專利名稱：一種可適應(yīng)性的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地球系統(tǒng)空間框架與坐標(biāo)系統(tǒng)，尤其涉及一種可適應(yīng)性格網(wǎng)分辨率的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究需要一種統(tǒng)一的地球系統(tǒng)空間框架，以支撐多學(xué)科相互協(xié)作、多領(lǐng)域數(shù)據(jù)建模與互操作。地球系統(tǒng)是一個多圈層(地核、地幔、地殼、海洋、大氣層、電離層等)結(jié)構(gòu)的、多物理場(物質(zhì)場、溫度場、應(yīng)力場、地磁場、重力場等)耦合的復(fù)雜巨系統(tǒng)。全球離散格網(wǎng)(Discrete GlobalGrid, DGG)僅對球面進(jìn)行格網(wǎng)剖分，只能處理近地表問題，不能解決地下或地上問題，無法成為地球系統(tǒng)的統(tǒng)一空間框架。面向地球系統(tǒng)整體空間剖分的球體全球空間格網(wǎng)(GlcAal Spatial Grid, GSG)能有效處理地表、地上及地下問題，可成為地球系統(tǒng)的統(tǒng)一空間框架。現(xiàn)有的球體GSG主要有球體經(jīng)緯格網(wǎng)、Cube-sphere格網(wǎng)、Yin-Yang格網(wǎng)、自適應(yīng)格網(wǎng)、Ballard格網(wǎng)、Baumgardner格網(wǎng)等。這些球體GSG均源自地球物理領(lǐng)域，在格網(wǎng)非收斂、地理一致、非重疊、一致劃分等方面存在不足，不僅難以在地球物理領(lǐng)域通用，更無法滿足全球海洋、大氣、重磁、航空、航天、空間環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。球體退化八叉樹格網(wǎng) (Spheroid Degenerated OctreeGrid, SD0G)雖然具有格網(wǎng)非收斂、地理一致、非重疊、一致劃分等優(yōu)點(diǎn)，但在適應(yīng)性格網(wǎng)分辨率及明確的球體大小與定位方面仍有不足?？蛇m應(yīng)性格網(wǎng)分辨率指在球面維度(a、b)與半徑(c)上同時具有同步變化的多分辨率與非同步變化的多分辨率特征，以便適應(yīng)不同領(lǐng)域數(shù)據(jù)集的空間粒度特點(diǎn)及非均勻的空間建模需要。例如，格網(wǎng)粒度2_、Χ2-、Χ2_、為球面與半徑維度上具有同步變化的多分辨率，而格網(wǎng)粒度 2-^X2^X2^(1 > j或i < j)為球面與半徑維度上具有非同步變化的多分辨率。可適應(yīng)性格網(wǎng)分辨率及明確的球體大小與定位是構(gòu)建地球系統(tǒng)空間框架的基本要求?？臻g編碼利用1維線性碼標(biāo)識球體GSG格網(wǎng)，可隱含地表達(dá)格網(wǎng)的空間位置信息、 分辨率信息及層次信息，是球體GSG的坐標(biāo)系統(tǒng)?？臻g編碼是球體GSG成為地球系統(tǒng)空間框架不可缺少的要素。按地理第一定律，格網(wǎng)編碼應(yīng)使相鄰格網(wǎng)的編碼應(yīng)盡可能連續(xù)、成簇， 且連續(xù)的編碼所對應(yīng)的格網(wǎng)應(yīng)盡可能相鄰。本發(fā)明的主要目的是提供一種滿足格網(wǎng)非收斂、地理一致、非重疊、適應(yīng)性分辨率、球體定位明確及具備空間編碼等基本要求的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)(EarthSystem Spatial Grid, ESSG)，為地球系統(tǒng)科學(xué)研究提供一種新的、統(tǒng)一的全球空間框架，以滿足地球系統(tǒng)空間建模、地球系統(tǒng)數(shù)據(jù)互操作、數(shù)據(jù)組織與搜索服務(wù)等需要。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種基于格網(wǎng)非收斂、地理一致、非重疊的球體退化八叉樹格網(wǎng) (SDOG)的可適應(yīng)性的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)層次剖分及編碼方法。
