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作为目前国际GIS研究的一个前沿热点问题,离散全球层次性格网系统是一种基于全球的、多分辨率的、支持尺度变换的、空间位置分布均匀的、融合了空间索引机制的、支持位置不确定性的、无缝的、开放的层次性空间表达方法,是为海量全球空间数据管理、全球性问题研究等领域提供一种潜在的一揽子解决方案的关键。而全球格网系统的误差和变形研究,是全球格网系统研究领域中一个基础而重要的研究方向,是评价全球格网系统是否具有实用性的基础,为不同用途的格网模型的选择以及评估所能达到的应用程度提供依据。
本文采用理论分析与数据实证计算相结合的研究路线,深入研究了全球格网模型的误差与变形规律。主要研究内容包括全球网格模型空间分布均匀性分析、多分辨率精度分析、格网离散化误差分析等。主要的研究内容与成果如下:
(1)根据点在球面空间均匀分布的等价模型,构建了全球网格模型几何空间均匀分布评价指标体系,研究了格网单个结点与邻近拓扑结点的空间关系。分析结果表明:a)基于柏拉图立体的球面三角剖分格网的空间几何均匀性优于基于四边形经纬格网的格网模型;b)基于柏拉图立体的模型空间几何均匀性随着剖分层次的增加而逐渐平稳,第十层达到稳定状态。
(2)基于等角比例投影,构建了基于球面正八面体的全球格网剖分模型-OEARP模型,推导了正逆投影方程。对OEARP、QTM与基于球面正二十面体的格网模型STQIE进行对比研究,分析结果表明:柏拉图立体阶数与格网模型空间几何均匀性直接相关,基于高阶数柏拉图立体的格网剖分模型相对低阶数柏拉图立体模型更加均匀;OEARP模型优于QTM。
(3)构建剖分模型面积和边长指标体系,在多种格网模型面积与边长及误差为数据基础,对单层剖分的面积和边长的精度、误差频数、误差的空间分布趋势进行了分析,研究了剖分单元面积和边长空间分布及其逐层变化规律。单层研究结果表明:随着剖分层次的增加,面积和边长的精度变化将达到一个相对稳定程度。不同类型格网模型的误差频数和空间分布呈现出各自不同的特征;Synder因采用等积投影,故而面积误差表现为计算误差;与其他模型相比,STQIE剖分面片的面积和边长相对最优;QTM模型面积和边长的变化最大。多分辨率比较分析表明:面积计算随着剖分层次增加相对稳定,并不是剖分层次越高面积精度越高,到达一定层次后,面积精度不再变化。面积计算不同类型的格网模型的效果不一样。边长的表示采用高分辨率表达低分辨率面片时,对边长精度影响不大。
(4)以线面几何源的离散化误差分析为基础,研究了基于三角剖分全球格网模型的线面表达方式。在多尺度区域、多分辨率线数据分析基础上,优化了线的离散化表达方法,研究了面的离散化误差特征,提出了表达面的最佳格网剖分深度估算方法。