中文:全球导航网格码
英文:Global Navigation Grid Code(GNGC)
定义:利用全球网格实现全球导航的编码,称为全球导航网格码(Global Navigation Grid Code, GNGC)。全球导航网格码是空间信息剖分组织体系中的一种多尺度、离散、适用于导航定位服务的地理网格编码模型,该网格编码模型不但能够有效解决导航定位相关信息的标识问题,同时也使异构空间信息的组织、整合、共享及高效服务的问题得到解决。
1.基本概念
利用全球网格实现全球导航的编码,称为全球导航网格码(Global Navigation Grid Code, GNGC)。全球导航网格码是空间信息剖分组织体系中的一种多尺度、离散、适用于导航定位服务的地理网格编码模型,该网格编码模型不但能够有效解决导航定位相关信息的标识问题,同时也使异构空间信息的组织、整合、共享及高效服务的问题得到解决。
2.概念的提出
2009年-2013年,北京大学地球与空间科学学院(北京大学遥感与地理信息系统研究所)程承旗教授课题组联合武汉大学、信息工程大学、中国科学技术大学、国防科技大学等国内优势单位,完成了国家973项目“全球空天信息剖分组织机理与应用方法研究”的研究工作。项目提出了全球剖分网格框架:2n一维整型数组的全球经纬度剖分网格 。初步解决了空天数据组织过程中面临的三大科学问题:基础框架、区位编码、表达模型。GeoSOT地球网格是一个上至地球外围5万公里空间,下至地心,并将整个地球空间剖分成数以兆亿个大到全球空间,小到厘米级粒度,由32级剖分体元组成的地球空间GIS平台,已有28项技术专利,并出版了专著《空间信息剖分组织导论》。
项目提出了“1+4基础编码、N套应用扩展编码”的完整区位编码体系。其中,地球剖分网格编码是基础编码,已经完成。目前正在开展研究和论证的是遥感、GIS、导航和网络编码的工作,并提出建立行业、部门编码的思路与方法。全球导航网格码就是紧扣整个课题组的研究框架进行的导航定位区位编码研究。“全球导航网格码“的概念首先由北京大学遥感与地理信息系统研究所李滨博士在其2015年的博士论文《全球导航网格码导航计算模型研究》中首次提出。通过提出全球导航网格码并进行研究,可初步解决现有导航面临的一些问题,并为全球导航网格码的应用推广做一些初步的研究和探索工作。
3.研究背景
全球剖分格网(Global Sub-division Grid,GSG),也称作全球离散格网,是一种对地球表面空间按照一定规则实施划分而得到的格网体系(有时候也被称之为地理格网和空间信息格网)。GSG的研究内容是将地球(或球面)切分为面积相等和形状一致的有层级的面片的方法。再进一步通过相关的数学建模和算法研究,以进行空间信息的表达和数据的组织管理,并具有高效性。如今,随着数学工具的发展和计算机科学技术的进步,全球剖分格网已经成为地理信息科学研究领域的一个重要的基本方法。
全球剖分格网的作用很多,在一些领域里有了应用。例如,对复杂地理现象的表达可研究复杂的地学问题。对于自然与人文数据的表达,可研究人类社会问题。对于地理系统功能与行为的表达,可以研究人地关系等。现代技术的发展,使得地球测量技术突飞猛进,由此推动了GSG的研究和应用。GSG的作用已经由传统的地图位置框架和地理现象的表达,进化到了新的层面。主要包括地理空间数据融合、多源数据融合、地学综合分析等新应用。
我国依据自己的实际情况设计出符合我国行业应用习惯的、便于进行空间计算与空间索引,并能进一步推广到全球使用的导航网格编码是必要的,这样的需求是难以被国外网格编码替代的。随着北斗导航系统的建立和不断完善,发展一套拥有自主知识产权、全球适用的全球网格标准和全球导航网格编码具有重要的战略意义,可以上升到国家意志的高度。由于全球剖分模型在空间区位表达方面的天然优势,基于地球剖分模型建立全球网格并设计面向导航应用的网格及其编码就具有很高的可行性。
4.全球导航网格码的作用
全球导航网格码(Global Navigation Grid Code,GNGC)不仅仅可应用于导航,还可应用于相关的很多部门和领域,具有很强的应用潜力和推广价值。从现实情况看,人类活动对空间信息的需求和依赖程度越来越高,各种新的信息应用模式不断涌现,已经呈现出“大数据”、“信息爆炸”特征。特别是位置服务数据,由于其本身使用的广泛性,导致其数据量极其巨大且更新速度极快。据统计,单独的一个地级城市,移动位置服务数据每天新增并需要处理的数据量就达到10亿条以上。与此同时,这些快速增长的大数据却没带来相应的有价值的讯息的同步增加。恰恰相反,世界对于这些数据利用收益却非常的低。由于技术和一些主观因素,大量空间信息被分割、搁置和浪费,而对人类活动有用的信息往往难以全面、及时、准确的得到。尤其是人类在由互联网时代进入移动互联时代之后,借助于各种可穿戴设备和移动终端,大量的社会感知数据得以涌现,这些人类社会感知的大数据的分析处理也已经成为一个重要的研究热点[6]
。因此,如何更有效地对全球、海量、高动态空间信息进行获取、存储、计算、处理和调用(即高效组织),使用户能够真正实现“按需”得到全面、及时、准确、有用的空间信息,已成为当今信息技术发展的一个关键性课题。
全球导航网格码不仅可标识位置,同时还可以标识区域,能够满足海量空间信息在位置要素表达上的唯一性、多尺度、层次关联、以及无缝无叠的要求。而其整形数的编码设计,则能够大大简化对区域位置的标识、表达和计算,同时还与传统的经纬度标识不相矛盾,是对现有基于经纬度和矢量路网的导航系统的很好完善和补充。
随着卫星导航定位技术、数字地图、数字街道地图、无线通信等技术的发展和应用,尤其是车载导航和手持式导航终端的广泛普及,针对卫星导航系统的特点,设计满足其需要的导航网格编码方法及相应的服务模型具有较高的实用价值。