在地理信息科學領域，有一個方向的研究是地理網(wǎng)格，是一種對地球表面空間按照一定規(guī)則實施劃分而得到的格網(wǎng)體系(有時候也被稱之為也稱作地理格網(wǎng)，空間信息格網(wǎng)或地理網(wǎng)格)。通俗的說就是將地球(或球面)切分為有一定形狀、有一定層級的面片的方法，再進一步通過相關(guān)的數(shù)學建模和算法研究，以進行空間信息的表達和數(shù)據(jù)的組織管理，并使得數(shù)據(jù)的組織、管理、分析和應用具有高效性。平常我們接觸到的經(jīng)緯度體系其實就是一種常見的地理網(wǎng)格的表現(xiàn)形式。如今，隨著數(shù)學工具的發(fā)展和計算機科學技術(shù)的進步，尤其是人類已經(jīng)從信息時代邁入了數(shù)據(jù)時代，地理網(wǎng)格已經(jīng)成為地理信息科學研究和大數(shù)據(jù)研究領域的一個重要的內(nèi)容。
地理網(wǎng)格的意義
早期的地理網(wǎng)格的出現(xiàn)源于地圖制圖和柵格數(shù)據(jù)模型，很大程度上受到人類對地球空間的認知和傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖表達方式的影響，比如經(jīng)緯度網(wǎng)格、方里網(wǎng)。在過去的幾十年里，對地觀測與導航定位技術(shù)的進步使地球測量技術(shù)發(fā)生了根本性的變化，以3S+C(GNSS、RS、GIS和Communication)為核心，現(xiàn)代測繪技術(shù)層出不窮，Lidar技術(shù)和無人機、傾斜攝影測量等已經(jīng)完全取代并超越了傳統(tǒng)測繪地理信息技術(shù)。傳感器越來越多，除了對地觀測技術(shù)帶來的傳統(tǒng)測繪數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源還包含各種新興的網(wǎng)絡社交媒體和各種可穿戴設備、移動終端、應用APP提供的個人行為數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、更新速度快、多樣化、蘊含價值等特點，讓人類進入了大數(shù)據(jù)時代。由此人類社會得到的數(shù)據(jù)史無前列的豐富起來。在這些數(shù)據(jù)當中相當一大部分被稱之為空間數(shù)據(jù)。據(jù)統(tǒng)計除了一些特定的數(shù)據(jù)，人類現(xiàn)有數(shù)據(jù)中大約有百分之八十的數(shù)據(jù)(比如餐館的位置、作物的產(chǎn)量等、人類活動軌跡)均與人們生活的空間位置具有相關(guān)性，由此對于空間信息的處理與應用對空間計算能力要求越來越高，就需要有合適的新型數(shù)據(jù)組織形式以應對大數(shù)據(jù)時代的信息處理的挑戰(zhàn)。
地理網(wǎng)格的應用需求
地理網(wǎng)格從古代開始就隨著人類對地球的認知和宇宙的探索而出現(xiàn)，如古老的經(jīng)緯度網(wǎng)格、井田制中的網(wǎng)格、計里畫方網(wǎng)格等，現(xiàn)代的地理網(wǎng)格如方里網(wǎng)、美國的國家網(wǎng)格USNG、英國的國家網(wǎng)格BNGR等。我國的國家地理網(wǎng)格研究始于二十世紀八十年代，并于2009年發(fā)布了《地理格網(wǎng)》(GB/T12409—2009)，這是一個推薦使用的國家標準。除了國家標準，一些商業(yè)公司也為了自己的產(chǎn)品和服務而推出了自己的地理網(wǎng)格，如凱立德的K碼、Google公司于2015年4月推出的開放的位置代碼(Open Location Code)等。
地理網(wǎng)格的研究一直在不斷深入，原因在于在新的技術(shù)發(fā)展條件下迫切需要新的空間信息數(shù)據(jù)的組織形式。這種新的數(shù)據(jù)組織形式不僅需要滿足數(shù)字環(huán)境下的計算機對空間信息大算的需要，同時這種新的數(shù)據(jù)組織形式也能滿足科學大數(shù)據(jù)共享的需要。地理網(wǎng)格作為對地球球面空間進行劃分的格網(wǎng)體系，具有較高的標準化程度，有利于開發(fā)面向空間數(shù)據(jù)庫和幾何操作的更有效的算法，在組織和表達全球范圍海量空間數(shù)據(jù)，以及面向全球空間大數(shù)據(jù)的空間分析、建模、仿真等方面具有廣闊的應用需求。
地理網(wǎng)格的作用
地理網(wǎng)格的作用很多，在很多領域里已經(jīng)有了應用。例如，對復雜地理現(xiàn)象的表達可研究復雜的地學問題;對于自然與人文數(shù)據(jù)的表達，可研究人類社會問題;對于地理系統(tǒng)功能與行為的表達，可以研究人地關(guān)系等?，F(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，使得地球測量技術(shù)突飛猛進，由此推動了地理網(wǎng)格的研究和應用。地理網(wǎng)格的作用已經(jīng)由傳統(tǒng)的地圖位置框架和地理現(xiàn)象的表達，進化到了新的層面，主要包括地理空間數(shù)據(jù)融合、多源數(shù)據(jù)融合、地學綜合分析、海量遙感數(shù)據(jù)的組織與管理、商業(yè)智能分析、物流組織與管理、大數(shù)據(jù)組織管理與分析等新應用。
地理網(wǎng)格研究的內(nèi)容
地理網(wǎng)格的研究內(nèi)容可主要概括為四個方面的內(nèi)容:
一是地理網(wǎng)格系統(tǒng)的組成，主要研究包括地理網(wǎng)格應當采用什么樣的幾何形狀、通過什么遞歸方式進行多級的劃分。具體涵蓋網(wǎng)格的格元、網(wǎng)格的格邊和網(wǎng)格的格點。網(wǎng)格格元表達的是具有一定面積的對象的面狀地物特征，而格點是對格元所在面狀目標的特定空間位置和具有點狀特征的對象進行了表達。網(wǎng)格格邊是一個度量格元之間通量關(guān)系的一個因素。
二是地理網(wǎng)格如何編碼。地理網(wǎng)格如何通過代數(shù)方式實現(xiàn)數(shù)字化的編碼以便于后期的計算也是地理網(wǎng)格研究的核心問題之一，內(nèi)容包括橢球或圓球空間參考系下的地理網(wǎng)格的系統(tǒng)構(gòu)建、模型表達、代數(shù)編碼。
三是地理網(wǎng)格的計算。這部分包括地理網(wǎng)格與真實橢球空間的誤差分布、空間信息檢索、空間關(guān)系計算、數(shù)據(jù)分發(fā)和應用等，這也是地理網(wǎng)格研究的前沿性和基礎性科學問題。
地理網(wǎng)格作為地理空間信息的一種基礎研究和底層技術(shù)，在平時的日常生活中總是隱性的為商業(yè)客戶和公眾應用提供服務，雖然看不到，但幾乎無時無刻不滲入了我們生活的方方面面。關(guān)于地理網(wǎng)格的發(fā)展歷史和當前的熱點應用，將在后續(xù)的文章中介紹。
作者簡介：李濱，北京大學GIS博士，地理空間信息學者，曾任職于NTT DATA、Leica 和Trimble 公司。目前主要研究興趣包括空間信息三維建模、環(huán)境遙感、全球空天信息剖分格網(wǎng)理論與應用等。
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