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。     

正二十面体全球剖分模型的Geometry Clipmap球面绘制

地形绘制一直是图形学研究的热点问题,尤其是球面地形绘制,其在形状和数据组织方面比平面地形绘制更加复杂。在已有球面地形绘制算法的基础上,提出一种基于Geometry Clipmap的球面地形剖分与绘制方法。该方法以构建正二十面体球面网格为基础,将正二十面体划分为十个菱形区域,采用球面菱形网格的剖分,针对每个菱形区域的周边网格进行重新剖分和组合,形成一个虚拟的3×3的大菱形区域,扩大了Clipmap的活动范围,并在一定程度上解决了Clipmap的跨边界问题。实验结果表明了本文方法的可行性和有效性。     

基于线性四叉树的全球离散格网索引

格网等积性是提高空间统计分析精度的有效手段。以正八面体和Snyder投影为基础,提出了一种近似等积菱形格网的构建方法,并分析了格网的面积误差规律及分布特征。分析结果表明,绝大部分菱形格网的面积误差率均在-0.25%～0.25%之间;当剖分层次为6时,该区间内格网数目占总格网数的比率为99.99%;仅有3个格网的面积误差率较大,它们均处于初始剖分面中心点附近,且呈对称的空间分布特征。     

利用“L-R”剖分及三角形聚合的近似等面积菱形格网建模

球面菱形格网因其几何结构简单、方向一致、径向对称等特性,在空间操作和数据集成方面有着广泛的应用。本文基于“纬线环法”构建了球面四元三角剖分模型,分析了该方法带来的格网单元面积变形及其位置分布,发现该模型的三角单元面积变形具有“锯齿状”分布特征,即相邻的上下两个格网单元总是一大一小交替分布,而且变形方向一致。据此通过合并上下两个相邻三角形格网单元,构建了一种近似等面积的菱形剖分模型。结果表明,相比较于其他球面菱形格网生成方法,该方法计算简单、格网单元方向一致（长轴沿南北向分布）;同时,格网单元的面积变形更小、分布更加均匀。     

适用于移动终端的全球离散格网快速生成方法

针对全球离散格网依据剖分方法和投影方式的不同,在实现方式、剖分速度、格网均匀性等方面呈现出较大差异的问题,该文顾及移动终端用户对高精度位置应用日益增长的需求,以及顾及移动终端计算性能较低的特点,分析了球面格网生成方法、格网向椭球面投影方式和几何变形特点。通过分析椭球面格网与球面格网间变形差异,该文认为球面格网代替椭球面格网在一定程度上能够满足不同精度的格网剖分需求。通过建立用户精度指标与剖分层次对应关系,提高了格网剖分的计算效率,可应用于移动终端等计算性能较低的设备。     

一种近似等积球面菱形格网的构建方法

介绍了一种基于内接正八面体和Snyder投影的近似等积格网构建方法。先构建与球面面积相等的正八面体,将正八面体的面作为初始剖分面,然后采用四元三角剖分方法将初始剖分面分割成层次嵌套的三角格网,利用Snyder等积投影将正八面体面上的层次格网投影至球面,用大圆弧代替Snyder投影弧,构建近似等积的全球离散格网系统。在分析Snyder投影弧和大圆弧差异的基础上,依次计算各层次格网的面积、长度、角度值;根据计算结果分析了不同层次近似等积格网面积、长度、角度变形规律及空间分布特征。结果表明,随着剖分层次的增加,格网面积误差呈减小的趋势;剖分层次为10时,99.8%的格网面积偏差在-10%~10%之间,面积变形较大的格网均位于由正八面体面的中心到三个顶点的连线附近;格网长度、角度最大值与最小值的比均呈收敛的趋势,分别收敛至1.73和3.03。     

利用球面离散格网组织空间数据的关键技术

球面离散格网系统是一种能够一体化表达空间位置和测量精度的新型空间数据模型.在分析其优点的基础上,提出利用球面六边形格网系统组织多源、异构空间数据的基本思路.对其中涉及的高精度离散格网系统设计、层次格网编码与索引方案、实体表达与数据重组、实体查询与分析算法等关键技术提出了解决方案.通过原型系统验证了其可行性.     

