2015年格网模型-GIS理论及方法

1、2015年格网模型-GIS理论及方法第一页，共102页。信息发展需求存在问题？产生背景格网概念与特征0 导言第二页，共102页。基础地理信息数据成果统计1、信息发展需求数据成果分类数据量（TB)数据存储平台在线数据成果16GIS/RS文件数据关系型数据库（Oracle8i+SDE）近线数据成果5.1RS文件数据库（ASM近线存储系统）离线数据成果37GIS/RS文件类型（磁带库、磁带机）合 计58.1TB。截止到2006年11月初1995年底0.5GB1996年底10GB1998年底200GB2003年底5TB2006年底16TB第三页，共102页。时间数据量19950199820032006

2、100GB200GB19961000GB2TB4TB6TB16TB增长快速!11年增长了32000倍增长突发!1996、1998、2003、20061、信息发展需求第四页，共102页。硬件环境 1995年和1996年 SUN Diak Array 102(1)，可用存储空间30GB。1998年 SUN Diak Array 102(1)、SUN A5000(2) 可用存储空间200GB。1998年 SUN Diak Array 102(1)、SUN A5000(4) 可用存储空间220GB。2003年 SUN Diak Array 102、SUN A5000(4) 、DELL NAS(1)、

3、STK 9176(1)、D178(1)可用存储空间9000GB。2006年 SUN A5000(4) 、DELL NAS (1)、DELL SE220(1)、3510(1)、 STK 9176(1)、D178(1)、HDS AMS200(2)可用存储空间28000GB。增长快速!11年增长了933倍DAS（SCSI）NAS（SCSI）SAN（FC）在线、近线和离线共存1、信息发展需求第五页，共102页。科学技术的进步迅速地改变着人类生存环境与交流方式，在经济、文化、科学、教育和军事各领域逐渐出现了一些新的信息需求。 1、信息发展需求第六页，共102页。身居不同地点的多个人可以在一个虚拟环境中相

4、聚，一起讨论、交流共同关心的问题。这个环境是互感知的(眼下还是以视、听为主)和互操作的。这种超越时空限制的环境已在虚拟会场、远程教育和异地诊断、治疗甚至是手术等方面获得较为成功的应用。 协作环境 (Collaboration Environment) 第七页，共102页。综合集成的概念是上世纪90年代初智能计算机研究受阻的形势下提出的。在军事指挥领域，曾寄希望于以智能计算机代替人的大脑实现指挥自动化的愿望当然也就不可能在可预见的时间内实现。于是提出“走综合集成之路”的指导思想(钱学森 1990，王锤 等 1993)。综合集成有三个主要特点:(1)系统是巨型的;(2)多学科交叉;(3)人一机协作

5、。军事信息化作战系统 (例如美国的C4ISR系统就是较为成功的一个，但由于集成度不够，还有赖于下面谈到的网格方法来补救)。在巨系统中提供良好的人机交互环境是发挥人的主导作用的关键在大型指挥决策系统中提供电子地图、公用态势图、虚拟环境等可视化的保障能力，成为检验系统能否实用的指标。作为一个工程任务的综合集成难度非常之大，是因为它是多学科、多技术的融合与渗透而不是简单的设备和功能的集成;更烦人的是它要触动传统的管理体制和指挥体系。 综合集成工程(Meta-synthetic Engineering)第八页，共102页。精细化或精确化是人类认识和改造客观存在的深化，也是发展的必然趋势。精细农业可以充

6、分利用资源，有效提高产量;精确感知是制定政策和优化决策的基础;精确打击是信息化作战的重要特色，它以很少的代价充分发扬火力，有效打击对手，减少不必要伤亡;精密工业则减少能源消耗、降低成本、提高产品质量。精细化给人类带来巨大的利益。海量数据的快速处理伴随庞大的科学工程和精细、动态、实时计算任务的增加，对高效能计算机的需求也日益增长，但巨型计算机的生产总是赶不上需求的增长，同时分散于各地的中小型计算机又因开工不足而大量闲置。如何像电力网一样充分发挥计算资源的作用，是当前急需解决的问题? 认知和行为的精细化 第九页，共102页。能准确预测灾害(自然灾害、突发传染病、恐怖行为等等)发生的地点、时间和趋势

