以利用編碼長(zhǎng)度來(lái)隱含網(wǎng)格層級(jí)時(shí)，編碼越長(zhǎng)表明網(wǎng)格越細(xì)；當(dāng)無(wú)法利用編碼長(zhǎng)度來(lái)隱含網(wǎng)格層級(jí)時(shí)，需要額外的網(wǎng)格層級(jí)編碼；各級(jí)別網(wǎng)格的編碼具有明確的經(jīng)緯度含義。
3.如權(quán)利要求I所述剖分網(wǎng)格的方法，其特征在于，步驟3包括3. I定義GeoSOT網(wǎng)格中4°、2°、1°、2' Λ'、2"、1"、0.5"網(wǎng)格為基礎(chǔ)聚合網(wǎng)格 BAC 網(wǎng)格(Basic Aggregation Cells)，分別命名為 BACO、BAC1、BAC2、. . ·、BAC7 ；3.2GeoS0T網(wǎng)格的聚合過程分為兩步首先，確定聚合網(wǎng)格的地理位置，具體為栓定該聚合網(wǎng)格的一個(gè)角點(diǎn)BAC網(wǎng)格作為定位網(wǎng)格；然后，確定聚合網(wǎng)格的空間展布，具體為依據(jù)該聚合網(wǎng)格所在地理空間，以定位網(wǎng)格為起點(diǎn)，分別向緯向和經(jīng)向方向展開，確定參加聚合的同級(jí)BAC網(wǎng)格的數(shù)目；3.3依照編碼規(guī)則，聚合網(wǎng)格自動(dòng)獲取唯一編碼，聚合網(wǎng)格編碼的結(jié)構(gòu)字段包括定位網(wǎng)格編碼、定位網(wǎng)格層級(jí)、緯向BAC網(wǎng)格數(shù)、經(jīng)向BAC網(wǎng)格數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于統(tǒng)一現(xiàn)有經(jīng)緯度剖分網(wǎng)格的方法。該方法包括步驟1，將地球表面空間按照GeoSOT網(wǎng)格剖分方式進(jìn)行剖分；步驟2，對(duì)于經(jīng)剖分所得到的GeoSOT網(wǎng)格面片賦予唯一編碼。網(wǎng)格面片編碼保持整數(shù)“度、分、秒”量綱，并可采用四進(jìn)制1維編碼、二進(jìn)制1維編碼、二進(jìn)制2維編碼或十進(jìn)制2維編碼四種編碼形式；步驟3，選用GeoSOT網(wǎng)格中特定層級(jí)作為基礎(chǔ)元組，可以聚合形成任意指定一種基于經(jīng)緯度剖分的地理網(wǎng)格，并自動(dòng)賦予聚合網(wǎng)格面片以全球唯一編碼。由于聚合網(wǎng)格具有統(tǒng)一的剖分基礎(chǔ)元組，據(jù)此，有望解決全球空間信息的一體化組織問題。
文檔編號(hào)G06F17/30GK102609525SQ20121003093
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者程承旗, 鄭承迅 申請(qǐng)人:北京大學(xué)