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。     

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。     

基于内接正八面体的近似等积格网变形分析

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。     

基于EQG的WGS-84椭球面等面积格网剖分模型

针对目前等面积全球离散格网模型的不足,提出一种新的等面积椭球面四叉树格网剖分模型,并以WGS-84椭球体为空间基准,阐述该格网的剖分原理及节点坐标计算方法,并对不同层次格网的几何变形进行分析。结果表明:所得格网单元均匀,面积相等,且具有层次性、嵌套性、易于多分辨率的建模等特点。     

一种改进的近似等面积QTM剖分模型

为克服传统QTM格网面积变形较大的缺陷,在"纬线法"剖分的基础上,引入变经纬度等面积剖分的思想,提出了一种新的等面积改进剖分模型。该模型通过调整纬线的位置,确保两条相邻纬线间的格网面积总和无变化,从而达到控制QTM格网面积变化及变化积累的目的。试验结果表明,该改进模型在保留了"纬线法"QTM剖分的优点(如计算简单、与经纬度格网间的对应关系明确等)以外,还具有以下优势:1模型的收敛性更好,格网单元面积最大、最小比最终收敛到1.38,远小于"纬线法"的1.73;2中低纬度区的格网单元面积变化较小,分布连续,且随剖分层次的增加,变化大的格网区域逐渐向两极移动集中;3格网单元的面积变化不会随层次的增加而累积增大。     

球面菱形离散格网正二十面体剖分法

基于菱形单元的球面离散格网具有结构简单和方向性一致等优点,使得其适用于全球多尺度空间数据建模与分析.本文提出一种球面菱形离散格网正二十面体剖分法.首先根据地球的主要地理特征确定正二十面体各个顶点在球面上的位置;其次针对南北两极处的极点奇异性,建立了球面经纬度坐标与三维直角坐标之间的转换关系,在此基础上提出球面菱形离散格网层次递归剖分算法,并从菱形格网单元面积、长短轴比两方面对剖分结果进行几何形变分析;最后验证了本文方法的可行性,试验结果表明,该方法可有效地构建基于正二十面体的球面菱形离散格网,其总体几何特性明显优于基于正八面体构建的球面菱形离散格网.     

一种近似等积球面菱形格网的构建方法

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。     

地球剖分格网研究进展综述

通过梳理近十多年来地球剖分格网的相关研究文献,从剖分建模(四边形剖分、等积剖分和立体剖分)、编码计算(层次编码运算、填充曲线编码运算和整数坐标编码运算)、质量评价(评价准则、评价因子和层次传播趋势)及典型应用(政府机构应用、商业系统应用和行业领域应用)等4个方面,对该领域研究进展进行了系统的分类分析,较为详细地给出了不同格网模型的结构特点、适用模式及其存在的不足。最后总结出地球剖分格网在理论基础完备性、格网计算高效性及格网质量可靠性等方面研究的前沿问题。     

基于椭球面三角格网的数字高程建模

针对传统的DEM在模拟表达大面积地形时具有存在裂缝、地理分析不精确、数据冗余等问题，在椭球面四元三角格网QTM层次剖分的基础上，提出了一种基于椭球面三角格网层次剖分的数字高程建模方法，该方法避免了上述缺陷。应用全球GTOP030数据对该方法进行了验证。     

基于格网划分的海量数据Delaunay三角剖分

提出基于格网划分、面向海量数据的Delaunay三角剖分方法,它首先把数据集划分为若干格网块,按照格网划分的逆序对每个格网块采用基于自适应格网划分的分割-合并算法进行Delaunav三角剖分,把格网块Delaunay三角网中不受边界影响的三角形进行存储并释放内存,然后顺序合并相邻格网块Delaunav三角网,形成全局或类全局Delaunay三角网.该方法对计算机硬件配置要求较低,适合于并行处理,可以实现面向海量数据的Delaunay三角剖分.     

全球多分辨率六边形网格剖分及地址编码规则

首先介绍全球网格系统的应用需求,讨论采用正多面体剖分的基本要素。在此基础上,提出一种新型的便于存储,具有多分辨率层次索引、管理能力的六边形剖分全球网格系统的设计思路、产生步骤和生成算法。分析现有六边形索引机制的缺陷,给出一种新的球面六边形网格层次结构,在该结构的基础上设计网格的层次化编码方式,成功建立网格的编码空间,详细探讨经纬度坐标与网格地址编码的转换问题,给出并实现基于递归层次离散网格坐标系统的互换算法,严格保证计算的准确性和可靠性。该结构能够无缝地表达和处理不同分辨率的全球网格空间数据。     