7、，并有效地组织御防和救护，是当前各国十分关注的大事。灾害的全球性趋势日益明显，突发性加大，现有的各种信息系统、定位搜索技术、防护装备和应急预案的制定等准备工作虽有重大进展，但仍然缺少整体的、实时的认知、指挥和支援的能力。灾害预测和防护 第十页，共102页。这些新需求的共同特点是要将正确的信息，在准确的时间，精确的地点，传递给被确认的便用者。具体说，应该具备下述的条件:有足够详细度并能及时更新的信息资源，包括地理空间基础数据库和多种专题数据库及其管理系统;高效的宽带网，解决视频传输;基于全球的地理空间坐标系(地理基础框架);准确的时间标准(授时系统);快速处理海量数据的计算环境;要求？第十一页，

8、共102页。但是我们现有的信息环境与保障能力还远远不能满足这一要求，不论国内国外都存在严重的缺陷:由于这5项最基础性的信息环境的缺陷，导致全球性信息化建设进程迟缓，烟囱林立，效能低下。下面我们仅以部分实例来说明现有的信息保障能力与环境。 2、存在问题？ 从地理空间基础数据到个部门、行业、学科的专题数据严重不足，缺乏统一标准，内容陈旧;网络功能不强，系统缺乏统一标准;没有全球为基础的地理坐标系;时间尺度不一，隐含潜在的危险;计算能力有限，计算资源浪费严重;第十二页，共102页。2002年因特网年会主题是“因特网的十字路口”。10年来，因特网的技术与管理之间的矛盾空前尖锐：一方面，它已成为信息的支

9、柱和生活的核心；但另一方面，它又成为混乱动荡的代名词。因特网面临的十大难题(Nelson 2002):身份识别;知识产权保护;个人隐私保护;新一代IP技术;下一代网络技术;无线传输技术;电话网和因特网融合技术;视频传输技术;垃圾邮件过滤技术;安全技术。 实例 1因特网第十三页，共102页。协调世界时民用计时的尺度，1972年以来己增加了32个闰秒。国际原子钟时用于科学目的，比协调世界时快32秒。GPS时美国全球定位系统采用的时间尺度。它计入1980年前的闰秒但不计1980年后的闰秒，因此GPS对比协调世界时快13秒，比国际原子钟慢19秒。 实例 2时间标准当前我们不是用一种公认的方式报时，而是

10、有几种时间尺度同时运转，相差可以大到30多秒。因月球引力使地球速度放慢，不能像原子钟那样守时，所以我们的时钟不时地要停1秒(称为闰秒)，好让地球赶上。第一个闰秒出现在1972年，最近增加的第32个闰秒是1998年12月31日。这说明地球旋转正在逐步放慢的事实。现有的几种时间尺度:第十四页，共102页。美军的各种对地观测系统，特别是各种指控系统各自为政和缺少统一标准的现状特别突出，不能互通的各种C3I系统就有128个。当前在轨卫星约700个，一半是美国的，其中110个为军用，分别用于导航、通信、测地、侦察、预警等等，但互不通用。美国通信卫星很多，海军1个，空军l个，国防部3个，试验卫星l个，各军

11、兵种之间不能通用，在近年美国发动的两场战争中充分暴露了问题的严重性。实例 3指挥系统(美军)第十五页，共102页。实例 3指挥系统(美军)1、当前战场情报和各种空间数据采集、存储、管理、查询和检索功能没有充分开发出来。还不能满足作战指挥在空间分析、预测预报、决策支持等方面的需求;2、初期的指挥系统尚不能实时提供结论性专题数据及结论性专题图像，而这些信息对作战、指挥的保障是十分重要的。3、由于部门利益和市场利润的影响，各种系统都有各自的技术标准，都建立自己的软件体系，它们通用功能相似，专用功能不强，且难于互通和二次开发。4、战场态势信息和空间信息本质上是随机的、分散的。它由各地区各部门来收集和管