在SDOG剖分中，任一給定的三維空間分辨率(也即格網(wǎng)粒度)均可近似地對應(yīng)該層次性空間格網(wǎng)的某一剖分次數(shù)(以下簡稱“剖次”)。設(shè)所要求的球面分辨率與徑向分辨率分別對應(yīng)剖次Ns及Nr，兩者較小者N = Min (Ns, Nr)，差值的絕對值Δ N = | Ns-Nr |，則可適應(yīng)性的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)的剖分方法如下1)選擇半徑Rs = 24Re (Re為地球半徑，取為6，400km)的球體為基礎(chǔ)球體，將基礎(chǔ)球體的球心置于地心，并采用與地球赤道面及經(jīng)過格林威治天文臺的子午面相重疊的兩個大圓面，以及與這兩個大圓面正交的大圓面，分別剖分上述基礎(chǔ)球體，得到8個等同的八分體，如圖1 ；2)采用退化八叉樹方法對各八分體進(jìn)行N次遞歸剖分，步驟如下a)首先，以過徑線中點(diǎn)的球面二分八分體；然后，以過經(jīng)線中點(diǎn)的等緯面二分外層格網(wǎng)；最后，以過緯線中點(diǎn)的等經(jīng)面二分外層格網(wǎng)的下部格網(wǎng)。八分體1次剖分將產(chǎn)生3 種基本格網(wǎng)，分別稱為球面退化格網(wǎng)(SG)，緯線退化格網(wǎng)(LG)及正常格網(wǎng)(NG)，如圖2所示；b) SG采用與八分體相同的方法進(jìn)行下一層次的剖分；NG采用正常八叉樹方法進(jìn)行下一層次的剖分，即以連接徑向中點(diǎn)所構(gòu)成的球面，連接經(jīng)線的中點(diǎn)所構(gòu)成的等緯面，以及連接緯線的中點(diǎn)所構(gòu)成的等經(jīng)面，來共同剖分NG ;LG采用先以過徑線中點(diǎn)的球面二分格網(wǎng)，再以過經(jīng)線中點(diǎn)的等緯面二分內(nèi)外層格網(wǎng)，最后以過緯線中點(diǎn)的等經(jīng)面二分內(nèi)外層格網(wǎng)的下部格網(wǎng)，如圖3所示。SG、LG及NG的下一層次剖分將產(chǎn)生同樣的3種基本格網(wǎng)；C)采用步驟b的方法依次對SG、LG及NG進(jìn)行N_2次遞歸剖分；3)若Nr > Ns，則以過格網(wǎng)徑線中點(diǎn)的球面對步驟2所得的格網(wǎng)依次進(jìn)行ΔΝ次遞歸剖分，如圖4所示；4)若Nr = Ns，則不做進(jìn)一步處理；5)若Ns >Nr，則以退化四叉樹的方法對步驟2所得的格網(wǎng)依次進(jìn)行ΔΝ次遞歸剖分(圖5)，具體如下a)對于NG，以連接經(jīng)線及緯線中點(diǎn)所得的等緯面及等經(jīng)面劃分該格網(wǎng)。NG經(jīng)1次退化四叉樹剖分后，產(chǎn)生8個小NG ；b)對于SG和LG，則先以連接經(jīng)線中點(diǎn)所得的等緯面劃分該格網(wǎng)，然后以連接緯線中點(diǎn)所得的等經(jīng)面劃分下部格網(wǎng)；SG和LG經(jīng)退化四叉樹剖分同樣將產(chǎn)生上述3種基本格網(wǎng):NG, SG 及 LG ；c)根據(jù)格網(wǎng)類型不同，分別選擇步驟a或b的方法進(jìn)行剩下的ΔΝ-1次遞歸剖分；根據(jù)球面分辨率與徑向分辨率所對應(yīng)剖次Ns、Nr剖分各八分體，可得到適應(yīng)不同分辨率要求的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)。若Nr = Ns，該格網(wǎng)為SDOG ；若Nr > Ns，該格網(wǎng)為SDOG-R ； 若Ns > Nr，該格網(wǎng)為SDOG-S。