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2016年 第45卷 第S1期    刊出日期：2016-12-31

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论文

地球剖分格网研究进展综述

赵学胜, 贲进, 孙文彬, 童晓冲

2016, 45(S1):  1-14.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F001

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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。

地理空间信息网格的历史演变与思考

万刚, 曹雪峰

2016, 45(S1):  15-22.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F002

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网格的概念随着科学技术和社会实践的发展而不断演变，在不同行业中的内涵既有区别又有联系。本文首先分析了地理空间网格的基本特征，提出了地理空间网格的广义和狭义概念。然后，回顾分析了地理空间网格的发展历史，认为地理空间网格是一种人类空间认知的重要思想和理论、方法，地理空间信息网格是信息化条件下的地理空间网格。最后，分析指出了地理空间信息网格以信息化的地球系统为研究对象，以模型理论为基础理论，未来将发展出现代地理空间网格的标准体系和服务体系，不仅服务于人，还将服务于智能化平台，具有广阔发展前景。

正二十面体球面菱形离散格网的编码模型及其映射方法

林冰仙, 许德朋, 盛业华, 闾国年, 周良辰

2016, 45(S1):  23-31.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F003

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全球离散格网为全球尺度的空间数据组织与管理提供了基础环境，而全球离散格网的编码体系，则可屏蔽不同坐标参考框架下的坐标转换，减少空间分析的复杂度，有利于数据的多尺度表达和统一建模。相对于其他类型的全球离散格网，基于正二十面体所构建的球面菱形离散格网具有更均匀的几何性质，有利于球面空间数据的集成与表达。但基于正二十面体的球面菱形离散格网的初始菱形边线并不贴合经纬线，这导致相对于基于正八面体的球面菱形离散格网，其格网结构更为复杂。这对构建正二十面体球面菱形离散格网的层次编码模型和建立其与地理坐标间的映射关系转换带来了新的挑战。针对这一问题，本文基于Hilbert曲线构建了正二十面体球面菱形离散格网编码模型，并在此基础上设计了格网编码与地理坐标的相互转换方法。研究表明，利用球面菱形离散格网与平面规则格网的相似性，基于Hilbert曲线构建的正二十面体球面菱形离散格网编码模型能够隐式表达空间尺度与位置信息，且在地理坐标与格网编码转换方面兼具效率与精度，可以支持全球海量空间数据建模、集成管理以及各类空间分析。

基于WGS-84椭球面的退化四叉树经纬线格网剖分

胡佰林, 王春波, 赵学胜, 崔马军

2016, 45(S1):  32-39.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F004

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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。

基于SDOG-ESSG的地球系统元胞自动机框架及其应用试验

余接情, 石珍, 吴立新, 邢松伟, 贾永基

2016, 45(S1):  40-47.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F005

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元胞自动机结构简单且具备模拟复杂系统的能力，已被广泛应用于大气、流体力学、地球物理等领域。然而，现有元胞自动机以欧氏空间为约束进行地球系统过程模拟，忽略了地球重力等天然约束，导致计算过程中元胞状态的传递方向与真实运动的趋势方向不相符，一定程度上扭曲了最终的模拟结果。本文提出了地球系统元胞自动机这一概念，并从元胞表达及构建、邻居模型等方面设计了基于SDOG-ESSG格网的地球系统元胞自动机框架。由于演化规则取决于不同的应用，因此本文进一步以地壳的热传递为例，通过对热力学方程离散化设计了相应的演化规则。最后，借助公开的数据源开展了地壳热传递元胞自动机模拟的初步试验，并与一定区域下的数值模拟结果展开了比对。试验表明，与数值模拟方法相比，本文方法的模拟结果相对误差控制在27%以内，具备一定程度的可行性，可作为地球系统过程模拟的一种新思路。

