CN113010620A - 基于地理多级网格的自然资源数据索引统计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于地理多级网格的自然资源数据索引统计方法及系统，获取研究区域的自然资源数据，包括山、水、林、田、湖、草、海共七类数据，将研究区域按照四叉树递归方式进行方形规则格网剖分；按照经纬度形成多层级的网格编码；对所有自然资源要素，分别根据要素位置确定所在的网格编码，得到相应的类别编码，将同一网格内的同一类别所有自然资源要素进行对象唯一编码，组合得到标识编码；根据标识编码建立网格空间索引，在进行规则多级网格统计时按照网格空间索引进行查询，实现针对不同级别网格的不同类要素精准统计。本发明将自然资源相关各类数据进行有效整合，利用地理多级网格编码索引，大大提高数据空间检索的效率。
Description
技术领域
本发明涉及海量自然资源数据统计技术领域，特别涉及一种基于地理多级网格的自然资源数据索引统计方案。
背景技术
地理多级网格是一种简单、便捷的地理位置描述系统，通过对地理位置进行网格化剖分与编码，可实现对地球空间中某一具体区域的标识，为三维空间定位与索引等提供解决方案，但将地理网格应用于自然资源数据索引统计时，由于与自然资源相关的土地、矿产、地质、测绘、海洋、林业、草原、水资源等各类数据，存在数据体量大、类型多样、数据结构复杂、各类数据来源不同、标准不一致等问题，主要有以下难点：
(1)自然资源数据需要实现空、天、地、海、水下、地下全空间的统一管理但目前缺乏有效的数据统一管理模式，造成这些数据虽然呈爆发性增长但依然是烟囱式架构、孤岛式管理、碎片化分布，没有实现物理分布、逻辑集中的数据管理和应用模式，难以满足自然资数据全面、系统、科学管理的需要。
(2)不同类型、不同比例尺的各类自然资源数据建立全球统一的网格编码索引时，避免数据更新与数据拼接过程中，网格编码索引也需要重新建立或更新的问题。
(3)需要支持实现全球的完全覆盖，空间分布均匀，支持多分辨率表示和多尺度变换，具有一个内在的全球空间索引机制，按照地球真实面貌表示、组织和发布空间信息。
为解决上述问题，本发明通过地理多级网格对整个地球按一定规则进行空间剖分，构建统一的地球空间位置参考框架，通过面/体方式表达空间位置和精度，建立针对要素级别的地理多级网格编码，可以有效地表达地球各圈层、各要素的空间位置和相互关系。基于地理网格的空间标识、空间索引、空间表达、空间推理、时空计算、时空分析、位置服务理论与技术可以为自然资源数据管理提供重要支撑。
发明内容
针对现有自然资源数据管理与统计技术手段的不足，本发明提供一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法，能够使自然资源数据的管理与统计更加高效、精准。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法，包括以下步骤，
步骤1，获取研究区域的自然资源数据，包括山、水、林、田、湖、草、海共七类数据，将研究区域按照四叉树递归方式进行方形规则格网剖分；
步骤2，对步骤1中剖分所得网格面片进行编码，编码规则为按照经纬度将网格面片进行递归四等分，形成多层级的网格编码G；
步骤3，对研究区域的所有自然资源要素，分别根据要素位置确定各自然资源要素所在的网格编码FG；
步骤4，对研究区域的所有自然资源要素，按照所属分类得到各自然资源要素相应的类别编码Fc；
步骤5，将同一网格内的同一类别所有自然资源要素进行对象唯一编码，并记为Fobject；
根据FG、Fc和Fobject组合得到自然资源要素的标识编码Fid；
步骤6，根据每个自然资源要素的标识编码Fid建立网格空间索引，不同图层的自然资源数据使用同一空间索引，实现多图层的自然资源要素统一管理；
步骤7，在进行规则多级网格统计时，按照步骤6中建立的网格空间索引进行查询，实现针对不同级别网格的不同类要素精准统计。
而且，在步骤1中，将研究区域按照四叉树递归方式进行方形规则格网剖分的实现方式为，
采用GeoSOT网格划分方法，基于经纬度空间扩展采用全四叉树递归划分，将地球表面空间从全球剖分至厘米级，共计32层级，网格上下级别之间的面积之比是1/4。
而且，在步骤2中，网格编码G基于GeoSOT四进制1维编码实现。
而且，在步骤3中，确定各自然资源要素所在的网格编码FG实现方式如下，