12、理，异地互相传输、计算、分析这些资源成为必然的要求。但受目前的计算能力、网络带宽、数据融合技术的限制，各指挥系统还不能胜任这些工作。第十六页，共102页。网格就是在这样的背景下提出的。它是想用一种术语来概括信息时代的一种环境，一种技术的也是人文的环境。在这个环境中，多元/源信息可以超越时/空的限制而为用户提供最满意的服务。它将所有的数据、信息与空间地理位置联系起来，实现全球数据和信息的互连互通，实现跨地区的远程互操作。这里的核心问题是一个为信息化服务的新环境或新平台，因此起个什么名称并不重要。3、产生背景我们曾选用过很多术语来表述一些最重要或最基础性的东西，如框架(Frame)、基础设施(In

13、frastructure)、系统(System)、网络(Net)等等，但是为了突出这一新环境的特点选用了区别于以往的术语网格(Grid)。第十七页，共102页。地学领域和计算机科学领域中，网格的内涵和研究内容是不同的；计算机格网？地学格网？融合空间信息网格4、网格的概念与特征 第十八页，共102页。网格是构建在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体 网格是一种基础设施，资源共享是它的基本特征，而网格计算是在多个机构组成的动态虚拟组织（VO，Virtual Organization）间实现协作式资源共享和问题求解 计算机领域网格第十九页，共102页

14、。网格分类计算网格强调计算能力获取、管理等的网格；数据网格强调数据存储、管理、传输、处理的网格；信息网格强调信息存储、管理、传输、处理的网格；服务网格强调应用服务集成的网格；知识网格强调知识存储、管理、传输、处理的网格；语义网格强调语义解析的网格，实现语义互操作；第二十页，共102页。知识网格是一体化的智能知识处理平台，消除知识孤岛 信息网格是一体化的智能信息处理平台，消除信息孤岛 计算网格是系统层，为信息网格和知识网格提供基础设施第二十一页，共102页。1998年7月 Ian Foster出版GRID专著Blueprint for a New Computing Infrastructure

15、 1.关于网格2.计算网格I.应用3.分布超级计算应用4.实时广域分布仪器系统5.数据密集计算6.遥沉浸（Teleimmersion）II.程序设计工具7.应用性工具8.编译器、语言、以及数据库9.基于对象的途径10.高性能块件（Commodity）计算III.服务11.Globus系统12.高性能调度器13.高吞吐量的资源管理器14.仪器和测量15.性能分析和可视化16.安全、核算、和确保IV.基础设施17.计算平台18.网络协议19.服务的网络质量20.操作系统和网络界面21.网络设施22.从基础研究到实际设施的测试环境GRID 网格新型计算机体系结构的蓝图第二十二页，共102页。 在计算

16、机科学领域，网格计算（grid computing）把地理上广泛分布的各种计算资源互连在一起，形成强大的计算资源网格计算 第二十三页，共102页。1800 Physicists, 150 Institutes, 32 Countries 100 PB of data by 2010; 50,000 CPUs?An Example Virtual Organization: CERNs Large Hadron Collider第二十四页，共102页。地理领域网格？网格通常是指对地理空间的划分，有的称为“地理格网”、“地理网格”、“空间网格”等。第二十五页，共102页。地理领域网格？1)基于多面

17、体划分的地理网格 以整个地球表面为研究背景的网格划分一般采用规则的划分方式，基本方法是利用球体的内接正多面体作为划分的基础2)基于地理坐标划分的地理网格 地理坐标划分方法简单、方便，目前各种数据结构和算法都是基于经纬度划分设计的(Sahr，White等 2003)，下图是采用1010网格对全球进行经纬度划分的示意图第二十六页，共102页。主要内容 格网建模方法2 格网应用计算 研究进展交流31第二十七页，共102页。1、格网建模方法总结经纬度模型多面体模型自适应模型三维扩展模型第二十八页，共102页。经纬度模型 经纬度格网是应用最早的、最常规的科学查询和空间剖分方法之一。它非常符合人们的习惯（