為給上述地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)提供一套顧及空間鄰近性的空間編碼方案，本發(fā)明設(shè)計了一種基于退化Z曲線填充、耦合退化Z曲線填充的空間編碼方法，按SDOG，SD0G-R, SDOG-S分述如下1)基于退化Z曲線填充的SDOG空間編碼方法SDOG格網(wǎng)可由球體八叉樹格網(wǎng)(即基礎(chǔ)球體經(jīng)正常八叉樹剖分后所得的格網(wǎng)，簡稱S0G，如圖6左1所示)經(jīng)局部格網(wǎng)(圖6左1圖A和B所指示的格網(wǎng))合并而得。SOG可由Z曲線進(jìn)行填充編碼(圖6左2圖)。當(dāng)SOG的A或B處格網(wǎng)發(fā)生合并時，Z曲線相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)也隨之合并，合并后的Z曲線(圖6左3圖)即為SDOG用于空間編碼的填充曲線，稱為退化Z曲線。退化Z曲線的節(jié)點(diǎn)編碼即SDOG的格網(wǎng)編碼，取合并前的節(jié)點(diǎn)碼的最小值。2)基于耦合退化Z曲線填充的SDOG-R空間編碼方法a)通過先徑向二分、后整體八叉樹剖分八分體，構(gòu)建一個逆序徑向細(xì)分的S0G(圖 7b)。逆序徑向細(xì)分的SOG與通過先整體八叉樹剖分、后徑向二分八分體所構(gòu)建的正序徑向細(xì)分的S0G(圖7a)完全一致。正序徑向細(xì)分的SOG與SD0G_R(圖幾)的關(guān)系等同于SOG 與SDOG的關(guān)系(即SDOG由SOG經(jīng)局部格網(wǎng)合并而得)；b)先以1維Z曲線填充經(jīng)徑向二分所產(chǎn)生的粗粒度格網(wǎng)(圖7c中間部分)，再以 3維Z曲線分別填充各粗格網(wǎng)經(jīng)八叉樹剖分所產(chǎn)生的細(xì)粒度格網(wǎng)(圖7c兩側(cè)部分)，然后將3維Z曲線按1維Z曲線的遍歷順序依次連接(按灰色箭頭所指方向首尾相連)可得適合逆序徑向細(xì)分的S0G(即適合正序徑向細(xì)分的S0G)格網(wǎng)編碼的填充曲線(圖7e)；c)隨正序徑向細(xì)分的SOG格網(wǎng)的合并(產(chǎn)生SD0G-R)，正常Z曲線的節(jié)點(diǎn)也隨之合并，即用1維退化Z曲線代替1維Z曲線，及用3維退化Z曲線代替3維Z曲線(圖7f)。 然后，將3維退化Z曲線按1維退化Z曲線的遍歷順序進(jìn)行連接，即得適合SDOG-R網(wǎng)格編碼的耦合退化Z曲線(圖7g)；d)將3維退化Z曲線填充碼追加至1維退化Z曲線填充碼，即得SDOG-R的空間編碼，如圖7g的數(shù)字。帶下劃線的數(shù)字表示3維退化Z曲線的填充碼，而未帶下劃線數(shù)字表示1維退化Z曲線的填充碼。3)基于耦合退化Z曲線填充的SDOG-S空間編碼方法a)通過先球面四叉樹細(xì)分、后整體八叉樹剖分八分體，構(gòu)建一個逆序球面細(xì)分的 SOG(圖8b)。逆序球面細(xì)分的SOG與通過先整體八叉樹剖分、后球面四叉樹細(xì)分所構(gòu)建的正序球面細(xì)分的SOG (圖8a)完全一致。正序球面細(xì)分的SOG與SDOG-S (圖他)的關(guān)系等同于SOG與SDOG的關(guān)系(即SDOG由SOG經(jīng)局部格網(wǎng)合并而得)；b)先以2維Z曲線填充經(jīng)球面四叉樹剖分所產(chǎn)生的粗粒度格網(wǎng)(圖8c中間部分)，再以3維Z曲線分別填充各粗粒度格網(wǎng)經(jīng)整體八叉樹剖分所產(chǎn)生的細(xì)粒度格網(wǎng)(圖 8c兩側(cè)部分)；將3維Z曲線按2維Z曲線的遍歷順序依次連接(按灰色箭頭所指方向首尾相連)可得適合逆序球面細(xì)分的SOG(即適合正序球面細(xì)分的S0G)空間編碼的填充曲線 (圖 8e)；c)隨正序球面細(xì)分的SOG格網(wǎng)的合并(產(chǎn)生SD0G-S)，正常Z曲線的節(jié)點(diǎn)也隨之合并，即用1維退化Z曲線代替1維Z曲線，用3維退化Z曲線代替3維Z曲線(圖8f)。 然后，對3維退化Z曲線按1維退化Z曲線遍歷順序進(jìn)行連接，即可得適合SDOG-S空間編碼的退化Z曲線(圖Sg)。