Geodesic Discrete Global Grid Systems

In recent years, a number of data structures for global geo-referenced data sets have been proposed based on regular, multi-resolution partitions of polyhedra. We present a survey of the most promising of such systems, which we call Geodesic Discrete Global Grid Systems (Geodesic DGGSs). We show that Geodesic DGGS alternatives can be constructed by specifying five substantially independent design choices: a base regular polyhedron, a fixed orientation of the base regular polyhedron relative to the Earth, a hierarchical spatial partitioning method defined symmetrically on a face (or set of faces) of the base regular polyhedron, a method for transforming that planar partition to the corresponding spherical/ellipsoidal surface, and a method for assigning point representations to grid cells. The majority of systems surveyed are based on the icosahedron, use an aperture 4 triangle or hexagon partition, and are either created directly on the surface of the sphere or by using an equal-area transformation. An examination of the design choice options leads us to the construction of the Icosahedral Snyder Equal Area aperture 3 Hexagon (ISEA3H) Geodesic DGGS.     

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.     

分布式海量多源空间数据的组织与网络可视化

分析了实现分布式数字地球系统的关键技术,提出了其架构和一种适用于空间数据的全球四叉树金字塔的分层分块方案,实现了基于Direct3D的分布式数字地球原型系统GeoGlobe。     

决策级融合的多分辨率遥感影像变化检测

针对多时相、多分辨率遥感影像数据的特点,充分考虑不同分辨率数据和不同变化检测应用的需求,将由粗到精数据集分层检测和决策级融合的思想引入到变化检测,以多时相多分辨率ALOS遥感影像为例,构建并试验了由粗到精变化检测的技术流程.该方法将ALOS多光谱数据视为粗数据集,将全色数据和融合数据视为精数据集,通过对3种数据集变化检...     

一种视点相关球面地形LOD算法

在地形可视化领域,基于海量数据的全球地形3维可视化已经得到广泛关注和研究。在经典ROAM算法的基础上,提出了一种视点相关全球地形LOD模型SROAM。该算法采用正方体作为网格细分的顶层,正方体上每一个面分裂成两个三角形作为ROAM算法二叉树的根节点。给出了高程数据球面映射的方法,在动态误差计算过程中,考虑了地平线约束条件,进一步对网格进行简化。实验结果表明,此算法能实时动态地生成全球地形LOD模型,实现全球地形场景的平滑绘制。     

基于A*算法的路网数据组织

路网的数据组织是路径规划算法设计的基础。采用C++标准模板库实现基于A*算法的路网数据组织,着重从路网的拓扑结构、空间索引、A*算法数据结构、分层和分网格组织几方面来讨论。最后给出实例证明其有效性。     

Arithmetic and Fourier transform for the PYXIS multi-resolution digital Earth model

Abstract

This paper investigates a multi-resolution digital Earth model called PYXIS, which was developed by PYXIS Innovation Inc. The PYXIS hexagonal grids employ an efficient hierarchical labeling scheme for addressing pixels. We provide a recursive definition of the PYXIS grids, a systematic approach to the labeling, an algorithm to add PYXIS labels, and a discussion of the discrete Fourier transform on PYXIS grids.     

Area and volume computation of longitude–latitude grids and three‐dimensional meshes

Longitude–latitude grids are commonly used for surface analyses and data storage in GIS. For volumetric analyses, three‐dimensional meshes perpendicularly raised above or below the gridded surface are applied. Since grids and meshes are defined with geographic coordinates, they are not equal area or volume due to convergence of the meridians and radii. This article compiles and presents known geodetic considerations and relevant formulae needed for longitude–latitude grid and mesh analyses in GIS. The effect of neglecting these considerations is demonstrated on area and volume calculations of ecological marine units.     

面向虚拟地球的海陆地形多尺度TIN建模及可视化方法

提出了一种面向虚拟地球的海陆地形多尺度不规则三角网（triangulated irregular network,TIN）建模及球面快速可视化方法。利用贪心插入TIN表面简化算法构建海陆地形的离线TIN金字塔,并设计了一种高效的虚拟节点结构,对各级TIN构网实施无缝分割和分层分块存储。在利用离线TIN地形金字塔实现多尺度海陆TIN地形的快速检索和三维场景生成的基础上,通过一种接边关系编解码方案实时消除TIN地形渲染时的裂缝,最终实现多尺度海陆TIN地形场景的高效可视化。实验结果表明,该方法能显著减少海面渲染所需的面片数,并实现岛礁、海岸等破碎地形的高保真度表达,有效改善了传统虚拟地球系统采用规则格网（Gird）模式绘制海陆地形导致大量几何冗余和表达失真等缺陷。