空間信息多級(jí)網(wǎng)格劃分方法研究

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1、空間信息多級(jí)網(wǎng)格劃分方法研究彭明軍武漢市城市規(guī)劃信息中心，湖北武漢430014摘要：本文對(duì)空間信息多級(jí)網(wǎng)格的規(guī)則網(wǎng)格劃分和不規(guī)則網(wǎng)格劃分方法進(jìn)行了研究，闡述了基于多面體的劃分和基于地理坐標(biāo)劃分的規(guī)則劃分方法，分析了不規(guī)則網(wǎng)格劃分方法，研究和比較了規(guī)則網(wǎng)格和不規(guī)則網(wǎng)格的適用范圍。關(guān)鍵詞：規(guī)則網(wǎng)格不規(guī)則網(wǎng)格劃分1.概述在地學(xué)領(lǐng)域，網(wǎng)格通常是指對(duì)地理空間的劃分。出于不同的研究目的，出現(xiàn)了很多的劃分方法，如Goodchild和Yang錯(cuò)誤！未找到引用源。、Sahr，White等錯(cuò)誤！未找到引用源。研究的“全球網(wǎng)格

2、”（GlobalGrid），采用多面體模擬地球，并逐級(jí)劃分地球，從而有效地描述地球表面的空間位置關(guān)系，以解決GIS空間定位、空間檢索機(jī)制等方面的問題。1991年實(shí)施的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《地理格網(wǎng)》（GB12409-90）中規(guī)定，地理網(wǎng)格的劃分與編碼是用以標(biāo)識(shí)與地理空間分布有關(guān)的資源和環(huán)境信息，保證其存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析與交換的一致性，實(shí)現(xiàn)信息共享。城市中的各種管理單元的劃分，如行政界線、人口普查小區(qū)、稅務(wù)登記區(qū)、郵遞區(qū)等，是根據(jù)管理工作的需要進(jìn)行的空間劃分?？臻g多級(jí)網(wǎng)格是對(duì)空間的多級(jí)劃分，二叉樹、四叉樹和

3、八叉樹都是將特定空間范圍進(jìn)行逐級(jí)網(wǎng)格劃分，同時(shí)，四叉樹的葉節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)格劃分的深度不同而不同，形成不同的層次網(wǎng)格，我國的?。校瓍^(qū)－街也是一種典型的管理單元網(wǎng)格的多級(jí)劃分。從網(wǎng)格形狀上講，網(wǎng)格的劃分有規(guī)則網(wǎng)格劃分和不規(guī)則網(wǎng)格劃分兩種。規(guī)則的網(wǎng)格劃分主要是以整個(gè)地球表面為研究背景的網(wǎng)格劃分，也有的研究采用規(guī)則網(wǎng)格對(duì)小范圍區(qū)域進(jìn)行劃分。不規(guī)則網(wǎng)格劃分主要是為滿足管理需求進(jìn)行的各級(jí)行政單元?jiǎng)澐?。每個(gè)國家的邊界劃分，國家內(nèi)部省、市、縣等行政管理單元的劃分是一種典型的不規(guī)則網(wǎng)格。不規(guī)則網(wǎng)格的劃分在行政管理中有重要的應(yīng)

4、用。2.規(guī)則網(wǎng)格劃分以整個(gè)地球表面為研究背景的網(wǎng)格一般采用規(guī)則的劃分方式，基本原理是用可變尺度的網(wǎng)格覆蓋地球橢球體表面，并采用一定的編碼方法對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行編碼，該編碼可以和經(jīng)緯度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到網(wǎng)格中的每一個(gè)點(diǎn)在地心坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，這種網(wǎng)格劃分主要是研究球面坐標(biāo)環(huán)境下的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，空間定位和表達(dá)，其目的在于建立全球統(tǒng)一的空間信息定位基礎(chǔ)。2.1基于多面體劃分的地理網(wǎng)格基于多面體劃分基本方法是利用球體的內(nèi)接正多面體作為劃分的基礎(chǔ)。許多學(xué)者根據(jù)不同的需要，選擇不同的多面體進(jìn)行全球劃分，如正4面體、正6面體、正8面

5、體錯(cuò)誤！未找到引用源。等。Goodchild和Shiren錯(cuò)誤！未找到引用源。、Sahr，White等錯(cuò)誤！未找到引用源。對(duì)基于正8面體的QTM（QuaternaryTriangleMesh），詳細(xì)探討了劃分方法、Loc8編碼及編碼ID與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換方法。也有使用經(jīng)緯度對(duì)地球表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分的，如EQT（EllipsoidalQuadtrees，橢球四叉樹）錯(cuò)誤！未找到引用源。、全球四叉樹系統(tǒng)等。273采用多面體進(jìn)行全球多層次90°N劃分時(shí)，正8面體的頂點(diǎn)占據(jù)球面主要點(diǎn)（包括兩極），邊的投影則與赤道、主

6、子午線和90°、180°、270°子午線重合，如圖2-2-1所示。這樣，很容易確定球面上的一個(gè)點(diǎn)在正8面體的哪一個(gè)投影面上。每90°W90°E一個(gè)投影面都是正球面三角形，內(nèi)接正8面體的球面投影劃分是規(guī)則等三角劃分，全部邊和內(nèi)角都相0°E/W等，球面網(wǎng)格與常用的球面經(jīng)緯度網(wǎng)格很容易轉(zhuǎn)換。最常用的方法是90°S根據(jù)頂點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行平均，圖1正8面體劃分產(chǎn)生三條邊的中點(diǎn)，中點(diǎn)連線的球面投影即把球面三角形分為4個(gè)小球面三角形。以此類推，對(duì)整個(gè)球面進(jìn)行了近似均勻劃分的正8面體的球面層次遞歸劃分，如圖2所示。（a

7、）正8面體（b）正32面體（c）128面體（d）512面體（e）2048面體（f）8192面體圖2基于正8面體的球面層次遞歸劃分這種劃分方法很容易與球面經(jīng)緯度網(wǎng)格坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，對(duì)球面進(jìn)行多次遞歸劃分后，其2面積逐漸減小。經(jīng)過30級(jí)劃分后，每個(gè)三角形的面積小于2cm?；诙嗝骟w劃分的網(wǎng)格編碼是在遞歸細(xì)分的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)小網(wǎng)格給定一個(gè)唯一的編號(hào)，并確定與經(jīng)緯度坐標(biāo)之間的關(guān)系，以便于快速定位和查詢，其編碼方法與網(wǎng)格劃分關(guān)系十分密切。對(duì)全球進(jìn)行基于8面體的QTM劃分，使全球每一個(gè)細(xì)分的球面三角網(wǎng)格對(duì)應(yīng)著唯一的地址

8、編碼。如果每一個(gè)球面三角形用一對(duì)經(jīng)緯度坐標(biāo)來表示（假設(shè)為三角形中心點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)），三角形地址碼與經(jīng)緯度（或空間三維坐標(biāo)）就可以在任一分辨率下建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即任一個(gè)QTM地址碼，就有一對(duì)經(jīng)緯度坐標(biāo)（在一定的精度范圍內(nèi)）與之相對(duì)274應(yīng)；反之，任意一對(duì)經(jīng)緯度坐標(biāo)就有且只有一個(gè)三角形地址碼與之相對(duì)應(yīng)。這樣，QTM網(wǎng)格就可以作為一個(gè)全球?qū)哟巫鴺?biāo)系統(tǒng)錯(cuò)誤！未找到引用源。。球面任意實(shí)體的表達(dá)都能夠建立在統(tǒng)一的數(shù)字空間系統(tǒng)內(nèi)，有利于全