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GeoSOT网格计算引擎iWhere-API说明 遵循openAPI接口规则

GeoSOT-iWhere-API

The OpenAPI building blocks defined by the specification as well as complete bundled example API definition are available here, and can also be visualized and experimented with an example implementation with SwaggerUI here.

遵循openAPI规范的json文档在这里获取,本项目同时使用SwaggerUI进行可视化,可在上面进行在线接口尝试。

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什么是GeoSOT-2D

GeoSOT(Geographic Coordinate Subdividing Grid with One Dimension Integral Coding on 2n-Tree)是基于2n一维整型数组全球经纬剖分网格。

GeoSOT-2D全球经纬剖分网格是基于地理坐标系统划分的网格系统,可以无缝覆盖全球,并且网格之间连接较为均匀、稳定,其剖分网格具有可标识性、层次性、聚合性和关联性等特点,可实现层次之间的有机关联,为地图多尺度表达提供基础。该网格通过经纬网进行划分,因此与国家标准图幅很好地聚合和关联,能够方便地与现在主要的多种类型数据进行转换,有利于多源数据的兼容以及跨部门、跨系统之间的空间数据的整合和共享。

GeoSOT 网格通过地球表面经纬度范围空间经过3次空间扩展(将地球地理空间扩展为512°、将1°扩展为64′、将1′扩展为64″),实现了整度、整分的整型四叉树剖分网格,具体网格划分方法如下:

  • 第1次扩展:先将地球通过简单投影变换为平面,将180°×360°扩展为512°×512°,作为第0级剖面,以本初子午线与赤道为交点为中心点,递归四叉剖分,直到1°网格单元,如图1,又可称为度级剖分网格,此次剖分包含10级,即0~9级。
    • 第0级网格是以本初子午线与赤道为交点为中心点的512°×512°单元格,第0级网格编码为G,意为全球(Globe)。
    • 第1级网格在第0级剖分网格基础上平均分为四份,每个网格大小为256°×256°;第1级网格编码为Gd,其中d为0、1、2或3。G0就对应空间信息区域位置为东北半球。
    • 第2级网格在第1级剖分网格基础上平均分为四份,每个网格大小为128°×128°。 第2级网格编码为Gdd,其中d为0、1、2或3。G00就对应空间信息区域位置为东北半球大部。第2级剖分网格中,部分网格没有实际地理意义,例如G02与G03,不再进行划分;其它第2级网格作为一个整体进入下一级网格的划分,以下层级网格的划分相同。
    • 部分2级网格没有实际地理意义,不再向下划分,如图c所示。其他2级网格虽然有部分区域落在实际地理区域范围之外,仍然可以作为一个整体进行下一级网格划分,这种原则同样适用于以下网格的划分。
    • 第3级网格是第2级剖分网格基础上平均分为四份,每个网格大小为64°×64°;第3级网格编码为Gddd,其中d为0、1、2或3。G001就对应空间信息区域位置为**、印度与东南亚。
    • 下层网格剖分原则以此类推。
  • 第2次扩展:是将1°网格单元从60′扩展为64′,然后递归四叉剖分,直到1′网格单元。又可称为分级剖分网格,此次剖分包含6级,即10~15级,第10级网格定义为在分级网格根节点基础上平均分为四份,每个网格大小为32′×32′;第10级网格编码为Gddddddddd-m,其中d、m取值0、1、2或3的四进制数。下层网格剖分原则以此类推。
  • 第3次扩展:是将1°网格单元从60″扩展为64″,然后递归四叉剖分,直到1″网格单元。1″以下剖分单元直接采用四叉分割,直到32级。秒级剖分网格是从第16级到第21级剖分,其秒级网格根节点与第15级网格(1′网格或60″网格)一一对应,且编码相同,网格大小从60″扩展到64″,如图3所示。GeoSOT 秒级剖分在第16级网格开始,定义为在秒级网格根节点基础上平均分为四份。第16级网格编码形式为:Gddddddddd-mmmmmm-s,其中d、m、s取值0、1、2或3的四进制数。下层网格剖分原则以此类推。
  • 秒以下22级-32级网格严格按照四分方法进行剖分和编码。

按照上述的剖分层级定义,GeoSOT网格一共分为32个层级,大到全球、小到厘米,均匀地将地球表面空间划分为多层次的网格,这些网格形成了全球四叉树系统。GeoSOT网格上下级别之间的面积之比大致都为4:1,是均匀变化的。

2D网格单元剖分编码

依据GeoSOT网格剖分原理,将GeoSOT网格编码采用64位编码对各级剖分网格进行标识。

最长的编码位为32位四进制数值编码。第1~9位是度级网格编码,第10~15位是分级网格编码,第16~21位是秒级网格编码,第22~32位是秒以下网格编码,编码长度即为网格层级。

