[发明专利]SRG剖分编码与地理坐标的转换算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于SRG剖分方法的剖分编码与经纬度坐标之间的转换算法。

背景技术

目前绝大多数球面地理数据是以经纬度坐标为基础，而在SRG结构中，格网的坐标是用地址码隐性表达的，要想把现有地理数据有效应用到SRG结构中，或把SRG中的数据信息映射到传统的经纬度坐标，以符合人们的思维习惯，必须实现这两种地址码之间的相互转换。

球面菱形网格(Sphere Rhombus Grid，SRG)是一种基于地理坐标结合经纬线并且用正多面体逐级递归的思想在球面直接剖分的剖分方法。

目前绝大多数球面地理数据是以经纬度坐标为基础，而在SRG结构中，格网的坐标是用地址码隐性表达的，要想把现有地理数据有效应用到SRG结构中，或把SRG中的数据信息映射到传统的经纬度坐标，以符合人们的思维习惯，必须实现这两种地址码之间的相互转换。

球面菱形网格(Sphere Rhombus Grid，SRG)是一种基于地理坐标结合经纬线并且用正多面体逐级递归的思想在球面直接剖分的剖分方法。“行列逼近法”在具体计算中只应用加、减、乘和除简单的算术运算，相应转换速度较快，但是转换精度不够高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于SRG剖分方法的剖分编码与经纬度坐标之间的转换算法。

SRG剖分方法

SRG结合基于地理坐标系的球面网格和基于正多面体的球面网格剖分两种剖分方法，充分利用了经纬线，无需内接正多面体，无需投影，直接在球面用弧线连接进行递归菱形剖分。

1、SRG编码方案

经过n级剖分，全球可分为4×4ⁿ个菱形球面。n级剖分产生的菱形球面的编码长度为n+1，编码都是由0、1、2、3中的几位数字组合而成，各个剖分层次菱形球面编码按照从低级剖分到高级剖分顺序组织，不同级别之间有层次性。每个菱形球面都可分成四个小的菱形球面，四个小四边形按照上下左右的顺序分别对应0、1、2、3。编码的首位是几就代表该面片在几号球面上，以后的每一位都是在上一级菱形球面编码的基础上多编一位。假设第k层某个剖分面片的编码为a₀a₁a₂L a_nL a_k，其中a₁～a_k是k层四分码，取值为0，1，2，3；a₀由0级剖分产生，取值也是0，1，2，3。每个剖分面片都有唯一的编码与之对应，编码的长短反映了剖分的层次，剖分单元编码具有空间位置相关性。例如0号球面经过2级剖分后产生的编码如图2所示。整个编码的过程与DUTTON的QTM编码相似。

2、经纬度坐标与SRG剖分地址码之间的转换算法

为计算方便，其他1～3单元的位置坐标(经纬度或地址码)首先转换为0单元，然后再进行转换。下面以0号球面的上半部分为例详细分析算法的步骤和精度，设菱形剖分层次为k和地址码为a₀a₁a₂L a_nL a_k。并且剖分到一定层次，球面就可近似当做平面来处理，本转换过程中将球面近似看做平面来操作。

2.1经纬度坐标向SRG编码的转变

“坐标递归法”原理：根据SRG剖分方法首先定义球面SRG格网的行和列(行与纬线对应，定义赤道的行数为0，n级剖分赤道以北共有2ⁿ行；列是从经度0开始沿同一纬度即同一行的菱形的个数，特别地，在极点上列数为1)。

算法的基本原理是：

(1)对于任意点P若要进行经纬度向地址码转换，就把经纬度坐标(φ，λ)先转换为该点在SRG格网中的行数和列数(i，j)，最后根据(i，j)进行逐级递归，逐层次地得出SRG编码。

(2)对于点P的n级SRG的确定，如图3所示，空白区域容易确定，按照上下左右的顺序分别为0、1、2、3。中间的阴影部分难以区分，如点P和Q行数和列数相同，但处于不同的菱形中，编码不同。本方法中采用分级坐标系辅助区分中间的阴影部分的点的归属，如图4所示，采用点P在n-1级菱形中的中心点为原点，横向对角线为x轴，纵向对角线为y轴，n级剖分产生的分界线在该坐标系中的表达式分别为y+ax＝0(左)，y-ax＝0(右)。将点p相对于该坐标系的坐标(α，β)根据α和β取值的不同，代入y+ax或y-ax，得出的值与0比较，进而确定点P属于哪个n级菱形，并确定n级剖分编码。