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地球信息科学学报 2023年第11期25卷 2107-2119页

作者：周建彬贲进丁俊杰黄心海梁启爽何天国信息工程大学地理空间信息学院郑州450001 江苏雕图信息科技有限公司南京210001

格网是地理环境数字化离散的数据组织模型。局部投影的平面格网存在适用范围受限、全球扩展困难和单元变形严重等缺陷,而新型多面体全球离散格网大多只关注单元中心,忽视了单元顶点和边的作用,功能囿于数据建模与表达,难以适用于位置相... 详细信息

格网是地理环境数字化离散的数据组织模型。局部投影的平面格网存在适用范围受限、全球扩展困难和单元变形严重等缺陷,而新型多面体全球离散格网大多只关注单元中心,忽视了单元顶点和边的作用,功能囿于数据建模与表达,难以适用于位置相关事件计算。本文首先建立四孔六边形全球离散格网“格心-格点-格边”多结构要素数学模型,推导证明多结构要素的唯一数学描述。然后,依据该数学模型提出格点、格边关联格心的编码运算法则。最后,设计地理环境格网建模和路线计算应用案例证明本文方法的可行性和优越性。结果表明,相较于投影平面格网,六边形全球离散格网的格元变形更小、变形离散程度更小:六边形格元面积、周长和角度形变误差率均小于7.5%,中低纬度区域兰伯特等角圆锥投影格网部分单元面积和周长形变误差率超过10%,高纬度区域墨卡托投影格网面积和周长形变误差率超过60%;相较于单一格元模型,多结构要素能够按事件计算需求准确表达环境信息,更有利于准确计算事件结果。

关键词：全球离散格网系统六边形多结构要素编码运算平面格网环境建模路线计算北极航道

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等面积全球离散格网系统多剖分模式三维扩展设计方法

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测绘学报 2023年

作者：周建彬丁俊杰贲进陈艺航梁启爽信息工程大学地理空间信息学院

全球离散格网系统是新型地理空间数据组织框架，等面积格网由于在采样和空间分析方面的独特优势而备受关注，但相关研究囿于地球表面，缺乏扩展至三维广域空间的一般方法。本文首先提出将等积球面格网系统扩展为球体格网系统的多种剖分... 详细信息

全球离散格网系统是新型地理空间数据组织框架，等面积格网由于在采样和空间分析方面的独特优势而备受关注，但相关研究囿于地球表面，缺乏扩展至三维广域空间的一般方法。本文首先提出将等积球面格网系统扩展为球体格网系统的多种剖分模式，并实现其统一数学描述和详细数学证明；然后引入体积和紧致度指标定量评价不同剖分模式的体元性质，并与球体退化八叉树格网（SDOG）、大圆弧八叉树格网（SGOG）作对比；最后初步探索了本文方法的应用案例，讨论了不同应用需求下选择剖分模式的原则。对比实验结果表明，退化剖分的体元各项指标均优于规则剖分，等体积和退化剖分的体积性质优于SDOG，紧致度性质优于SGOG。本文多剖分模式三维扩展方法不仅符合国际标准等体积的要求，而且兼顾常规剖分设计选项，为不同应用需求提供了参考依据。

关键词：等面积全球离散格网系统三维扩展剖分等体积紧致度

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菱形三十面体六边形全球离散格网系统构建算法

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地理与地理信息科学 2023年第2期39卷 8-16页

作者：梁晓宇贲进周建彬王蕊梁启爽中国人民解放军战略支援部队信息工程大学河南郑州450001

全球离散格网系统是递归剖分整个地球空间形成的多分辨率离散地球参考模型,有助于建立以空间位置为主键的多源数据关联融合新模式。正二十面体的三角面不利于建立格网单元行列索引,且生成的球面格网单元存在较大形状差异,对此,该文采用... 详细信息

全球离散格网系统是递归剖分整个地球空间形成的多分辨率离散地球参考模型,有助于建立以空间位置为主键的多源数据关联融合新模式。正二十面体的三角面不利于建立格网单元行列索引,且生成的球面格网单元存在较大形状差异,对此,该文采用面数更多、结构更优的菱形三十面体构建六边形全球离散格网系统。首先,在单个菱形面上建立离散斜坐标系描述多种孔径六边形剖分产生的多分辨率格网;其次,根据菱形三十面体的几何属性确定跨面单元归属,据此拼接各面上的多分辨率单元,构成封闭三十面体上的格网系统;最后,通过Snyder等积多面体投影将封闭菱形三十面体上的格网系统映射至球面。实验结果表明,相比二十面体的同类成果,菱形三十面体六边形全球离散格网系统的几何属性和应用潜力更好,有助于建立地球空间信息数据的高精度承载模型。