d)將3維退化Z曲線填充碼追加至2維退化Z曲線填充碼，即得SDOG-S的空間編碼，如圖8g的數(shù)字。帶下劃線的數(shù)字表示3維退化Z曲線的填充碼，未帶下劃線的數(shù)字表示2維退化Z曲線的填充碼。圖9顯示了經(jīng)多次剖分的SDOG，SDOG-R及SD0G-S及其空間編碼的填充曲線。 SDOG、SDOG-R、SDOG-S采用“成員碼+八分體碼+曲線填充碼”的方式進(jìn)行形式上的統(tǒng)一空間編碼。其中，成員碼為SDOG、SDOG-R及SDOG-S的代號，依次為0、1和2 ；八分體碼為八分體的順序編號(0 7)，如圖10所示；曲線填充碼為SDOG的退化Z曲線填充碼，或 SDOG-R(SDOG-S)的耦合退化Z曲線填充碼。SD0G、SD0G-R、SDOG-S及其統(tǒng)一空間編碼，共同構(gòu)成了可適應(yīng)性的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)系統(tǒng)。( 二)有益效果1、利用本發(fā)明，通過選擇基礎(chǔ)球體半徑Rs = 24Re(Re為地球半徑，取為6，400km)， 基本涵蓋了地球系統(tǒng)的主要圈層及地球系統(tǒng)科學(xué)研究的空間范疇，能確保該地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)成為地球系統(tǒng)的統(tǒng)一空間框架。2、利用本發(fā)明，通過將基礎(chǔ)球體的球心置于地心，及采用與地球赤道面、格林威治子午面重疊的兩個大圓面及與該兩大圓面垂直的大圓面的剖分方法，可保證該格網(wǎng)體系有明確的球體定位與定向，使得研究者可在統(tǒng)一的空間基準(zhǔn)下實(shí)現(xiàn)地球系統(tǒng)空間建模與數(shù)據(jù)互操作。3、利用本發(fā)明，通過對SDOG徑向獨(dú)立遞歸二分或球面獨(dú)立遞歸退化四叉樹剖分的方法，可為不同應(yīng)用需求提供一個高適應(yīng)能力的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)。4、利用本發(fā)明，通過耦合退化Z曲線填充編碼方法，實(shí)現(xiàn)了顧及空間鄰近性(即地理學(xué)第一定律)的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)唯一格網(wǎng)編碼，可為地球系統(tǒng)空間建模、數(shù)據(jù)組織、索引及搜索服務(wù)提供基礎(chǔ)。5)由SDOG、SDOG-R、SDOG-S及其統(tǒng)一空間編碼所構(gòu)成的可適應(yīng)性ESSG，可為地球
系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一組織與空間編碼、集成管理與互操作、多層次建模與整體可視化等提供統(tǒng)一的空間框架與方法。
四

圖1為基礎(chǔ)球體的半徑選擇、球體定位與定向及初次剖分的示意圖，A為格林威治子午面，B為地心，C為赤道面；圖2為八分體的退化八叉樹剖分，結(jié)果由SG、LG、NG 3種基本格網(wǎng)構(gòu)成；圖3為3種基本格網(wǎng)的退化八叉樹剖分，結(jié)果同樣由SG、LG、NG 3種基本格網(wǎng)構(gòu)成；圖4為SDOG的徑向二分方法；圖5為SDOG的球面退化四叉樹剖分方法；圖6為SDOG的空間編碼原理示意圖；圖7為SDOG-R的空間編碼原理示意圖；圖8為SDOG-S的空間編碼原理示意圖；圖9為經(jīng)多次剖分的SDOG、SDOG-R、SDOG-S及其空間編碼的填充曲線；圖10為八分體的空間編碼方式；圖11為剖次為3的SDOG ；圖12為對3剖次SDOG沿徑向3次二分所得的SD0G-R ；圖13為對3剖次SDOG沿球面方向3次退化四叉樹剖分所得的SDOG-S ；
