Dyskretna globalna siatka - Discrete global grid
Geodezja |
---|
Discrete Globalna siatka ( DGG ) jest mozaika , która obejmuje powierzchnię całej Ziemi. Matematycznie jest to podział przestrzeni : składa się z zestawu niepustych obszarów, które tworzą podział powierzchni Ziemi. W zwykłej strategii modelowania siatki, aby uprościć obliczenia pozycji, każdy region jest reprezentowany przez punkt, abstrahując siatkę jako zbiór punktów regionu. Każdy region lub punkt regionu w siatce jest nazywany komórką .
Kiedy każda komórka siatki podlega rekurencyjnej partycji, co skutkuje „serią dyskretnych globalnych siatek o coraz większej rozdzielczości”, tworzących siatkę hierarchiczną, nazywa się ją Hierarchicznym DGG (czasami „globalna hierarchiczna teselacja” lub „system DGG” ).
Dyskretne siatki globalne są wykorzystywane jako podstawa geometryczna do budowy struktur danych geoprzestrzennych . Każda komórka jest powiązana z obiektami danych lub wartościami lub (w przypadku hierarchicznym) może być powiązana z innymi komórkami. Zaproponowano wykorzystanie DGG w szerokim zakresie zastosowań geoprzestrzennych, w tym w reprezentacji wektorowej i rastrowej, fuzji danych i baz danych przestrzennych.
Najczęściej używane siatki służą do reprezentacji pozycji poziomej , przy użyciu standardowego układu odniesienia , takiego jak WGS84 . W tym kontekście powszechnie stosuje się również określoną DGG jako podstawę standaryzacji geokodowania .
W kontekście indeksu przestrzennego DGG może przypisać unikalne identyfikatory do każdej komórki siatki, wykorzystując je do celów indeksowania przestrzennego, w geobazach lub do geokodowania .
Referencyjny model kuli ziemskiej
„Glob” w koncepcji DGG nie ma ścisłej semantyki, ale w Geodezji tak zwany „ Grid Reference System” jest siatką dzielącą przestrzeń precyzyjnymi pozycjami względem odniesienia , czyli przybliżonym „standardowym modelem Geoida ”. Tak więc w roli Geoidy „globus” objęty DGG może być dowolnym z następujących obiektów:
- Topograficznych powierzchni Ziemi , kiedy każda komórka siatki ma swoje współrzędne powierzchni położenie i wysokość w stosunku do standardowej geoidy . Przykład: siatka ze współrzędnymi (φ,λ,z), gdzie z jest wysokością.
- Średnia powierzchnia geoidy . Współrzędna z wynosi zero dla całej siatki, dlatego można ją pominąć, (φ,λ) .
Starożytne standardy, przed 1687 (publikacja Newtona Principia), używały „sfery odniesienia”; w dzisiejszych czasach Geoida jest matematycznie abstrakcyjna jako elipsoida odniesienia .- Uproszczony Geoida : czasem stary geodezyjnej standardowe (np SAD69 ) lub w postaci nie-geodezyjnej powierzchni (na przykład powierzchni doskonale sferyczną) muszą być przyjmowane i zostanie pokryty przez sieć. W tym przypadku komórki muszą być oznaczone w sposób jednoznaczny (φ',λ') , a przekształcenie (φ,λ)⟾(φ',λ') musi być znane.
- Powierzchnia projekcyjna . Zazwyczaj współrzędne geograficzne (φ,λ) są rzutowane ( z pewnymi zniekształceniami ) na płaszczyznę odwzorowania 2D ze współrzędnymi kartezjańskimi 2D (x, y) .
Jako globalny proces modelowania, nowoczesne DGG, gdy uwzględniają proces rzutowania, mają tendencję do unikania powierzchni takich jak walec lub stożkowe bryły, które powodują nieciągłości i problemy z indeksowaniem. Regularne wielościany i inne topologiczne odpowiedniki sfery doprowadziły do najbardziej obiecujących znanych opcji, które zostały objęte DGG, ponieważ „rzuty sferyczne zachowują poprawną topologię Ziemi – nie ma osobliwości ani nieciągłości, z którymi trzeba się uporać”.
Podczas pracy z DGG ważne jest, aby określić, która z tych opcji została przyjęta. Tak więc charakterystykę modelu referencyjnego kuli ziemskiej DGG można podsumować za pomocą:
- Odzyskany obiekt : typ obiektu w roli kuli ziemskiej. Jeśli nie ma projekcji, obiekt objęty siatką to Geoida, Ziemia lub kula; w przeciwnym razie klasa geometrii powierzchni projekcyjnej (np. walec, sześcian lub stożek).