关键词：全球离散格网系统菱形三十面体六边形格网生成

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矢量线全球离散格网系统高精度建模方法

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地球信息科学学报 2025年第6期27卷 1275-1288页

作者：丁俊杰贲进代金池王蕊信息工程大学地理空间信息学院北京市遥感信息研究所

【目的】全球离散格网系统(Discrete Global Grid Systems,DGGS)本质上是多尺度栅格结构，地理空间矢量与格网的集成是难点，矢量线格网化是其中的基本问题。现有方案多以平面格网单元中心(格心)连线为矢量线建模结果，但扩展到球面后... 详细信息

【目的】全球离散格网系统(Discrete Global Grid Systems,DGGS)本质上是多尺度栅格结构，地理空间矢量与格网的集成是难点，矢量线格网化是其中的基本问题。现有方案多以平面格网单元中心(格心)连线为矢量线建模结果，但扩展到球面后建模精度降低，本文针对这一缺陷提出矢量线全球离散格网系统高精度建模方法。【方法】首先选择与地球拟合程度更高的菱形三十面体构建六边形格网系统，以3个相邻菱形面构成组合结构并建立三轴整数坐标系描述单元空间位置；然后根据矢量线首尾端点所在单元确定最优方向编码以减少搜索范围，通过编码邻近运算搜索矢量线经过的球面单元，以球面格心连线为建模结果并提出跨面矢量线处理方法；最后增加单元顶点(格点)作为结构要素，实现多结构要素矢量线建模，进一步提高建模精度。【结果】实验结果表明：本文方案能正确实现全球各个大洲海岸线格网化建模，确保格网化单元与矢量线拓扑相交，且相较平面格网建模结果兼具精度和效率优势。【结论】针对传统矢量数据格网建模方法的几何精度损失和拓扑畸变问题，本文提出高精度球面格网化建模方法，为矢量数据转换至格网同构处理提供有力支撑。

关键词：矢量线菱形三十面体全球离散格网系统多结构要素数据建模高精度六边形编码运算

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六边形全球离散格网系统多结构要素建模的理论、方法及应用

六边形全球离散格网系统多结构要素建模的理论、方法及应用

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作者：周建彬战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

在国家核心利益维护和战略发展空间扩展刚性需求牵引下,我国空天对地观测、地基传感器网络以及其他探测技术迅猛发展。各类传感器获取的海量数据不仅规模呈爆炸式增长,而且具有多来源、多尺度、多变量、高维度、非结构化、时空复合等特... 详细信息

