格网技术对GIS发展的影响

格网技术作为新一代的Web技术,必将深刻影响GIS的发展。格网计算为数据密集型空间分析提供了资源支持。数据格网为海量空间数据分布式存储、管理、传输、分析提供了一体化的解决方法。格网技术为VRGIS实时场景渲染和海量场景数据存储以及GIS互操作问题的解决提供了一种新思路。格网中的智能体组件动态组装应用软件将对GIS应用开发方式产生重大影响。通过建立空间信息格网可以实现中国GIS产业的跨越式发展。     

基于格网索引的GIS矢量数据拓扑重建研究

GIS中对原始矢量数据进行拓扑分析和重建是对其进行存储和使用的前提。引入包括规则格网和四叉树格网在内的索引结构,将全局的矢量拓扑分析转化为单个格网范围内足够少的矢量线段求交过程,减少了运算的复杂度;并用一种重组算法实现将原始矢量数据转化为符合“逢交必断”标准的矢量数据。试验表明,该算法适合海量和高散乱度的矢量数据。     

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。     

一种改进的DQG格网编码与经纬度高效转换算法

格网编码与经纬度间的转换效率是影响格网应用的关键因素。现有转换算法难以满足海量空间大数据的实时计算与分析需求,效率有待提升。为此,该文提出一种改进的DQG格网编码与经纬度高效转换算法:首先,引入二进制DQG格网编码代替四进制编码;然后,根据DQG格元的分布特征推导出格元行号和经度差的关系,以此改进格元列号的计算过程;最后,使用查找表进行Morton码的编码和解码,以提高转换效率。实验结果表明,该文提出的DQG格网编码与经纬度转换算法的平均效率分别是四进制DQG、单层二维SDZ算法的20.15倍和4.58倍,基本满足海量格网数据的实时转换与计算需求,为海量空间大数据的高效计算与分析奠定了基础。     

面向集聚分布空间数据的混合式索引方法研究

空间数据索引技术可以有效地提高空间数据在存储、处理、分析以及地图可视化中的效率,其性能优劣直接影响GIS的整体性能。该文针对格网索引和四叉树索引存在的问题,提出将四叉树嵌入格网形成一种混合式空间索引结构,并分析其原理、数据结构与影响参数。理论分析及实验证明,对于空间集聚分布状态的海量地理数据而言,混合式索引方法以略高的存储代价换取了更高的检索、插入和删除效率,是一种有效的空间索引方案。     

旅游资源格网化框架及其空间分析方法——以青岛市为例

针对当前旅游资源评价方法较为单一、更新较为缓慢、研究尺度易受区域面积影响、基于GIS的空间格网化分析方法在旅游领域研究较少等问题,提出了一套旅游资源格网化分析与评价方法。一是根据社会经济、人口数据空间化分析方法,进一步提出旅游资源的格网化概念及其构建方法,探讨了旅游资源格网化空间拟合模型、格网单元尺度的选取等方法。二是从主观旅游资源本体角度和客观旅游资源开发条件角度分别构建了基于格网化的旅游资源分析与评价方法。三是以青岛市为例构建了基于格网化的旅游资源分析与评价方法,为精细尺度下的旅游资源的空间分析与评价提供方法借鉴。     

基于Web Geocoding的三维GIS快速定位方法研究

三维GIS技术已经逐渐发展成熟,其对客观世界的表达能给人以更真实的感受,然而三维GIS软件所需数据是海量的。由于遥感技术的发展,纹理数据的获取和处理已经变得容易和快速,而对于矢量数据的采集、存储是一个非常艰巨的工作,如何在短期内获取海量、精确的矢量地理信息数据,减少数据采集的费用和时间成了一大难题。通过基于网络的地理编码来查询获取矢量点状地理信息,将地理信息存储到本地数据库,并且将数据应用到系统中进行快速定位显示,实现地理位置的实时定位和查询,为各种专题三维GIS软件开发提供服务和扩展功能。     

