一种空间信息多级网格生成方法

一种空间信息多级网格生成方法

获取空间数据和存储技术的快速发展满足了人们对空间信息的需求，但空间数据的多样性也给人们使用信息带来了很大困难。如何有效分配空间信息是解决这一问题的重要因素。空间信息多级网格(SpatialInformationMulti-grid,SIMG)框架是一种既适合网格计算环境,又充分考虑到地球空间的自然特征和社会属性的差异性及经济发展不平衡的特点的空间信息表示新方法,能解决在广域网络环境下有效整合空间信息资源从而有利于空间信息共享这一问题。SIMG的功能体现在两个方面:首先是网格应作为宏观信息(如特定空间位置范围内的自然、社会、经济信息)的载体,另外网格还应作为空间数据的载体,即空间数据经过一定的处理后以网格作为其存储与管理的单元。基于SIMG的思想,一些文章作了相关的理论研究,但关于SIMG应用方面的文献却比较少,如何将SIMG这种新的空间信息表示方法进一步完善,还需在实际应用中不断利用和推广。SIMG毕竟是一种新的空间信息表达方法,如果摒弃已有的数据而进行空间数据的重新采集,将费时费力且不经济。如果能将目前种类繁多的空间数据充分利用起来,将已有的空间数据转换到SIMG框架中,建立起基于SIMG空间数据共享平台,那么多源数据的共享和利用将会变得更加容易。本文在上述关于SIMG研究的基础上,简要介绍了SIMG划分方法和编码系统,并利用ESRI公司的MapObjects控件提供的相应功能,在VisualBasic6.0开发平台上,给出了基于空间数据的网格生成方法,使得可以在已有的空间数据基础上直接进行网格的生成,极大地方便了已有空间数据向SIMG框架的转换。1simg网格划分空间信息多级网格的划分参照我国基本比例尺地形图的分幅进行。由于1∶100万地形图(图幅范围为经差6°、纬差4°)是我国基本比例尺地形图分幅和编号的基础,为了与地图分幅相适应,以经差6°、纬差4°的地表区域作为基本网格对全球进行划分。SIMG划分方法及网格编码方法。地理坐标扩展是SIMG网格划分研究的一个重要扩展方法,以地理坐标系统为网格划分的基础。划分步骤如下:1)以赤道与0°经线的交点为起算点,以固定的经差6°、纬差4°进行行列划分,此时的网格为基本网格。2)以基本网格为初始网格,进行逐级四叉树划分,形成各级子网格。采用基于行列编码的四叉树网格划分方法得到每一个网格都具有一个惟一的地址编码与之对应,地址编码由三部分构成:基本网格所在的行号、基本网格所在的列号、四叉树的十进制Morton码。网格编码如图1所示。图1中A为基本网格;O为起算点;R0、R1为基本网格所在的行号;C0、C1为基本网格所在的列号;0,1,3,8～11等数字为Morton码。2网格初定位和定位根据SIMG的思想,在进行SIMG划分后,需记录每个网格的中心点的经纬度坐标;为了标识该网格,需记录其编号和网格划分的级别;为了网格的快速检索,应该对每个网格进行初定位,即记录该网格位于哪个基本网格。此外还需记录网格的坐标系统相关信息。为此,网格的基本数据结构可设计如下:3地图网格大小的生成1)网格编码与地面点坐标之间的换算关系。从地面一点的地面坐标求取覆盖该点的网格编码,称之为正算,通过网格编码求取该网格对应的地面位置,称之为反算。关于网格编码与地面点坐标换算的详细信息请查阅文献。2)地图角点网格的生成。根据地图图幅范围可得地图左下角点坐标PLB(x,y)和右上角点坐标PRT(x,y),给出一定的网格划分级别,根据网格编码与地面点坐标换算公式,可计算出覆盖这两点的网格编码以及它们所在基本网格的行列号。为了避免在进行网格划分过程中反复利用网格编码与地面点坐标间的换算关系,可将网格编码与地面点坐标间的换算操作封装成三个函数:LBToCode、CodeToLB和CodeToCorner。其中CodeToCorner函数利用输入基本网格的行列号、网格级别和网格编码,得到网格左下角坐标和右上角坐标;CodeToLB函数利用输入基本网格的行列号、网格级别和网格编码,得到网格中心点坐标;LBToCode函数通过输入地面点任一点的坐标以及划分的网格级别信息,输出该点所在的网格编码以及所在的基本网格的行列号。利用MapObjects控件的FullExtent函数可方便地求出地图左下角点坐标PLB(x,y)和右上角点坐标PRT(x,y),用两个Point变量进行保存。