《球体测地线八叉树网格空间数据模型及应用》

地球系统,物理上是多圈层的流体空间,逻辑上是非线性的复杂巨系统。人们对地理空间的认知和描述的数据模型经历了地图投影、全球离散网格(Discrete Global Grid Systems,DGGs)和地球系统空间网格(Earth System Spatial Grid,ESSG)三个阶段。适用于小尺度空间的地图投影模型存在着数据裂缝、空间分析不准确、数据集成与共享困难等三大问题。DGGs仅恢复了地球表面的流体性质,本质上仍属于投影模型(投影面为球面)。ESSG彻底恢复了地球系统空间的流体性质,面向时空大数据的整合与集成,是构建新一代真三维数字地球平台的基础,对全球或大区域综合问题研究意义重大。该项目旨在提出一种新的ESSG方案,构建其基础理论体系,并在空天地一体化建模与分析中实现其初步应用。

1.该项目主要技术内容:

1)提出了一种新的ESSG方案,即球体测地线八叉树剖分(SGOG)网格。(1)设计了剖分规则,实现了网格剖分方案;(2)推导了SGOG网格几何特征的计算公式;(3)分析了网格随剖分层次递增的形变规律。

2)提出了SGOG网格的编码模型,实现了网格编码到传统坐标的相互换算。(1)提出了“圈层码(十六进制)+八分体码(八进制)+球面位置码(四进制)+径向深度码(二进制)”的编码模型;(2)实现了SGOG网格的编码方法;(3)设计并实现了网格编码到经纬度和空间直角坐标的相互转换算法。

3)实现了SGOG网格在大区域地理空间真三维建模与分析中的应用。(1)以中国大陆地区与长江流域地形建模和郑州航空港经济区地层建模为例,实现了基于SGOG网格的大区域地理空间的真三维多尺度和自适应多尺度建模;(2)实现了基于真三维模型的空间分析方法;(3)与传统投影模型方法进行了对比分析,发现二者既有相似的地方,也有不同的特点。真三维地形参数具有更高的精度。

2.知识产权情况:

软件著作权2项,公示阶段发明专利1项,发表学术论文9篇(中文核心期刊5篇,其中EI收录2篇,国内外会议交流论文4篇,其中EI收录1篇)。

3.技术经济指标:

该项目提出的SGOG空间数据模型属于球体三维网格模型。它彻底恢复了地球重力场的流体性质,完全克服了投影模型存在的数据裂缝、空间分析不准确和数据集成与共享的桎梏,可以实现天、空、地一体化的建模。具有剖分规则简洁、网格形体简单、几何特征明晰、空间关系一致、变形适中的特点,尤其是可以直接推广到椭球,实现地球空间更精准建模。面向时空大数据的集成与共享,规避重复投资,经济效益好。

4.应用推广效益分析:

该研究成果与国家大自然资源管理理念相契合,可以推广到整个自然资源领域的各行业,应用前景广阔。已有的推广实践证明,该项目成果建模效率可提高50%左右,降低生产成本40-60%,且可以实现国家自然资源调查和国土空间规划一张图,维护国家基础地理信息的权威性。

成果说明

该项目整体技术经过了3年多的实施应用,典型应用情况如下: 河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院2016年5月引进该项目成果,在“东莞市城乡规划局东莞市第一批中心镇地下管线普查项目”、“东莞市城乡规划局东莞市第二批中心镇地下管线普查项目”、“宝丰县地下管线普查及信息系统建设项目”和“武汉市燃气热力工程有限公司高压管线探测项目”中,利用本项目成果,在地下管线信息系统和三维管线建模中,很好地解决了地表上下三维一体化建模问题以及海量管线信息的管理问题,工期提前10-15天,生产成本降低了30-40%。基于球体

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