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球面格网划分方法及比较毕业论文

 2022-02-10 20:17:32  

论文总字数:28348字

摘 要

球面格网模型是一种栅格数据模型,它的出现与应用有助于处理海量的地理信息空间数据,因此被广泛应用于谷歌地球等地理空间信息软件。本文从格网模型的结点均匀分布程度、结点数目调节的灵活性以及格网模型实现的难易程度这三个方面出发,比较分析四个格网划分方法。本文中的所有数据都是基于单位球体并使用Matlab工具进行计算,最后分析得知:基于正八面体、正二十面体的三角格网划分的球面格网比较稳定,但其对硬件要求高且进行高层次划分所需时间过长;经纬度格网适用于低纬度地区,在高纬度地区容易产生数据冗余和变形;Reuter格网整体上稳定性好,划分效率高,是高层次剖分的最佳选择。

关键词:球面格网 三角形格网 Reuter格网 正八面体 正二十面体

The methods and comparisons of Spherical grid partition

Abstract

The spherical grid model is a kind of raster data model. Its appearance and application are helpful to deal with massive amounts of geographic information spatial data. Therefore, it is widely used in geospatial information software such as Google Earth. In the three aspects of the uniform distribution of node nodes, the flexibility of the adjustment of the number of nodes, and the degree of difficulty in the realization of the grid model, this paper compares and analyzes four grid division methods. All the data in this paper are based on unit spheres and calculated using Matlab tools. Finally, it is known that the spherical grid based on the octahedron or regular icosahedron is relatively stable, but its hardware requirements are high and High-level segmentation takes too long; latitude and longitude grids are suitable for low-latitude regions, and data redundancy and deformation are easily generated at high latitudes; Reuter grids have good stability overall, high division efficiency, and are the best choice of high-level dissection.

Key words: Spherical grid; Triangle Grid; Reuter Grid; Octahedron; Regular Icosahedron.

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 球面格网的研究背景及意义 1

1.2 球面格网的研究现状 2

1.3 球面格网的研究内容 4

第二章 地理经纬度与Reuter格网 5

2.1 地理经纬度格网模型 5

2.2 地理经纬度格网的划分方法 6

2.3 Reuter格网模型及划分方法 7

第三章 基于正多面体划分的球面三角形格网 10

3.1 基于正多面体划分的全球格网 10

3.2 基于正多面体的三角形格网 11

3.3 三角形球面格网的划分方法 11

第四章 球面格网划分方法的比较分析 16

4.1 对比分析思路 16

4.2 地理经纬度格网相关分析指标数据计算 18

4.3 Reuter格网相关指标数据计算 20

4.4 基于正八面体、正二十面体的三角形格网相关指标数据计算 22

4.5 综合分析 25

第五章 结论与展望 28

5.1 研究结论 28

5.2 展望 28

参考文献 30

致谢 32

附录 33

附录一 33

附录二 34

附录三 35

附录四 38

绪 论

地图投影的出现使得人类迈出了转化曲面数据到平面的重要一步,摆脱了古代处理空间数据的限制,丰富了处理方式的自由度,加速了人们对球面数据认识的发展。当今,随着诸如“数字地球”这样的基于全球范围尺度内操作的宏观应用正在如火如荼的发展,对于新的空间数据处理技术的需求越来越迫切,于是球面空间格网应运而生。球面空间格网是一种对球面直接进行递归剖分的空间格网,能够为全球范围内的空间研究提供分析、建模、模拟、索引等功能。就目前的研究情况看来,球面格网大致可以基于经纬度、正多面体、Voronoi图以及混合以上三种手段来剖分得到。本文重点探究基于经纬度和正多面体两大类划分的球面格网的划分方法以及比较分析。

1.1 球面格网的研究背景及意义

随着社会发展以及诸多科技发明的应用,人类的活动范围愈来愈大。尤其是发展到今天“大数据”的出现和广泛使用,继续在新兴的诸如“数字地球”、“全球环境与资源监测”等基于全球范围内尺度操作的宏观应用中沿用传统地图投影会出现许多问题,例如:

图1.1 摩尔维特-古德投影

  1. 传统的地图投影本质是将曲面数据转化到平面处理,在此过程易受地球曲率影响使得不同地区的长度、位置、面积发生不一致的形变,若想减弱形变对精度的影响效果不可避免地要使整体图幅割裂,如图1.1所示;
  2. 传统地图投影的空间几何坐标与平面坐标之间关系复杂,投影时经线、纬线不可避免地出现压缩和延伸,为修正变形数据挺高精度,整体效率会大大降低。

由于全球定位系统及遥感技术的发展,“动态地图”的实现成为可能,这就需要全球地理空间数据的组织表达实现全球无缝,即全球单位地区的边界不存在断裂或重叠现象。通过研究全球离散格网可以解决以上问题,该地球体拟合格网有助于研究者从整体的、系统的角度去探讨分析一些全球范围内的变化问题并使得问题得到妥善解决。

1.2 球面格网的研究现状

球面格网模型的出现使得人类能够以地球的真实方式储存、管理、表达空间信息,其基本的生成思路是通过对地球表面递归划分并且每个单元格网都有唯一的地址代码,使得整个地表变成一个拥有单元格网面积形状相等、具有多层次分辨率的空间层次结构的格网模型。目前,球面格网模型已经成熟发展出三个格网划分类型,如下:

1、基于地理经纬度的格网

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