18、由于以经纬度表示的坐标系统已被人们广泛采用），也便于用一般的显示设备进行制图或表达。所以，现存的许多数据格式、处理算法和系统软件大都是以经纬度格网为基础的。第二十九页，共102页。地图投影划分 一般情况下，地图的分带分幅都是以经纬度格网框架为基础进行的，而大多数地图投影都采用经纬度坐标作为球面上点位的参数，来建立与笛卡儿直角坐标系相对应的投影方程式。 跨带之间的裂缝 跨带换算 第三十页，共102页。基本特征 非均匀性从赤道到两极，经纬度格网在面积上的变化越来越大，致使同一层次格网的面积变化不在同一个量级上，影响了多分辨率空间数据操作的效率和准确性；且这种面积和形状变化没有顾及空间数据的密度和大

19、小，必然产生大量的数据冗余Sahr et al. 1998；奇异性在两极地区第三十一页，共102页。 第三十二页，共102页。变间隔的经纬网模型 剖分名称研究者文献来源数字地形高程数据DTED美国国家图像制图局NIMA 2003变间隔经纬网剖分挪威学者，美国加州大学Bjrke 2003；2004；Duncan 2006等面积经纬网剖分Northern Michigan University中科院地理所Seong 2005；Paul 2006；周成虎等2009退化四叉树中国矿业大学（北京）赵学胜等2007；2009等面积经纬网剖分法国学者 Beckers & Beckers2010等面积经纬网剖

20、分美国Simplex, LLC公司Bryan & Lisa 2013四元四边网武汉大学Zhou等2013近年来，为了使同一层次经纬网单元的面积近似相等（或限制在同一量级上），一些学者和应用部门采用变间隔的经纬网剖分方案：第三十三页，共102页。DTED数据的格网化分 基本原理是：在纬度不变（3“）的情况下，而经度间隔从赤道到两极逐渐增大，即在纬度:050之间，经度间隔为3”；5070之间，间隔为6” ；7075之间，间隔为9”；7580之间，间隔为12”; 8090之间，间隔为18”.第三十四页，共102页。变纬度格网划分Bjrke2003;Duncan 2005 第三十五页，共102页。 等

21、面积格网划分 Seong 2005提出一个面积完全相等的变间隔经纬网剖分方法；第三十六页，共102页。等面积格网划分 直径最小Paul 2006第三十七页，共102页。球面退化四叉树a. 第一层 b. 第二层 c. 第三层 第三十八页，共102页。局部放大图（a）喜玛拉雅山脉西端 （b）南极区域第三十九页，共102页。 等面积格网划分 Beckers & Beckers2010利用类似的经纬度调整的方法实现了格网面积的近似相等；第四十页，共102页。 等面积格网划分 Bryan & Lisa 2013提出一个变间隔经纬网剖分方法；第四十一页，共102页。四元四边网Zhou等2013针对退化四叉

22、树格网格网类型不统一的缺陷（同时有三角形和四边形）提出了一种改进的格网（Quaternary quadrangle mesh），使全球所有格网均为四边形。第四十二页，共102页。四元四边网第四十三页，共102页。对比特征 与等经纬度格网的方式相比，DTED的格网划分方式虽然在一定程度上减少了数据冗余，但其格网划分仍然不均匀；Bjrke和Seong的格网虽然保证了绝大多数格网的面积相等，易于完成基于离散点的表面建模和统计计算，但其格网单元的邻近关系变得更加复杂，不利于空间索引和查询Sahr et al. 2003。退化四叉树基本上是球面“正方形”格网，单元大小比经纬度格网均匀，便于聚类和统计分析

23、；具有径向对称、方向一致性，便于邻近搜索和查询操作；但退化区域结构复杂，但有规律。近期研究成果体现2个趋势 ：1、等面积剖分 ；2、与经纬度重合四边形 第四十四页，共102页。自适应格网 自适应球面格网则是以球面上实体要素为基础，并按实体的某种特征剖分球面单元系统名称结构模式文献来源Hipparchus系统Voronoi剖分和TIN结构Lukatela1997；2000MODEAP系统Voronoi剖分Watson 1994; 1998全球海量DEM数据的LOD模型Voronoi剖分和TIN结构Kolar2003；2004全球海洋潮汐的流动模拟模型Voronoi剖分Gold2000，Mosta