几种地球剖分网格分析与初探

宋树华, 董芳, 万元嵬, 赵金玲, 李世忠, 席福彪, 陈恺, 张乐, 陈东

2016, 45(S1):  48-55.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F006

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针对全球遥感卫星影像数据缺少统一组织框架的问题，从遥感影像数据特点出发，分析归纳了遥感影像统一组织框架的设计原则和设计难点，并对当前已提出的用于遥感影像统一组织的几种剖分格网方案进行概述。通过分析与比较，认为GeoSOT比较适合作为遥感影像的统一组织框架。

地球格网化剖分及其度量问题

胡海, 游涟, 宋丽丽, 胡鹏

2016, 45(S1):  56-65.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F007

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地球剖分网格（或全球位置定位框架）系一种科学简明的空间参考系统，是地球信息数据的离散化、准确化、系统化的表现，这是地理信息科学和数字地球中重要的基础性问题，是全部地理计算的源头和归宿。近年来，随着GPS、北斗等卫星系统日趋发展和全球化应用，此相关于全球三维位置准确性、度量和全部空间分析准确性等基础问题受到人们高度重视。本文首先针对多年来地球剖分网格研究的进展和不足，提出和分析了网格数据的质量的若干问题，即剖分的完整性、逻辑一致性、准确度和一些相关问题；然后面向剖分中的定位和度量，指出了剖分对象及其度量空间特征，剖析了“3维结构及厘米级准确度”的革命性需求将对GIS体系和剖分科技体系发展产生重大的影响；接着，着重指出地球剖分的椭球三维途径的主体和剖分途径，论述了加强剖分基础理论阐述的内容和意义，并介绍了地图代数在地球剖分基础对象、椭球三维剖分和理论途径和相应试验。最后，课题组认为椭球型、（B，L，H）三组正交曲面剖分是地球剖分工作的正确途径，建议大力强化剖分理论基础研究，发展和完善剖分的标准体系，迅速创建地球剖分试验平台。

一种有效的多尺度时间段剖分方法与整数编码计算

童晓冲, 王嵘, 王林, 赖广陵, 丁璐

2016, 45(S1):  66-76.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F008

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围绕现有时间段编码存在的问题与现状，提出了一种时间段剖分编码方法：多尺度时间段的整数编码（multi-scale time segment integer coding，MTSIC）。该方法通过整数间形成的树状结构和大小排序，体现了不同尺度时间段间的先后、包含/被包含、相交等时间关系，最终实现了对多种尺度时间的统一整数编码化处理。在此基础上，还研究了MTSIC的时间关系的计算方法，用以支持基于时间段剖分的高效计算与查询，并初步探讨了MTSIC的应用方法与前景。试验表明，MTSIC的实现方便可靠，与传统方法转换便捷，在查询计算等方面具有很高的效率

Hilbert曲线层级演进关系

曹雪峰, 万刚, 张宗佩

2016, 45(S1):  77-84.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F009

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网格编码代数是当前全球空间网格研究中的难点，也是推动全球空间网格从数据组织管理框架发展成为新一代空间分析模型的理论基础。Hilbert曲线是设计全球空间网格单元编码的重要工具。本文以Hilbert曲线序列码作为八叉树立体网格单元的唯一编码，由Hilbert曲线数学性质推导得到网格单元Hilbert码的层级演进关系表，进而设计了用于网格编码代数运算的若干操作算子，为构建全球空间网格分析理论与方法提供参考。

基于空间网格的多尺度人文地理特征分析

翟卫欣, 段杰雄, 童晓冲, 程承旗, 宋树华, 李爽

2016, 45(S1):  85-89.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F011

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随着手机等移动互联网设备的广泛使用，海量的人类社会活动的地理数据为地理学研究提供了新的数据基础，基于移动互联网的社会研究成为当前地理学研究的热点。本文以空间网格为基础，选取了2004年到2014年5月之间在中国境内上传至Flickr的包含位置信息的数据作为研究对象，以Alexander分形理论为依据探讨了地理空间中的尺度特征与人文地理特征的关系。选取了HT-指数测量地理对象分化程度的表征指标，并用信息熵理论对其进行检验。研究结果表明，尺度的特征一定程度上与人文地理特征是有正相关性的。可以用网格作为控制尺度的工具从不同尺度来认知人类社会活动的空间分布模式。

