地球空间立体剖分格网研究

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对空间信息剖分组织理论的研究已经取得了大量成果,但绝大多数剖分框架仍局限于地球表面,难以反映空天信息自身的多维特性,无法满足多维信息一体化关联与表达的需求。本文面向整个地球空间,以二维剖分框架为基础,建立立体剖分框架;以剖分编码为核心,研究基于立体部分编码的多维空间信息的关联、检索和表达方法。  本文选用GeoSOT作为立体剖分格网的基础。在GeoSOT框架体系内,给出两极地区的剖分方案,使其既与全球编码体系相兼容,且满足格网面积比在极点处收敛的要求。通过对高度维的扩展,形成GeoSOT-3D立体剖分框架。并定义了体块等多种立体剖分单元。继承GeoSOT框架编码模型构造体块编码,并通过多层剖分空间填充曲线设计了整数编码,作为空天信息关联和检索的技术支撑。  GeoSOT-3D体块沿高度维方向粒度差异较大,但在高度范围限定的情况下,同柱体块的体积比将快速收敛,据此本文提出立体剖分圈层,并给出了相关的计算方法及圈层与GeoSOT-3D框架的关联方法。基于GeoSOT框架的面片聚合特性定义了局部聚合圈层,基于小范围内球面可近似看作平面的原理定义了局部笛卡尔坐标圈层,并给出了这两类局部网层的数据结构和相关计算公式。  依据剖分体块之间的内在关联关系,本文提出了基于立体剖分体块的空间实体关联方法。实现了基于最小外包嘶片MBC和最小外包柱段MBS的立体剖分关联算法,设计了立体剖分关联表,提出了剖分索引树+R*树的混合索引方法。结合立体剖分体块的拓扑关系和体块编码,给出了立体剖分单元的父子单元检索和邻近单元检索方法,实现针对关联表的空间检索。通过仿真试验,分析了立体剖分关联算法中预设参数的合理取值,验证了关联和检索算法的效率。  最后,本文从立体剖分关联方法出发,讨论其应用模型:将剖分表达看作剖分关联的特例,给出了剖分表达的实现方法及数据结构,并结合云层表达的实例讨论了其具体应用方法;将立体剖分框架向时间维度扩展,提出了离散轨迹点和连续轨迹段的关联方法,进而讨论了针对运动同标的检索。通过对上述模型的讨论,展现了GeoSOT-3D的应用潜力。
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