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。     

基于WGS-84椭球面的退化四叉树经纬线格网剖分

针对数字地球的发展和解决全球问题的需求,给出了一种基于WGS-84椭球面的全球离散格网剖分方法——退化四叉树经纬线格网;分析了格网剖分的特点,明确了格网单元行列定义和经纬度坐标;计算出不同剖分层次格网单元面积、边长的变化情况并与基于正球面的剖分进行了对比。结果表明该格网系统具有粒度相对均匀性、层次嵌套性、方向一致性、地理条带性和对称性、广泛数据兼容性等许多优良特征,对构建全球地理信息系统具有一定的实用价值。     

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。     

基于全球离散网格框架的局部网格划分

从全球离散网格系统的应用需求出发,分析全球框架下建立局部网格的重要性,在此基础上提出全球离散网格系统下同构化的局部网格生成的基本思路,详细分析局部网格的复杂球面边界问题,从点与球面三角形的位置关系入手,讨论点与任意球面多边形的相对位置关系,研究基于球面任意多边形的边缘简化算法、判断点与球面任意多边形相互关系的算法、考虑跨面问题的网格区域裁减以及网格数据的层次生成算法.通过实验证明这些方法的效率和准确性.

Abstract：

Firstly, the paper analyzed the essentiality of generating partial grids based on the application and requirement of discrete global grid systems. And then, we brought forward the fundermental thought of generating partial grid which is under the discrete global grid frame, and discussed the detailed edge problems of partial highprecision grid. Started with the ubiety between a point and a spherical triangle, we discussed the ubiety between a point and a spherical random polygon, and then edge simplifying algorithm of spherical random polygon are studied, as well as co-relationship between points and spherical random polygon, grid district clipping based on spanning the developed surface and grid data hierarchical creating algorithm. In the end we prove exactness and efficiency of the algorithm through the experiments.     

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。     

球面离散网格系统中地理空间数据集成的思考

随着对地观测技术、地理信息技术和计算机技术的快速发展,地理空间数据呈现出多源化、实时化和海量化等趋势,球面离散网格系统作为一种新的数字地球参考模型,它为多尺度、多源异构的地理空间数据集成提供了统一的框架。主要研究了球面离散网格系统为地理空间数据集成所提供的统一框架,并分别讨论了多尺度、多种格式和投影的地理空间数据的集成方法。通过特征归一化处理和构建地名索引服务,试图解决数据尺度不同所带来的挑战,实现海量地理空间数据的动态管理。     

混合式球面退化剖分模型的设计与编码

为了解决球面退化四叉树格网(DQG)模型孔径较大、格网单元面积分布不均匀以及三角格网单元应用不完全四叉树剖分的问题,通过控制单元面积的思路设计了一种格网单元孔径更小、分布更均匀的四边形(中低纬地区)与三角形(高纬地区)的混合格网模型——混合式球面退化格网模型(MSDG);并对所有格网单元利用四叉树进行编码。通过对格网单元的几何属性统计分析发现,该格网模型的几何属性与DQG模型相比,其单元面积变化更小、分布更加均匀稳定。     

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。     

一种面向虚拟地球的海面动态可视化优化方法

现有的虚拟地球中的海面可视化方法主要采用投影网格的方式组织海面格网,这种特殊的网格组织方式,导致其在反映不同海域差异性特征时存在缺陷。基于全球离散格网的海面可视化方法由于能够与虚拟地球离散的空间剖分相匹配,有效弥补了投影网格法的缺陷,因此更符合虚拟地球海面仿真应用的需要。然而现有的离散格网法存在绘制效率差、场景加载慢、需要修补格网缝隙等问题,限制了其应用发展。对此,本文在现有离散格网法基础上进行优化:首先,在数据结构上对传统等经纬度离散格网进行扩展,设计了一种面向GPU绘制的多尺度海面网格模型来组织管理海面格网;其次,为了实现风场驱动下的海浪动态绘制,在多尺度海面网格模型的基础上提出了一种支持实时风场更新的海浪动态绘制方法;同时,考虑到格网缝隙修补对系统效率的影响,本文针对海面格网特点并结合GPU技术提出了一种高效的海面格网缝隙修补方法。最后通过对比试验验证了本文方法的可行性和有效性。试验结果表明,本文方法绘制效率稳定,加载速度快,且能弥补现有方法在功能上的缺失,因此应用范围更加广泛。