在地理信息科學(xué)領(lǐng)域，有一個(gè)方向的研究是地理網(wǎng)格，是一種對(duì)地球表面空間按照一定規(guī)則實(shí)施劃分而得到的格網(wǎng)體系(有時(shí)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(shuō)就是將地球(或球面)切分為有一定形狀、有一定層級(jí)的面片的方法，再進(jìn)一步通過(guò)相關(guān)的數(shù)學(xué)建模和算法研究，以進(jìn)行空間信息的表達(dá)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(yīng)用具有高效性。平常我們接觸到的經(jīng)緯度體系其實(shí)就是一種常見(jiàn)的地理網(wǎng)格的表現(xiàn)形式。如今，隨著數(shù)學(xué)工具的發(fā)展和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是人類已經(jīng)從信息時(shí)代邁入了數(shù)據(jù)時(shí)代，地理網(wǎng)格已經(jīng)成為地理信息科學(xué)研究和大數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域的一個(gè)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(duì)地球空間的認(rèn)知和傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖表達(dá)方式的影響，比如經(jīng)緯度網(wǎng)格、方里網(wǎng)。在過(guò)去的幾十年里，對(duì)地觀測(cè)與導(dǎo)航定位技術(shù)的進(jìn)步使地球測(cè)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(cè)繪技術(shù)層出不窮，Lidar技術(shù)和無(wú)人機(jī)、傾斜攝影測(cè)量等已經(jīng)完全取代并超越了傳統(tǒng)測(cè)繪地理信息技術(shù)。傳感器越來(lái)越多，除了對(duì)地觀測(cè)技術(shù)帶來(lái)的傳統(tǒng)測(cè)繪數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源還包含各種新興的網(wǎng)絡(luò)社交媒體和各種可穿戴設(shè)備、移動(dòng)終端、應(yīng)用APP提供的個(gè)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(yùn)含價(jià)值等特點(diǎn)，讓人類進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代。由此人類社會(huì)得到的數(shù)據(jù)史無(wú)前列的豐富起來(lái)。在這些數(shù)據(jù)當(dāng)中相當(dāng)一大部分被稱之為空間數(shù)據(jù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)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(dòng)軌跡)均與人們生活的空間位置具有相關(guān)性，由此對(duì)于空間信息的處理與應(yīng)用對(duì)空間計(jì)算能力要求越來(lái)越高，就需要有合適的新型數(shù)據(jù)組織形式以應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代的信息處理的挑戰(zhàn)。

　　地理網(wǎng)格的應(yīng)用需求

　　地理網(wǎng)格從古代開(kāi)始就隨著人類對(duì)地球的認(rèn)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(jì)里畫方網(wǎng)格等，現(xiàn)代的地理網(wǎng)格如方里網(wǎng)、美國(guó)的國(guó)家網(wǎng)格USNG、英國(guó)的國(guó)家網(wǎng)格BNGR等。我國(guó)的國(guó)家地理網(wǎng)格研究始于二十世紀(jì)八十年代，并于2009年發(fā)布了《地理格網(wǎng)》(GB/T12409—2009)，這是一個(gè)推薦使用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。除了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一些商業(yè)公司也為了自己的產(chǎn)品和服務(wù)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(kāi)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(jì)算機(jī)對(duì)空間信息大算的需要，同時(shí)這種新的數(shù)據(jù)組織形式也能滿足科學(xué)大數(shù)據(jù)共享的需要。地理網(wǎng)格作為對(duì)地球球面空間進(jìn)行劃分的格網(wǎng)體系，具有較高的標(biāo)準(zhǔn)化程度，有利于開(kāi)發(fā)面向空間數(shù)據(jù)庫(kù)和幾何操作的更有效的算法，在組織和表達(dá)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(yīng)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(lǐng)域里已經(jīng)有了應(yīng)用。例如，對(duì)復(fù)雜地理現(xiàn)象的表達(dá)可研究復(fù)雜的地學(xué)問(wèn)題;對(duì)于自然與人文數(shù)據(jù)的表達(dá)，可研究人類社會(huì)問(wèn)題;對(duì)于地理系統(tǒng)功能與行為的表達(dá)，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(cè)量技術(shù)突飛猛進(jìn)，由此推動(dòng)了地理網(wǎng)格的研究和應(yīng)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(dá)，進(jìn)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(xué)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(yīng)用。

　　地理網(wǎng)格研究的內(nèi)容

　　地理網(wǎng)格的研究?jī)?nèi)容可主要概括為四個(gè)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(yīng)當(dāng)采用什么樣的幾何形狀、通過(guò)什么遞歸方式進(jìn)行多級(jí)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(diǎn)。網(wǎng)格格元表達(dá)的是具有一定面積的對(duì)象的面狀地物特征，而格點(diǎn)是對(duì)格元所在面狀目標(biāo)的特定空間位置和具有點(diǎn)狀特征的對(duì)象進(jìn)行了表達(dá)。網(wǎng)格格邊是一個(gè)度量格元之間通量關(guān)系的一個(gè)因素。

　　二是地理網(wǎng)格如何編碼。地理網(wǎng)格如何通過(guò)代數(shù)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的編碼以便于后期的計(jì)算也是地理網(wǎng)格研究的核心問(wèn)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(dá)、代數(shù)編碼。

　　三是地理網(wǎng)格的計(jì)算。這部分包括地理網(wǎng)格與真實(shí)橢球空間的誤差分布、空間信息檢索、空間關(guān)系計(jì)算、數(shù)據(jù)分發(fā)和應(yīng)用等，這也是地理網(wǎng)格研究的前沿性和基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題。

　　地理網(wǎng)格作為地理空間信息的一種基礎(chǔ)研究和底層技術(shù)，在平時(shí)的日常生活中總是隱性的為商業(yè)客戶和公眾應(yīng)用提供服務(wù)，雖然看不到，但幾乎無(wú)時(shí)無(wú)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(dāng)前的熱點(diǎn)應(yīng)用，將在后續(xù)的文章中介紹。

　　作者簡(jiǎn)介：李濱，北京大學(xué)GIS博士，地理空間信息學(xué)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(yīng)用等。

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