当自然资源要素为点要素时，按照点要素实体数据比例尺确定其定位和表示精度，根据精度确定适合的网格层级，将经纬度坐标转换到相应层级网格，并用相应网格编码表示位置；
当自然资源要素为面和线要素时，采用以下方式，
1)根据待编码要素实体的左、右、上、下经纬度坐标计算所在空间区域范围； 2)根据待编码要素实体所在空间区域计算空间区域范围上下纬度和左右经度坐标差(DL，DW)，取DL、DW的最大值得到要素实体外包矩形的长边，若长边的边长小于某一级网格边长且大于下一级网格边长，外包矩形与网格不相交，则确定该待编码要素实体对应的网格层级，相应确定最合适的网格面片，通过相交运算求出要素所在的网格编码FG。
而且，在步骤4中，按照所属分类得到各自然资源要素相应的类别编码Fc的规则如下，
Fc＝[0,1,2,3,4,5,6]
其中，0,1,2,3,4,5,6,7分别对应山、水、林、田、湖、草、海七类自然资源数据。
而且，在步骤6中建立网格空间索引时，按层级建立金字塔结构，根据网格索引编码，通过汇总得到不同格网单元的地类分类数量信息，形成矢量格网金字塔的基态数据层。
而且，在步骤7中，将不同图层的自然资源数据进行网格查询时，基态数据格网经逐级汇总得到上一级单元的分类统计信息，重复汇总至单一格网或与最小显示范围相适应；在给定查询范围和层级精度要求后，完整格网直接分类累加，边缘破碎格网根据面积占比推算各地类数值；根据实际应用的需求统计不同层次网格的自然资源要素。
另一方面，本发明还提供一种基于地理多级网格的自然资源索引统计系统，用于实现如上所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法。
而且，包括以下模块，
第一模块，用于获取研究区域的自然资源数据，包括山、水、林、田、湖、草、海共七类数据，将研究区域按照四叉树递归方式进行方形规则格网剖分；
第二模块，用于对第一模块剖分所得网格面片进行编码，编码规则为按照经纬度将网格面片进行递归四等分，形成多层级的网格编码G；
第三模块，用于对研究区域的所有自然资源要素，分别根据要素位置确定各自然资源要素所在的网格编码FG；
第四模块，用于对研究区域的所有自然资源要素，按照所属分类得到各自然资源要素相应的类别编码Fc；
第五模块，用于将同一网格内的同一类别所有自然资源要素进行对象唯一编码，并记为Fobject；
根据FG、Fc和Fobject组合得到自然资源要素的标识编码Fid；
第六模块，用于根据每个自然资源要素的标识编码Fid建立网格空间索引，不同图层的自然资源数据使用同一空间索引，实现多图层的自然资源要素统一管理；
第七模块，用于在进行规则多级网格统计时，按照第六模块中建立的网格空间索引进行查询，实现针对不同级别网格的不同类要素精准统计。
或者，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法。
与现有的技术方案相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提出的一种基于地理多级网格的唯一对象空间索引，提高自然资源数据的检索效率。
(2)本发明提出的一种自然资源数据的管理方式，将不同图层、不同要素类的自然资源统一管理。
(3)本发明提出的基于不规则网格的自然资源统计方法，实现自然资源数据的精准统计。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
图2是本发明实施例的最优网格计算方式示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明利用地理规则网格，可以实现对自然资源数据进行多级规则网格的划分和编码，实现自然资源数据在地理多级网格和不规则网格之间的，完成基于地理多级网格的自然资源数据的统计和专题图表达，将地理网格应用于自然资源数据统计，通过地理网格整合统计多源、海量的自然资源数据及其相互关联的数据，能够使自然资源数据科学化统计管理效率更上一个台阶。
参见图1，本发明实施例提供一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法，具体实现步骤如下：
步骤1：获取研究区域的自然资源数据，包括山、水、林、田、湖、草、海共七类数据，将研究区域按照四叉树递归方式进行方形规则格网剖分。
实施例采用GeoSOT网格划分方法，基于经纬度空间扩展采用全四叉树递归划分，将地球表面空间从全球剖分至厘米级，共计32层级，网格上下级别之间的面积之比是1/4。
