[发明专利]全球瓦片一致的六边形格网数据结构编码方法与装置

说明书

本发明提供一种全球瓦片一致的六边形格网数据结构编码方法与装置。该方法包括：将正二十面体展开组成20个三角面，以正二十面体顶点为中心，设计得到12个结构一致的瓦片，所述瓦片的球面结构为五边形面；按照层次递归剖分方法，以一个瓦片为一个初始剖分单元，对每个初始剖分单元进行六边形递归剖分，使得每一层次的子单元均有唯一的父单元，且相邻层次单元面积之比为4:1；采用复进制数及十六进制码对各层次单元进行编码，形成单元层次数据编码结构；最后将正二十面体六边形层次数据结构等积映射至球面。本发明单元数据层次结构简单，瓦片跨面处理复杂度低，计算效率高。

技术领域

本发明涉及地理信息存储、地理数据结构技术领域，尤其涉及一种全球瓦片一致的六边形格网数据结构编码方法与装置。

背景技术

近年来，地球空间数据的应用越来越广泛，这些数据的规模、形态、基准等存在较大差异，导致数据集之间的汇聚、处理和挖掘异常困难，迫切需要建立以空间位置为主键的数据关联新模式，更好地支持空间数据融合与互操作。全球格网采用特定方法将地球均匀离散化，形成无缝无叠的多分辨率格网层次结构，采用单元地址编码代替传统地理坐标参与数据操作。它具有离散性、层次性和全球连续性的特征，既符合计算机对数据离散化处理的要求，又摒弃了地图投影的束缚，有望从根本上解决传统平面模型在全球空间数据管理与多尺度操作上的数据断裂、几何变形和拓扑不一致等问题，有助于从多源、异构的大数据中挖掘“知识”，获取有价值的信息。

六边形格网一致相邻且拓扑关系一致，最接近圆且采样效率和角分辨率最高。更为特别的是，平面六边形的各种优点可以延续至球面上。这些优异性质使得六边形格网非常有利于空间数据的处理，因此受到越来越多的重视。童晓冲等申报的专利(包括CN102281075A、CN106845074A)组合两种剖分情况，提出“六边形四元平衡结构”(HexagonalQuaternary Balanced Structure，HQBS)，并借助正二十面体扩展至球面。但HQBS层次关系仍然复杂，而且编码运算过程中会出现“正则化”倒退重算的情况，导致运算效率不高。王蕊等申报的专利(包括CN108566208A)借助复进制数描述层次关系，设计了“六边形格点四叉树”(Hexagon Lattice Quad Tree，HLQT)层次编码方案，克服了HQBS单元中心和顶点混合编码的不足，在编码索引、运算效率上也有明显提升。但HLQT二十面体上的瓦片结构是两种类型，且数量较多，导致跨面运算需考虑多种情况，瓦片边界处理情况仍然复杂。国外学者Sahr申报的专利研究了三孔径等积六边形格网(Icosahedral Snyder Equal Areaaperture 3Hexagonal grid，ISEA3H)，建立二十面体上的唯一编码方案，用于栅格数据的处理。尽管三孔的剖分方式能获得更平滑的分辨率，但需分奇偶层编码，且用于编码运算的加法表庞大而复杂，导致运算效率不高。加拿大PYXIS Innovation公司的Peterson基于ISEA3H格网的结构提出了PYXIS编码方案，原理和编码方式基本类似。

发明内容

针对传统的六边形格网数据结构存在的跨面运算复杂、运算效率较低的问题，本发明提供一种全球瓦片一致的六边形格网数据结构编码方法与装置。

一方面，本发明提供一种全球瓦片一致的六边形格网数据结构编码方法，包括：

将正二十面体展开组成20个三角面，以正二十面体顶点为中心设计得到12个结构一致的瓦片，所述瓦片的球面结构为五边形面；

按照层次递归剖分方法，以一个瓦片为一个初始剖分单元，对每个初始剖分单元递归剖分格网数据结构，使得每一层次的子单元均有唯一的父单元，且相邻层次单元面积之比为4:1；所述格网数据结构的形状为六边形面；

采用复进制数及十六进制码对各层次单元进行编码，形成单元层次数据编码结构，然后将正二十面体六边形层次数据结构等面积映射至球面。