在国家核心利益维护和战略发展空间扩展刚性需求牵引下,我国空天对地观测、地基传感器网络以及其他探测技术迅猛发展。各类传感器获取的海量数据不仅规模呈爆炸式增长,而且具有多来源、多尺度、多变量、高维度、非结构化、时空复合等特性,导致数据的表征、汇聚和处理愈加困难。“全球离散格网系统”(Discrete Global Grid System,DGGS)是递归剖分整个地球空间形成的多分辨率离散地球参考模型,有助于建立以空间位置为主键的数据关联新模式,有望成为支持地球空间数据融合处理的新一代数字地球参考模型。六边形全球离散格网系统具有理想几何特性,不仅是封闭球面上的最佳数据采样几何结构,而且也是支持多尺度计算的拓扑结构。目前相关研究主要关注格网单元的中心,忽略了顶点和边的作用,致使六边形全球离散格网系统的功能囿于多源空间数据融合处理,位置相关事件模拟推演的巨大潜力尚未充分释放。本文以四孔六边形全球离散格网系统为研究对象,尝试建立理论完备的多结构要素数学模型,根据其数学性质设计编码索引方案,通过实例验证多结构要素应用于事件模拟与推演方面的可行性和优势。论文的主要工作和贡献如下:1.引入复进制数建立平面四孔六边形格网系统格心、格点和格边的数学模型,弥补现有成果结构要素描述不全面的缺陷。通过严格的数学证明揭示无限平面格心是特殊形式的复进制数这一数学本质并推导格点、格边与格心的对应关系;建立并证明有限平面多结构要素唯一描述数学模型并据此提出编码及其运算法则。2.提出封闭二十面体表面的一致瓦片六边形层次结构(Hexagon Hierarchy on Uniform Tiles,HHUT),克服现有成果瓦片类型复杂、剖分方法不灵活的缺点。依据平面四孔六边形格网系统编码规则建立HHUT多结构要素编码模型,等价设计全球统一编码运算、编码转换算法。对比实验结果表明,HHUT格心编码邻近查询效率约是六边形格点四叉树(Hexagon Lattice Quad Tree,HLQT)的7.46倍,格心编码与地理坐标转换效率分别约是HLQT的2.74倍、1.73倍。3.提出顾及区域完整性的全球格网系统定位方法,解决现有格网系统无最优定位参数求解数学模型的难题。通过最小凸多边形代替球面局部区域,建立定位参数求解模型;平移、旋转多面体单位面,迭代求解最优定位参数,约束球面局部区域位于多面体单个面中心。对比实验结果表明,本文方法相较于人工经验尝试更精确且适用性更好。4.设计面向地理区域的最小外包四边形和最小外包六边形编码索引算法。采用行列号实现外包四边形编码索引并设计对象区域编码查询算法,采用HHUT格心编码实现外包六边形编码索引。对比实验结果表明,外包四边形索引效率高于外包六边形,适用于大区域不规则地理对象的编码查询;外包六边形编码索引效率约是HLQT索引算法的7倍,适用于小范围规则区域的编码查询。5.应用上述成果研究广域战场地理环境六角格建模与机动推演,采用真实数据并结合想定案例加以验证。提出战场地理环境栅格、矢量数据六角格多结构要素建模方法;面向部队机动建立环境要素与作战要素联合作用的效能模型,提出六角格多结构要素联合计算的部队机动最短时间路径规划算法;融合真实海陆地理环境数据,建立我国南海区域动态战场地理环境模型;设计部队越野机动实验验证全部算法的可行性和应用价值。实验结果表明,多结构要素六边形全球离散格网系统兼具数据建模和分析计算优势,是构建海陆一体广域战场地理环境模型、开展作战模拟与推演应用的新颖解决方案。

关键词：全球离散格网系统六边形多结构要素一致瓦片编码运算模拟推演

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三孔六边形全球离散格网系统代数编码方法

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中国科学：地球科学 2018年第3期48卷 340-352页

作者：贲进李亚路周成虎王蕊杜灵瑀信息工程大学地理空间信息学院郑州450001 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国矿业大学地球科学与测绘工程学院北京100083

建立三孔六边形全球离散格网系统代数表达模型,根据其数学性质设计编码方案.首先,引入"格元-格点-格边-格心"的概念,描述格网各种要素.其次,以格心作为格元等效研究对象,通过相邻层次几何递推关系,证明可采用复数平面上的混... 详细信息

建立三孔六边形全球离散格网系统代数表达模型,根据其数学性质设计编码方案.首先,引入"格元-格点-格边-格心"的概念,描述格网各种要素.其次,以格心作为格元等效研究对象,通过相邻层次几何递推关系,证明可采用复数平面上的混合定位计数系统严格描述不同层次的格心,揭示格元本质上是一种特殊形式的"复进制数".第三,通过间隔层次几何递推关系,证明在特定约束条件下,仍可采用混合定位计数系统唯一描述不同层次的格心,据此设计格元编码方案.第四,将编码方案扩展到正二十面体的20个三角面上,完整描述二十面体封闭表面的多分辨率离散格网.对比实验结果表明,本文提出的代数编码方案具有理论严密、利于高效编程实现的优点,单元编码跨面邻近搜索效率是同类方案的242.9倍.本文采用的复进制数是理想的格网形式化描述工具,提出的研究思路可用于创建具有普适性的全球离散格网系统理论框架.