- Typ projekcji : brak (brak projekcji) lub obecny. Jeśli występuje, jego charakterystykę można podsumować za pomocą właściwości celu rzutu (np. równy obszar, konforemność itp.) oraz klasy funkcji korygującej (np. trygonometrycznej, liniowej, kwadratowej itp.).
UWAGA: gdy DGG pokrywa powierzchnię projekcyjną, w kontekście pochodzenia danych , ważne są również metadane dotyczące geoidy odniesienia — zazwyczaj informujące o wartości CRS ISO 19111 , bez pomyłki z powierzchnią projekcyjną.
Rodzaje i przykłady
Główną cechą wyróżniającą przy klasyfikowaniu lub porównywaniu DGG jest stosowanie lub nie hierarchicznych struktur siatki:
- W hierarchicznych systemach odniesienia każda komórka jest „odniesieniem do pudełka” do podzbioru komórek, a identyfikatory komórek mogą wyrażać tę hierarchię w logice lub strukturze numeracji.
- W niehierarchicznych systemach odniesienia każda komórka ma odrębny identyfikator i reprezentuje obszar przestrzeni o stałej skali. Dyskretyzacja systemu Latitude/Longitude jest najpopularniejszym i standardowym odniesieniem dla konwersji.
Inne typowe kryteria klasyfikacji DGG to kształt i ziarnistość kafelków ( rozdzielczość siatki ):
-
Regularność i kształt płytek : siatka regularna, półregularna lub nieregularna . Podobnie jak w przypadku typowych płytek z regularnymi wielokątami , możliwe jest układanie płytek o regularnej powierzchni (tak jak płytki ścienne mogą być prostokątne, trójkątne, sześciokątne itp.) lub o tym samym typie lica, ale zmieniając jego rozmiar lub kąty, co daje półregularne kształty.
Jednolitość kształtu i regularność metryk zapewniają lepsze algorytmy indeksowania siatki. Chociaż ma mniej praktyczne zastosowanie, możliwe są całkowicie nieregularne siatki, takie jak pokrycie Voronoi . - Drobna lub gruba granulacja (rozmiar komórki): nowoczesne DGG można parametryzować w rozdzielczości siatki, więc jest to cecha charakterystyczna ostatecznej instancji DGG, ale nie jest przydatna do klasyfikowania DGG, z wyjątkiem sytuacji, gdy typ DGG musi używać określonej rozdzielczości lub mieć limit dyskretyzacji. Siatka „drobnej” granulacji jest nieograniczona, a „gruba” odnosi się do drastycznego ograniczenia. Historycznie główne ograniczenia są związane z mediami cyfrowymi/analogicznymi, kompresją/rozszerzoną reprezentacją siatki w bazie danych oraz ograniczeniami pamięci do przechowywania siatki. Gdy konieczna jest charakterystyka ilościowa, można przyjąć średni obszar komórek siatki lub średnią odległość między środkami komórek.
Siatki niehierarchiczne
Najbardziej powszechną klasą dyskretnych siatek globalnych są te, które umieszczają punkty środkowe komórki na południkach i równoleżnikach długości/szerokości geograficznej lub używają południków i równoleżników długości/szerokości geograficznej do utworzenia granic prostokątnych komórek. Przykłady takich siatek, wszystkie oparte na szerokości/długości geograficznej:
Strefy UTM : dzieli Ziemię na sześćdziesiąt (pasek) stref, z których każda jest sześciostopniowym pasmem długości geograficznej. W mediach cyfrowych usuwa nakładającą się strefę. Użyj siecznej poprzecznej projekcji Mercatora w każdej strefie. Zdefiniuj 60 cylindrów siecznych, po 1 na strefę. Do strefy UTM została zwiększona przez wojskowego siatki systemu odniesienia (MGRS) przez dodanie szerokości geograficznej pasm . |
||||
początek: lata 40. | zadaszony obiekt: cylinder (60 opcji) | projekcja: UTM lub latlong | nieregularne płytki: wielokątne pasy | ziarnistość: gruba |
(nowoczesny) UTM - Universal Transverse Mercator : jest dyskretyzacją ciągłej siatki UTM, z rodzajem dwupoziomowej hierarchii, gdzie pierwszy poziom (gruboziarnisty) odpowiada „strefom UTM z pasmami szerokości geograficznej” ( MGRS ), użyj tych samych 60 cylindrów jako obiektów rzutowania odniesienia. Każda drobnoziarnista komórka jest oznaczona identyfikatorem strukturalnym składającym się z „oznaczenia strefy siatki”, „identyfikatora o powierzchni 100 000 metrów kwadratowych” i „lokalizacji numerycznej”. Rozdzielczość siatki jest bezpośrednią funkcją liczby cyfr we współrzędnych, która jest również standaryzowana. Na przykład komórka 17N 630084 4833438 ma powierzchnię ~10mx10m. PS: ten standard wykorzystuje 60 różnych cylindrów do projekcji. Istnieją również standardy „Regional Transverse Mercator” (RTM lub UTM Regional) i „Local Transverse Mercator” (LTM lub UTM Local), z bardziej specyficznymi cylindrami, dla lepszego dopasowania i precyzji w punkcie zainteresowania. |