五具體實(shí)施例方式若退化八叉樹的剖次為P，徑向二分或球面退化四叉樹的剖次為f，則記SDOG(f)為第f剖次的SDOG ；SDOG-R(p，f)為徑向剖次為p+f，球面剖次為ρ的SDOG-R ；SDOG-S(ρ, f)為徑向剖次為P、球面剖次為P+f的SD0G-S。下面以SD0G(3)、SDOG-R(3, 3)、SDOG-S (3, 3)為例，闡述各格網(wǎng)的剖分過程1)以半徑Rs = 24Re (Re為地球半徑，取為6，400km)的球體為基礎(chǔ)球體，將基礎(chǔ)球體的球心置于地心，并采用與地球赤道面及經(jīng)過格林威治天文臺的子午面相重疊的兩個大圓面，以及與這兩個大圓面正交的大圓面，分別剖分上述基礎(chǔ)球體得到8個等同的八分體， 如圖1 ；2)對于任意1個八分體，沿徑向以過徑線中點(diǎn)的球面進(jìn)行二分八分體；然后，以過經(jīng)線中點(diǎn)的等緯面二分外層格網(wǎng)；最后，以過緯線中點(diǎn)的等經(jīng)面二分外層格網(wǎng)的下部格網(wǎng)。 上述剖分后的格網(wǎng)由1個SG、1個LG及2個NG構(gòu)成，如圖2所示；3)在步驟2的基礎(chǔ)上，對于NG，以連接徑向中點(diǎn)、經(jīng)線中點(diǎn)及緯線中點(diǎn)依次所構(gòu)成的球面、等緯面、等經(jīng)面分別剖分NG;對于LG，先以過徑線中點(diǎn)的球面二分格網(wǎng)，再以過經(jīng)線中點(diǎn)的等緯面二分內(nèi)外層格網(wǎng)，最后以過緯線中點(diǎn)的等經(jīng)面二分內(nèi)外層格網(wǎng)的下部格網(wǎng)；對于SG，采用步驟2的方法進(jìn)行細(xì)分，如圖3所示。上述剖分同樣產(chǎn)生了 SG、LG及NG 3 種基本格網(wǎng)；4)再次重復(fù)步驟3，即可得圖11所示的SDOG(3)；5)在步驟4的基礎(chǔ)上，以過格網(wǎng)徑線中點(diǎn)的球面分別對SG、LG及NG進(jìn)行二分，如圖4所示，所得格網(wǎng)同樣由SG、LG及NG組成；6)在步驟5的基礎(chǔ)上，重復(fù)步驟5的方法2次，即可得圖12所示的SDOG-R(3，3)；7)在步驟4的基礎(chǔ)上，對于NG，以連接經(jīng)線及緯線中點(diǎn)所得的等緯面及等經(jīng)面剖分該格網(wǎng)；對于SG和LG，先以連接經(jīng)線中點(diǎn)所得的等緯面剖分該格網(wǎng)，然后以連接緯線中點(diǎn)所得的等經(jīng)面剖分下部格網(wǎng)，如圖5所示。所得格網(wǎng)同樣由SG、LG及NG組成；8)在步驟7的基礎(chǔ)上，重復(fù)步驟7的方法2次，即可得圖13所示的SDOG-S (3，3)；下面以SDOG(I)為例，闡述SDOG的空間編碼實(shí)現(xiàn)過程采用3維Z曲線(圖6左2圖)填充八分體經(jīng)1次正常八叉樹剖分后所得的SOG⑴ (圖6左1圖)，并沿3維Z曲線前進(jìn)的路線，將0 7依次賦于各節(jié)點(diǎn)。SOG(I)經(jīng)格網(wǎng)合并(圖6左1圖的A或B處所指格網(wǎng))可得SDOG(I)。隨SOG(I) 格網(wǎng)的合并對對應(yīng)的曲線結(jié)點(diǎn)也進(jìn)行合并，所得的合并曲線即為SDOG(I)的填充曲線，合并后的曲線節(jié)點(diǎn)碼取合并前節(jié)點(diǎn)碼的最小值，如，A處格網(wǎng)最小碼為“2”，其對應(yīng)SDOG(I)的格網(wǎng)編碼為“2”，同理與B處對應(yīng)的SDOG⑴的格網(wǎng)編碼為“4”;除上述“2”、“4”格網(wǎng)碼外， 其余SDOG(I)格網(wǎng)碼均與SOG(I)的格網(wǎng)碼對應(yīng)相同，如圖6左3圖所示。下面以SD0G_R(1，1)為例，闡述SDOG-R的格網(wǎng)編碼過程對八分體采用先沿徑向1次二分、后整體上1次八叉樹細(xì)分的方法構(gòu)建一個逆序徑向細(xì)分S0G(1，1)(圖7b)，用1維Z曲線(即直線)填充逆序徑向細(xì)分S0G(1，1)經(jīng)第1 次細(xì)分(即徑向二分，如圖7c中間部分)所產(chǎn)生的粗粒度格網(wǎng)，并按由外及內(nèi)的順序?qū)? 和1賦予各格網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，如圖7d所示。