CN112765301A - 一种基于层叠框架的区域划分方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于层叠框架的区域划分方法，包括：确定管理所需覆盖的空间范围的经度最大值和最小值，以及纬度最大值和最小值；设置不同层级的格网空间分辨率；通过二分法分别将所述空间范围按经向和纬向进行二分，在划分后的格网空间内进行下一层的二分格网划分；对二分法所获得的格网分别进行经度二进制编码和纬度二进制编码，并将得到的经度二进制编码和纬度二进制编码进行交叉组合得到一维二进制编码；对所述一维二进制编码进行字符编码；对满足预设条件的格网进行划分之后，对字符编码进行数字编码；根据最终编码结果对空间范围进行划分。本发明使得渔区的编码不仅体现地理空间信息，同时根据不同的编码长度可以判断渔区划分的层级。

Description

一种基于层叠框架的区域划分方法
技术领域
本发明涉及地理空间大数据应用技术领域，特别是涉及一种基于层叠框架的区域划分方法。
背景技术
渔区是捕捞海域的区划单位。对捕捞生产水域进行区域划分，便于渔获产量和捕捞作业位置的记录以及渔船生产的指挥和调度。我国将海洋水域按经纬度划分为若干个渔区，其划分以服务渔业管理、便于渔获量地理分布的空间统计为目的。我国海域的渔区管理，由北向南，由西向东，将渤、黄、东海和南海主要海域划分成438个渔区及100余个向东延伸的渔区。渔区划分是以经纬度各30分(0.5°×0.5°)范围为一个渔区。所有渔区根据从北到南和由西向东的顺序依次给予编号。对于一些传统的高产渔区，可再分为9等份(小渔区，空间尺度为10′×10′)，由北向南，由西向东依次编为1-9。
目前我国渔区的划分和编号方式与地理空间的直接对应关系比较弱，不利于基于地理空间格网来对海洋渔业实施比较精细化的管理：使用固定分辨率来划分渔区，未考虑可能存在从不同空间尺度对渔业资源实施管理的需要；也未考虑渔区管理对象的分布特征，导致同一层级格网之间的数据量不均衡，引起格网中稠疏数据的管理和统计效率不高，而稠密数据则精度低的问题；现有的渔区编号以从北至南从西至东的顺序编号方式进行，当只给出单一编号时，渔区编号无法直接体现出其实际的空间经纬度信息，以及无法体现与邻近渔区的空间关系或与邻近等级(相邻的上一级或下一级)渔区的嵌套关系。因此，为了便于实施基于地理空间格网的我国近海渔业管理，必须提出切实有效的管理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于层叠框架的区域划分方法，使得渔区的编码不仅体现地理空间信息，同时根据不同的编码长度可以判断渔区划分的层级。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于层叠框架的区域划分方法，包括：
步骤(1)：确定管理所需覆盖的空间范围的经度最大值和最小值，以及纬度最大值和最小值；
步骤(2)：设置不同层级的格网空间分辨率；
步骤(3)：通过二分法分别将所述空间范围按经向和纬向进行二分，在划分后的格网空间内进行下一层的二分格网划分；
步骤(4)：对二分法所获得的格网分别进行经度二进制编码和纬度二进制编码，并将得到的经度二进制编码和纬度二进制编码进行交叉组合得到一维二进制编码；
步骤(5)：对所述一维二进制编码进行字符编码；
步骤(6)：对满足预设条件的格网进行划分，再对所述步骤(5)得到的字符编码在满足预设条件划分后的格网中进行数字编码；
步骤(7)：根据最终编码结果对空间范围进行划分。
所述步骤(1)中的经度最大值和最小值，以及纬度最大值和最小值满足公式：
Lonmax-Lonmin＝Latmax-Latmin＝2N
其中，Lonmax为空间范围中经度的最大值，Lonmin为空间范围中经度的最小值，Latmax为空间范围中纬度的最大值，Latmin为空间范围中纬度的最小值，N为正整数。
所述步骤(2)中的格网空间分辨率若满足SR(i)≥0.5°，则SR(i-1)＝2SR(i)＝2-i+1SR(0)，i＝{i|0＜i＜n,n∈N}，其中，SR(i-1)＞SR(i)，SR(0)为初始格网分辨率且SR(0)＝Lonmax-Lonmin＝Latmax-Latmin＝2N，SR(i)为第i层的格网空间分辨率，n为格网空间划分总次数，N为正整数，Lonmax为空间范围中经度的最大值，Lonmin为空间范围中经度的最小值，Latmax为空间范围中纬度的最大值，Latmin为空间范围中纬度的最小值。
所述步骤(3)中的通过二分法分别将空间范围按经向和纬向进行二分，在划分后的格网空间内进行下一层的二分格网划分，公式为：
Figure BDA0002920205560000021