GeoSOT 网格的四进制1维编码是以G开头,度、分、秒级编码以“-”隔开,秒以下的编码以“.”隔开,其形式为“Gddddddddd-mmmmmm-ssssss.uuuuuuuuuuu”。其中d、m、s、u取值均为0、1、2、3。具体编码规则是,距赤道和本初子午线的交点最近的剖分网格为0,最远的为3,然后按照先沿纬线方向再沿经线方向对其他两个剖分网格分别为1和2。

通过这种编码方式,实现对每个GeoSOT 网格单元进行编码且该编码全球唯一。同时,由于 GeoSOT 网格中每个网格在地球上具有确定的地理空间范围,因此 GeoSOT 网格单元剖编码具有了准确的地理空间含义,可在某种程度上具有地理空间坐标的意义。

GeoSOT-3D

2n一维整型数组的全球等经纬度剖分网格系统(Geographical coordinate global Subdivision grid with One-dimension-integer on Two to n-th power,简称GeoSOT)。GeoSOT网格设计的核心**是:对自地心至地球外围5万km的地球立体空间,进行八叉树剖分,并且将地球经纬度空间进行三次扩展 (将地球及其邻近经纬度空间扩展为512°×512°×512°,将1°扩展为64′,将1′扩展为64″),从而实现整分整度整秒的剖分网格,形成一个大到整个地球空间(0级)、小到厘米级体元(32级)的多尺度八叉树网格树,同时涵盖4˚、2˚、1˚、2′、1′、2″、1″、0.5″八个基本体元或面片。其网格划分方式的核心思路如图所示。

其中,基于经纬度坐标的地球立体空间如图所示,其经纬度坐标以本初子午线与赤道的交点为原点。纬圈为等间隔、等长的直线,经线为与纬线垂直的、等间隔、等长的直线,经线长度与纬线长度之比为1:2,北极点、南极点成为与纬线平行且等长的直线;纬度范围是-90˚到90˚,经度范围是-180˚到180˚。在空间高度上,以参考椭球中心为0,空间高度最大到为512˚,地球表面大约在高度为180˚/π附近,最大高度离地面大约为5万公里。设定高度单位是度分秒,参考椭球参数,建立空间高度单位与千米、米的换算关系:D˚×πR/180˚=H km。其中,R为地球平均半径,H为地心与该经纬度平面的高程。

在GeoSOT八叉树经纬度剖分网格的基础上,我们对网格构建一一对应的层次性编码。第0层为整个地球立体空间,标记为G,自G开始每一级网格都在上一级网格基础上采用Z序编码,Z序编码方向与该网格所在1级网格相关。(如图3所示)GeoSOT网格编码共具有四种形式: 八进制1维编码、二进制1维编码、二进制3维编码、十进制3维编码。 这四种形式是完全对应、一致的,并且相互之间可以方便转换。

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GeoSOT地球空间参考网格编码最长采用32位8进制数值(0、1、2、3、4、5、6、7),第1-9位是度级网格编码,第10-15位是分级网格编码,第16-21是秒级网格编码,第22-32位是秒以下网格编码;编码长度表示网格层级,编码长度越长,网格越细;书写编码时,前面以G开头,度分秒级编码以“-”隔开,秒以下编码以“.”隔开,形式如下:

Gddddddddd-mmmmmm-ssssss.uuuuuuuuuuu

当GeoSOT地球空间参考网格高度为大地高时(或地球平均半径),此时高度维退化,真三维地球空间参考网格框架就变为二维球面上的参考网格框架,我们称之为GeoSOT球面参考网格。二维球面的网格划分方式为:对地球表面空间进行四叉树剖分,并且将地球经纬度空间进行三次扩展(将地球表面经纬度空间扩展为512°×512°,将1°扩展为64′,将1′扩展为64″)。其中,地球表面空间以赤道与本初子午线的交点为原点,纬度范围是-90°到90°,经度范围从-180°到180°。

GeoSOT球面参考网格编码与GeoSOT地球空间参考网格编码形式与结构一致,GeoSOT球面参考网格也采用Z序编码,并具有四种形式:四进制1维编码、二进制1维编码、二进制2维编码、十进制2维编码。

参考论文

  • Li, S., Cheng, C., Chen, B., Meng, M., 2016, “Integration and management of massive remote-sensing data based on GeoSOT subdivision model”, J. Appl. Remote Sens. 10(3), 034003, DOI:10.1117/1.JRS.10.034003
  • Cheng, C., Tong, X., Chen, B., Zhai, W., 2016, “A Subdivision Method to Unify the Existing Latitude and Longitude Grids”, ISPRS International Journal of Geo-Information, 5(9), 161, DOI:10.3390/ijgi5090161

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