||||
początek: lata 50. | zadaszony obiekt: cylinder (60 opcji) | projekcja: UTM | płytki prostokątne: równokątne (konformalne) | ziarnistość: dobrze |
ISO 6709 : Dyskretyzuje tradycyjną reprezentację "siatkową" i nowoczesne lokalizacje oparte na koordynatach numerycznych. Ziarnistość jest ustalana przez prostą konwencję reprezentacji numerycznej, np. podziałka jednostopniowa, podziałka 0,01 stopnia itp., co skutkuje powstaniem komórek o nierównych powierzchniach na siatce. Kształt komórek jest prostokątny, z wyjątkiem biegunów, gdzie są trójkątne. Reprezentacja numeryczna jest standaryzowana przez dwie główne konwencje: stopnie (załącznik D) i dziesiętną (załącznik F). Rozdzielczość siatki jest kontrolowana przez liczbę cyfr (załącznik H). |
||||
początek: 1983 | obiekt objęty: Geoida (dowolny CRS ISO 19111 ) | projekcja: brak | płytki prostokątne: jednolity kształt kulisty | ziarnistość: dobrze |
Pierwotny DEM ( TIN DEM ): Oparta na wektorach trójkątna nieregularna sieć (TIN) — zbiór danych TIN DEM jest również określany jako podstawowy (zmierzony) DEM. Wiele DEM jest tworzonych na siatce punktów umieszczonych w regularnych odstępach kątowych szerokości i długości geograficznej. Przykłady obejmują zestaw danych Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO30) . oraz globalne wielorozdzielcze dane dotyczące wysokości terenu z 2010 r. (GMTED2010). Trójkątna nieregularna sieć jest reprezentacją ciągłej powierzchni składającej się wyłącznie z trójkątnych ścianek. |
||||
początek: lata 70. | zadaszony obiekt: teren | projekcja: brak | płytki trójkątne niejednolite: parametryczne (wektorowe) | ziarnistość: dobrze |
Siatki Arakawy : były używane w modelach systemów Ziemi do meteorologii i oceanografii — na przykład Global Environmental Multiscale Model (GEM) wykorzystuje siatki Arakawa do globalnego modelowania klimatu . Zwana „siecią A” to referencyjna DGG, którą należy porównać z innymi DGG. Używany w latach 80. z rozdzielczościami przestrzennymi ~500x500. | ||||
powstanie: 1977 | zadaszony obiekt: geoida | projekcja: ? | płytki prostokątne: parametryczne, czasoprzestrzenne | ziarnistość: średnia |
Kwadraty WMO : Specjalna siatka, używana wyłącznie przez NOAA, dzieli wykres świata z liniami siatki szerokości i długości geograficznej na komórki siatki o szerokości 10° i długości geograficznej 10°, każda z unikalnym 4-cyfrowym identyfikatorem numerycznym (pierwsza cyfra identyfikuje ćwiartki NE/SE/SW/NW). | ||||
początek: 2001 | zadaszony obiekt: geoida | projekcja: brak | Zwykłe płytki: prostokątne komórki 36x18 | ziarnistość: gruba |
World Grid Squares: Są kompatybilnym rozszerzeniem japońskich Grid Squares znormalizowanych w Japan Industrial Standards (JIS X0410) na cały świat. Kod World Grid Square może identyfikować kwadraty siatki pokrywające świat w oparciu o 6 warstw. Kwadrat siatki możemy wyrazić za pomocą ciągu od 6 do 13 cyfr zgodnie z jego rozdzielczością. | ||||
początek: ? | zadaszony obiekt: geoida | projekcja: ? | ? płytki: ? | ziarnistość: ? |
Siatki hierarchiczne
Ilustracja po prawej stronie przedstawia 3 mapy graniczne wybrzeża Wielkiej Brytanii. Pierwsza mapa została pokryta siatką na poziomie 0 z komórkami o wielkości 150 km. Tylko szara komórka w środku, bez potrzeby powiększania szczegółów, pozostaje na poziomie 0; wszystkie pozostałe komórki drugiej mapy zostały podzielone na czterokomórkową siatkę (siatka-poziom-1), każda o długości 75 km. Na trzeciej mapie 12 komórek poziomu 1 pozostaje szarych, wszystkie pozostałe zostały ponownie podzielone, każda komórka poziomu 1 została przekształcona w siatkę poziomu 2.