紧致的Hilbert曲线Gray码索引算法

曹雪峰, 万刚, 张宗佩

2016, 45(S1):  90-98.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F010

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Hilbert曲线具有良好的聚簇性，使其成为设计全球立体网格多维数据索引的重要工具。但当数据集在不同维度上的分布密度存在较大差异时，常规Hilbert曲线索引会出现大量的冗余。对此，本文基于Gray码推导分析了Hilbert曲线索引的构造特点，进而设计实现了紧致Hilbert曲线索引算法，在保持Hilbert曲线良好聚簇性的同时，避免了数据维度分布差异带来的索引冗余问题。试验结果表明，相比常规Hilbert索引，紧致Hilbert曲线索引计算复杂度相当，在实例数据测试中编码耗时减少约40%，索引存储空间减少约46%，排序速度约为Hilbert排序的4.3倍。

基于GeoSOT剖分编码的不动产单元统一标识模型研究

宋树华, 董芳, 陈东, 赵金玲, 李滨, 张乐, 王希营, 李世忠, 翟卫欣, 孙忠秋

2016, 45(S1):  99-105.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F012

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针对现有不动产单元编码存在空间位置信息模糊的问题，以寻求更加直接反映空间位置的不动产编码为目标，在对现有不动产单元编码深入研究的基础上，提出了基于GeoSOT网格编码的不动产单元模型、编码方法，以及该模型与空间位置信息转换方案。试验证明，基于GeoSOT的不动产单元编码更加直观，具有很好的实用性。

基于多级信息网格的海量遥感数据存储管理研究

李爽, 程承旗, 童晓冲, 陈波, 翟卫欣

2016, 45(S1):  106-114.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F013

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随着遥感探测技术的高速发展，空间信息呈爆炸式增长。针对目前现有遥感数据存储管理系统数据量大、数据来源丰富、查询检索慢等问题，本文提出了一种基于GeoSOT网格的遥感数据组织方案，并首次在关系型数据库中增加数组数据类型的剖分网格编码列，来存储遥感影像元数据中空间信息，对数据进行逻辑剖分索引，从而实现影像数据的统一存储与空间区域检索。试验选择Kingbase关系型数据库作为测试平台，通过模拟全球范围的影像数据，与Oracle平台进行对比试验。结果表明本文的检索效率具有明显优势，可有效提高遥感数据整合、检索效率，为现有遥感数据存储中心或管理系统提供了一种高效、可行的方案。

基于全球剖分网格的地理空间信息保障服务技术研究

李世忠, 程承旗, 王东, 濮国梁, 陈波

2016, 45(S1):  115-120.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F014

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随着空间和对地观测技术的飞速发展，建立一个适应全球的多源、多尺度、多时相跨平台统一数据组织的网格框架具有非常重要的意义。当前地理空间数据的生产、维护分散在不同单位，且采用的数据网格标准各异，造成了部门或系统之间、不同历史阶段之间标准不统一。本文针对高分专项地理空间信息保障库对数据资源全局展示、关联检索和模版应用等综合服务展示需求，基于GeoSOT网格与编码理论体系，提出了“地理空间信息全球统一网格化编码管理”的数据剖分组织解决思路，并进行了系统分析、研究与设计。通过试验证明，基于GeoSOT虚拟一张图的数据组织管理方法能够显著提高地理空间信息保障服务系统的整体应用效能。

警用空间大数据区位标识方法及其应用

胡晓光, 高树辉, 童晓冲, 程承旗, 蔡能斌

2016, 45(S1):  121-126.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F015

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警用空间大数据为警务工作的开展提供了丰富的决策依据，但也带来了一些挑战，如大数据整合复杂、多尺度信息关联困难、区位标识不唯一等，不利于警务改革的深入发展。本文提出了基于区域的位置标识方法来解决存在的问题，方法基于剖分网格设计了警用空间大数据的区位编码方法，并以户籍的区位标识为例进行说明，最后对其应用进行了展望，从而为警用空间大数据的有效组织和高效应用等提供了一种新的解决思路。

