[发明专利]全球离散点云系统驱动的空间格网通用构建方法有效
申请号: | 202011542669.5 | 申请日: | 2020-12-22 |
公开(公告)号: | CN112634448B | 公开(公告)日: | 2022-12-30 |
发明(设计)人: | 王金鑫;陈艺航;曹泽宁;秦子龙;石焱;程威强 | 申请(专利权)人: | 郑州大学 |
主分类号: | G06T17/05 | 分类号: | G06T17/05;G06T17/20;G06T9/00;G06T3/00 |
代理公司: | 郑州红元帅专利代理事务所(普通合伙) 41117 | 代理人: | 杨妙琴 |
地址: | 450001 河南*** | 国省代码: | 河南;41 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 全球 离散 系统 驱动 空间 网通 构建 方法 | ||
本发明公开了一种全球离散点云系统驱动的空间格网通用构建方法,步骤1,生成以球面四元三角网的格点为基础的全球离散点云模型;步骤2,将全球离散点云进行编码;步骤3,将编码与地理坐标进行转换;步骤4,创建全球离散点云系统的邻近搜索规则;步骤5,生成全球离散格网一体化编码。本发明以格点为核心,引入全球离散点云系统,构建全球离散格网的通用生成方法,并为其互操作机制提供一种新思路。
技术领域
本发明涉及一种地球系统空间框架与坐标系统,尤其涉及一种全球离散点云系统驱动的空间格网通用构建方法。
背景技术
地球系统在物理上是多圈层的流形空间,在逻辑上是非线性复杂巨系统,广义的地理空间包含整个重力场。自古以来,人们对于地理空间的认知和描述都是通过投影在欧式平面上进行,欧氏几何成为人们认知空间的有力工具。不能否认,投影大大简化了空间计算,在传统地理科学和工程领域取得了巨大成功,地图成为人类文明的里程碑!但投影仅适用于小尺度空间,从全球和大尺度角度看,投影改变了地理空间的流形性质,给地理空间信息带来了三大问题:数据裂缝、空间分析不准确、数据集成与共享困难;尤其是时空大数据具有异源异构、大体量、多尺度、高维度、时空复合的特征,传统的地图模型已不能满足地理时空大数据的管理、建模与应用的需求。全球离散格网系统(DGGS)以其兼容、自动、高效的驱动机制成为数字地球平台空间数据模型的优选方案。
DGGS是(椭)球体的一种可以无限细分,但又不改变形状的地球拟合格网。其规则的层次剖分结构,使不同剖分层次的格网之间具有严格的变换关系,为任意分布、尺度不等的地理数据融合提供了统一的表达模式,而现代矩阵论和场论则为统一描述和表达复杂、多样的地理现象提供了可靠的理论基础。因此,DGGS的离散型、层次性和全球连续性特征,既符合计算机对离散化数据处理的要求,又摒弃了地图投影的约束,有望从根本上解决传统投影模型在全球时空数据管理与尺度操作上的数据裂缝、几何变形和拓扑不一致等问题。
全球离散格网系统的格网单元形状主要有三角形、四边形和六边形三种,每种格网单元结构都具有自身的优势和不足,因此相应的空间操作、计算分析的复杂程度也不同。DGGS作为空间参考系统,格网单元需要明确标识其地理空间位置,便于空间查询,因此格网单元必须规定唯一索引,在描述格网单元的四种要素(格元、格点、格边和格心)中,格心是唯一能够为所有格网单元提供系统和统一的空间参考点,也是对象、数据与格元建立联系的常用关联点。
根据初始多面体、格网单元、投影和索引方法的不同,DGGS呈现出不同的特点。多种多样的网格模型构建使得全球离散网格的发展具有更多的可能性,但是模型构造不一,模型构建过程中格网剖分形式、地址码设计以及索引机制的差异性,使得网格之间的联系互通都存在很多困难。由于单一格网单元的数据表达在面向多领域科学问题上存在局限性,实现多类型离散格网系统之间的互操作功能具有重要的研究意义。目前,除了DGGS索引转换方法和六边形和三角形的“弱对偶”关系属于不同类型格网间横向的驱动研究,其他所有文献均是针对某种类型格网的纵向驱动机制研究,例如:在正多面体上建立“菱形”逻辑结构,实现了适用于多种六边形格网的高效可视化算法;将正八面体的相邻三角形面组合为“四边形逻辑结构”建立了不同六边形格网的生成算法;同样利用“菱形”逻辑结构去组织不同网格类型的时空数据。
点是描述客观物质世界的最小单元,是全球离散格网的构成基础;格点的连接形成格边,格心的领域构成格元;同时格点具有良好的对称性及明确的拓扑特征;球面格点与其邻域组成格元,根据邻域的不同,可以直接生成各种格网。
全球离散点云系统是指把地球表面按一定规则离散划分为不同尺度的点云,每个点代表一个确定的位置,同时依据点的拓扑关系可以与全球离散网格系统相关联。
发明内容
本发明提供了一种全球离散点云系统驱动的空间格网通用构建方法,以格点为核心,引入“全球离散点云系统”,构建全球离散格网的通用生成方法,并为其互操作机制提供一种新思路。
本发明采用的技术方案为:一种全球离散点云系统驱动的空间格网通用构建方法,包括如下步骤:
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