[发明专利]一种基于全球多尺度格网的空间数据组织方法

说明书

本发明涉及一种基于全球多尺度格网的空间数据组织方法，属于空间数据存储技术领域。本发明首先通过对空间数据按照全球多尺度格网进行格网剖分，然后按照设定的规则对空间数据所在格网进行编码，得到相应的网格索引码，并通过索引码建立相应的数据库来实现对空间数据的管理。本发明能够解决海量空间信息在位置要素表达上的唯一性、多尺度、层次关联、以及无缝无叠。而其整形数的编码设计，则能够大大简化对区域位置的标识、表达和计算，同时还与传统的经纬度标识不相矛盾，是对经纬度的很好完善和补充。

技术领域

本发明涉及一种基于全球多尺度格网的空间数据组织方法，属于空间数据存储技术领域。

背景技术

GIS(地理信息系统)是基于计算机软硬件的、用于处理和管理与空间地理位置有关的综合空间信息系统，GIS可用来管理和分析一切与地理空间分布有关的环境、地质勘查、矿产资源管理、测绘、土地管理、公安、消防、电讯、国防、交通、教育等各个领域。GIS主要包括空间数据和与之相关联的属性数据。空间数据主要是指构成地图对象的几何图形，它主要由点、线、面等目标构成。属性数据主要由与地图对象相关联的文字信息、图像、声音、视频等构成。

空间信息的数据组织是GIS研究的核心问题，这是因为空间数据的特点是类型繁多且异常复杂，一种空间数据的组织方式决定了它应用的方便性和检索效率。

在地理信息系统(GIS)近半个世纪的发展历程中，出现了许多针对空间实体的不同描述方法，如矢量模型和栅格模型，这些空间数据模型为满足一定时期内某些领域对GIS的应用需求做出了重大贡献。随着大数据时代的到来，海量结构化与非结构化数据的组织、管理、关联、表达、分析等需求更为突出、迫切，而经纬度体系下的传统数据模型出现了一定短板、甚至是发展瓶颈，亟待寻求新的突破。

GIS的主要数据为一维、二维或三维的空间型地图数据，包括空间位置、拓扑关系和属性三个方面的内容。点(Point)：又称为元素(Element)或象元(Pixel)，是一个数据点，具有一对(x、y)坐标和至少一个属性。线：(Line)：是具有相同属性的点的轨迹，由一个坐标对序列表示，坐标对顺序与线的开头有关，线上每个点有不多于二个邻点。面(Area)：是具有相同属性的点的轨迹，以(x，y)坐标对的集合表示，坐标对的排列顺序不影响面的形态，其内部点可以有多于三个的邻点，面内点具有至少一个相同属性。区域(Region)：空间上相邻或重叠的点、线、面要素可以按一定的地理意义组成区域。

描述地理实体的数据本身的组织方法，称为内部数据结构，内部数据结构基本上可分为两大类：即矢量结构和栅格结构。

矢量数据是面向地物的结构，即对于每一个具体的目标都直接赋有位置和属性信息以及目标之间的拓扑关系说明。但是矢量数据仅有一些离散点的坐标，在空间表达方面它没有直接建立位置与地物的关系，如多边形的中间区域是“洞”或“岛”，其间的任何一点并没有与某个地物发生联系。基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。

矢量数据结构是利用欧几里得(Euclid)几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。这种数据组织方式能最好地逼近地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，便于进行地理实体的网络分析，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。

矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，不必像栅格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。其中点指的是空间的一个坐标点，线指的是由多个点组成的弧段；面指的是由多个弧段组成的封闭多边形。“多边形”在地理信息系统中是指一个任意形状、边界完全闭合的空间区域，其边界将整个空间划分为外部和内部。多边形数据是描述地理信息的最重要的一类数据。在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等。目前三种常用的矢量编码方法主要有坐标序列法(Spaghetti方式)——简单数据结构、树状索引编码法和拓扑结构编码法。