基于格网的空间要素多层次关联与融合研究

为了突破在二维平面上采用地图投影描述地理信息带来的局限性，以更贴近地球的真实方式存储、管理和表达空间信息，本项目拟采用球面三角格网剖分地球表面，建立多尺度空间信息模型，研究球面格网表达的空间要素之间的拓扑关系、空间要素不同尺度表达之间的内部连通性，以及基于分形的多尺度格网数据压缩算法及存储策略；并应用全球和部分地区不同尺度的数据，设计开发相应的实验。本项目的研究成果有望突破传统地图投影的束缚，在全球三角格网系统的基础上，为空间数据的全球一致性、多尺度表达建立一种数学与信息模型，以便更加高效、便捷、无缝地组织、管理和调度全球多种尺度的空间数据，同时也为大范围（全球）环境变化监测、海洋资源开发、气象和灾害预报、基础地理数据更新等相关应用领域，提供一个全球无缝的多尺度空间数据管理和操作思路，也促进国内国际同行"空间信息格网"的研究进展。

为了突破在二维平面上采用地图投影描述地理信息带来的局限性，以更贴近地球的真实方式存储、管理和表达空间信息，本项目以多级格网剖分地球表面，建立多层次空间信息模型。首先，分析了四种球面离散格网的几何结构特征，研究了格网单元之间的拓扑关系，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；研究了点、线、面等简单目标格网表达之间，以及由简单目标组成的复杂目标的格网表达之间的内在联系。其次，针对“海量”点组成的平面点集Voronoi图栅格生成算法的效率问题，提出了一种MapReduce模型下基于欧氏距离的Voronoi图栅格生成算法；研究了空间目标的邻近关系，提出一种基于空间目标邻接矩阵的迭代计算方法，采用并行栅格方法构建Voronoi图k阶邻近查询。针对地理目标分布不均的情况，提出了最大空圆约束下的k-D树最邻近查询算法，可以有效地减少移动点在三角网中的定位次数，改善k阶邻近的查询效率。然后，研究了空间要素多尺度格网表达方法，给出了基于视点相关和实时栅格化的矢量可视化表达；分析了相同地理要素基于不同尺度格网表达在空间形态、空间关系和空间结构上的变化，探讨其变化规律，通过比较分析，发现不同层次空间数据表达对数据精度的影响和格网分辨率关系较大，不同分辨率数据可以通过层次嵌套建立内部连通关系。最后，将全球格网数据组织成四叉树剖分的“菱形块”结构，分析了格网数据几何结构和编码之间的关系，以二叉树结构表示多分辨率模型，实现了多分辨率数据的连续存储，并减少了数据存储量，建立全球菱形块的连续索引机制，实现全球空间数据库中任意范围数据块的查找和更新。本项目的研究成果有望突破传统地图投影的束缚，在全球离散格网系统的基础上，为空间数据的全球一致性、多层次表达建立一种数学与信息模型，以便更加高效、便捷、无缝地组织、管理和调度全球多种尺度的空间数据，同时也为大范围（全球）环境变化监测、海洋资源开发、气象和灾害预报、基础地理数据更新等相关应用领域，提供一个全球无缝的多层次空间数据管理和操作思路，也促进国内国际同行"空间信息格网"的研究进展。