24、favi2004第四十五页，共102页。Hipparchus系统 Lukatela1987；2000在其开发的Hipparchus系统中，利用球面Voronoi多边形剖分（如图a所示），建立了全球地形TIN模型（如图b所示）。其中以Voronoi单元来构建系统的高效索引机制，而球面Voronoi生长点（点集）的分布是根据不同应用标准组合的，如数据密度分布、系统操作类型和最大最小单元限制等。在Hipparchus系统中，格网单元是根据实体数据的密度大小进行自适应调整的，即自适应格网或不规则格网。第四十六页，共102页。（a）全球Voronoi剖分 （b）内部TIN 结构第四十七页，共102页。特

25、点或不足 基于全球Voronoi剖分的自适应格网，比以前的规则或半规则剖分格网具有更大的灵活性。其格网的特殊形状能为规则格网提供一个互补的剖分方案。但是，无论怎样，Voronoi格网是很难进行递归剖分的。从数据结构上看，在这种不规则格网结构中，实体层次的维持是用显式定义的实体关系而不是空间的递归划分，当空间实体在一个特定层次上变化时，这种变化就无法传递到邻近层次。因而，适合单一应用，很难进行全球海量数据的多尺度关联及其他操作。第四十八页，共102页。正多面体格网模型20世纪80年代末，为了有效地管理全球多分辨率空间数据，满足不同的应用需求，许多国内外学者开始研究球面正多面体格网模型。基本方法是

26、把球体的内接正多面体（正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体）的边投影到球面上作为大圆弧段，形成球面三角形（或四边形、五边形、六边形）的边覆盖整个球面，作为全球剖分的基础。然后对球面多边形进行递归细分，形成全球连续的、近似均匀的球面层次格网结构。第四十九页，共102页。参考文献基正多面体剖分单元转换方法Alborzi & Samet 2000立方体球面三角形等面积投影Dutton 1999正八面体球面三角形直接球面划分或ZOTGoodchild & Yang 1992正八面体球面三角形Plate Carree白建军 等 2005，2011正八面体菱形直接球面划分Bartholdi

27、 & Goldsman 2001正八面体或正二十面体球面三角形直接球面划分Sahr et al. 2002；2008正二十面体或正八面体菱形不确定赵学胜等 2002；2005 正八面体球面三角形直接球面划分侯妙乐等 2008；2009 正八面体球面三角形直接球面划分Song et al. 2002正二十面体球面三角格网等面积小圆剖分Thuburn 1997正二十面体正六边形直接球面划分White et al. 1998正二十面体三角形或正六边形直接球面划分Sahr & White 1998正二十面体正六边形ISEAHeikes et al. 1995扭曲的正二十面体正六边形直接球面划分Feke

28、te & Treinish 1990正二十面体球面三角形直接球面划分袁文 等 2005；2011正二十面体或正八面体三角形EARP贲进 等2006；童晓冲 2010正二十面体正六边形ISEAVince 2006正八面体正六边形等面积投影Leeuwen & Strebe 2006扭曲的正二十面体球面菱形等面积投影 Holhos & Rosca 2014正八面体球面三角形等面积投影剖分Amiri et al 2013 立方体球面四边形等面积投影剖分第五十页，共102页。格网类型(a)三角型格网 (b)菱形格网 (c) 六边形格网正八面体的球面格网单元类型第五十一页，共102页。三角形格网球面三角格

29、网具有层次性、近似均匀性和全球统一性特征，是最基本的球面格网。另外，球面三角形格网剖分单元更符合球面特性，尤其是在对南北两极问题的处理上；而对于地学领域来讲，球面三角形格网剖分单元更易于对地形进行单点建模。所以，目前利用球面三角形格网进行全球空间数据的索引、建模等应用最多。但三角格网的几何结构较为复杂，其最大的缺点是方向的不确定性及不对称性。第五十二页，共102页。三角形格网 (a)32单元 (b)128单元 (c)512单元正八面体的球面层次递归剖分第五十三页，共102页。菱形格网菱形结构类似正方形格网，要比六边形或三角形的几何结构更简单，具有一致的方向性、径向对称和平移相和性；可以直接利用