剖分网格下顾及用户兴趣的矢量地图多尺度表达方法

俞童, 邓术军, 钱海忠, 杨清丽

2016, 45(S1):  127-134.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F016

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在海量空间数据的组织与表达方面，与传统的空间数据模型与方法相比，地球剖分网格表现出了极大的优势。鉴此，本文提出了一种剖分网格下顾及用户兴趣的矢量地图多尺度表达方法，首先利用大量POI数据构建空间兴趣场模型，描述用户对地理信息的兴趣的空间分布；然后对空间要素进行分类分级，确定其表达的尺度范围；运用GeoSOT剖分理论划分不同层次的剖分面片，建立剖分面片与尺度的对应关系，根据用户对剖分面片所在区域的兴趣度大小，表达不同详细程度的空间要素，实现基于用户兴趣的空间数据多尺度表达。实验表明，该方法能够满足用户由概略到详细、由重要到次要的空间认知需求，同时能够获得较好的多尺度表达效果。

一种面向虚拟地球的海面动态可视化优化方法

黄吴蒙, 陈静

2016, 45(S1):  135-143.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F017

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现有的虚拟地球中的海面可视化方法主要采用投影网格的方式组织海面格网，这种特殊的网格组织方式，导致其在反映不同海域差异性特征时存在缺陷。基于全球离散格网的海面可视化方法由于能够与虚拟地球离散的空间剖分相匹配，有效弥补了投影网格法的缺陷，因此更符合虚拟地球海面仿真应用的需要。然而现有的离散格网法存在绘制效率差、场景加载慢、需要修补格网缝隙等问题，限制了其应用发展。对此，本文在现有离散格网法基础上进行优化：首先，在数据结构上对传统等经纬度离散格网进行扩展，设计了一种面向GPU绘制的多尺度海面网格模型来组织管理海面格网；其次，为了实现风场驱动下的海浪动态绘制，在多尺度海面网格模型的基础上提出了一种支持实时风场更新的海浪动态绘制方法；同时，考虑到格网缝隙修补对系统效率的影响，本文针对海面格网特点并结合GPU技术提出了一种高效的海面格网缝隙修补方法。最后通过对比试验验证了本文方法的可行性和有效性。试验结果表明，本文方法绘制效率稳定，加载速度快，且能弥补现有方法在功能上的缺失，因此应用范围更加广泛。

基于六边形格网的城市内涝洪水演进方法研究

赖广陵, 童晓冲, 张勇, 丁璐, 李凯, 范帅博

2016, 45(S1):  144-151.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F018

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基于六边形格网建模的方式研究城市内涝洪水的演进过程，采用离散格网的方法，建立了一种基于规则多尺度离散格网的城市几何模型，通过三维地形测量数据和二维建筑物矢量数据的融合，形成了规则的地表格网模型，该模型同时考虑了城市地形和建筑等特殊阻拦体。在此基础上，提出了一种逆向的水流推演方法，由洪水的状态反算演进过程，即以洪水的水淹深度为基础，通过与出（排）水口的连通性，计算水淹的范围，由此实现了城市内涝洪水的模拟推演。试验表明，本文方法能够有效地实现城市内涝场景的演进推演，可以为城市防减灾与应急决策提供科学依据。

地球剖分网格的地形量化模型

孟丽, 程承旗, 陈东, 杨伟铭

2016, 45(S1):  152-158.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.F019

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针对目前地形量化方法中，量化承载网格层级受限，且量化数据组织管理复杂的问题，提出了一种基于地球剖分网格的四边形网格的地形量化模型。该模型以GeoSOT地球剖分网格为支撑，通过GeoSOT网格编码实现了多层地形量化数据的关联、检索，为矢量数据和规则格网数据的量化处理、组织与存储以及量化数据聚合问题提供了方法。