其中，GridNumber(J)为空间剖分后网格中列的数量，GridNumber(I)为空间剖分后网格中行的数量，Lonmax为空间范围中经度的最大值，Lonmin为空间范围中经度的最小值，Latmax为空间范围中纬度的最大值，Latmin为空间范围中纬度的最小值，SR(i)为第i层格网空间分辨率。
所述步骤(3)还包括：计算经向和纬向剖分次数，公式为：
Figure BDA0002920205560000031
其中，Sublon为经向剖分次数，Sublat为纬向剖分次数，GridNumber(J)为空间剖分后网格中列的数量，GridNumber(I)为空间剖分后网格中行的数量，SR(i)为第i层格网空间分辨率。
所述步骤(4)具体为：
步骤(41)：经向上，每剖分一次进行0、1赋值，具体为：经向上若剖分在二分线以东，则格网编码为1；经向上若剖分在二分线以西，则格网编码为0；并将生成的经向二进制值按序排列，得到经度二进制编码；
步骤(42)：纬向上，每剖分一次进行0、1赋值，具体为：纬向上若剖分在二分线以北，则格网编码为1；纬向上若剖分在二分线以南，则格网编码为0；并将生成的纬向二进制值按序排列，得到纬度二进制编码；
步骤(43)：经纬度二进制交叉编码：按照先经后纬顺序，将所述经度二进制编码和纬度二进制编码的各数位交叉组合，转换成一维二进制编码。
所述步骤(5)中的字符编码为22位字符编码。
所述步骤(6)具体为：当划分的格网满足预设条件SR(i)＝0.5°时，则在进行i+1层格网划分时，将第i层格网进行3×3划分，公式为：SR(i+1)＝3-1SR(i)，其中，SR(i)为第i层格网空间分辨率；最后对所述步骤(5)得到的字符编码在划分的3×3格网中进行数字编码。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明将我国渔区的划分和编号方式与地理空间关系直接对应，有利用实现基于地理空间格网实施对我国近海海洋渔业的管理。本发明给出四种不同层级分辨率下的渔区划分，考虑了在渔区管理中存在不同空间尺度的需要，弥补了固定分辨率来划分渔区的不足；在同一管理范围内给出不同的划分等级，以满足复杂的渔业管理的需要。本发明对不同等级划分后的渔区进行编码，使得渔区的编码不仅体现地理空间信息(包括与邻近渔区的空间关系或邻近等级划分的渔区关系)，同时根据不同的编码长度可以判断渔区划分的层级；因此，可以基于地理空间格网实施对我国近海渔业的管理，弥补了传统的顺序编码的不足。
附图说明
图1是本发明实施方式的方法流程示意图；
图2是本发明实施方式的层叠框架示意图；
图3是本发明实施方式的层叠格网二分的经纬度二进制编码示意图；
图4是本发明实施方式的层叠格网二分的字符编码示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于层叠框架的区域划分方法，可以用于中国海域渔区的编码和管理，对不同等级划分后的渔区进行编码，使得渔区的编码不仅体现地理空间信息，同时根据不同的编码长度可以判断渔区划分的层级，如图1所示，具体步骤如下：
步骤(1)：根据中国近海海域空间分布范围和格网划分编码的易操作性，本实施方式所覆盖的经纬度范围为：105°～169°E，0°～64°N。
所述步骤(1)中的经度最大值和最小值，以及纬度最大值和最小值满足公式：
Lonmax-Lonmin＝Latmax-Latmin＝2N
其中，Lonmax为空间范围中经度的最大值，Lonmin为空间范围中经度的最小值，Latmax为空间范围中纬度的最大值，Latmin为空间范围中纬度的最小值，N为正整数。
步骤(2)：设置不同层级的格网空间分辨率。
所述步骤(2)中的格网空间分辨率若满足SR(i)≥0.5°，则SR(i-1)＝2SR(i)＝2-i+1SR(0)，i＝{i|0＜i＜n,n∈N}，其中，SR(i-1)＞SR(i)，SR(0)为初始格网分辨率且SR(0)＝Lonmax-Lonmin＝Latmax-Latmin＝2N，SR(i)为第i层格网空间分辨率，n为格网空间划分总次数，Lonmax为空间范围中经度的最大值，Lonmin为空间范围中经度的最小值，Latmax为空间范围中纬度的最大值，Latmin为空间范围中纬度的最小值。
如图2所示，在本实施方式中，兼顾我国四大海区(渤、黄、东、南海域)复杂的渔船作业分布状况和已有渔区划分的现状，将渔区层级的格网空间分辨率自上而下设置为第一分辨率2°×2°、第二分辨率1°×1°、第三分辨率0.5°×0.5°和第四分辨率10'×10'。
步骤(3)：通过二分法分别将空间范围(105°～169°E，0°～64°N)按经向(东西向)和纬向(南北向)进行二分，在划分后的格网空间内进行下一层的二分格网划分，公式为：