步骤2：对步骤1中剖分的网格面片进行编码，编码规则为按照经纬度将网格面片进行递归四等分，形成多层级的网格编码G。
基于经纬度空间扩展的自然资源编码分为四段：度级、分级、秒级以及秒以下网格编码。当可以利用编码长度来隐含网格层级时，编码越长表明网格越细；当无法利用编码长度来隐含网格层级时，需要额外的网格层级编码。
规则网格采用GeoSOT四进制1维编码：基于经纬度空间扩展的自然资源数据划分编码采用最长32位四进制数值(0、1、2、3)进行编码。多级网格的面片编码G的形式为：
G＝ddddddddd-mmmmmm-ssssss.uuuuuuuuuuu (1)
其中，d、m、s、u取值均为0、1、2、3，分别表示度级、分级、秒级以及秒以下网格编码。
步骤3：对研究区域的所有自然资源要素，分别根据要素位置求出各要素所在的网格编码FG。
自然资源要素一般为面要素，可以根据自身的经纬度坐标F(x,y)和最小外包矩形F(MBR)求出要素的所在的网格编码FG。
FG＝G∩M(F(x,y),F(MBR)) (2)
其中，G为多级网格的面片编码，M(F(x,y),F(MBR))为根据待编码要素的经纬度坐标F(x,y)和最小外包矩形F(MBR)确定的最合适的网格面片，通过相交运算求出要素的所在的网格编码FG。
进一步地，本发明提出确定网格编码FG的具体实现方式优选如下：
点要素：点要素实体网格编码是将其经纬度坐标转换到相应层级网格，并用相应网格编码G表示位置。具体实施时，可以按照点要素实体数据比例尺确定其定位和表示精度，并根据精度确定适合描述其的网格层级。例如，实施例中点要素实体编码对应网格等级如下：
表1比例尺对应网格等级表
根据地形类别，相应的数据采集精度不同。
面和线要素：
1)根据待编码要素实体的左、右、上、下经纬度坐标计算其所在空间区域范围，即可知最小外包矩形F(MBR)。
2)根据要素实体所在空间区域计算空间区域范围上下纬度和左右经度坐标差(DL， DW)，取DL、DW的最大值得到要素实体外包矩形的长边，即若DL≥DW则取较长边DL。取较长边DL与相应层级网格长度比较，若其较长边的边长小于某一级网格边长且大于下一级网格边长，外包矩形与网格不相交，则描述该要素实体对应的网格层级就可确定，相应确定最合适的网格面片M(F(x,y),F(MBR))，通过相交运算求出要素所在的网格编码FG
如图2所示，设网格Gabfe为第K级网格，Gacjh为第K+1级网格，Gadnl为第K+2级网格，面状地物A的外包矩形在网格Gabfe内部，则A的网格等级为具体为Dk-1≤DA<Dk，则其网格层级即为K；面状地物B的外包矩形满足Dk-1≤ DB<Dk但与线eg、bi相交，则B的最适合网格为Gacjh，对应网格等级为K+1；面状地物C的外包矩形满足Dk-1≤DB<Dk但与线cm、hk相交，则B的最适合网格为Gadnl，对应网格等级为K+2。
步骤4：将自然资源数据按照“山、水、林、田、湖、草、海”进行分类为 Fc，存储为不同的图层：
Fc＝[0,1,2,3,4,5,6] (3)
其中，0,1,2,3,4,5,6分别对应山、水、林、田、湖、草、海七类自然资源数据。
实施例中，每个层级中，每个类别各存储为一个图层。
步骤5：对步骤3中同一网格内的所有自然资源要素根据所属类别Fc分别进行对象唯一编码，并记为Fobject；也即将同一网格内的同一类别所有自然资源要素进行对象唯一编码，具体实施时，可以在每个层级中，取出各图层分别处理，对某图层各网格逐一进行对象唯一编码。
设组合得到自然资源要素的唯一标识编码为Fid：
Fid＝FG+Fc+Fobject (4)
其中，FG是通过全球四叉树划分的网格面片编码，Fc代表山、水、林、田、湖、草、海七类自然资源数据分类，object表示同一网格的同一类别Fc内所有自然资源要素分别进行对象唯一编码(可以一一顺序编码)。
通过这种编码在全球建立了一个参考框架，可以实现空、天、地、海、水下、地下全空间自然资源数据的统一管理；可以实现多源异构自然资源数据高效整合；可以给每个地理实体赋予一个全球唯一、全球统一的标识ID，便于数据的更新和维护。
步骤6：将每个要素的标识编码Fid建立网格空间索引，不同图层的自然资源数据使用同一空间索引，能够实现多图层的自然资源要素统一管理。
根据GeoSOT网格划分方法可以将网格划分为1-32等级，每个级别对应不同的精度，建立索引时从1级到32级建立金字塔结构，根据网格索引编码，可通过汇总得到不同格网单元的地类分类数量信息，形成矢量格网金字塔的基态数据层。基态数据格网的宽度根据1-32级别的网格进行设定。
