孔径为4的全球六边形格网系统索引方法

从集合论的角度描述基于正八面体的、孔径为4的六边形格网系统,通过对偶、中心剖分两项基本操作建立不同层次六边形格网集合与三角形格网集合之间的递推、包含和层次关系。定义三轴整数格网坐标系描述三角面上六边形格网单元的位置,通过若干定理解决了格网索引的核心问题,如单元笛卡尔坐标的计算,邻近、孩子、父亲单元的判定。据此设计了单元索引算法并通过对比实验进行验证。实验结果表明,本文提出索引算法的平均执行效率约是同类算法的600倍,因而更适合计算机处理。     

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。     

平面四孔六边形格网系统编码运算

全球离散格网系统是支持多源地球空间信息融合处理的新型数据模型。六边形格网系统具有优良的几何属性,相关研究已引起学术界的关注,单元层次关系描述与编码方案设计是其研究难点。本文根据平面四孔六边形格网系统结构特点,设计“格点四叉树”层次编码结构,定义编码运算并归纳运算规律,据此实现二维直角坐标与单元编码的相互转换。与同类成果相比,格点四叉树从原理上克服了奇（偶）分层编码、单元中心与顶点混合编码导致的诸多缺陷,且编码运算规律简明,易于算法实现。试验结果表明,格点四叉树编码加法运算的效率约是PYXIS的6倍、HQBS的5倍;直角坐标转换到编码的效率约为HQBS的5倍,编码转换到直角坐标的效率约为HQBS的3倍。     

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。     

局部区域多孔径六边形格网系统快速生成算法

六边形全球离散格网系统是支持多源地球空间信息融合处理的优选解决方案,相关研究已引起学术界广泛关注。相较于完整的全球格网,局部不规则区域格网的应用需求更加广泛,相关生成算法是当前六边形全球离散格网系统研究的重要问题之一。将二十面体相邻三角面组合为菱形逻辑结构,在此基础上,提出一种局部区域多孔径六边形格网系统生成算法。首先,分析格网剖分类型,建立离散整数坐标系,描述多孔径六边形格网单元空间位置;其次,将局部区域分解到球面二十面体的菱形逻辑结构上创建子区域;然后,根据子区域边界设计外接最小菱形遍历算法,剔除与目标区域无关单元;最后,遍历最小菱形,生成多孔径局部格网。对比实验结果表明,提出的算法具有灵活性好、效率高等优点,生成的多孔径六边形格网用于栅格数据组织,可显著减少数据量,具有较好的应用潜力。     

平面四孔六边形格网系统复进制数建模及编码运算

格网系统是一种多分辨率栅格数据结构,在多尺度地理空间数据组织、处理和分析中应用广泛.六边形格网系统具有重要几何特性,相关研究已引起学术界广泛关注,格网层次关系描述及计算是研究难点之一.本文引入复进制数理论,通过间隔层次格网单元隶属关系,建立平面四孔六边形格网系统数学模型,据此提出等效编码方案,定义编码运算并归纳运算规则,设计编码索引、编码与笛卡儿坐标互换算法.对比试验结果表明,本文提出的编码方案与同类成果相比具有结构对称性,可显著提高编码操作效率,具有实际应用潜力.     

基于正六边形格网的最短路径算法

本文在分析了现有算法的一些不足之处的基础上,结合正六边形的特点及水流扩散思想,提出了基于正六边形格网的最短路径分析算法。该算法在最短路径搜索过程中,对同一正六边形格网而言,它至起点的累计代价值,不需要进行数据比较和修正。与经典的Dijikstra算法相比,该算法大大节约了搜索的时间。     

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。     

六边形格网的快速傅里叶变换

全球离散格网系统是支持多源地球空间数据融合处理的新型数据模型,傅里叶变换是联系其空域与频域的纽带,对以格网系统为框架的遥感图像的增强具有重要意义。根据三孔六边形格网剖分方案,设计了一种规则六边形格网单元组合结构,并将该结构空间域的二维离散傅里叶变换转化为可以用蝶形算法加速的标准一维变换。采用遥感影像进行实验验证,结果表明本文提出的快速傅里叶变换算法正确、高效,其复杂度为N log2N。随着数据量增大,效率以指数函数形式提高。     

利用数值投影变换构建全球六边形离散格网

本文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,提出了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。实验表明,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。     