关键词：全球离散格网系统六边形定位计数系统代数编码

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顾及地理空间相互作用的全球离散格网系统研究

顾及地理空间相互作用的全球离散格网系统研究

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作者：许德朋南京师范大学

学位级别：硕士

为了有效控制环境变化造成的损失,避免人类生存环境的进一步恶化,必须以已获取的海量自然与人类活动资料为基础,利用地球系统模式反演过去资源与环境演变机理、预测未来全球变化情景。然而在底层数据结构及编码模型上的差异,使得测绘地... 详细信息

为了有效控制环境变化造成的损失,避免人类生存环境的进一步恶化,必须以已获取的海量自然与人类活动资料为基础,利用地球系统模式反演过去资源与环境演变机理、预测未来全球变化情景。然而在底层数据结构及编码模型上的差异,使得测绘地理信息领域内的全球离散格网系统无法完善表达地理空间的相互作用,因而难以直接支撑地球系统模式的计算。因此,如何以统一的空间数据框架有效地组织与管理这些不同分辨率、类型多样的海量空间数据,并与覆盖全球的地球系统模式相耦合,是当前地理学及地球科学相关学科的重大任务。本文立足于现有全球离散格网系统的几何基础框架,在继承其全球覆盖、近似均匀、层次嵌套等优点的基础上,扩展其格网编码表达结构,将其从单一的格元表达扩展至格点、格边与格元的统一表达,以此作为综合表达不同类别的地理现象、对象、演化过程的基础格网系统,实现对空间数据的多层次表达与地球系统科学模式计算的有效支持。本文的研究内容与结论主要包括:(1)格网几何性质对比分析:分别从格点、格边、格元这三类格网组成要素的角度出发,将依本文方法与其它两种剖分方法构建的球面三角形格网进行几何性质对比分析。结果表明,本文基于正二十面体与大圆弧平分法构建的球面三角形格网在不同剖分层级均具有稳定、近似均匀的几何特性,能够有效支持全球范围的空间数据建模与与数值模式计算。(2)格网要素统一编码模型设计:将空间填充曲线引入现有的正二十面体球面三角形格网上,遵循隶属关系延后原则,实现各类格网组成要素与格网编码的一一对应,进而构建格点、格边、格元显式表达的格网要素统一编码模型,借此弥合面向多尺度空间数据表达的全球离散格网系统与地球系统模式中的底层数结构差异,并在此基础上设计格点、格边、格元要素编码与地理坐标之间的快速转换方法,实现包含空间邻近关系和层次关系在内的球面空间关系搜索方法。(3)格网系统与空间数据集成:针对应用广泛的矢量数据、场数据表达范式的差异,通过格网要素编码坐标的相互转换方法进行现有地理空间数据到格网组织形式的转换,并以成熟的计算机图形学算法为借鉴实现离散对象、连续场数据在球面格网空间上的快速可视化,从而达到兼顾多分辨率空间数据表达与地球系统模式计算的研究目标。(4)海洋数值模式的计算格网生成:以要素统一编码结构为球面三角形离散格网系统与全球海洋数值模式的耦合切入点,通过拓扑关系判断和面积权重比较的方式完成全球大洋区域格网的初步生成,并利用全球离散格网系统的层次嵌套特性实现海岸边界区域的加密,根据海洋数值模式对于边界平滑度的要求进行格网边界处理,在此最终确定的格网几何骨架上实现格点属性值的最终获取和优化调整,以全球离散格网系统直接支持海洋数值模式的顺利运行。研究结果表明,融合要素统一编码模型的正二十面体球面三角形格网系统,可以在顾及地理空间相互作用的前提下满足空间数据表达和地球系统模式计算的双重需求,克服了目前面向数据表达的全球离散格网系统和数值计算格网各自的局限性,构成了同时具有数据组织、空间分析、模式模拟和结果展现能力的完整的地球系统模式运行环境,能够为地球系统机理过程的反演与预测提供有力的支撑。

关键词：全球离散格网系统地理空间相互作用球面三角形离散格网格网编码模型地球系统模式

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六边形全球离散格网系统几何结构及傅立叶变换

六边形全球离散格网系统几何结构及傅立叶变换

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作者：李亚路解放军信息工程大学

学位级别：硕士

随着我国对地观测、卫星导航、移动通讯等技术的飞速发展,目前我们获取并积累的空间数据正从处理相对容易的结构化类型向处理非常困难的非(半)结构化类型快速过渡,“大数据”特征初现端倪。全球离散格网系统是数字化的多分辨率地球参考... 详细信息