步骤7：在进行规则多级网格统计时按照步骤6中建立的金字塔空间索引进行查询，将不同图层的自然资源数据进行网格查询，基态数据格网经逐级汇总可得到上一级单元的分类统计信息，重复汇总至单一格网或与最小显示范围相适应即可。在给定查询范围和层级精度要求后，完整格网可直接分类累加，边缘破碎格网应根据面积占比推算各地类数值。根据实际应用的需求统计不同层次网格的自然资源要素。
基于本发明建立的空间索引给每个地理实体赋予一个全球唯一、全球统一的标识ID，便于数据的更新和维护；有利于计算机高效运算海量数据；有利于不同类型、不同比例尺的各类自然资源数据建立全球统一的网格编码索引，避免数据更新与数据拼接过程中，网格编码索引也需要重新建立或更新的问题。
具体实施时，根据自然资源要素的边界生成规则网格边界，根据上述对自然资源要素进行多层级唯一网格编码建立多级网格空间索引，依据空间索引实现多层级网自然资源要素查询，统计不同层次网格的自然资源要素。
本发明实现将各类数据来源不同、标准不一致的自然资源相关的山、水、林、田、湖、草、海等各类数据进行有效整合，利用地理多级网格编码索引，将不同类型、不同比例尺的各类自然资源数据建立全球统一的网格编码索引，大大提高数据空间检索的效率，避免数据更新与数据拼接过程中，网格编码索引也需要重新建立或更新的问题，实现统一管理和共享应用。
具体实施时，本发明技术方案提出的方法可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行流程，实现方法的系统装置例如存储本发明技术方案相应计算机程序的计算机可读存储介质以及包括运行相应计算机程序的计算机设备，也应当在本发明的保护范围内。
在一些可能的实施例中，提供一种基于地理多级网格的自然资源索引统计系统，包括以下模块，
第一模块，用于获取研究区域的自然资源数据，包括山、水、林、田、湖、草、海共七类数据，将研究区域按照四叉树递归方式进行方形规则格网剖分；
第二模块，用于对第一模块剖分所得网格面片进行编码，编码规则为按照经纬度将网格面片进行递归四等分，形成多层级的网格编码G；
第三模块，用于对研究区域的所有自然资源要素，分别根据要素位置确定各自然资源要素所在的网格编码FG；
第四模块，用于对研究区域的所有自然资源要素，按照所属分类得到各自然资源要素相应的类别编码Fc；
第五模块，用于将同一网格内的同一类别所有自然资源要素进行对象唯一编码，并记为Fobject；
根据FG、Fc和Fobject组合得到自然资源要素的标识编码Fid；
第六模块，用于根据每个自然资源要素的标识编码Fid建立网格空间索引，不同图层的自然资源数据使用同一空间索引，实现多图层的自然资源要素统一管理；
第七模块，用于在进行规则多级网格统计时，按照第六模块中建立的网格空间索引进行查询，实现针对不同级别网格的不同类要素精准统计。
在一些可能的实施例中，提供一种基于地理多级网格的自然资源索引统计系统，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法。
在一些可能的实施例中，提供一种基于地理多级网格的自然资源索引统计系统，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，获取研究区域的自然资源数据，包括山、水、林、田、湖、草、海共七类数据，将研究区域按照四叉树递归方式进行方形规则格网剖分；
步骤2，对步骤1中剖分所得网格面片进行编码，编码规则为按照经纬度将网格面片进行递归四等分，形成多层级的网格编码G；
步骤3，对研究区域的所有自然资源要素，分别根据要素位置确定各自然资源要素所在的网格编码FG；
步骤4，对研究区域的所有自然资源要素，按照所属分类得到各自然资源要素相应的类别编码Fc；
步骤5，将同一网格内的同一类别所有自然资源要素进行对象唯一编码，并记为Fobject；
根据FG、Fc和Fobject组合得到自然资源要素的标识编码Fid；
步骤6，根据每个自然资源要素的标识编码Fid建立网格空间索引，不同图层的自然资源数据使用同一空间索引，实现多图层的自然资源要素统一管理；
步骤7，在进行规则多级网格统计时，按照步骤6中建立的网格空间索引进行查询，实现针对不同级别网格的不同类要素精准统计。
2.根据权利要求1所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法中其特征在于：在步骤1中，将研究区域按照四叉树递归方式进行方形规则格网剖分的实现方式为，