Gosper曲线支持的正六边形栅格数据游程编码及高效压缩

通过将Gosper曲线引入正六边形栅格,建立了一种新型游程编码形式,基于此进行栅格数据的无损及有损压缩编码。首先,建立Gosper曲线与正六边形栅格数据的双向对应关系,为数据的编码和解码提供引导支持。其次,确定每个栅格单元的Gosper编码值,通过将目标区域单元的编码集合进行游程编码实现数据的无损压缩。然后,在此基础上,有损压缩借助Gosper曲线良好的空间聚合性进行区域临近融合,摒除细节信息:在一定阈值约束下,遵循Gosper曲线走向,改变部分栅格单元的归属以减少编码对象数目,重新进行游程编码完成编码量的精简。最后,进行试验验证,在实现压缩编码的基础上,对多分辨率、不同融合阈值条件下的数据压缩进行探究,并与其他方法进行对比以凸显其优势。     

基于球面剖分模型的全球气候区划统一编码

针对目前气候区划缺少全球统一标识问题,本文在深入剖析球面剖分模型、气候区划及其编码规则的基础上,根据球面剖分模型编码思路,利用全球气候区划模型的多尺度、连续覆盖等特点,构建了全球气候区划统一编码模型,实现基于球面剖分理论的气候区划一体化编码;同时,建立了各尺度下气候区划编码与剖分面片的映射关系,完成等经纬度球面剖分模型在气象领域的初步应用,为剖分统一标识的深入应用提供参考。     

基于球面离散格网的遥感数据剖分编目模型研究

针对目前各个遥感数据的编目多样,缺乏全球统一的遥感数据编目体系的现状,本文基于球面剖分模型,参考并借鉴成熟的文献信息编目的相关理论,系统构建了全新的全球遥感数据剖分编目模型,以期更有效地组织、存储和管理大范围多尺度的遥感数据。首先,介绍了文献数据的编目理论和球面剖分格网的基本框架,然后探讨了基于全球剖分格网的遥感数据面片编目方法,其中包括描述著录方法和标引著录方法,最后设计了遥感剖分编目数据的管理框架和编目服务器的组织方法。研究表明,基于球面离散格网的遥感数据剖分编目模型为实现遥感数据的全球化、层次化和规范化管理提供了坚实的理论基础。     

三维Hilbert曲线层级演进模型与编码计算

格网单元的编码计算是全球离散网格系统的核心,支撑着网格快速索引及应用分析的高效计算。Hilbert曲线具有聚簇性高、连续性强的特点,是研究设计全球离散网格编码的重要工具。利用Hilbert曲线进行格元编码实现了坐标等效降维表达,但是对Hilbert曲线不同层级之间的变换关系、一维Hilbert码如何刻画格元多维空间结构与关系等网格编码基础理论问题的研究尚不完备。本文以八叉树立体网格中三维Hilbert曲线层级演进关系为突破口,使用状态矩阵与演进矩阵构建层级演进模型,进而分别设计笛卡儿坐标至Hilbert码计算以及邻近格元Hilbert码计算方法。与现有算法对比,本文算法以层级演进模型为理论基础,避免了烦琐迭代步骤以及转换步骤,算法流程简明直接。试验结果表明,本文笛卡儿坐标至Hilbert码计算效率较迭代算法提高为7%~23%,邻近格元Hilbert码计算效率较转换算法提高4.0~4.5倍。     

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。     

警用空间大数据区位标识方法及其应用

警用空间大数据为警务工作的开展提供了丰富的决策依据,但也带来了一些挑战,如大数据整合复杂、多尺度信息关联困难、区位标识不唯一等,不利于警务改革的深入发展。本文提出了基于区域的位置标识方法来解决存在的问题,方法基于剖分网格设计了警用空间大数据的区位编码方法,并以户籍的区位标识为例进行说明,最后对其应用进行了展望,从而为警用空间大数据的有效组织和高效应用等提供了一种新的解决思路。     

球面离散网格与球体离散网格的比较研究

测地线在球体剖分中扮演着十分重要的角色,它保证了球体剖分网格单元的形体简单性和空间关系的一致性。本文基于对欧式空间和流空间的数学认识,探讨了球体剖分的评价标准,提出了基于大圆弧QTM的球体八叉树剖分方法,并指出作为一种大尺度的集成三维空间数据模型,全球三维离散网格是地理信息科学的一个新的发展方向。     

全球格网系统的元数据管理模型

空间元数据管理技术是海量空间数据组织和管理的关键技术之一,是全球格网系统中实现地理数据有效组织和快速搜索的主要解决途径之一,与空间数据的共享与分发关系十分密切。从全球格网系统角度出发,对空间元数据的定义、内容、理论体系等方面进行了较为详细的阐述,并根据球面剖分的特点,对元数据管理模型及其解决方案进行了深入研究,为海量数据的组织和分发提供行之有效的管理方法。