一种基于经纬线的等面积全球离散格网剖分方法技术

一种基于经纬线的等面积全球离散格网剖分方法，将球体内接正八面体的6个顶点分别与球体的两极点以及赤道与主子午线、90°子午线、180°子午线和270°子午线的交点重合，做正八面体在球面上的球心投影获得8个球面三角形，完成球面的初始剖分；对每个球面三角形用纬线所在圆弧先将其平分，得到1个球面子三角形和1个球面梯形，再将得到的球面子三角形和球面梯形分别用纬线和经线所在圆弧将其平分成，得到1个球面子三角形和3个球面梯形，完成第一层剖分；对每个球面梯形用纬线和经线所在圆弧将其平分；然后对子球面三角形按照第一层剖分方法将其剖分成面积相等的4个部分，完第二层剖分，共得到16个等面积格网单元；如此依次递归剖分直至满足所需精度的第n层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全球离散格网剖分方法，特别是涉及。
技术介绍
随着全球性气候研究、全球性资源管理与环境保护、全球性动植物生态监测等全球性问题研究的不断深入，越来越多的应用需要在全球范围尺度上操作。这时，如果仍然以地图投影的方式，将球面或椭球面的数据转换到平面上进行处理，则会出现一系列的问题长度、面积等量的量算上会出现明显的偏差，且出现数据重叠、断裂及空间关系不一致性等问题，无法实现全球范围内空间数据的无缝链接，其有效性和准确性受到质疑。为了突破平面的限制，按照地球的真实方式存储、管理、表达空间信息的需要，全 球离散格网剖分方法应运而生。目前全球离散格网剖分方法有三种经纬线全球离散格网剖分方法、正多面体全球离散格网剖分方法和自适应全球离散格网剖分方法。全球离散格网是基于球面的一种可以无限细分，但又不改变其形状的拟合格网，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，并用确定的精度进行多分辨率操作；既能从根本上解决平面模型在全球多尺度空间数据管理上的数据断裂、变形和拓扑不一致性等问题，又能方便地在网格计算环境下实现对空间信息资源的整合、共享与利用(赵学胜，侯妙乐，白建军.全球离散格网的空间数字建模. 2007.)。如何将地球表面剖分成一个等面积、等形状，且具有多分辨率的层次结构，是球面离散格网剖分方法研究的主要内容，即每次剖分后每个单元的形状保持不变，每层中各个单元全等(边长相等、夹角相等)。但是，从球面几何可知，没有一种剖分方法能使球面格网在每个层次上获得象平面栅格那样完全相同的几何特征(如面积、长度、角度)，只能达到近似相等。经纬线全球离散格网剖分方法是按照一定间隔(等间隔或变间隔)的经线和纬线分割全球球面形成的格网，它是地学界应用最早、最广泛的一种地球空间格网，符合人们的思维习惯，其数据组织结构简单，易与其他坐标系统转换，也是现有诸多数据集、算法和软件的基础，因而便于对现有数据进行利用。经纬线全球离散格网可分为等间隔经纬线全球离散格网和变间隔经纬线全球离散格网。等间隔经纬线全球离散格网存在着明显不足随着纬度的增大，格网在面积和形状上的变化越来越大，且格网点之间的距离越来越短，造成了很大的数据冗余，不利于进行全球多分辨率数据的操作。为了弥补等间隔剖分的不足，一些机构和学者采用了较为灵活的变间隔经纬线全球离散格网剖分方法，如美国国家图像制图局NIMA (National Imagery and MappingAgency)提供的如图I所示的数字地形高程数据DTED(Digital Terrain Elevation Data)和Bjwke等提出如图2所示的FFI格网。与等间隔经纬线全球离散格网相比，DTED格网虽然在一定程度上减少了数据冗余，但其格网划分仍然不均匀，因而仍具有上述缺点。Bjerke的FFI格网虽然保证了格网面积的大致相等，格网较均匀，减少了数据冗余，易于完成基于离散点的表面建模，并能方便的进行统计计算，但其格网不具有层次性和嵌套性，难于进行连续的多分辨率表面建模。正多面体全球离散格网剖分方法是在球体内接正多面体的基础上，通过层次递归剖分形成铺盖整个全球球面的格网模型。有5种理想的球体内接正多面体正四面体(4个等边三角形)、正六面体(6个正方形)、正八面体(8个三角形)、正十二面体(12个五边形)和正二十面体(20个等边三角形)，投影到球面上能够产生形状相同的球面多边形，且每个顶点所在的多边形数目相等，适合作为球面剖分的基础。正多面体全球离散格网剖分方法多采用三角形、菱形和六边形结构，其最大的缺点是难以与现有的四边形结构的数据进行衔接和兼容，因而，要应用现有的数据，必须进行地理坐标的相应转换。自适应全球离散格网剖分方法以球面上的实体要素为基础，按实体要素的某种特 征剖分球面。