[发明专利]基于微分几何原理的全球地理格网系统及模型构建方法

说明书

本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及基于微分几何原理的全球地理格网系统，包括：核心模型模块、数据管理模块、渐进传输模块和可视化模块；核心模型模块用于实现正二十面三角形格网的SQT剖分模型及UEC编码模型，并通过UEC编码模型实现格元间的邻接关系搜索算法和格元层次关系搜索算法，基于此再构建全球地理格网化对象模型；数据管理模块用于提供全球地理格网化对象模型的数据的相关管理功能，通过地理坐标与格网编码的快速转换算法、及保持拓扑关系的矢量数据格网化实现GIS传统矢量数据在格网化对象模型上的集成，并将格网化对象模型数据存入文档型数据库中进行管理。以解决全球地理格网模型易出现响应慢的问题。

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及基于微分几何原理的全球地理格网系统及模型构建方法。

背景技术

全球地理格网系统是直接对地球表面进行剖分，避免地图投影产生的各类形变，进行统一规范表达、管理与分析全球任意范围与尺度的地理空间数据的融合多元异构数据的有效框架。但是，表达与管理相对独立的地理实体对象数据，一直是全球地理格网系统研究领域中的难点问题。目前，GIS领域的空间数据组织管理通常将现实世界中的地理实体或现象以某种空间数据模型为基础进行描述，从宏观上认为地理空间是由空间数据模型构成的。其中对于抽象表达地理实体的对象概念模型，按照空间几何信息描述方式的不同，在逻辑层主要可分为基于格元枚举的对象模型和基于空间坐标的对象模型两大类。

基于格元枚举的对象模型将地理实体离散化到格网中，使用格网单元的枚举来直接表达地理实体。该类模型可借助格元编码的特性，从代数层面进行地理实体的相关计算，计算效率高，并且支持多分辨率，所以在全球离散格网中一般将地理实体离散化到其中进行表示。但是因为要存储表达地理实体的所有格元编码，导致占用的存储空间较大。而基于空间坐标的对象模型使用空间坐标集合表示地理实体的几何特征，只存储关键端点的位置坐标，节省存储空间，数据精度高。但是在进行球面上的相关计算时，需要大量使用球面三角函数，计算复杂，且容易出现震荡，并不方便，而将基于空间坐标的对象模型实时转换为基于格元枚举的对象模型又需要耗费大量时间。所以在全球离散格网系统中，如何兼顾存储空间与计算效率表达相对独立的地理实体对象，是一个两难的问题。

通过分析发现，造成这个问题的根本原因是基于格元枚举的对象模型在表达与存储地理实体对象时，未利用全球格网系统的多分辨率层次特性，所以导致存储体量非常巨大。除此之外，在基于空间坐标的对象模型向基于格元枚举的对象模型转换时，效率低下，并且转换结果可能出现各种畸变，不符合地理规律，容易造成对地理空间的错误认知。

基于这一情况，在文献名称为《基于全球离散格网的地理对象模型及关键技术研究》(练文杰)的文献中，公开了顾及多分辨率的格网化对象模型、地理坐标与格网编码的快速转换算法、保持拓扑关系的矢量数据格网化方法。并且在此基础上，还公开实现上述技术的原型系统。该原型系统包括：核心模型模块、数据管理模块、渐进传输模块和可视化模块，核心模型模块为原型系统的基础，该模块实现正二十面三角形格网的SQT剖分模型及UEC编码模型，并通过UEC编码模型实现格元间的邻接关系搜索算法和格元层次关系搜索算法，基于此再构建本文的格网化对象模型。数据管理模块提供格网化对象模型数据的相关管理功能，通过地理坐标与格网编码的快速转换算法、及保持拓扑关系的矢量数据格网化实现GIS传统矢量数据在格网化对象模型上的集成，并将格网化对象模型数据存入文档型数据库中进行管理。渐进传输模块提供格网化对象模型数据的网络按需渐进传输功能，包括服务器和客户端，客户端按照用户需求向服务器请求格网化对象模型数据，而服务器根据客户端发来的需求从数据库中获取并向客户端返回相应数据。可视化模块利用三维图像渲染引擎，浏览全球任意范围任意尺度的场景，并提供相关场景区域内的格网化对象模型数据的可视化展示功能。