[发明专利]一种地理坐标向球面三角形离散格网编码的快速转换方法

说明书

本发明公开一种地理坐标向球面三角形离散格网编码的快速转换方法，包括以下步骤：输入经纬度坐标点P以及点P所在地图的比例尺；根据地图比例尺确定格网编码的目标剖分层次L与控制剖分层次LC；控制剖分层次前的递归逼近和控制剖分层次后的直接映射；将最终行列号转换为格网编码，并作为结果输出。本发明利用球面三角形离散格网的几何性质的变化规律，在保证转换精度的前提下，能够明显提高球面三角形离散格网编码与地理坐标的转换效率，且算法时间复杂度随着剖分层次的提高，并不呈线性增长，相较于传统算法具有明显优势。

技术领域

本发明涉及地理信息技术，具体涉及一种地理坐标向球面三角形离散格网编码的快速转换方法。

背景技术

球面三角形离散格网是一种经典的全球离散格网系统。它以三角形为基本格网单元，基于正八面体或正二十面体对球面空间进行同构离散化处理，形成具有层次递归性、单元形态均匀性，无缝无叠的多尺度全球格网系统(Tong，2013)。经过众多学者长期的研究，球面三角形离散格网不仅成为了全球多分辨率空间数据建模的有效工具，还被广泛应用于空间数据索引与可视化(Goodchild，1992；Feket，1990)、地图综合模型(Dutton,1996)、全球导航模型(Lee，2000)、全球环境监测(Dutton，1999)、全球气候模拟(Sadourny，1968；Heikes，1995；1996；Thuburn，1997)等领域。

编码作为球面三角形离散格网单元的唯一数字标识，既表达了空间位置信息，又蕴含了空间尺度信息，为处理全球多分辨率海量空间数据提供了可能，是格网系统的重要组成部分(Dutton，1989，2000；Fekete，1990；Goodchild，1992；Otoo，1993；Lee，2000；Bartholdi，2001)。然而，现有的大部分空间数据是以地理坐标为主，许多传统空间信息系统也是以地理坐标为基础。因此，如何准确、高效的实现球面三角形离散格网编码与地理坐标的双向转换是球面三角形离散格网研究中的核心问题之一(Dutton，1999)。

由于球面是一个各向异性的二维紧致流形空间，在拓扑性质上与平面空间不同胚，属于不可展曲面(Kimerling，1999)。因此，球面空间无法与平面空间一样用相同的格网连续铺砌，难以借助格网原点与目标点的距离和角度关系直接推算出目标点对应的格网编码，通常采用递归逼近的方式逐层建立地理坐标和格网编码的对应关系。在此方面，相关学者基于正八面体球面三角形格网，先后提出了ZOT投影(Dutton，1991)、ETP投影(Goodchild，1992)、SQC(Otoo，1993)、RCA(Zhao，2006)、三向互化(Tong，2006)、EATP投影(Sun，2007)等方法。

这些算法充分利用了基于正八面体的球面三角形格网与地理坐标具有简易转换的特性(Sahr，2003)，从不同角度简化了递归逼近时的算法实现难度，提高了双向转换的效率。然而，这些算法的本质仍是基于递归逼近的方法逐层建立地理坐标与格网编码的映射关系，算法时间复杂度与格网剖分层次呈线性关系。随着格网剖分层次的提高，算法效率明显下降，不利于高分辨率空间数据的集成。同时，这些改进方法仅适用于格网结构简单但几何性质较差的正八面体球面三角形格网，难以应用在格网结构复杂但几何性质良好的正二十面体球面三角形格网上，不具有通用性。

通过分析发现，尽管现有算法充分考虑到球面空间的特殊性对球面三角形离散格网系统中格网单元编码与地理坐标双向转换的影响，但却忽略了这一特殊性质在格网剖分层次提高过程中的变化规律。球面三角形离散格网的几何性质并不是固定不变的。球面三角形离散格网在最初的剖分层次中格网单元几何性质确实差异较大，但随着剖分层次的提高，则几何性质趋于相同(White，1998)，局部区域的几何性质已近似于平面。若能根据格网几何性质的变化规律，寻找合适的控制剖分层次作为阈值，在低于该阈值的剖分层次中采用可以确保精度但效率较低的递归逼近转换方法，在高于该阈值的剖分层次采用类似平面格网的直接映射方法，则有可能构建一种兼顾精度与效率的新型混合式转换方法。

发明内容