Przykłady DGG, które wykorzystują taki rekurencyjny proces, generujący siatki hierarchiczne, obejmują:
ISEA Discrete Global Grids (ISEA DGGs): to klasa siatek zaproponowana przez naukowców z Oregon State University . Komórki siatki są tworzone jako regularne wielokąty na powierzchni dwudziestościanu , a następnie odwrotnie rzutowane przy użyciu odwzorowania mapy Icosahedral Snyder Equal Area (ISEA), aby utworzyć komórki o równych powierzchniach na sferze. Orientację dwudziestościanu względem Ziemi można zoptymalizować pod kątem różnych kryteriów. Komórki mogą być sześciokątami, trójkątami lub czworokątami . Wiele rozdzielczości jest wskazywanych przez wybranie apertury lub stosunku między obszarami komórek w kolejnych rozdzielczościach. Niektóre aplikacje ISEA DGGs obejmują produkty danymi wygenerowanymi za pośrednictwem Europejskiej Agencji Kosmicznej „s Soil Moisture i Ocean zasolenia (SMOS) satelity, który wykorzystuje ISEA4H9 (przysłony rozdzielczość 4 sześciokątne DGGS 9) i oprogramowania komercyjnego Globalny Siatka Systems Insight, który korzysta ISEA3H (przycięcie 3 sześciokątne DGGS). | ||||
początek: 1992..2004 | zadaszony obiekt: ? | projekcji równopowierzchniowa | kafelki sparametryzowane (sześciokąty, trójkąty lub czworokąty): o równej powierzchni | ziarnistość: dobrze |
COBE - Czworokąt Sferyczny sześcian : Sześcian: Podobny rozkład sfery jak HEALPix i S2. Ale nie używa krzywej wypełniającej przestrzeń, krawędzie nie są geodezyjne, a rzutowanie jest bardziej skomplikowane. | ||||
początek: 1975..1991 | zadaszony obiekt: sześcian | projekcja: Perspektywa krzywoliniowa | płytki czworokątne: równomierne zachowanie powierzchni | ziarnistość: dobrze |
Czwartorzędowa siatka trójkątna (QTM): QTM ma trójkątne komórki utworzone przez czterokrotny rekurencyjny podział sferycznego ośmiościanu. | ||||
początek: 1999 ... 2005 | zadaszony obiekt: ośmiościan (lub inny) | rzut: cylindryczny o równej powierzchni Lamberta | płytki trójkątne: jednolita powierzchnia zachowana | ziarnistość: dobrze |
Hierarchiczna pikselizacja o równych powierzchniach isoLatitude ( HEALPix ): HEALPix ma komórki o równych powierzchniach w kształcie czworoboku i został pierwotnie opracowany do użytku z zestawami danych astrofizycznych pełnego nieba. Zwykłe odwzorowanie to "projekcja H?4, K?3 HEALPix". Główna zaleta, w porównaniu z innymi z tej samej niszy indeksowania co S2, "nadaje się do obliczeń z udziałem harmonicznych sferycznych". |
||||
początek: 2006 | zadaszony obiekt: Geoid | projekcja: (K,H) parametryzowana projekcja HEALPix | płytki qradrilater: jednolita powierzchnia zachowana | ziarnistość: dobrze |
Geohash : szerokość i długość geograficzna są połączone, wprowadzając bity w połączonej liczbie. Wynik binarny jest reprezentowany przez base32, oferując kompaktowy kod czytelny dla człowieka. Gdy jest używany jako indeks przestrzenny , odpowiada krzywej rzędu Z . Istnieje kilka wariantów, takich jak Geohash-36 . |
||||
początek: 2008 | zadaszony obiekt: Geoid | projekcja: brak | płytki półregularne: prostokątne | ziarnistość: dobrze |
S2 / S2Region: "S2 Grid System" jest częścią "Biblioteki Geometrii S2" (nazwa pochodzi od matematycznego zapisu n-sfery , S² ). Implementuje system indeksów oparty na rzucie sześciennym i wypełniającej przestrzeń krzywej Hilberta , opracowanym w Google . S2Region S2 jest najbardziej ogólną reprezentacją jego komórek, w której można obliczyć pozycję komórki i metrykę (np. obszar). Każdy region S2 jest podsiecią, co skutkuje hierarchią ograniczoną do 31 poziomów. Na poziomie 30 rozdzielczość szacowana jest na 1 cm², na poziomie 0 wynosi 85011012 km². Identyfikator komórki w hierarchicznej siatce sześcianu (6 ścian) ma identyfikator 60 bitów (więc „każdy cm² na Ziemi można przedstawić za pomocą 64-bitowej liczby całkowitej). |
