网格与地理格网

网格与地理格网

2017-11-24 作者: xuzhiping 浏览: 4598 次

摘要: 网格(grid)技术被认为是掀起互联网继传统因特网、万维网之后的笫三次浪潮。网格是构筑在互联网上的一组新兴技术,它将商速互联网、离性能计算机、大型数据茚、传感器、远椎设备等融为一体,为科技人员和符通老百姓提供更多的资源、功能和交互性。它的出现体现了“共享资源和...

网格(grid)技术被认为是掀起互联网继传统因特网、万维网之后的笫三次浪潮。网格是构筑在互联网上的一组新兴技术,它将商速互联网、离性能计算机、大型数据茚、传感器、远椎设备等融为一体,为科技人员和符通老百姓提供更多的资源、功能和交互性。它的出现体现了“共享资源和协冏解决问题”的理念,代表了信息技术的发展方向。

地理格网是按一定的数学法则对地球表面进行划分而形成的格网 (通常是指以一定长度或经纬度间隔表示的格网)。现代的地围方格网也是一种建立在某种地图投影基础上的格网系统,它将制图区域按平面坐标或按经纬度划分为格网,以格网为单元描述或表达地表现象和时空变化。

地理格网与网格技术中“网格”是两个不同的溉念。前者主要立足于对地球空间的划分、空间数据的组织以及检索等技术;而网格技术则主要强调广域网上整体资源的粮合与利用。网格技术与地理格网之间又有着密切的联系。由于网格技术所处理的信息80%与空间位罝冇关,空间信息足各种社会倍息(自然、社会、经济等属性信息) 的载体或支撑框架,所以,地球空间信息网格就构成了网格技术的基础内容之一。但是从网格技术所要求的资源共享和协同计算观点看,目前GIS还不能适应网格计算的要求,这主要是由于时间基准不一致、空间基准不一致等问题。

通过建立空间信息格网,可为长期困扰GIS业界专家的一系列 重大技术问题提供一体化的解决思路,如海量空间数据快速处理问题、海量空间数据存储问题、地理信息分布式大规模计算问题、VR(Virtual Reality)GIS实时性问题、GIS互操作问题、GIS应用系统快速开发问题等。

伴随空间数据采集技术的发屣,人们不断获得全球多分辨率、多比例尺海量空间数据;许多应用领域,如全球变化、气象模拟与预报、可持续发嵌等,越来越频繁地使用区域 甚至全球尺度的空间数据进行分析决策。传统格网模型起源于 数字制图和影俅处理的平面模型,通过地图投影把椭球面格网 铺展成平面格网进行分析和处理,仅适合表达和处理地球表面局部区域数据,以及进行低经度的计算。但在处理大范围和全球的空间数据时,其局限性越来越明显,主要表现在以下几个方面:

(1)人们对地球椭球体的空间三维坐标向二维坐标进行投影 转换的理论和方法研究己有100多年的历史,地图投影的种类 也有600多种,其中有计箅公式的达200多种。投影类型的丰富 为空间数据处理提供了极大的自由度,使局部复杂的球面数据 能够在平面上更加方便地处理,但同时也给全球数据的管理和 分析带来了诸多不利的影响,因为不同国家和地区所采用的投影方法各种各样。

(2)为达到覆盖整个地球的目的,使地球数据能在平面上进行描述 (即建立平面地图的坐标格网),就浠要把获取的球面数据进行 一系列平面投影转换,在转换过程中位置、方向和面积大小将会 出现不同程度的变形,并且目前还没有一个投影方法能同时保持距离和面积的不变形。

(3)空间位置的平面投影坐标与实际空间位置之间的差别,随覆盖面积的增加而增大,难以满足现代高精度测敢的要求。由于椭球(或球)面是一种不可展开的曲面,要把这样一个曲面展开在平面上,不可避免地会产生裂隙和褶皱,要通过数学手段对经纬线进行“拉伸”或“压缩”,才能形成一幅完整的地图。这样,在系统分析中,任何一个简单的计箅就痛要很多“改正数”来解决平面坐标与 实体实际几何位置的差别,大大降低了系统的处理效率。

(4)大地坐标系(即全球时空基准与框架)总是随者技术的 进步而不断稍化,其变化对传统空间数据表达的数字地图带来 至今无法解决的问题。由于GPS技术和整个卫星大地测量、卫星重力测贵等技术的飞速发展,全球时空基准与框架不断精化,其周期越来越短,最终必将走向实时动态化。因此,以存储某一坐标系下的坐标串为主要方式的空间信息系统是适应不了这种变化的。

(5)用常规平面槪念理解空间数据的真实特性,忽视了平面空间与球面数据区域在概念上具有本质的差别,容易误导将平面上常规擞算和分析技术盲目移植到全球数据脊理系统中 。比如,平面两点的距离是欧式距离,而在球面上则是大弧距离。

(6)传统平面格网模型已不能满足全球海擞数据的多分辨率表达需求。例如,利用逐步层次显示技术,从区域范围视图逐步放大到局部细节 视图的每--步放大过程中,空间三维椭球面向二维平面转换的机理和 参数都不相同;另一方面,不同的分辨率可能选择不同的投影方法 和不同的分带标准。例如,我国小比例尺地图采用Lambert投影,如1:100万的地图;而大、中比例尺地图则采用高斯--克吕格投影,如1:50万~1:5000万的地图;另外,在同一投影系统中,1:5万的 地图采用6°带,而1:1万的地图则采用3°带。这说明现有模型的数据结构和表达模式是以平面投影为基础的,从本质上看是单一尺度的,很难满足全球海量数据从宏观到微观 (或从微观到宏观)多分辨率计箅和操作的要求。

为了保证全球空间地理数据的空间表达是全球的、连续的、层次的和动态的,躭需要研究和发展非欧氏几何的空间数据模塑。全球离散格网(global discrete grid,GDG)是基于球面的一种可以 无限细分却不改变其形状的地球体拟合格网,当细分到一定程度时,可以达到模拟地球表面的目的。它具有层次性和全球连续性特征,既避免了平面投影带来的角度、长度和面积的变形及其空间数据的不连续性,又克服了许多限制GIS应用的约束和不定性,即在地球上任何位置 获取的任何分辨率的(不同精度的)空间数据都可以规范地表达和分析,并能用确定的精度进行多分辨率操作,已成为国际GIS学术界一个新的研究热点。它有望从根本上解决平面模型在全球多分辨率空间数据管理上的数据断裂、变形和拓扑不一致性等问题。

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