利用LBToCode函数得到地图左下角和右上角点所在基本网格的行列号和该网格的编码,并将其信息传递给函数CodeToCorner,得到地图左下角点和右上角点所在网格的左下角坐标GLB(x,y)和右上角坐标GRT(x,y)并保存。3)网格的起算信息。根据地图左下角点坐标PLB(x,y)和右上角点坐标PRT(x,y)得到其所在基本网格的行列号和该网格的编码,利用这些信息得到该点所在网格的左下角点和右上角点坐标以及网格中心点坐标。地图的左下角点所在网格的左下角坐标用GSLBSLB(x,y)表示,右上角坐标用GSRΤSRT(x,y)表示;地图的右上角点所在网格的左下角坐标用GELBELB(x,y)表示,右上角坐标用GERΤERT(x,y)表示。以地图左下角点所在网格为起始格网,地图右上角格网作为计算的最后一个网格。根据地图左下角点所在网格的左下角坐标GSLBSLB(x,y)和右上角坐标GSRΤSRT(x,y),可得某级别网格的几何信息(网格大小)。用GLBx、GRTx分别表示地图左下角点所在网格的左下角坐标和右上角坐标的x分量;GLBy、GRTy分别表示地图左下角点所在网格的左下角坐标和右上角坐标的y分量;用ΔL、ΔB分别表示网格的经差和纬差,算式为:ΔL=|GLBx-GRΤx|ΔB=|GLBy-GRΤy|ΔL=|GLBx−GRTx|ΔB=|GLBy−GRTy|用GLBx、GLBy分别表示地图左下角点所在网格的左下角坐标PLB(x,y)的x分量和y分量。起始网格起算坐标(L0,B0),其中L0、B0分别表示起始经度和起始纬度,其算式为:L0=GLBx‚B0=GLByL0=GLBx‚B0=GLBy地图右上角点所在网格为地图最后一个网格的信息,可将计算的当前网格左下角坐标数值达到GELBELB(x,y)或右上角坐标数值达到GERΤ(x,y)作为网格生成计算循环结束的条件。4地图网格的生成根据起算网格相关信息可容易地得到布满整幅地图的网格。地图空间数据网格生成的主要步骤如下:1)地图空间数据准备。将地图矢量数据调入程序中,得到地图图幅大小,根据所需的网格划分级别,求出地图左下角和右上角所在网格的信息:网格编码、网格所在基本网格的行列号、网格几何信息。2)地图网格计算。用一个循环实现整幅地图网格的生成。从生成的地图左下角和右上角所在网格基本信息得到所要计算的网格起始信息、网格大小、网格生成终止条件。其中网格生成计算的起始网格即为地图左下角网格;网格大小为从网格左下角坐标和右上角坐标得到的网格经差和纬差;网格生成终止条件为当计算的网格与地图右上角网格重合时终止计算。以起始网格作为循环的开始,下一个要生成的网格左下角和右上角坐标分别增加ΔL、ΔB,判断当前生成的网格是否为地图右上角网格,“否”则生成网格并保存该网格信息,接着进行下一个网格的生成判断,“是”则生成该网格并结束循环。3)网格显示。通过调用MapObjects控件的DrawShape方法,可将生成的网格在地图图层上绘制出来,并调用Refresh方法刷新图层。空间数据的网格生成流程图如图2所示。5提高网格长度的分布采用上述方法,在VisualBasic开发平台上,利用MapObjects控件,在地图矢量数据基础上生成了多级网格。本文使用的地图矢量数据为黑河流域1995年1∶100万区域边界矢量图,地图左下角经度97°23′57″、纬度37°44′02″,右上角经度102°07′30″、纬度42°41′35″。试验中采用的网格级别为7、8、9级。基于空间数据的多级网格如图3所示。其中,图3(a)、3(b)分别为网格级别8、9的图形放大后的地图局部网格示意图;图3(c)为覆盖整幅地图地物的网格示意图;图3(d)为覆盖整幅地图的网格示意图。不同级别网格的基本信息如表1所示。从表1网格数栏的数值中可以看出,不同级别的网格数并不成倍数关系,原因是从上一级网格到下一级网格细分时,不在图幅区域内的网格被舍弃。此外,从表1网格生成时间栏的数据中可以看出,在一定地图范围内,网格生成的时间随网格细分呈倍数递增趋势;地物覆盖地区的网格数虽然比整幅地图网格数少,但生成时间却比整幅地图的生成时间长。原因是在地物覆盖地区进行网格生成时,对是否存在地物进行了判断,从而使生成时间