||||
powstanie: 2015 | zadaszony obiekt: sześcian | projekcja: projekcje sferyczne w każdej ścianie sześcianu za pomocą funkcji kwadratowej | płytki półregularne: rzuty czworoboczne | ziarnistość: dobrze |
S2 / S2LatLng: DGG dostarczane przez reprezentację S2LatLng, podobnie jak siatka ISO 6709, ale hierarchiczna i ze specyficznym kształtem komórki. | ||||
powstanie: 2015 | zakryty obiekt: Geoida lub kula | projekcja: brak | płytki półregularne: czworoboczne | ziarnistość: dobrze |
S2 / S2CellId: DGG dostarczane przez reprezentację S2CellId. Każdy identyfikator komórki jest unikalnym identyfikatorem 64-bitowej liczby całkowitej bez znaku dla dowolnego poziomu hierarchii. | ||||
powstanie: 2015 | zadaszony obiekt: sześcian | projekcja: ? | płytki półregularne: czworoboczne | ziarnistość: dobrze |
Standardowe siatki hierarchiczne o równym obszarze
Istnieje klasa hierarchicznych DGG nazwanych przez Open Geospatial Consortium (OGC) jako „Discrete Global Grid Systems” ( DGGS ), które muszą spełniać 18 wymagań. Wśród nich tym, co najlepiej odróżnia tę klasę od innych hierarchicznych DGG, jest Wymaganie-8: „Dla każdego kolejnego poziomu doprecyzowania siatki i dla każdej geometrii komórki (...) Komórki o równym obszarze (...) w obrębie określony poziom precyzji” .
DGGS został zaprojektowany jako struktura informacji w odróżnieniu od konwencjonalnych systemów odniesienia za pomocą współrzędnych, pierwotnie zaprojektowanych do nawigacji. Aby globalna struktura informacji przestrzennej oparta na siatce działała skutecznie jako system analityczny, powinna być skonstruowana przy użyciu komórek, które jednolicie reprezentują powierzchnię Ziemi. Standard DGGS zawiera w swoich wymaganiach zestaw funkcji i operacji, które struktura musi oferować.
Wszystkie komórki DGGS poziomu 0 są ścianami o równych powierzchniach regularnego wielościanu ...
Modelowanie baz danych
Istnieje wiele DGG, ponieważ istnieje wiele alternatyw reprezentacyjnych, optymalizacyjnych i modelowych. Cała siatka DGG jest kompozycją swoich komórek, a w hierarchicznym DGG każda komórka używa nowej siatki w swoim regionie lokalnym.
Ilustracja nie jest adekwatna do przypadków TIN DEM i podobnych struktur „surowych danych”, gdzie baza danych nie wykorzystuje koncepcji komórki (czyli geometrycznie obszaru trójkąta), ale węzły i krawędzie: każdy węzeł to wzniesienie, a każda krawędź to odległość między dwoma węzłami.
Ogólnie rzecz biorąc, każda komórka DGG jest identyfikowana przez współrzędne swojego punktu regionu (przedstawionego jako centralny punkt reprezentacji bazy danych). Możliwe jest również, przy utracie funkcjonalności, użycie „wolnego identyfikatora”, to znaczy dowolnego unikalnego numeru lub unikalnej symbolicznej etykiety na komórkę, identyfikatora komórki . Identyfikator jest zwykle używany jako indeks przestrzenny (np. wewnętrzny Quadtree lub kd tree ), ale możliwe jest również przekształcenie identyfikatora w czytelną dla człowieka etykietę do zastosowań geokodujących .
Nowoczesne bazy danych (np. wykorzystujące siatkę S2) również wykorzystują wiele reprezentacji dla tych samych danych, oferując zarówno siatkę (lub region komórki) opartą na Geoidzie, jak i siatkę opartą na rzucie.
Ramy DGGS
Norma określa wymagania hierarchicznego DGG , w tym sposób obsługi sieci. Każdy DGG, który spełnia te wymagania, może nosić nazwę DGGS. „Specyfikacja DGGS MUSI zawierać ramkę odniesienia DGGS i związane z nią algorytmy funkcjonalne określone w podstawowym koncepcyjnym modelu danych DGGS” .