Lukatela、kolar、Most_afavi等人提出了多种基于Voronoi的自适应球面离散格网剖分方法，其最大缺点是无法实现递归剖分，因而无法维持全球海量数据的多尺度关联和操作，其应用具有很大的局限性。由于经纬线全球离散格网剖分方法符合人们的思维习惯，其数据组织结构简单，易与其他坐标系统转换，而且是现有诸多数据集、算法和软件的基础，便于对现有数据进行利用，所以成为地学界应用最早、最广泛的一种地球空间格网。但其格网非均匀性的缺点，也是其应用受到了很大的局限，因此在经纬线全球离散格网剖分方法的基础上进行适当的改进，研究一种既具有经纬线全球离散格网的优点又能克服其格网非均匀性缺点的剖分方法就显得很有必要。
技术实现思路
本专利技术针对目前各种全球离散格网剖分方法中的不足，提出了，本方法能够对地球表面进行等面积、近似等形状且具有多分辨率层次结构的格网剖分，为全球海量数据进行有效地表达和管理提供了一种更有效的全球离散格网剖分方法。本专利技术所采用的技术方案 ，用于建立全球离散格网剖分模型，包括以下步骤 1)以球体内接正八面体作为全球离散格网剖分的基础,对球面进行初始剖分 首先，将球体内接正八面体的6个顶点分别与球体的两极点以及赤道与主子午线、90°子午线、180°子午线和270°子午线的交点重合； 然后，做正八面体在球面上的球心投影获得8个球面三角形R1, R2,…，R8，完成球面的初始剖分； 2)第一层剖分对每个球面三角形Ri用纬线所在圆弧先将其平分成面积相等的2部分，得到I个球面子三角形和I个球面梯形，再将得到的球面子三角形和球面梯形分别用纬线和经线所在圆弧将其平分成面积相等的2部分，得到I个球面子三角形tn和3个球面梯形qn、qi2、qi3，完成第一层剖分，其中i=l，2,…,8 ；3)第二层剖分首先对每个球面梯形qu用纬线和经线所在圆弧将其平分成面积相等的4个子梯形91」1、91」2、91」3、91」4,其中i=l,2, *··,8, j = I, 2, 3 ;然后对子球面三角形tn按照第一层剖分方法将其剖分成面积相等的4个部分，完第二层剖分，共得到16个等面积格网单元； 4)如此依次递归剖分直至满足所需精度的第η层，其中η为自然数。所述的基于经纬线的等面积全球离散格网剖分方法，各层次格网剖分经纬线的确定包括两种情况，第一种是球面三角形格网剖分经纬线的确定，第二种是球面梯形格网剖分经纬线的确定； (1)球面三角形格网剖分经纬线的确定方法如下 分别用经线A1、经线λ 2和纬线fl表示球面三角形的3条边，用纬线熟和纬线朽表示剖分纬线，用经线λ3表示剖分经线，则经线入3的经度为球面三角形两条经线经度的均值，gp权利要求1.，用于建立全球离散格网剖分模型，包括以下步骤 .1)以球体内接正八面体作为全球离散格网剖分的基础,对球面进行初始剖分 首先，将球体内接正八面体的6个顶点分别与球体的两极点以及赤道与主子午线、.90°子午线、180°子午线和270°子午线的交点重合； 然后，做正八面体在球面上的球心投影获得8个球面三角形R1, R2,…，R8，完成球面的初始剖分； .2)第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于经纬线的等面积全球离散格网剖分方法，用于建立全球离散格网剖分模型，包括以下步骤：1）以球体内接正八面体作为全球离散格网剖分的基础，对球面进行初始剖分：首先，将球体内接正八面体的6个顶点分别与球体的两极点以及赤道与主子午线、90°子午线、180°子午线和270°子午线的交点重合；然后，做正八面体在球面上的球心投影获得8个球面三角形R1，R2，…，R8，完成球面的初始剖分；2）第一层剖分：对每个球面三角形Ri用纬线所在圆弧先将其平分成面积相等的2部分，得到1个球面子三角形和1个球面梯形，再将得到的球面子三角形和球面梯形分别用纬线和经线所在圆弧将其平分成面积相等的2部分，得到1个球面子三角形ti1和3个球面梯形qi1、qi2、qi3，完成第一层剖分，其中i=1，2，…，8；3）第二层剖分：首先对每个球面梯形qij用纬线和经线所在圆弧将其平分成面积相等的4个子梯形qij1、qij2、qij3、qij4，其中i=1，2，…，8，j=1，2，3；然后对子球面三角形ti1按照第一层剖分方法将其剖分成面积相等的4部分，完第二层剖分，共得到16个等面积格网单元；4）如此依次递归剖分直至满足所需精度的第n层，其中n为自然数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴慧欣，乔长录，宋连公，朱齐亮，郑辉，姚建斌，张速，
申请(专利权)人：华北水利水电学院，
类型：发明
国别省市：