30、基于平面四叉树的许多算法，因而在空间操作特别是邻近搜索方面更容易实现。另外，由于菱形剖分是嵌套的，可以提供一种用于层级间数据集中与分散的预测模型（Kalman滤波模型）Huang and Cressie 1997。因而菱形系统也许应该被认为是最好的多重剖分铺盖系统White 2000。第五十四页，共102页。菱形格网菱形结构类似正方形格网，要比六边形或三角形的几何结构更简单，具有一致的方向性、径向对称和平移相和性；第五十五页，共102页。菱形格网第五十六页，共102页。六边形格网不同于菱形和三角格网剖分单元，六边形剖分单元有着统一的邻近关系；六边形格网铺盖的空间覆盖效率和角度分辨率最高,单元具

31、有邻接一致性和最大单元兼容性贲进等 2006，但是，一般的六边形剖分不存在嵌套层，即上一级剖分中的六边形没有完全包含下一层次的六边形。第五十七页，共102页。六边形格网球面不可能只用六边形将其完全铺盖，初始化剖分时的正多面体顶点就是个例外。对于八面体而言，每个顶点上都有直角多边形，如图所示，首次剖分中有12个六边形和6个直角多边形；而二十面体有12个五边形，且随着格网剖分层次的增加，直角多边形和五边形逐渐变小。第五十八页，共102页。六边形格网图a CI-A4类型的六边形层次剖分图b CII-A4类型的六边形层次剖分图c A3类型的六边形层次剖分第五十九页，共102页。六边形格网 （a）CI-

32、A4类型 （b）CII-A4类型 （c）A3类型三种剖分形成不同的全球六边形格网铺盖第六十页，共102页。六边形格网 一般的六边形剖分不存在嵌套层;只有Aperture-7的六边形剖分才具有嵌套性;尽管A7是一种嵌套剖分，但是由于顶点奇异性的存在，在八面体、二十面体或四面体的表面上，是不可能用A7进行六边形完全覆盖剖分的。第六十一页，共102页。相互关系分析六边形剖分铺盖是一种双重铺盖，它对应于每一剖分层次的菱形铺盖，即菱形的顶点和边的中点是六边形的中心，六边形的顶点是组成菱形的等边三角形的中心；六边形与菱形在3个层次上的对应剖分第六十二页，共102页。相互关系分析菱形格网数据可以在任何情况下

33、，转移至对应的六边形或三角形剖分铺盖上，并通过统计预测模型来操作交界处的单元。另外，三角格网单元的对偶是六边形格网单元，菱形格网单元可以由上下两个三角格网单元合并而成。所以，菱形和六边形格网可以作为三角形格网的扩展。第六十三页，共102页。总体特征基于正多面体的球面格网具有规则性、层次性和全球连续性特征，既有效避免了经纬度格网的极点/变形问题），又克服了变间隔经纬网和自适应TIN格网的层次关联缺陷；从数据结构上看，多面体剖分模型（三角形、菱形和六边形），而传统数据输出（屏幕和地图）经常是长方形的，部分输入数据（如遥感影像）是正方形（栅格）的，这不利于充分利用原有数据资源和新旧基础数据的接续，也

34、不利于多源数据之间的集成和实时更新。第六十四页，共102页。三维扩展模型 自适应格网专题数据(Sanford, 2009)第六十五页，共102页。全球退化八叉树模型 球面退化八叉树剖分及索引结构余接情、吴立新等 2009；2010；2011(a)(b)0Morton Code (MC)Quadrant Code (QC)Begin bit flag 14Code elements第六十六页，共102页。全球退化八叉树模型 球面退化八叉树剖分及索引结构余接情、吴立新等 2009；2010；2011第六十七页，共102页。球体八叉树剖分模型 球体八叉树剖分模型Wang 2014第六十八页，共102

35、页。地球圈层空间格网模型 地球圈层空间格网S3G模型曹学峰 2012第六十九页，共102页。地球圈层空间格网模型 地球圈层空间格网S3G模型曹学峰 2012第七十页，共102页。 地球圈层空间格网模型曹学峰 2012地球圈层空间格网模型第七十一页，共102页。主要内容 格网建模方法 格网应用计算 研究进展交流312第七十二页，共102页。2、格网应用计算单一专题应用综合应用数据索引结构框架平台专题应用可视化应用综合应用第七十三页，共102页。 基于人口密度的Voronoi单元剖分Lukatela 1989 人口密度分析第七十四页，共102页。 球面插值计算Watson1988;1994;199