- Aby system siatki Ziemi był zgodny z niniejszą specyfikacją abstrakcyjną, musi zdefiniować hierarchiczną teselację komórek o równym obszarze, które dzielą całą Ziemię na wielu poziomach szczegółowości i zapewniają globalną przestrzenną ramkę odniesienia. System musi również zawierać metody kodowania, aby: adresować każdą komórkę; przypisz skwantowane dane do komórek; i wykonywać operacje algebraiczne na komórkach i przypisanych do nich danych. Główne koncepcje podstawowego koncepcyjnego modelu danych DGGS:
- elementy ramy odniesienia, oraz
- funkcjonalne elementy algorytmu; w tym:
- operacje kwantyzacji,
- operacje algebraiczne i
- operacje interoperacyjne.
Historia
Dyskretne siatki globalne z regionami komórek zdefiniowanymi przez równoleżniki i południki szerokości / długości geograficznej były używane od najwcześniejszych dni globalnych obliczeń geoprzestrzennych . Wcześniej dyskretyzacja współrzędnych ciągłych dla celów praktycznych z mapami papierowymi odbywała się tylko z małą ziarnistością. Być może najbardziej reprezentatywnym i głównym przykładem DGG tej epoki przedcyfrowej były wojskowe UTM DGG z lat 40. XX wieku , z drobniejszą identyfikacją granulowanych komórek do celów geokodowania . Podobnie jakaś siatka hierarchiczna istnieje przed obliczeniami geoprzestrzennymi, ale tylko w grubej granulacji.
Globalna powierzchnia nie jest wymagana do użycia na codziennych mapach geograficznych, a pamięć była bardzo droga przed 2000 rokiem, aby umieścić wszystkie dane planetarne w tym samym komputerze. Do przetwarzania danych ze zdjęć satelitarnych i globalnego ( klimatycznego i oceanograficznego ) modelowania dynamiki płynów wykorzystano pierwsze cyfrowe globalne siatki .
Pierwsze opublikowane odniesienia do systemów Hierarchical Geodesic DGG dotyczą systemów opracowanych do modelowania atmosfery i opublikowanych w 1968 roku. Systemy te mają heksagonalne obszary komórek utworzone na powierzchni sferycznego dwudziestościanu .
Przestrzenne siatki hierarchiczne były przedmiotem bardziej intensywnych badań w latach 80., kiedy główne struktury, takie jak Quadtree , zostały zaadaptowane w indeksowaniu obrazów i bazach danych.
Podczas gdy konkretne przykłady tych siatek są używane od dziesięcioleci, termin Discrete Global Grids został wymyślony przez naukowców z Oregon State University w 1997 roku, aby opisać klasę wszystkich takich jednostek.
... Standaryzacja OGC w 2017 roku...
Porównanie i ewolucja
Ocena Discrete Global Grid składa się z wielu aspektów, w tym obszaru, kształtu, zwartości itp. Metody oceny dla odwzorowania mapy , takie jak indicatrix Tissota , są również odpowiednie do oceny opartej na odwzorowaniu mapy Discrete Global Grid.
Dodatkowo, uśredniony stosunek pomiędzy profilami komplementarnymi (AveRaComp) daje dobrą ocenę zniekształceń kształtu dla czworobocznej dyskretnej globalnej siatki dyskretnej.
Wybór i adaptacja bazy danych jest zorientowana na praktyczne wymagania dotyczące większej wydajności, niezawodności lub precyzji. Najlepsze wybory są wybierane i dostosowywane do potrzeb, sprzyjając ewolucji architektur DGG. Przykłady tego procesu ewolucji: od niehierarchicznych do hierarchicznych DGG; od użycia indeksów krzywych Z ( naiwny algorytm oparty na przeplataniu cyfr), używanych przez Geohasha, do indeksów krzywych Hilberta, stosowanych w nowoczesnych optymalizacjach, takich jak S2.
Warianty geokodu
Ogólnie rzecz biorąc, każda komórka siatki jest identyfikowana przez współrzędne swojego punktu regionu, ale możliwe jest również uproszczenie składni i semantyki współrzędnych, uzyskanie identyfikatora, jak w klasycznych siatkach alfanumerycznych — i znalezienie współrzędnych regionu -point z jego identyfikatora. Małe i szybkie reprezentacje współrzędnych to cel w implementacjach Cell-ID dla wszelkich rozwiązań DGG.
Nie ma utraty funkcjonalności, gdy używa się „wolnego identyfikatora” zamiast współrzędnej, to znaczy dowolnego unikalnego numeru (lub unikalnej etykiety symbolicznej) na punkt regionu, identyfikatora komórki . Tak więc przekształcenie współrzędnej w etykietę czytelną dla człowieka i/lub skompresowanie długości etykiety jest dodatkowym krokiem w reprezentacji siatki. Ta reprezentacja nosi nazwę geocode .
