Diskrétní globální síť - Discrete global grid

Diskrétní Global Grid ( DGG ) je mozaika , která pokrývá celý povrch Země. Matematicky jde o rozdělení prostoru : skládá se ze sady neprázdných oblastí, které tvoří přepážku zemského povrchu. V obvyklé strategii modelování mřížky je pro zjednodušení výpočtů polohy každá oblast reprezentována bodem, abstrakcí mřížky jako sadou regionálních bodů. Každá oblast nebo bod oblasti v mřížce se nazývá buňka .

Když je každá buňka mřížky podrobena rekurzivnímu oddílu, což má za následek „sérii diskrétních globálních mřížek s postupně jemnějším rozlišením“, které tvoří hierarchickou mřížku, nese název Hierarchical DGG (někdy „global hierarchical tessellation“ nebo „DGG system“ ).

Diskrétní globální mřížky se používají jako geometrický základ pro budování geoprostorových datových struktur . Každá buňka souvisí s datovými objekty nebo hodnotami, nebo (v hierarchickém případě) může být spojena s jinými buňkami. DGG byly navrženy pro použití v celé řadě geoprostorových aplikací, včetně vektorové a rastrové reprezentace polohy, fúze dat a prostorových databází.

Nejběžnější mřížky jsou pro znázornění horizontální polohy pomocí standardního vztažného bodu , jako je WGS84 . V této souvislosti je také běžné použít konkrétní DGG jako základ pro standardizaci geokódování .

V kontextu prostorového indexu může DGG přiřadit jedinečné identifikátory každé buňce mřížky a použít ji pro účely prostorového indexování, v geodatabázích nebo pro geokódování .

Referenční model zeměkoule

„Zeměkoule“ v konceptu DGG nemá žádnou přísnou sémantiku, ale v geodézii je takzvaný „ mřížkový referenční systém“ mřížkou, která rozděluje prostor s přesnými polohami vzhledem k nulovému bodu , což je přibližný „standardní model geoid “. V roli Geoida tedy „zeměkoule“ pokrytá DGG může být kterýkoli z následujících objektů:

  • Topografický povrch Země , kdy každá buňka mřížky má své povrchové polohy souřadnice a nadmořskou výšku ve vztahu ke standardnímu geoid . Příklad: mřížka se souřadnicemi (φ, λ, z) kde z je nadmořská výška.
  • Standardní geoidu povrch . Souřadnice z je pro celou mřížku nulová, lze ji tedy vynechat, (φ, λ) .
    Starověké standardy, před rokem 1687 (publikace Newtonova Principia), používaly „referenční sféru“; v dnešní době je geoid matematicky abstrahován jako referenční elipsoid .
    • Zjednodušený Geoid : někdy starý geodetické standard (např SAD69 ) nebo non-geodetické povrch (např dokonale sférická plocha) musí být přijata, a budou zahrnuty do sítě. V tomto případě musí být buňky označeny nejednoznačným způsobem (φ ', λ') a musí být známa transformace (φ, λ) ⟾ (φ ', λ') .
  • Promítací plocha . Geografické souřadnice (φ, λ) se obvykle promítají ( s určitým zkreslením ) na 2D mapovací rovinu s 2D karteziánskými souřadnicemi (x, y) .

Jako proces globálního modelování mají moderní DGG, když zahrnují projekční proces, tendenci vyhýbat se povrchům, jako je válec nebo kónická tělesa, což má za následek nespojitosti a problémy s indexováním. Pravidelné mnohostěny a další topologické ekvivalenty sféry vedly k nejslibnějším známým možnostem, které mají pokrýt DGG, protože „sférické projekce zachovávají správnou topologii Země - neexistují žádné singularity ani diskontinuity, které by bylo možné řešit“.

Při práci s DGG je důležité určit, která z těchto možností byla přijata. Charakterizaci referenčního modelu zeměkoule DGG lze shrnout takto:

  • Obnovený objekt : typ objektu v roli zeměkoule. Pokud není projekce, je předmětem pokrytým mřížkou geoid, Země nebo koule; jinak je třída geometrie projekční plochy (např. válec, krychle nebo kužel).
  • Typ projekce : chybí (žádná projekce) nebo je přítomna. Je-li přítomna, lze její charakterizaci shrnout podle vlastnosti cíle projekce (např. Stejná oblast, konformní atd.) A třídy korekční funkce (např. Trigonometrická, lineární, kvadratická atd.).