分別采用3維Z曲線填充各粗粒度格網(wǎng)經(jīng)八叉樹剖分后所得的細(xì)粒度格網(wǎng)(圖7c兩側(cè)部分)，并按照經(jīng)、緯、徑的優(yōu)先順序遍歷該曲線，將0 7 依次賦予各格網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，如圖7d所示的兩側(cè)曲線與編碼。逆序徑向細(xì)分S0G(1,1)經(jīng)局部格網(wǎng)合并可得SD0G-R(1,1)(圖訃)。隨SOG(1,1)格網(wǎng)的合并對應(yīng)的曲線結(jié)點(diǎn)也隨之進(jìn)行合并，所得的合并曲線即為SDOG-R(I)的填充曲線。逆序徑向細(xì)分S0G(1，1)發(fā)生合并的格網(wǎng)為圖7c中“1”、“2”、“3”和“4”指示的格網(wǎng)。 當(dāng)圖7d的3維Z曲線隨“1”、“2”、“3”、“4”處的格網(wǎng)合并時，對應(yīng)的曲線節(jié)點(diǎn)也隨之進(jìn)行合并，可得圖7f兩側(cè)部分所示的3維退化Z曲線。3維退化Z曲線的合并節(jié)點(diǎn)編碼取合并前節(jié)點(diǎn)編碼的最小碼，其余節(jié)點(diǎn)的編碼同正常Z曲線的節(jié)點(diǎn)編碼。將圖7f兩側(cè)的3維退化Z曲線按箭頭所指的順序依次連接，即可得用于 SDOG-R(Ll)填充的耦合退化Z曲線，如圖7g所示。耦合退化Z曲線的節(jié)點(diǎn)編碼方式為1 維退化Z曲線節(jié)點(diǎn)碼(即圖7f中間曲線的編碼)+3維退化Z曲線節(jié)點(diǎn)碼(即圖7f兩側(cè)間曲線的編碼)。下面以SDOG-S(1，1)為例，闡述SD0G-S的格網(wǎng)編碼過程對八分體采用先沿球面1次四叉樹剖分、后整體上1次八叉樹細(xì)分的方法構(gòu)建一個逆序球面細(xì)分的S0G(1，1)(圖8b)。逆序面細(xì)S0G(1，1)的第1次細(xì)分(即球面四叉樹剖分，如圖8c中間部分)產(chǎn)生了 4個粗粒度格網(wǎng)，而第2次剖分各粗粒度的格網(wǎng)分別產(chǎn)生了 8個細(xì)粒度的格網(wǎng)。采用2 維Z曲線進(jìn)行填充粗粒度格網(wǎng)(圖8d中間部分)，而采用3維Z曲線(圖8d四周部分)填充各粗粒度格網(wǎng)進(jìn)一步剖分所產(chǎn)生的細(xì)粒度格網(wǎng)(圖8c四周部分)。利用2、3維退化Z曲線分別替代圖8d的2、3維正常曲線，并采用退化Z曲線節(jié)點(diǎn)編碼方法分別對2、3維退化Z曲線的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼。按2維退化Z曲線的遍歷順序?qū)?維退化Z曲線首尾相連(圖8f箭頭所指方向)， 即可得用于SD0G-S(1，1)填充編碼的耦合退化Z曲線，如圖8g所示。耦合退化Z曲線的節(jié)點(diǎn)編碼方式為2維退化Z曲線節(jié)點(diǎn)碼(圖8f中間曲線的編碼)+3維退化Z曲線節(jié)點(diǎn)碼 (圖8f兩側(cè)間曲線的編碼)。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可適應(yīng)性的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)(Earth System Spatial Grid，ESSG)的構(gòu)建方法，其特征在于該格網(wǎng)系統(tǒng)由球體退化八叉樹格網(wǎng)(SDOG)、徑向細(xì)分SDOG (SDOG-R)、球面細(xì)分 SDOG (SDOG-S)及其統(tǒng)一編碼組成。