空间索引技术及其GIS应用综述

空间索引技术可提供高效的空间数据组织与管理方式,以支撑海量空间数据的挖掘与分析。针对当前空间索引存在的知识体系不明晰、选择难等问题,该文通过文献调查法和CiteSpace工具,依据空间划分及映射方法将空间索引划分为基于树结构、格网、空间填充曲线和地址编码的空间索引四大类,并综述其原理、空间结构、适用范围及在GIS领域的应用,最后对空间索引在数据组织、高效计算、可视化、可靠性等方面的研究进行展望。结论如下：基于树结构的空间索引最具普适性且可以处理多维度及多层次的数据,查询性能依赖于树结构的平衡性及数据的分布;基于格网的空间索引可以均匀划分空间以便于高效范围查询,却不适用于非结构化或动态数据集;基于空间填充曲线的空间索引可以在实现维度压缩的同时保持局部邻近性,但插入或删除数据可能导致整个曲线的重构难以频繁更新;基于地址编码的空间索引将语义地址信息转化为编码信息,便于高效检索,然而语义地址匹配仍存在较大误差和不确定性。研究结果可为空间数据组织和结构设计提供参考。     

GeoHash、Google S2和Uber H33种全球地理格网编码方法对比分析

地理格网编码是高效管理、分析和查询海量地理空间位置数据并提供信息服务中非常重要且基础的工作。GeoHash、Google S2和Uber H3是目前商业应用上3种较常用的地理格网编码方法,该文从地理编码的基本概念及其演变过程出发,介绍当前地理编码所涉及的地理格网剖分和编码运算方法,然后从算法概况、编码方式、编码层级及其对应空间范围等方面对3种方法进行阐释,最后从正多面体选择、剖分单元、填充曲线、编码层级、邻域查询与邻域距离类型和算法应用优缺点等方面进行对比分析,以深入挖掘3种方法的应用价值和前景,可为基于地理位置大数据的研究与应用提供借鉴。     

地理格网模型研究进展

地理格网系统起源于早期的制图研究,并发展成为表达复杂地理现象、综合分析自然与人文数据、模拟地理系统功能与行为的基本方法。地理格网系统的组成包括格元、格边和格点,格元代表了区域面状特征,格点确定了格元的基本位置和点状特征,格边用于度量格元间的通量关系。在现代地球测量技术驱动下,地理格网系统的功能从传统的地图定位框架与地理现象表达,进一步拓展出多源地理空间数据融合、地理综合分析等新功能。研究椭球空间下的地理格网系统构建模型、误差分布、地学计算等是地理格网系统研究的前沿和基础性科学问题。     

基于格网的甘肃省生态经济分区研究

在讨论以往生态经济分区研究方法与理论的基础上,提出了新的研究思路--基于网格的生态经济分区。利用GIS格网技术和相关统计软件,从甘肃省生态与经济两大系统耦合发展的历程分析入手,选取2010年甘肃省的26个生态经济指标,以6 km×6 km的规则格网,将整个甘肃省分为12 243个研究单元。经过分析比较,甘肃省被分为4个生态经济区即西北干旱区(Ⅰ)、陇中冷温带半湿润区(Ⅱ)、甘南高寒带湿润区(Ⅲ)、陇南暖温带湿润区(Ⅳ)和21个生态经济亚区。结合DEM,进一步对研究区进行分区,以期为促进形成甘肃省可持续发展格局提供科学依据。研究表明,格网技术提高了分区的精度和速度,是进行生态经济分区的有效方式之一。     

基于格网GIS的关中地区生态安全研究

选择城市化进程不断加快的陕西关中地区为研究区,依据"压力-状态-响应"模型建立了格网化区域生态安全评价体系,在格网GIS技术的支持下,对评价体系中各指标进行1 km×1 km尺度下的网格化表达,运用基于栅格数据的空间叠加方法实现生态安全模型评价,得到格网化关中地区1990年、2000年和2007年生态安全指数空间数据,在此基础上结合关中地区实际,定性与定量相结合地确定了生态安全评价等级划分阈值。对计算结果进行分析,总结出1990~2007年间关中地区生态安全特点有三,一是总体呈现出生态安全状况逐渐转好态势,但仍处于不安全状态;二是区域内生态安全变化存在明显差异;三是不同年份生态安全影响因素有所差别。研究结果表明,格网GIS用于研究生态安全能更好地反映其内部差异,优于传统研究方法。     

云GIS的内涵与研究进展

云计算将是下一代计算平台,云计算的发展必将带动与计算科学密切相关的地理信息系统学科的发展.本文采用文献分析方法综述了云计算的特征、云GIS内涵、关键技术和科学问题,指出云GIS是利用云基础设施获得大规模计算能力来解决GIS中海量空间数据的分布式存储、处理任务划分、查询检索、互操作和虚拟化等关键性科学问题,提高GIS 数据处理与管理能力,为计算密集型和数据密集型的各类GIS 服务提供高性能处理的技术.其基本内涵是空间数据的云特征,空间数据管理中的云计算特征.同时指出云GIS 将彻底突破GIS 既有的“专业圈子”,实现GIS自身的革命性突破,极大地扩展其市场规模.然后,本文介绍了云GIS平台,指出云GIS发展中的优势与不足;最后,从云GIS模式技术发展趋势、应用需求及教育专业需求3个方面展望了中国云GIS的研究进展.     

