基于地理格网分级法提取的中国传统村落空间分布

中国传统村落真实地记录了建筑、民俗民风和较原始的民居空间形态,是千百年来人类与自然和谐共存的生活基础。随着城市化进程加快,传统村落的存续受到了很大的挑战,为了更好地保护利用传统村落,对其进行多视角的研究尤为重要,除了微观层面的具体保护措施外,还应加强宏观层面的空间分布研究。地理格网是表达复杂地理现象、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。本文从百度影像地图提取村落坐标,并截取遥感影像作为村落点数据的判断补充,在此基础上,运用地理格网的分级法,对国家公布的三批中国传统村落(2555个)数据进行空间格局分析,结果表明：这些村落主要分布在中国东南部,如落在一级格网Ⅰ18、Ⅰ19就分别有586、781个村落,占三批传统村落总数的96.6%。通过对二级和三级格网的村落分布离散性进行分析,使传统村落的空间分布数据结构更加系统和清晰有序,为合理构建其数据库提供了框架基础。     

美国公共土地测量系统(PLSS)剖析与启示

美国公共土地测量系统(PLSS)是一种具有法律效力的地理格网系统。它具有不同于一般地理格网系统的特性:1)格网划分方法的系统性。以正方形为土地单元,按照既定的边长,逐级划分美国中、西部各州土地,且在格网单元的角点上设置永久性界标。2)格网单元测量的精准性。高精度的界址点测量完全能满足控制测量的要求。测量人员可以利用界址点的坐标值,为其他测量提供基本控制。3)格网系统的延续性。PLSS建立与维护已经有200多年历史,期间,虽然社会发生了很大变化,但为了维护土地产权的法律性,PLSS至今仍在使用且不断更新。该文简要回顾了PLSS的发展过程,叙述了PLSS的基本组成,探讨了PLSS的测量体系,以期对中国地理格网系统的建立和研究有所启示。     

一种基于球面QTM格网的面要素边界跟踪填充算法

为实现四元三角网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)对球面面状要素矢量数据的离散化及可视化,该文将基于栅格单元的"边界代数法"扩展到球面三角格网单元,提出了一种基于QTM格网的边界跟踪填充算法,主要内容包括:通过ETP投影实现球面QTM格网与平面三角格网的相互转换,建立矢量线角度与三角格元邻近搜索的对应关系;"边界跟踪"并记录边界格元进行分类处理;最终给出"边界跟踪"下两种不同的填充模式。实验表明,该算法实现了球面矢量多边形在QTM格网中的填充。     

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。     

地球系统空间格网及其应用模式

全球变化与地球系统科学研究涉及跨圈层、跨投影带的中-大-超大尺度问题,对全球地学信息系统(GGIS)、全球空间格网(GSG)及数字地球提出了新挑战。在剖析GSG研究现状的基础上,指出需从地球系统整体上设计一个多领域普适的全球三维空间格网———地球系统空间格网(ESSG),以支撑全球变化及地球系统科学研究。结合领域特点,提出了构建ESSG的8项基本要求,并基于球体退化八叉树格网(SDOG)设计并实现了一种满足该要求的SDOG-ESSG模型;介绍了SDOG-ESSG模型在地球系统空间数据集成、三维建模、多尺度表达、对象变化表达、数据检索与云服务、过程模拟及空间环境安全规划与可视化决策等方面的7种典型应用模式。     

球面格网系统特征分析及比较

球面格网系统是一种新型栅格数据模型。在全面检索和分析前人相关研究成果的基础上,将球面格网系统分成4种类型:基于经纬线划分的格网系统、基于正多面体划分的格网系统、基于Voronoi划分的格网系统和混合格网系统;并针对各种不同类型的格网,分析了同级格网单元的空间几何特征及不同级别格网之间的层次嵌套等特性。通过对比分析,给出不同格网系统的优缺点及其适用领域,认为不存在满足所有需求的通用的格网系统,相关应用只能针对具体情况,选用最适宜的格网系统。     

地理空间中的空间关系表达和推理

针对地理空间中的应用,归纳了在空间关系的表达与推理中不同于人工智能领域研究的一些特点:在人工智能领域,更注重建立形式化的推理系统;而在地理信息科学中,则需更关注地理空间的特点以及地物的地理语义。该文基于地理空间和地理现象的本质且顾及地理空间认知,总结了地理空间中空间关系表达和推理的特点,具体包括空间的有限性、地球的球面特征、地物的地理语义、地物形状的复杂性、面状地物、特殊的空间关系、空间关系的层次性与尺度相应原则、不确定性、三维与时态特性九方面;进而介绍了地理空间关系表达的两个应用,即地理信息检索和基于对象的图像分析。该文的探讨可为地理信息科学中的相关研究提供方向性指导。     

GIS作为新一代地理学语言的特征

地理学语言是人类理解、研究、表达与传播地理信息的重要工具, 它随着人类科学技术的进步与认识水平的提高而不断演进。本文根据地理学语言在结构、功能及其特征方面所发生的变化, 结合地理信息本体论、认知论和语言学理论, 总结了GIS 语言的定义与基本属性, 阐述了GIS作为新一代地理学语言的本质特征、结构、功能以及内容体系, 明确了其在地理学研究中的地位与作用。GIS语言实现了地理对象的语义定义、特征抽象、行为表达和时空运算处理过程的高度统一, 是地理学语言的高级形态;通过分析GIS 语言所具有的抽象性、系统性、严密性、确切性、层次性等基本特征。认为GIS语言的概念与体系结构的形成, 将推动地理学及地理信息科学的发展。文中从数字技术的影响、学科范式的转变、发展导向和地理表达能力四个方面对GIS语言的研究作了展望。     

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。     

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。     

Geographical data handling and GIS in China

Abstract

Abstract Chinese governments have long paid a great deal of attention to the collection of geodata, and existing sources have been further enhanced by technological advances, notably in remote sensing. Progress has also been made with automated cartography. An expert working group has been examining GIS and it is recognized that a system combining both national and regional components is most appropriate for China. Three basic functions are envisaged for such GIS: comprehensive regional analysis, prediction of change and the sharing of data. Such systems must serve the needs of users and, in order to demonstrate potential applications, regional experiments are being undertaken, including examples of urban information systems, river basin information systems and specialized systems (e.g. for tourist and forest resources). In the next few years, the emphasis will be on research and on technological preparation for the adoption of GIS, including the use of an experimental set of geographical grid cells. Chinese scholars are also involved in international collaboration in the study of global problems and propose a cooperative programme for a global geographical information system.     