2.一種可適應(yīng)性的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)構(gòu)建方法，其特征在于，包含以下5個主要步驟1)基礎(chǔ)球體的選擇、定位與定向；2)球體退化八叉樹格網(wǎng)(SDOG)的剖分；3)SDOG徑向細(xì)分(SDOG-R)及SDOG球面細(xì)分(SD0G-S)；4)SDOG、SDOG-R 及 SDOG-S 的空間編碼；5)SDOG, SDOG-R及SDOG-S的統(tǒng)一空間編碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基礎(chǔ)球體的選擇、定位與定向方法，其特征在于選擇半徑民=24Re (Re為地球半徑，取為6，400km)的球體為基礎(chǔ)球體，將基礎(chǔ)球體的球心置于地心，并采用與地球赤道面及經(jīng)過格林威治天文臺的子午面相重疊的兩個大圓面， 以及與這兩個大圓面正交的大圓面，分別剖分上述基礎(chǔ)球體，得到8個八分體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球體退化八叉樹格網(wǎng)(SDOG)的剖分，其特征在于采用退化八叉樹方法對各八分體進(jìn)行遞歸剖分，具體步驟如下1)首先，以過徑線中點(diǎn)的球面二分八分體；然后，以過經(jīng)線中點(diǎn)的等緯面二分外層格網(wǎng)；最后，以過緯線中點(diǎn)的等經(jīng)面二分外層格網(wǎng)的下部格網(wǎng)。八分體1次剖分將產(chǎn)生3種基本格網(wǎng)，分別稱為球面退化格網(wǎng)(SG)，緯線退化格網(wǎng)(LG)及正常格網(wǎng)(NG)；2)SG采用與八分體相同的方法進(jìn)行下一層次的剖分；NG采用正常八叉樹方法進(jìn)行下一層次的剖分，即以連接徑向中點(diǎn)所構(gòu)成的球面，連接經(jīng)線的中點(diǎn)所構(gòu)成的等緯面，以及連接緯線的中點(diǎn)所構(gòu)成的等經(jīng)面，來共同剖分NG ;LG采用先以過徑線中點(diǎn)的球面二分格網(wǎng)， 再以過經(jīng)線中點(diǎn)的等緯面二分內(nèi)外層格網(wǎng)，最后以過緯線中點(diǎn)的等經(jīng)面二分內(nèi)外層格網(wǎng)的下部格網(wǎng)，如圖3所示。SG、LG及NG的下一層次剖分將產(chǎn)生同樣的3種基本格網(wǎng)；c)采用步驟b的方法依次對SG、LG及NG進(jìn)行遞歸剖分，直至滿足格網(wǎng)粒度要求為止；
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SDOG-R剖分方法，其特征在于以過格網(wǎng)徑線中點(diǎn)的球面對SDOG的3種基本格網(wǎng)(球面退化格網(wǎng)，SG ；緯線退化格網(wǎng)， LG ；正常格網(wǎng)，NG)進(jìn)行二分遞歸剖分，直至滿足格網(wǎng)粒度要求為止。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SDOG-S剖分方法，其特征在于以退化四叉樹的方法對SDOG的3種基本格網(wǎng)進(jìn)行遞歸剖分，具體如下1)對于NG，以連接經(jīng)線及緯線中點(diǎn)所得的等緯面及等經(jīng)面劃分該格網(wǎng)。NG經(jīng)1次退化四叉樹剖分后，產(chǎn)生8個小NG ；2)對于SG和LG，則先以連接經(jīng)線中點(diǎn)所得的等緯面劃分該格網(wǎng)，然后以連接緯線中點(diǎn)所得的等經(jīng)面劃分下部格網(wǎng)；SG和LG經(jīng)退化四叉樹剖分同樣將產(chǎn)生上述3種基本格網(wǎng) (NG，SG 及 LG)；3)根據(jù)格網(wǎng)類型不同，分別選擇步驟a或b的方法不斷遞歸剖分，直至滿足要求格網(wǎng)粒度要求為止。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SDOG格網(wǎng)編碼方法，其特征在于，該方法采用采用退化Z曲線進(jìn)行填充編碼，具體如下.1)通過正常八叉樹剖分八分體，構(gòu)建球體八叉樹(SOG)，并采用正常Z曲線填充編碼；.2)SOG經(jīng)局部格網(wǎng)合并可產(chǎn)生SD0G。