Figure BDA0002920205560000051
其中，SR(i)≥0.5°为约束条件，在该约束条件下才进行二分格网划分，GridNumber(J)为空间剖分后网格中列的数量，GridNumber(I)为空间剖分后网格中行的数量，Lonmax为空间范围中经度的最大值，Lonmin为空间范围中经度的最小值，Latmax为空间范围中纬度的最大值，Latmin为空间范围中纬度的最小值，此处Lonmax＝169°，Lonmin＝105°，Latmax＝64°，Latmin＝0°，SR(i)为第i层格网空间分辨率。
本实施方式中，将格网空间分辨率SR(Spatial Resolution)分别设置为2°、1°和0.5°三种格网分辨率，即SR(i)取值分别为2、1和0.5。
所述步骤(3)中经向和纬向剖分次数的公式如下：
Figure BDA0002920205560000052
其中，SR(i)≥0.5°为约束条件，在该约束条件下才进行二分格网划分，进而能够得到经向和纬向剖分次数，Sublon为经向剖分次数，Sublat为纬向剖分次数。
当格网剖分次数为5，即2°×2°，网格阵列数为32×32。
当格网剖分次数为6，即1°×1°，网格阵列数为64×64。
当格网剖分次数为7，即0.5°×0.5°，网格阵列数为128×128。
步骤(4)：对二分法所获得的格网进行二进制编码，如图3所示，具体步骤如下：
步骤(41)：经度空间范围为105°～169°E，每剖分一次进行0、1赋值，经向上二分线以东(右)的格网编码为1，位于二分线以西(左)的格网编码为0；按此方式二进制赋值，将生成的0、1二进制值按序排列，得到经度的二进制编码。
步骤(42)：纬度空间范围为0°～64°N，每剖分一次进行0、1赋值，纬向上二分线以北(上)的格网编码为1，位于二分线以南(下)的格网编码为0；按此方式二进制赋值，将生成的0、1二进制值按序排列，得到纬度的二进制编码。
步骤(43)：经纬度二进制交叉编码：将经度、纬度的二进制编码，按照先经后纬顺序，将经、纬二进制编码各数位交叉组合，转换成一维二进制编码，保证二进制数组内偶数位为经度、奇数位为纬度。
步骤(5)对于交叉组合后的经纬度二进制编码，按表1进行22位进行字符编码，字符编码详见图4。
表1 22二进制对应字符编码表
二进制表示 00 01 10 11
字符编码 ‘A’ ‘B’ ‘C’ ‘D’
所述步骤(5)具体为：
当格网剖分次数为5，即经纬度二进制编码长度为10，即2°×2°，字符编码长度为5，网格阵列为32×32，见表2。
当格网剖分次数为6，即经纬度二进制编码长度为12，即1°×1°，字符编码长度为6，网格阵列为64×64，见表3。
当格网剖分次数为7，即经纬度二进制编码长度为14，即0.5°×0.5°，字符编码长度为7，网格阵列为128×128，见表4。
表2 2°×2°分辨率格网的二进制编码表
Figure BDA0002920205560000071
表3 1°×1°分辨率格网的二进制编码表
Figure BDA0002920205560000072
表4 0.5°×0.5°分辨率格网的二进制编码表
Figure BDA0002920205560000081
步骤(6)：对满足预设条件的格网进行划分，再对所述步骤(5)得到的字符编码在满足预设条件划分后的格网中进行数字编码。
所述步骤(6)具体为：考虑到本实施方式是对我国四大海区(渤、黄、东、南海域)进行划分，为了适用我国现行的小渔区，当划分的格网满足预设条件SR(i)＝0.5°时，即0.5°×0.5°的格网(0.5°＝30')，则在第i+1层格网的划分时，将第i层格网进行3×3划分，继续以10′为间隔，即南北向、东西向均以10′为间隔划分，划分为3×3格网，公式为：SR(i+1)＝3-1SR(i)，其中，SR(i)为第i层格网空间分辨率；最后对所述步骤(5)得到的字符编码在划分的3×3格网中进行数字编码。
根据格网空间分辨率0.5°×0.5°，以左下角(123.5°E，30°N)为例，其二字制字符编码为ADBBCBB，相应10′×10′格网的编码见表5。
表5 10′×10′小渔区划分对应字符编码表
ADBBCBB 1 ADBBCBB 2 ADBBCBB 3
ADBBCBB 4 ADBBCBB 5 ADBBCBB 6
ADBBCBB 7 ADBBCBB 8 ADBBCBB 9
步骤(7)：根据最终编码结果对空间范围进行划分。值得一提的是，本实施方式还可以应用于陆地区域。