Niektóre popularne „ globalne kody miejsc ”, takie jak ISO 3166-1 alfa-2 dla regionów administracyjnych lub kod Longhurst dla ekologicznych regionów kuli ziemskiej, są częściowo objęte zasięgiem kuli ziemskiej. Z drugiej strony, dowolny zestaw identyfikatorów komórek określonego DGG może być użyty jako „ pełne kody miejsc”. Każdy inny zestaw identyfikatorów, używany jako standard do celów wymiany danych, jest nazywany „systemem geokodowania”.
Istnieje wiele sposobów reprezentowania wartości identyfikatora komórki ( cell-ID ) siatki: strukturalne lub monolityczne, binarne lub nie, czytelne dla człowieka lub nie. Zakładając, że element mapy, taki jak fontanna Merlion w Singapurze (element w skali ~ 5 m), reprezentowany przez jego minimalną komórkę ograniczającą lub komórkę z punktem centralnym, identyfikator komórki będzie następujący:
Identyfikator komórki | Nazwa i parametry wariantu DGG | struktura identyfikatora; rozdzielczość siatki |
---|---|---|
(1° 17′ 13,28″ N, 103° 51′ 16,88″ E) | ISO 6709/D w stopniach (załącznik), CRS=WGS84 |
łac ( deg min sec dir ) długo ( deg min sec dir ); sekundy z 2 miejscami ułamkowymi |
(1.286795, 103.854511) | ISO 6709/F w postaci dziesiętnej i CRS=WGS84 |
(lat,long) ; 6 miejsc ułamkowych
|
(1,65AJ, 2V.IBCF) | ISO 6709/F dziesiętnie w podstawie 36 (nie-ISO) i CRS=WGS84 |
(lat,long) ; 4 miejsca ułamkowe
|
w21z76281 | Geohash, base32, WGS84 | monolityczny; 9 znaków |
6PH57VP3+PR | Kod Plus, base20, WGS84 | monolityczny; 10 znaków |
48N 372579 142283 | UTM, standardowy dziesiętny, WGS84 |
zone lat long ; 3 + 6 + 6 cyfr
|
48N 7ZHF 31SB | UTM, współrzędne podstawa 36, WGS84 |
zone lat long ; 3 + 4 + 4 cyfry
|
Wszystkie te geokody reprezentują tę samą pozycję na kuli ziemskiej, z podobną precyzją, ale różnią się długością ciągu , użyciem separatorów i alfabetem (znaki nie będące separatorami). W niektórych przypadkach można użyć reprezentacji „oryginalnej DGG”. Warianty to drobne zmiany, mające wpływ tylko na ostateczną reprezentację, na przykład podstawę reprezentacji numerycznej lub przeplatanie części struktury w tylko jedną reprezentację liczbową lub kodową. Najpopularniejsze warianty są wykorzystywane do zastosowań geokodowania.
Globalne siatki alfanumeryczne
DGG i ich warianty, z czytelnymi dla człowieka identyfikatorami komórek, zostały wykorzystane jako de facto standard dla siatek alfanumerycznych . Nie ogranicza się do symboli alfanumerycznych, ale „alfanumeryczny” jest najczęstszym terminem.
Geokody są notacjami lokalizacji, aw kontekście DGG notacjami wyrażającymi identyfikatory komórek siatki. Istnieje ciągła ewolucja standardów cyfrowych i DGG, a więc ciągła zmiana popularności każdej konwencji geokodowania w ostatnich latach. Szersza adopcja zależy również od przyjęcia przez rząd kraju, wykorzystania w popularnych platformach mapowych i wielu innych czynników.
Przykłady użyte na poniższej liście dotyczą „pomniejszej komórki siatki” zawierającej obelisk Waszyngtona , 38° 53′ 22.11″ N, 77° 2′ 6.88″ W
.
Nazwa DGG/zmienna | Powstanie i licencja | Podsumowanie wariantu | Opis i przykład |
---|---|---|---|
Strefy UTM/nie nakładają się | 1940 - CC0 | oryginał bez nakładania | Dzieli Ziemię na sześćdziesiąt wielokątnych pasów. Przykład:18S
|
Dyskretny UTM | 1940 - CC0 | oryginalne liczby całkowite UTM | Dzieli Ziemię na sześćdziesiąt stref, z których każda jest sześciostopniowym pasem długości geograficznej, i wykorzystuje sieczną poprzeczną projekcję Mercatora w każdej strefie. Brak informacji o pierwszym użyciu cyfrowym i konwencjach. Przypuszczam, że standaryzacjami była późniejsza norma ISO (lata 80-te). Przykład:18S 323483 4306480
|
ISO 6709 | 1983 - CC0 | oryginalna reprezentacja stopni | Rozdzielczość siatki jest funkcją liczby cyfr — z wiodącymi zerami wypełnionymi w razie potrzeby, a częścią ułamkową z odpowiednią liczbą cyfr, aby przedstawić wymaganą dokładność siatki. Przykład: 38° 53′ 22.11″ N, 77° 2′ 6.88″ W .