INTERNET上的地理信息科学资源

Internet具有重要的地理信息科学资源。地理信息的标准是保证网络传播地理信息的前提条件，也是推动地理信息科学数据共享的基础。借助于搜索工具，点击与地理信息科学相关的一些网站或者关键词，就可以寻找到所需要的地理信息资源。众多的Rs、GIS、GPS、制图、数字地球、全球变化、资源环境以及各种出版物和研究机构等网站，可以为地理信息科学的研究提供重要条件，网络资源需要进一步的挖掘和应用。     

对地球信息科学的思考

作为地球科学一个重要分支的地球信息科学,在近１０多年来已得到人们的广泛关注与高度重视。本文以信息科学为基础分析信息流的意义及其与物质流和能量流的关系,阐述地球信息科学在地球科学中的地位及其内涵,并从地球信息机理、地球信息技术以及地球信息科学的应用三方面论述地球信息科学研究的主要内容。     

Ellipsoidal quadtrees for indexing of global geographical data

Systems for landscape visualization and geographical data handling require methods for efficient data access. Retrieval of data from large geographical databases, ten to thousands of Gbytes, is usually optimized with spatial indexing mechanisms. The simplest form of spatial indexing is achieved by dividing the database into congruent grid cells. The subsequent subdivision of the grid cells can be based on so-called quadtrees. Quadtrees for two-dimensional division and subdivision are appropriate for cartographical data. A geographical database, with objects stored in geocentric or geodetic (geographical) co-ordinates, requires indexing mechanisms that take into account the shape of the Earth. In this paper, we present a method for indexing of geographical data, named Ellipsoidal Quadtrees (EQT). In contrast to other global indexing methods, EQT is based on the Earth ellipsoid and not a spherical approximation. EQT division and subdivision make it possible to divide the Earth surface into a mesh of quadrangles with equal areas. We will demonstrate that EQT is flexible. It can be used for indexing databases of various sizes, including national and global databases. Tests on real data show that the performance of EQT is good.     

试论地理信息系统与地球系统科学的关系

本文对地球系统科学的概念及其发展和学科特点进行了阐述,在此基础上探讨了地理信息系统在地球系统科学中的地位与影响,并对其发展方向进行初步评述。     

论DEM地形分析中的尺度问题

DEM及其地形分析具有强烈的尺度依赖特征。本文以黄高原地区的研究为例,结合地学建模和地学模拟的需求,重点讨论DEM地形分析中的尺度问题。文中从DEM建立与应用出发,首先建立了DEM地形分析中的尺度概念体系,剖析了各类尺度之间的关系,其次讨论了尺度所引起的各种地形分析效应问题,最后探讨了DEM地形分析中的尺度转换类型和方法。     

干旱区农作物长势综合监测

大面积农作物生长状况的监测是一个比较复杂的问题 ,目前还没有较为成熟的办法。我国已经完成和正在开展的农作物遥感监测与估产主要是在华北平原和东北平原等大面积农作物种植区 ,而西北内陆特别是新疆这样的耕地零星分布、具有特殊的地理环境和气候特点的地区 ,很少有人涉足这方面的研究。本文以遥感信息为主 ,在地理信息系统和全球定位系统的支持下 ,以新疆北部为实验区 ,通过对相邻年份归一化植被指数 (NDVI)的对比 ,结合野外调查与历史产量的分析 ,实现大面积农作物长势监测。该方法将遥感技术的宏观快速、地理信息系统的信息管理和空间分析以及全球定位系统的精确定位监测有机地结合起来 ,取得良好的应用效果。     

基于P2P架构的位置服务

基于位置服务技术对地理信息系统和全球定位系统的发展和应用研究具有重要意义。概述基于位置服务的体系架构研究现状,给出基于P2P架构的位置服务模型。介绍该模型所涉及的相关技术,给出基于P2P架构的位置服务的原型实现PLbs。以交通信息系统为例进行研究,表明该模型能够提高基于位置服务系统的性能。     

A discrete global grid system for earth system modeling

To support Earth system modeling, we propose a discrete global grid system that expresses multi-resolution spatial data. Specifically, a unified coding model that expresses a grid of nodes, edges, and cells is constructed for a triangular discrete global grid system. To fulfill the requirements of practical applications, we design a code-based topological query method for this grid system and an algorithm to transform between grid codes and geographic coordinates. We evaluate the Global Finite Volume Community Ocean Model (Global-FVCOM) on the triangular discrete global grid system in the proposed uniform coding model. The ocean tidal waves simulated by the Global-FVCOM running on the coded grid are then compared with results obtained using a traditional irregular spherical grid system, and the results display comparable accuracy. The uniform coding model proposed in this paper provides a triangular discrete global grid system that can represent multi-resolution spatial data and can be used in Earth system models. This unified coding model can also be applied to the geographic coordinate system made up of latitudes and longitudes, as well as diamond and hexagonal grids.