在国家核心利益维护和战略发展空间扩展刚性需求牵引下,我国空天对地观测、地基传感器网络以及其他探测技术迅猛发展。各类传感器获取的海量数据不仅规模呈爆炸式增长,而且具有多来源、多尺度、多变量、高维度、非结构化、时空复合等特性,导致数据的表征、汇聚和处理愈加困难。“全球离散格网系统”（Discrete Global Grid System,DGGS）是递归剖分整个地球空间形成的多分辨率离散地球参考模型,有助于建立以空间位置为主键的数据关联新模式,有望成为支持地球空间数据融合处理的新一代数字地球参考模型。六边形全球离散格网系统具有理想几何特性,不仅是封闭球面上的最佳数据采样几何结构,而且也是支持多尺度计算的拓扑结构。目前相关研究主要关注格网单元的中心,忽略了顶点和边的作用,致使六边形全球离散格网系统的功能囿于多源空间数据融合处理,位置相关事件模拟推演的巨大潜力尚未充分释放。本文以四孔六边形全球离散格网系统为研究对象,尝试建立理论完备的多结构要素数学模型,根据其数学性质设计编码索引方案,通过实例验证多结构要素应用于事件模拟与推演方面的可行性和优势。论文的主要工作和贡献如下:1.引入复进制数建立平面四孔六边形格网系统格心、格点和格边的数学模型,弥补现有成果结构要素描述不全面的缺陷。通过严格的数学证明揭示无限平面格心是特殊形式的复进制数这一数学本质并推导格点、格边与格心的对应关系;建立并证明有限平面多结构要素唯一描述数学模型并据此提出编码及其运算法则。2.提出封闭二十面体表面的一致瓦片六边形层次结构（Hexagon Hierarchy on Uniform Tiles,HHUT）,克服现有成果瓦片类型复杂、剖分方法不灵活的缺点。依据平面四孔六边形格网系统编码规则建立HHUT多结构要素编码模型,等价设计全球统一编码运算、编码转换算法。对比实验结果表明,HHUT格心编码邻近查询效率约是六边形格点四叉树（Hexagon Lattice Quad Tree,HLQT）的7.46倍,格心编码与地理坐标转换效率分别约是HLQT的2.74倍、1.73倍。3.提出顾及区域完整性的全球格网系统定位方法,解决现有格网系统无最优定位参数求解数学模型的难题。通过最小凸多边形代替球面局部区域,建立定位参数求解模型;平移、旋转多面体单位面,迭代求解最优定位参数,约束球面局部区域位于多面体单个面中心。对比实验结果表明,本文方法相较于人工经验尝试更精确且适用性更好。4.设计面向地理区域的最小外包四边形和最小外包六边形编码索引算法。采用行列号实现外包四边形编码索引并设计对象区域编码查询算法,采用HHUT格心编码实现外包六边形编码索引。对比实验结果表明,外包四边形索引效率高于外包六边形,适用于大区域不规则地理对象的编码查询;外包六边形编码索引效率约是HLQT索引算法的7倍,适用于小范围规则区域的编码查询。5.应用上述成果研究广域战场地理环境六角格建模与机动推演,采用真实数据并结合想定案例加以验证。提出战场地理环境栅格、矢量数据六角格多结构要素建模方法;面向部队机动建立环境要素与作战要素联合作用的效能模型,提出六角格多结构要素联合计算的部队机动最短时间路径规划算法;融合真实海陆地理环境数据,建立我国南海区域动态战场地理环境模型;设计部队越野机动实验验证全部算法的可行性和应用价值。实验结果表明,多结构要素六边形全球离散格网系统兼具数据建模和分析计算优势,是构建海陆一体广域战场地理环境模型、开展作战模拟与推演应用的新颖解决方案。