采用GeoSOT网格划分方法，基于经纬度空间扩展采用全四叉树递归划分，将地球表面空间从全球剖分至厘米级，共计32层级，网格上下级别之间的面积之比是1/4。
3.根据权利要求2所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法中其特征在于：在步骤2中，网格编码G基于GeoSOT四进制1维编码实现。
4.根据权利要求3所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法中其特征在于：在步骤3中，确定各自然资源要素所在的网格编码FG实现方式如下，
当自然资源要素为点要素时，按照点要素实体数据比例尺确定其定位和表示精度，根据精度确定适合的网格层级，将经纬度坐标转换到相应层级网格，并用相应网格编码表示位置；
当自然资源要素为面和线要素时，采用以下方式，
1)根据待编码要素实体的左、右、上、下经纬度坐标计算所在空间区域范围；
2)根据待编码要素实体所在空间区域计算空间区域范围上下纬度和左右经度坐标差(DL，DW)，取DL、DW的最大值得到要素实体外包矩形的长边，若长边的边长小于某一级网格边长且大于下一级网格边长，外包矩形与网格不相交，则确定该待编码要素实体对应的网格层级，相应确定最合适的网格面片，通过相交运算求出要素所在的网格编码FG。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法中其特征在于：在步骤4中，按照所属分类得到各自然资源要素相应的类别编码Fc的规则如下，
Fc＝[0，1，2，3，4，5，6]
其中，0，1，2，3，4，5，6，7分别对应山、水、林、田、湖、草、海七类自然资源数据。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法中其特征在于：在步骤6中建立网格空间索引时，按层级建立金字塔结构，根据网格索引编码，通过汇总得到不同格网单元的地类分类数量信息，形成矢量格网金字塔的基态数据层。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法中其特征在于：在步骤7中，将不同图层的自然资源数据进行网格查询时，基态数据格网经逐级汇总得到上一级单元的分类统计信息，重复汇总至单一格网或与最小显示范围相适应；在给定查询范围和层级精度要求后，完整格网直接分类累加，边缘破碎格网根据面积占比推算各地类数值；根据实际应用的需求统计不同层次网格的自然资源要素。
8.一种基于地理多级网格的自然资源索引统计系统，其特征在于：用于实现如权利要求1-7一项所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法。
9.根据权利要求8述基于地理多级网格的自然资源索引统计系统，其特征在于：包括以下模块，
第一模块，用于获取研究区域的自然资源数据，包括山、水、林、田、湖、草、海共七类数据，将研究区域按照四叉树递归方式进行方形规则格网剖分；
第二模块，用于对第一模块剖分所得网格面片进行编码，编码规则为按照经纬度将网格面片进行递归四等分，形成多层级的网格编码G；
第三模块，用于对研究区域的所有自然资源要素，分别根据要素位置确定各自然资源要素所在的网格编码FG；
第四模块，用于对研究区域的所有自然资源要素，按照所属分类得到各自然资源要素相应的类别编码Fc；
第五模块，用于将同一网格内的同一类别所有自然资源要素进行对象唯一编码，并记为Fobject；
根据FG、Fc和Fobject组合得到自然资源要素的标识编码Fid；
第六模块，用于根据每个自然资源要素的标识编码Fid建立网格空间索引，不同图层的自然资源数据使用同一空间索引，实现多图层的自然资源要素统一管理；
第七模块，用于在进行规则多级网格统计时，按照第六模块中建立的网格空间索引进行查询，实现针对不同级别网格的不同类要素精准统计。
10.根据权利要求8所述基于地理多级网格的自然资源索引统计系统，其特征在于：包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如权利要求1-7任一项所述的一种基于地理多级网格的自然资源索引统计方法。
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