隨SOG的局部格網(wǎng)合并，相應(yīng)的Z曲線節(jié)點(diǎn)也隨之合并，即產(chǎn)生了用于SDOG填充的退化Z曲線。合并節(jié)點(diǎn)的編碼取合并前節(jié)點(diǎn)的最小碼， 其余節(jié)點(diǎn)編碼同正常Z曲線的節(jié)點(diǎn)編碼。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SDOG-R的格網(wǎng)編碼方法，其特征在于，該方法采用耦合退化 Z曲線填充編碼，具體包括.1)通過兩步剖分(即先徑向二分、后整體八叉樹剖分)八分體，構(gòu)建逆序徑向細(xì)分的SOG ；.2)先以1維Z曲線填充經(jīng)徑向二分所產(chǎn)生的粗粒度格網(wǎng)，再以3維Z曲線分別填充各粗格網(wǎng)經(jīng)八叉樹剖分所產(chǎn)生的細(xì)粒度格網(wǎng)，然后以1維及3維退化Z曲線分別代替1維及 3維Z曲線；.3)將3維退化Z曲線依1維退化Z曲線的遍歷順序進(jìn)行連接，得到由多條退化Z曲線耦合的耦合退化Z曲線；.4)將3維退化Z曲線的填充碼追加至1維退化Z曲線的填充碼，得到耦合退化Z曲線的填充碼，即SDOG-R的空間編碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SDOG-S的格網(wǎng)編碼方法，其特征在于，該方法采用耦合退化 Z曲線填充編碼，具體包括.1)通過兩步剖分(即先球面四叉樹剖分、后整體八叉樹剖分)八分體，構(gòu)建逆序球面細(xì)分的S0G;.2)先以2維Z曲線填充經(jīng)球面四叉樹剖分所產(chǎn)生的粗粒度格網(wǎng)，再以3維Z曲線分別填充各粗粒度格網(wǎng)經(jīng)整體八叉樹剖分所產(chǎn)生的細(xì)粒度格網(wǎng)，然后以2維及3維退化Z曲線分別替換2維和3維Z曲線；.3)將3維退化Z曲線依2維退化Z曲線的遍歷順序進(jìn)行連接，得到由多條退化Z曲線耦合的耦合退化Z曲線；.4)將3維退化Z曲線的填充碼追加至2維DZ曲線的填充碼，得到耦合退化Z曲線的填充碼，即SDOG-S的空間編碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SDOG、SDOG-R及SDOG-S的統(tǒng)一空間編碼，其特征在于 采用“成員碼+八分體碼+曲線填充碼”的方式，對三者的空間編碼進(jìn)行組裝，形成統(tǒng)一的空間編碼。其中，成員碼為SDOG、SDOG-R及SDOG-S的代號，八分體碼為八分體的順序編號，曲線填充碼為SDOG的退化Z曲線的填充碼，或SDOG-R(SDOG-S)的耦合退化Z曲線的填充碼。
全文摘要
本專利公開了一種可適應(yīng)性的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)(Earth System Spatial Grid，ESSG)的構(gòu)建方法，步驟包括1)基礎(chǔ)球體的選擇、定位與定向；2)球體退化八叉樹格網(wǎng)(SDOG)的剖分；3)SDOG徑向細(xì)分(SDOG-R)及SDOG的面向細(xì)分(SDOG-S)；4)SDOG、SDOG-R及SDOG-S的編碼；5)SDOG、SDOG-R及SDOG-S的統(tǒng)一空間編碼。SDOG、SDOG-R、SDOG-S及其統(tǒng)一空間編碼共同構(gòu)成了可適應(yīng)性的地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)。本發(fā)明所設(shè)計的可適應(yīng)性地球系統(tǒng)空間格網(wǎng)可為地球系統(tǒng)科學(xué)研究提供一種新的、統(tǒng)一的全球空間框架，以滿足地球系統(tǒng)空間建模、地球系統(tǒng)數(shù)據(jù)互操作、數(shù)據(jù)組織與搜索服務(wù)等需要。
文檔編號G06T17/05GK102568035SQ20111045667
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者余接情, 吳立新 申請人:余接情, 吳立新