球面退化四叉树格网的剖分及变形分析

为有效解决经纬度格网与四元三角网(QTM)在全球空间数据管理与操作中存在的不足,提出一种新的全球离散格网剖分方法——球面退化四叉树格网(DQG),给出该格网的剖分原理与编码规则,并对其进行几何变形计算与分析。结果表明:DQG既具有经纬度格网结构简单的特征,又具有QTM几何变形稳定等优点。     

基于GIS的铁路地质灾害信息管理与预警预报系统

地质灾害对我国铁路建设及其正常运营所带来的负面影响日益显著,利用GIS技术对铁路地质灾害进行有效的管理与控制是减少灾害损失的一条重要途径。针对铁路地质灾害信息管理中数据的标准化、可视化、信息化和网络化的发展与要求,基于GIS技术构建的铁路地质灾害信息管理与预警预报系统实现了铁路地质灾害多源海量数据的统一存储与管理,集铁路灾害信息“数据采集-查询检索-预警预报-Web发布”功能于一体,具有较好的智能化与自动化能力。本文介绍了该系统的总体架构和功能特征,并详细讨论了系统实现中的三个关键问题:铁路地质灾害多源海量数据的采集与存储;铁路地质灾害分析评价与预警预报模型与GIS技术的耦合;铁路地质灾害信息Web发布系统的设计。该系统的最终实现及运行将对我国铁路部门减灾防灾产生重要的积极作用。     

基于球面DQG的数字高程建模算法与可视化表达

为有效解决经纬度格网与四元三角网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)在全球地形建模方面存在的不足,根据球面DQG(Degenerate Quadtree Grid)的几何结构特点,选择双线性多项式内插方法进行格网点高程内插,给出基于球面DQG的DEM建模算法与效率分析,并应用美国地质调查局提供的GTOPO30全球地形数据进行相关实验。结果表明:全球DEM建模时,DQG所需的格网数是经纬度格网或QTM的2/3左右,且可视化操作(图形放大、缩小及漫游等)时画面平滑、流畅,没有抖动。     

全球离散格网:回顾与展望(英文)

全球离散格网是数字球体表达的基本数据模型,它提供了一种栅格化表达地球弯曲表面的方法,催生了数字地球。该文回顾全球离散格网与数字地球的发展史,评析了以谷歌地球为代表的第一代数字地球的技术实现。在为科学界及社会公众提供地表与近地表信息交流方面,数字地球的有效性面临挑战,第一代数字地球在很多方面存在不足,其中最显著的缺陷是不能基于社会与环境过程模型模拟地球的将来状态。展望未来,简要分析了下一代数字地球应具有的基本特征。     

高斯两步移动搜索法的模型研究——以上海市绿地可达性为例

合理的配置公共服务设施对城市的现代化建设至关重要。空间可达性是度量公共服务设施配置是否合理的方法之一。在诸多的研究方法中,高斯两步移动搜索法由于直观且运算简便,因而得到广泛应用。但该方法也有不足之处,本文运用格网GIS方法,以上海市的绿地空间可达性为例,对两步移动搜索法进行模型方法的改进研究,并对高斯两步移动搜索法和格网化的高斯两步移动搜索法进行对比分析,结果表明：后者可降低空间可达性的误差,提高可达性精度,对上海市绿地空间可达性反映更加真实、客观。如果选择合理的数据将其格网化,该方法也可以用于其他公共服务设施的空间可达性研究。     

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。     

格网人口图的计算机制图方法

本文以江苏为例,对约100幅地形图进行全盘采样,获得三万多居民地小方块数据,应用小方块与人口之间的密切关系,进一步获得三万多人口数据。在此基础上做出分别以格网分区图表法、格网分级比值法、等值线法表示的三幅江苏省人口密度图;以定位布点法表示的江苏省人口分布图。它们的共同特点是都以大量人口数据为基础编制而成。