由此可见，本发明根据编码结果进行区域划分，实现对不同等级划分后的渔区进行编码，使得渔区的编码不仅体现地理空间信息(包括与邻近渔区的空间关系或邻近等级划分的渔区关系)，同时根据不同的编码长度可以判断渔区划分的层级。因此，可以基于地理空间格网实施对我国近海渔业的管理，弥补了传统的顺序编码的不足。

Claims (8)

1.一种基于层叠框架的区域划分方法，其特征在于，包括：
步骤(1)：确定管理所需覆盖的空间范围的经度最大值和最小值，以及纬度最大值和最小值；
步骤(2)：设置不同层级的格网空间分辨率；
步骤(3)：通过二分法分别将所述空间范围按经向和纬向进行二分，在划分后的格网空间内进行下一层的二分格网划分；
步骤(4)：对二分法所获得的格网分别进行经度二进制编码和纬度二进制编码，并将得到的经度二进制编码和纬度二进制编码进行交叉组合得到一维二进制编码；
步骤(5)：对所述一维二进制编码进行字符编码；
步骤(6)：对满足预设条件的格网进行划分，再对所述步骤(5)得到的字符编码在满足预设条件划分后的格网中进行数字编码；
步骤(7)：根据最终编码结果对空间范围进行划分。
2.根据权利要求1所述的基于层叠框架的区域划分方法，其特征在于，所述步骤(1)中的经度最大值和最小值，以及纬度最大值和最小值满足公式：
Lonmax-Lonmin＝Latmax-Latmin＝2N
其中，Lonmax为空间范围中经度的最大值，Lonmin为空间范围中经度的最小值，Latmax为空间范围中纬度的最大值，Latmin为空间范围中纬度的最小值，N为正整数。
3.根据权利要求1所述的基于层叠框架的区域划分方法，其特征在于，所述步骤(2)中的格网空间分辨率若满足SR(i)≥0.5°，则SR(i-1)＝2SR(i)＝2-i+1SR(0)，i＝{i|0＜i＜n,n∈N}，其中，SR(i-1)＞SR(i)，SR(0)为初始格网分辨率且SR(0)＝Lonmax-Lonmin＝Latmax-Latmin＝2N，SR(i)为第i层的格网空间分辨率，n为格网空间划分总次数，N为正整数，Lonmax为空间范围中经度的最大值，Lonmin为空间范围中经度的最小值，Latmax为空间范围中纬度的最大值，Latmin为空间范围中纬度的最小值。
4.根据权利要求1所述的基于层叠框架的区域划分方法，其特征在于，所述步骤(3)中的通过二分法分别将空间范围按经向和纬向进行二分，在划分后的格网空间内进行下一层的二分格网划分，公式为：
Figure FDA0002920205550000021
其中，GridNumber(J)为空间剖分后网格中列的数量，GridNumber(I)为空间剖分后网格中行的数量，Lonmax为空间范围中经度的最大值，Lonmin为空间范围中经度的最小值，Latmax为空间范围中纬度的最大值，Latmin为空间范围中纬度的最小值，SR(i)为第i层格网空间分辨率。
5.根据权利要求1所述的基于层叠框架的区域划分方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括：计算经向和纬向剖分次数，公式为：
Figure FDA0002920205550000022
其中，Sublon为经向剖分次数，Sublat为纬向剖分次数，GridNumber(J)为空间剖分后网格中列的数量，GridNumber(I)为空间剖分后网格中行的数量，SR(i)为第i层格网空间分辨率。
6.根据权利要求1所述的基于层叠框架的区域划分方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：
步骤(41)：经向上，每剖分一次进行0、1赋值，具体为：经向上若剖分在二分线以东，则格网编码为1；经向上若剖分在二分线以西，则格网编码为0；并将生成的经向二进制值按序排列，得到经度二进制编码；
步骤(42)：纬向上，每剖分一次进行0、1赋值，具体为：纬向上若剖分在二分线以北，则格网编码为1；纬向上若剖分在二分线以南，则格网编码为0；并将生成的纬向二进制值按序排列，得到纬度二进制编码；
步骤(43)：按照先经后纬顺序，将所述经度二进制编码和纬度二进制编码的各数位交叉组合，转换成一维二进制编码。
7.根据权利要求1所述的基于层叠框架的区域划分方法，其特征在于，所述步骤(5)中的字符编码为22位字符编码。
8.根据权利要求1所述的基于层叠框架的区域划分方法，其特征在于，所述步骤(6)具体为：当划分的格网满足预设条件SR(i)＝0.5°时，则在进行i+1层格网划分时，将第i层格网进行3×3划分，公式为：SR(i+1)＝3-1SR(i)，其中，SR(i)为第i层格网空间分辨率；最后对所述步骤(5)得到的字符编码在划分的3×3格网中进行数字编码。
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