椭球空间下的地理格网系统模型研究

地理格网系统既是一个空间框架，也是地理特征表达的一种模型，并与现代遥感测量技术具有内在的一致性，成为地理信息系统空间分析研究的前沿，为解决大区域尺度内的空间数据的综合集成分析提供了有效方法。本项目以微分几何学理论为基础，通过以格点-格边-格元为一体的地理格网系统研究为切入点，围绕椭球体空间下的离散地理格网系统模型的构建、地理数据的格网化重建、以及高性能地理格网数据计算与地学知识发现等三方面开展基础理论与应用方法研究。在理论上，把地理格网的概念与微分几何的曲面模拟原理结合，突破传统的欧氏几何空间分析在大区域尺度上的缺点，建立椭球空间下的地理格网分析数学模型，实现GIS理论的原创性突破；在技术上，以多核并行计算技术为基础，发展高性能地理格网数据分析方法体系，突破海量地理格网数据处理分析的瓶颈；在应用上，结合国家地理格网系统、精确耕地面积量算、水热平衡变化模式挖掘等实际问题，开展模型的应用检验。

全球离散格网模型研究是当今地理信息科学的重要基础研究方向，也是全球变化研究的重要科学方法支撑之一。传统的以地球球体为基础、以球面的空间剖分与空间数据组织管理为重点的研究，取得了显著的进展，但尚未能解决椭球空间下的离散格网构建和格网空间分析等问题。.本项研究以微分几何学、集合论等理论为基础，以构架椭球空间下的全球离散格网模型和格网化空间数据分析模型研究为方向，重点开展地理现象的格网化表达、大尺度空间剖分与组织、格网剖分与编码索引、格网化数据分析模型等方面研究。通过四年研究，取得的主要进展和成果包括：从概念上，首次提出地理格网系统的三元组模型；研究和建立了全球离散格网构建的纬平面模型、接连柱模型和钉子模型，在构建椭球空间下的全球离散四边形格网模型方面，具有原创性突破；在六边形格网系统的索引体系方面，构建了六边形四分平衡结构索引法，显著提高了索引算法的执行效率；结针对不同类型的格网数据和实际的应用场景，发展了地理空间数据格网化重构、离散格点数据空间分布模式挖掘模型WNN等系列模型，在格网数据分析模型方面有一定的创新和突破；研发了支持高性能计算的地理格网系统构建和数据分析的软件原型系统GridVis，在并行地学计算方面有创新。.通过四年的研究，在国内外发表学术论文23篇，其中SCI论文11篇；撰写出版了三本专著；申请专利5项；培养了博士后三名、博士研究生三名和硕士研究生一名。