|
ISO 6709 | 1983 - CC0 | Reprezentacja 7 cyfr dziesiętnych | Wariant oparty na reprezentacji XML, w którym struktura danych jest „krotką składającą się z długości i szerokości geograficznej reprezentującej dwuwymiarowe położenie geograficzne” , a każda liczba w krotce jest liczbą rzeczywistą zdyskretyzowaną z 7 miejscami po przecinku. Przykład: 38.889475, -77.035244 .
|
Kod mapy | 2001 - Apache2 | oryginał | Pierwszy, który przyjął kod mieszany w połączeniu z kodami ISO 3166 (kraj lub miasto). W 2001 roku algorytmy uzyskały licencję Apache2, która zapewnia przyznanie patentu. |
Geohasz | 2008 - CC0 | oryginał | Jest jak latLong z przeplotem bitowym, a wynik jest reprezentowany przez base32 . |
Geohash-36 | 2011 - CC0 | oryginał | Pomimo podobnej nazwy, nie używa tego samego algorytmu co Geohash . Używa siatki 6 na 6 i kojarzy literę z każdą komórką. |
Jakie3słowa | 2013 opatentowany | oryginał (angielski) | konwertuje 3x3 metry kwadratów na 3 słowa ze słownika angielskiego. |
Kod Plus | 2014 - Apache2 | oryginał | Nazywany również „Otwartym kodem lokalizacji”. Kody są liczbami base20 i mogą używać nazw miast, redukując kod o rozmiar kodu pola ograniczającego miasta (jak strategia Mapcode). Przykład: 87C4VXQ7+QV .
|
Identyfikator komórki S2 / Base32 | 2015 - Apache2 | oryginalna 64-bitowa liczba całkowita wyrażona jako base32 | Hierarchiczne i bardzo efektywne indeksowanie bazy danych, ale brak standardowej reprezentacji dla base32 i prefiksów miast, jak PlusCode. |
What3words /otherLang | 2016 ... 2017 - opatentowany | inne języki | taki sam jak angielski, ale przy użyciu innego słownika jako odniesienia dla słów. Przykład portugalski i komórka 10x14m: tenaz.fatual.davam .
|
Inne udokumentowane warianty, ale przypuszczalnie nieużywane lub „nigdy nie popularne”:
Nazwa DGG | Incepcja - licencja | Streszczenie | Opis |
---|---|---|---|
C-kwadraty | 2003 - „bez ograniczeń” | Latlong z przeplotem | Przeplatanie dziesiętne reprezentacji ISO LatLong-stopni. Jest to algorytm „naiwny” w porównaniu z binarnym przeplotem lub Geohash. |
GEOREF | ~1990 - CC0 | Oparty na ISO LatLong, ale używa prostszej i bardziej zwięzłej notacji | „World Geographic Reference System”, wojskowy / lotniczy system współrzędnych służący do identyfikacji punktów i obszarów. |
GARS | 2007 - zastrzeżony | USA/NGA | System referencyjny opracowany przez Narodową Agencję Geospatial-Intelligence (NGA). „znormalizowany system referencyjny obszaru bitwy w całym DoD, który wpłynie na całe spektrum dekonfliktowania przestrzeni bitwy” |
Kwadraty WMO | 2001.. - CC0? | specjalistyczne | Komórki pobierania obrazów NOAA. ... dzieli wykres świata z liniami siatki szerokości i długości geograficznej na komórki siatki o wymiarach 10° szerokości i 10° długości geograficznej, z których każda ma unikalny 4-cyfrowy identyfikator. 36x18 prostokątnych komórek (oznaczonych czterema cyframi, pierwsza cyfra identyfikuje ćwiartki NE/SE/SW/NW). |
Zobacz też
- Odniesienie do siatki
- Siatka geodezyjna
- Lista systemów geokodowania
- Wojskowy system odniesienia sieci
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Grupa Robocza ds. Standardów OGC DGGS
- Strona Discrete Global Grids na wydziale informatyki na południowym Uniwersytecie Oregonu
- Strona modelu klimatu BUGS na siatkach geodezyjnych
- Instytut Badawczy dla stron World Grid Squares na World Grid Squares
- Sześcienny kod pocztowy obowiązujący protokół dla międzynarodowego systemu kodów pocztowych wykorzystującego siatkę metrów sześciennych