POZNÁMKA: když DGG pokrývá projekční plochu, v kontextu provenience dat jsou metadata o referenčním geoidu také důležitá-obvykle informují o hodnotě CRS ISO 19111 , bez záměny s projekční plochou.

Typy a příklady

Hlavním rozlišovacím znakem pro klasifikaci nebo porovnávání DGG je použití hierarchických struktur mřížky:

  • V hierarchických referenčních systémech je každá buňka "rámcovým odkazem" na podmnožinu buněk a identifikátory buněk mohou tuto hierarchii vyjadřovat v její logice nebo struktuře číslování.
  • V nehierarchických referenčních systémech má každá buňka odlišný identifikátor a představuje oblast prostoru v pevném měřítku. Diskretizace systému zeměpisné šířky a délky je nejoblíbenější a je standardní referencí pro převody.

Dalšími obvyklými kritérii pro klasifikaci DGG jsou tvar dlaždic a zrnitost ( rozlišení mřížky ):

  • Pravidelnost a tvar dlaždic : existuje pravidelná, polopravidelná nebo nepravidelná mřížka . Stejně jako u obecných obkladů pravidelnými polygony je možné obklady s pravidelným povrchem (jako obklady stěn mohou být obdélníkové, trojúhelníkové, šestiúhelníkové atd.), Nebo se stejným typem obličeje, ale měnící svou velikost nebo úhly, což má za následek polopravidelné tvary.
    Jednotnost tvaru a pravidelnost metrik poskytují lepší algoritmy indexování mřížky. Ačkoli má méně praktické použití, jsou možné zcela nepravidelné mřížky, například v pokrytí Voronoi .
  • Jemná nebo hrubá granulace (velikost buňky): moderní DGG jsou parametrizovatelné v jeho rozlišení mřížky, takže je to charakteristika konečné instance DGG, ale není užitečné klasifikovat DGG, kromě případů, kdy typ DGG musí používat konkrétní rozlišení nebo mít limit diskretizace. „Jemná“ granulační mřížka je neomezená a „hrubá“ označuje drastické omezení. Historicky se hlavní omezení týkají digitálních/analogových médií, komprese/rozšířené reprezentace mřížky v databázi a omezení paměti pro uložení mřížky. Pokud je nutná kvantitativní charakterizace, lze přijmout průměrnou plochu buněk mřížky nebo průměrnou vzdálenost mezi středy buněk.

Nehierarchické mřížky

Nejběžnější třídou diskrétních globálních sítí jsou ty, které umísťují středy buněk na poledníky a rovnoběžky zeměpisné délky/šířky, nebo které používají poledníky/zeměpisné šířky a rovnoběžky k vytvoření hranic pravoúhlých buněk. Příklady takových mřížek, všechny založené na zeměpisné šířce/délce:

Zóny UTM :
Rozděluje Zemi na šedesát (pásových) zón, z nichž každá je šestistupňovým pásmem délky. V digitálních médiích odstraní překrývající se zónu. V každé zóně použijte sečenou příčnou projekci Mercatoru. Definujte 60 sekantových válců, 1 na zónu.
Na UTM zóny byla zvýšena Military Grid referenčního systému (MGRS), přídavkem k Latitude kapel .
Utm-zones-USA.svg
počátek: 40. léta 20. století krytý objekt: válec (60 možností) projekce: UTM nebo latlong nepravidelné dlaždice: polygonální pásy zrnitost: hrubá
(moderní) UTM - Universal Transverse Mercator :
Je diskretizace kontinuální mřížky UTM s jakousi 2úrovňovou hierarchií, kde první úroveň (hrubé zrno) odpovídá „zónám UTM s pásmy zeměpisné šířky“ ( MGRS ), použijte stejné 60 válců jako referenční projekční objekty.
Každá buňka s jemným zrnem je označena strukturovaným ID složeným z „označení zóny mřížky“, „identifikátor čtverce 100 000 metrů“ a „číselné umístění“. Rozlišení mřížky je přímou funkcí počtu číslic v souřadnicích, která je také standardizována. Buňka 17N 630084 4833438je například čtverec ~ 10mx10m.
PS: tento standard používá pro projekce 60 odlišných válců. Existují také standardy „Regional Transverse Mercator“ (RTM nebo UTM Regional) a „Local Transverse Mercator“ (LTM nebo UTM Local) se specifičtějšími válci pro lepší přizpůsobení a přesnost v místě zájmu.
Utmzonenugitterp.png
počátek: 50. léta 20. století krytý objekt: válec (60 možností) projekce: UTM obdélníkové dlaždice: stejný úhel (konformní) zrnitost: v pořádku
ISO 6709 :
Diskretizuje tradiční reprezentaci „mřížky“ a moderní umístění buněk na základě numerických souřadnic. Granularita je fixována jednoduchou konvencí číselné reprezentace, např. Jednostupňovou mřížkou, 0,01 stupňovou mřížkou atd. A výsledkem jsou nerovnorozměrné buňky nad mřížkou. Tvar buněk je obdélníkový kromě pólů, kde jsou trojúhelníkové. Číselná reprezentace je standardizována dvěma hlavními konvencemi: stupně (příloha D) a desítková (příloha F). Rozlišení mřížky je řízeno počtem číslic (příloha H).
Geografické souřadnice sphere.png
počátek: 1983 krytý objekt: Geoid (jakýkoli CRS ISO 19111 ) projekce: žádná obdélníkové dlaždice: jednotný sférický tvar zrnitost: v pořádku
Primární DEM ( TIN DEM ):
Vektorová trojúhelníková nepravidelná síť (TIN)-datový soubor TIN DEM se také označuje jako primární (měřený) DEM. Mnoho DEM je vytvořeno na mřížce bodů umístěných v pravidelných úhlových přírůstcích zeměpisné šířky a délky. Mezi příklady patří datová sada Global 30 Arc-Second Elevation Dataset (GTOPO30) . a Globální údaje o výšce terénu s více rozlišeními 2010 (GMTED2010). Triangulovaná nepravidelná síť je reprezentací souvislého povrchu skládajícího se výhradně z trojúhelníkových fazet.
Delaunay-Triangulation.svg
počátek: 70. léta 20. století krytý objekt: terén projekce: žádná trojúhelníkové nerovnoměrné dlaždice: parametrizované (vektorové) zrnitost: v pořádku
Mřížky Arakawa :
Byly použity pro modely systémů Země pro meteorologii a oceánografii - například Globální víceúrovňový model pro životní prostředí (GEM) používá mřížky Arakawa pro globální modelování klimatu . Nazvaná „mřížka A“ referenční DGG, která má být porovnána s jinými DGG. Používá se v 80. letech s ~ 500 x 500 prostorovými rozlišeními.
počátek: 1977 krytý objekt: geoid projekce  :? obdélníkové dlaždice: parametrické, časoprostorové zrnitost: střední
Čtverce WMO :
Specializovaná mřížka, používaná jedinečně NOAA, rozděluje mapu světa s mřížkami zeměpisné šířky a délky na buňky mřížky o 10 ° zeměpisné šířky o 10 ° zeměpisné délky, z nichž každý má jedinečný 4místný číselný identifikátor (první číslice identifikuje kvadranty SV/JV/JZ/SZ).
počátek: 2001 krytý objekt: geoid projekce: žádná Pravidelné dlaždice: 36x18 obdélníkových buněk zrnitost: hrubá
World Grid Squares:
Jsou kompatibilním rozšířením japonských mřížkových čtverců standardizovaných v Japan Industrial Standards (JIS X0410) na celosvětové. Kód World Grid Square dokáže identifikovat čtverce mřížky pokrývající svět na základě 6 vrstev. Mřížku čtverce můžeme vyjádřit pomocí 6 až 13místné sekvence podle jejího rozlišení.
Vznik:  ? krytý objekt: geoid projekce  :? ? dlaždice:  ? zrnitost:  ?

Hierarchické mřížky

Postupné dělení prostoru. Šedozelená mřížka na druhé a třetí mapě je hierarchická.