36、8和Brown 1994探讨了利用Voronoi图计算球面上的插值问题。其中Watson在其开发的MODEMAP系统主要解决了球面空间的自然邻近插值，包括：球面距离和面积的计算、自然邻近的三角划分。 Voronoi自然邻近划分Watson 1998 第七十五页，共102页。 海洋潮汐流动模型 (a)海岸线和海洋的动态表达; (b)基于5000个拓扑事件的潮汐模拟Mostafavi2004也利用球面Voronoi 自适应格网的动态稳定性特征，构建了全球海洋潮汐的流动模拟模型。第七十六页，共102页。可视化应用 系统名称开发应用单位文献来源虚拟行星探索工程VPEP NASAHitchner et

37、al. 1992NPSNET系统美国海军研究生院Falby et al. 1993Virtual GIS美国乔治亚州技术学院Koller et al. 1995TerraVision地形浏览器美国SRI公司Reddy et al. 1999Would WindNASA, 2006Google EarthGoogle 2005Vitural EarthMicrosoft 2005第七十七页，共102页。 Kolar2003提出一个类似的格网剖分方案，用于建立全球海量DEM数据的LOD模型（如图所示）基于六边形地形可视化Ben et al. 2008。全球DEM可视化模型第七十八页，共102页。

38、三维可视化地壳温度Yu et.al 2012第七十九页，共102页。地壳板块Yu et.al 2012 三维可视化第八十页，共102页。World Wind World Wind是由NASA阿莫斯研究中心的科研人员开发的开放源代码(Open Source)的三维可视化软件；它可以利用Landsat 7、SRTM、MODIS、GLOBE、Landmark Set等多颗卫星的数据，将Landsat卫星的图像和航天飞机雷达遥感数据结合在一起，让用户体验三维地球遨游的感觉；World Wind用C#编写，调用微软SQL Server影像库Terrain Server来进行全球地形三维显示；World

39、Wind支持SRTM 地形数据和.X三维模型数据。第八十一页，共102页。EV-Globe EV-Globe是北京国遥新天地信息技术有限公司开发的三维海量空间信息平台。支持点、线、面、图片、模型等各类KML三维地标，方便的集成Supermap，ArcInfo等主流GIS软件来进行矢量和栅格数据的存储、显示、查询、分析等。第八十二页，共102页。GeoGlobe 2006年4月武汉武大吉奥公司推出了网络环境下全球海量无缝空间数据组织、管理与可视化软件GeoGlobe。该软件可以良好支持的数据类型有：DEM：中国国家标准地球空间数据交换格式DOM、DRG：Erdas Image(*.img) Ge

40、oTiff(*.tif)；Bitmap+DOM (*.bmp) TIF+TFW(*.tif)DLG、地名：ESRI ArcInfor Export Format(*.e00)；ESRI ShapeFile Format(*.shp)；MapInfo Interchange Format(*.mif)中国国家标准地球空间数据交换格式CNSDTI-VCT(*.vct)三维模型：GeoModel导出格式G3D(*.g3d) 3DMax导出格式3DS(*.3ds) 主流三维文件格式(D3D 的.X格式、AutoCAD的.dwg格式和Shap3D格式等) 第八十三页，共102页。面积计算多尺度经纬度格网

41、的面积计算Santini et al 2010； 第八十四页，共102页。综合应用 系统名称开发应用单位文献来源Would WindNASA, 2006Google EarthGoogle 2005Vitural EarthMicrosoft 2005Geo-bean中科院遥感所芮小平等2003；张立强等2004Geo-globe武汉大学 2008EV-Globe国遥新天地 2010SkyLine美国SupMap超图公司Arc/GlobeESRI第八十五页，共102页。综合应用 To the scientific community, virtual globes such as Google Earth, NASAs World Wind and ArcGIS Explorer are not only tools providing huge volumes of freely available images and 3D views of the Earth,