随着我国对地观测、卫星导航、移动通讯等技术的飞速发展,目前我们获取并积累的空间数据正从处理相对容易的结构化类型向处理非常困难的非(半)结构化类型快速过渡,“大数据”特征初现端倪。全球离散格网系统是数字化的多分辨率地球参考模型,有助于建立以地理位置为主线的数据关联、融合新模式,有望弥补当前空间数据组织、处理和应用中存在的不足。本文深入研究了三孔六边形全球离散格网系统的几何结构,据此设计了单元编码方案;建立了球面六边形格网的离散傅立叶变换数学模型,实现了快速变换算法。论文所做工作总结如下:1.从空间数据自身特点及应用需求的角度,阐述引入全球离散格网系统处理空间数据的必要性,详细分析了该方向的国内外研究现状,提出当前研究存在的问题,简述本文结构安排。2.严格证明平面三孔六边形格网系统本质上是一种特殊形式的“数”,根据其几何、代数性质设计单元编码方案;阐明二维无限平面格网系统到三维有限封闭二十面体上的映射机制,揭示三孔六边形格网系统的几何结构;通过对比试验验证上述结论的正确性和优越性。3.建立矩形格网到三孔六边形格网的重采样数学模型,分析得出等积重采样是信息失真最小的单元对应关系;结合三孔六边形格网系统结构特点,建立对应球面格网系统的离散傅立叶变换数学模型;将二维变换核转化为一维进而降低处理维度,借助蝶形算法实现快速离散傅立叶变换;通过对比试验验证算法的正确性和优越性。

关键词：全球离散格网系统六边形几何结构图像快速离散傅立叶变换

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OGC的全球离散格网系统核心标准及相关介绍

OGC的全球离散格网系统核心标准及相关介绍

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2016中国地理信息科学理论与方法学术年会

作者：童晓冲贲进信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450002

国际开放地理空间联盟(Open Geospatial Consortium,OGC)于2014年4月成立了全球离散格网标准工作组(Discrete Global Grid Systems Standards Working Group,DGGS SWG),正式开展全球离散格网相关国际标准的讨论与制定工作。由澳大利亚... 详细信息

国际开放地理空间联盟(Open Geospatial Consortium,OGC)于2014年4月成立了全球离散格网标准工作组(Discrete Global Grid Systems Standards Working Group,DGGS SWG),正式开展全球离散格网相关国际标准的讨论与制定工作。由澳大利亚、加拿大、新西兰、中国等国学者和企业界人士共同发起,目标是制定全球格网系统(Discrete Global Grid Systems,DGGS)的核心标准及其扩展机制。

关键词：全球离散格网系统 OGC 空间参考系统空间数据模型

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地理空间数据等积全球格网多模式三维扩展方法

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测绘学报 2024年第1期53卷 173-188页

作者：周建彬丁俊杰贲进陈艺航梁启爽信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

全球离散格网系统是新型地理空间数据组织框架,等面积格网由于在采样和空间分析方面的独特优势而备受关注,但相关研究囿于地球表面,缺乏扩展至三维广域空间的一般方法。本文首先提出将等积球面格网系统扩展为球体格网系统的多种剖分模式... 详细信息

全球离散格网系统是新型地理空间数据组织框架,等面积格网由于在采样和空间分析方面的独特优势而备受关注,但相关研究囿于地球表面,缺乏扩展至三维广域空间的一般方法。本文首先提出将等积球面格网系统扩展为球体格网系统的多种剖分模式,并实现其统一数学描述和详细数学证明;然后引入体积和紧致度指标定量评价不同剖分模式的体元性质,并与球体退化八叉树格网(SDOG)、大圆弧八叉树格网(SGOG)作对比;最后初步探索了本文方法的应用案例,讨论了不同应用需求下选择剖分模式的原则。对比试验结果表明,退化剖分的体元各项指标均优于规则剖分,等体积和退化剖分的体积性质优于SDOG,紧致度性质优于SGOG。本文多剖分模式三维扩展方法不仅符合国际标准等体积的要求,而且兼顾常规剖分设计选项,为不同应用需求提供了参考依据。

关键词：等面积全球离散格网系统三维扩展剖分等体积紧致度

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