Na obrázku vpravo jsou 3 hraniční mapy pobřeží Velké Británie. První mapa byla pokryta mřížkou na úrovni 0 s buňkami o velikosti 150 km. Pouze šedá buňka uprostřed, bez nutnosti zvětšování detailů, zůstává na úrovni 0; všechny ostatní buňky druhé mapy byly rozděleny do čtyřčlánkové mřížky (mřížka-úroveň 1), každá po 75 km. Ve třetí mapě 12 buněk úrovně 1 zůstává šedé, všechny ostatní byly znovu rozděleny, každá buňka úrovně 1 byla transformována do mřížky úrovně 2.
Mezi příklady DGG, které používají takový rekurzivní proces, generující hierarchické mřížky, patří:

ISEA Discrete Global Grids (ISEA DGGs):
Jsou třídou sítí navržených výzkumnými pracovníky na Oregonské státní univerzitě . Buňky mřížky jsou vytvořeny jako pravidelné mnohoúhelníky na povrchu icosahedronu a poté jsou inverzně promítnuty pomocí mapové projekce Icosahedral Snyder Equal Area (ISEA) za vzniku buněk stejné oblasti na kouli. Orientace icosahedronu vůči Zemi může být optimalizována pro různá kritéria.

Buňky mohou být šestiúhelníky, trojúhelníky nebo čtyřúhelníky . Vícenásobná rozlišení jsou indikována volbou clony nebo poměru mezi oblastmi buněk při postupných rozlišeních. Některé aplikace ISEA DGGs patří datové produkty vznikají při nájezdu European Space Agency ‚s půdní vlhkosti a slanosti oceánů (SMO) satelitu, který používá ISEA4H9 (clony rozlišení 4 šestihranné DGGS 9) a komerční software Global Grid Systems Insight, který používá ISEA3H (clona 3 hexagonální DGGS).

počátek: 1992..2004 krytý předmět  :? projekce: stejná plocha parametrizované (šestiúhelníky, trojúhelníky nebo čtyřúhelníky) dlaždice: stejná plocha zrnitost: v pořádku
COBE - Čtyřúhelníková
sférická krychle : Kostka: Podobný rozklad koule pomocí HEALPix a S2. Nepoužívá však křivku vyplnění prostoru, hrany nejsou geodetické a projekce je komplikovanější.
počátek: 1975..1991 krytý předmět: krychle projekce: křivočará perspektiva čtyřúhelníkové dlaždice: jednotné zachování plochy zrnitost: v pořádku
Kvartérní trojúhelníková síť (QTM):
QTM má buňky trojúhelníkového tvaru vytvořené 4násobným rekurzivním dělením sférického osmistěnu.
počátek: 1999 ... 2005 krytý předmět: osmistěn (nebo jiný) projekce: Lambertova rovinná válcová plocha trojúhelníkové dlaždice: zachována jednotná plocha zrnitost: v pořádku
Hierarchická pixelizace isoLatitude ve stejné oblasti ( HEALPix ):
HEALPix má buňky se čtyřúhelníkovým tvarem se stejnou plochou a byl původně vyvinut pro použití s ​​astrofyzikálními datovými soubory s plným nebem.

Obvyklá projekce je „projekce H? 4, K? 3 HEALPix“. Hlavní výhoda, ve srovnání s ostatními se stejnou mezerou indexování jako S2, „je vhodná pro výpočty zahrnující sférické harmonické“.

HealpixGridRefinement.jpg
počátek: 2006 krytý objekt: Geoid projekce: (K, H) parametrizovaná projekce HEALPix Dlaždice qradrilater: zachována jednotná plocha zrnitost: v pořádku
Hierarchická trojúhelníková síť (HTM):
Vyvinutá v roce 2003 ... 2007, HTM "je víceúrovňový, rekurzivní rozklad koule. Začíná osmistěnem, nechť je to na úrovni 0. Jak promítáte hrany osmistěnu na (jednotka) koule vytváří 8 sférických trojúhelníků, 4 na severní a 4 na jižní polokouli “. Každý z nich je upřesněn na 4 podtriangle (rozdělení 1 na 4). První veřejná operační verze se zdá být HTM-v2 v roce 2004.
HTM-diagram.png
počátek: 2004 krytý objekt: Geoid projekce: žádná trojúhelníkové dlaždice: sférické ekvilatery zrnitost: v pořádku
Geohash :
Zeměpisná šířka a zeměpisná délka se sloučí a vloží bity do spojeného čísla. Binární výsledek je reprezentován pomocí base32, která nabízí kompaktní kód čitelný pro člověka. Pokud se použije jako prostorové index , odpovídá křivkou Z řádu . Existuje několik variant, jako je Geohash-36 .
Čtyřúrovňový Z.svg
počátek: 2008 krytý objekt: Geoid projekce: žádná polopravidelné dlaždice: obdélníkové zrnitost: v pořádku
Region S2 / S2:
„S2 Grid System“ je součástí „S2 Geometry Library“ (název je odvozen z matematického zápisu pro n-sféru , ). Implementuje indexový systém založený na projekci kostek a Hilbertově křivce vyplňující prostor , vyvinutý ve společnosti Google . Region S2 S2 je nejobecnější reprezentací jeho buněk, kde lze vypočítat polohu buňky a metriku (např. Plochu). Každý S2Region je podsíť, což má za následek hierarchii omezenou na 31 úrovní. Na úrovni 30 je rozlišení odhadováno na 1 cm², na úrovni 0 je 85011012 km². Identifikátor buňky hierarchické mřížky obličeje krychle (6 ploch) má ID 60 bitů (takže „každý cm² na Zemi lze vyjádřit pomocí 64bitového celého čísla).
Hilbert Cubed Sphere.png
počátek: 2015 krytý předmět: krychle projekce: sférické projekce v každé ploše krychle pomocí kvadratické funkce polopravidelné dlaždice: čtyřúhelníkové projekce zrnitost: v pořádku
S2 / S2LatLng:
DGG dodávaný reprezentací S2LatLng, jako mřížka ISO 6709, ale hierarchická a se specifickým tvarem buňky.
počátek: 2015 krytý předmět: Geoid nebo koule projekce: žádná polopravidelné dlaždice: čtyřúhelník zrnitost: v pořádku
S2 / S2CellId:
DGG dodávaný reprezentací S2CellId. Každé ID buňky je 64bitový jedinečný celočíselný jedinečný identifikátor pro libovolnou úroveň hierarchie.
počátek: 2015 krytý předmět: krychle projekce  :? polopravidelné dlaždice: čtyřúhelník zrnitost: v pořádku

Standardní hierarchické mřížky stejné oblasti

Existuje třída hierarchických DGG pojmenovaná Open Geospatial Consortium (OGC) jako „Discrete Global Grid Systems“ ( DGGS ), která musí splňovat 18 požadavků. Mezi nimi je to, co tuto třídu nejlépe odlišuje od ostatních hierarchických DGG, a to požadavek 8: „Pro každou následující úroveň upřesnění mřížky a pro každou geometrii buňky (...) buňky, které mají stejnou plochu (...) v rámci specifikovaná úroveň přesnosti “ .

DGGS je navržen jako rámec pro informace odlišný od konvenčních souřadnicových referenčních systémů původně navržených pro navigaci. Aby globální prostorový informační rámec založený na mřížce účinně fungoval jako analytický systém, měl by být konstruován pomocí buněk, které rovnoměrně představují povrch Země. Standard DGGS obsahuje ve svých požadavcích sadu funkcí a operací, které musí rámec nabídnout.

Všechny buňky úrovně 0 DGGS jsou rovné plochy pravidelného mnohostěnu ...

Pravidelné mnohostěny (nahoře) a jim odpovídající stejné oblasti DGG

Modelování databáze

Ve všech databázích DGG je mřížka složením jejích buněk. Region a centralPoint jsou znázorněny jako typické vlastnosti nebo podtřídy. Identifikátor buňky ( ID buňky ) je také důležitou vlastností, která se používá jako interní index a/nebo jako veřejný štítek buňky (místo souřadnic bodů) v aplikacích geokódování . Někdy, jako v mřížce MGRS, souřadnice plní roli ID.

DGG je mnoho, protože existuje mnoho alternativ reprezentace, optimalizace a modelování. Celá mřížka DGG je složením jejích buněk a v hierarchickém DGG každá buňka používá novou mřížku nad svou místní oblastí.

Ilustrace není adekvátní případům TIN DEM a podobným strukturám „nezpracovaných dat“, kde databáze nepoužívá koncept buňky (geometricky je to trojúhelníková oblast), ale uzly a hrany: každý uzel je výškou a každý okraj je vzdáleností mezi dvěma uzly.

Obecně je každá buňka DGG identifikována souřadnicemi jejího regionálního bodu (znázorněno jako centrální bod reprezentace databáze). Se ztrátou funkčnosti je také možné použít „bezplatný identifikátor“, tj. Jakékoli jedinečné číslo nebo jedinečný symbolický štítek na buňku, ID buňky . ID se obvykle používá jako prostorový index (například interní Quadtree nebo kd strom ), ale je také možné převést ID na štítek čitelný pro člověka pro geokódovací aplikace.

Moderní databáze (např. Využívající mřížku S2) používají také více reprezentací pro stejná data a nabízejí obě mřížku (nebo oblast buněk) založenou na geoidu a mřížku založenou na projekci.

Rámec DGGS

Norma definuje požadavky hierarchického DGG , včetně toho, jak provozovat síť. Jakékoli DGG, které splňuje tyto požadavky, může být pojmenováno DGGS. „Specifikace DGGS MUSÍ zahrnovat referenční rámec DGGS a související funkční algoritmy, jak jsou definovány v základním koncepčním datovém modelu DGGS“ .

Aby byl systém mřížky Země kompatibilní s touto abstraktní specifikací, musí definovat hierarchické teselace buněk se stejnou plochou, které rozdělují celou Zemi na více úrovní granularity a poskytují globální prostorový referenční rámec. Systém musí také zahrnovat metody kódování pro: adresování každé buňky; přiřaďte buňkám kvantovaná data; a provádět algebraické operace s buňkami a s nimi přiřazenými daty. Hlavní koncepty základního koncepčního datového modelu DGGS:
  1. prvky referenčního rámce a
  2. prvky funkčního algoritmu; zahrnující:
    1. kvantizační operace,
    2. algebraické operace a
    3. operace interoperability.

Dějiny

Diskrétní globální mřížky s oblastmi buněk definovanými rovnoběžkami a poledníky zeměpisné šířky / délky se používají od nejstarších dob globálního geoprostorového výpočtu . Předtím k diskretizaci souvislých souřadnic pro praktické účely, s papírovými mapami, docházelo jen s nízkou zrnitostí. Snad nejreprezentativnějším a hlavním příkladem DGG této předdigitální éry byly vojenské UGT DGG 40. let s jemnější identifikací granulovaných buněk pro účely geokódování . Podobně existuje nějaká hierarchická mřížka před geoprostorovými výpočty, ale pouze v hrubé granulaci.

Globální povrch není pro použití na denních geografických mapách vyžadován a paměť byla před 2000s velmi drahá, aby byla všechna planetární data vložena do stejného počítače. První digitální globální mřížky byly použity pro zpracování dat satelitních snímků a modelování globální ( klimatické a oceánografické ) dynamiky tekutin.

První publikované odkazy na hierarchické geodetické systémy DGG se týkají systémů vyvinutých pro modelování atmosféry a publikovaných v roce 1968. Tyto systémy mají šestihranné buněčné oblasti vytvořené na povrchu sférického icosahedronu .

Prostorové hierarchické mřížky byly podrobeny intenzivnějším studiím v 80. letech 20. století, kdy byly hlavní struktury, jako Quadtree , upraveny v indexování obrázků a databázích.

Přestože konkrétní případy těchto sítí byly používány po celá desetiletí, termín Discrete Global Grids vytvořili vědci na Oregonské státní univerzitě v roce 1997, aby popsali třídu všech těchto entit.

... standardizace OGC v roce 2017 ...

Srovnání a evoluce

Porovnání schémat identifikátorů mřížkových buněk dvou různých křivek, Morton a Hilbert. Hilbertova křivka byla přijata v DGGs jako S2-geometrie, Morton křivka v DGGs jako Geohash. Přijetí Hilbertovy křivky bylo evolucí, protože mají méně „skoků“ a zachovávají nejbližší buňky jako sousedy.

Hodnocení Discrete Global Grid se skládá z mnoha aspektů, včetně oblasti, tvaru, kompaktnosti atd. Metody hodnocení pro projekci mapy , jako je například Tissotova indikátortrix , jsou také vhodné pro hodnocení Discrete Global Grid založené na projekci mapy.

Kromě toho zprůměrovaný poměr mezi komplementárními profily (AveRaComp) poskytuje dobré hodnocení tvarových zkreslení pro čtyřúhelníkovou diskrétní globální mřížku.

Možnosti a úpravy vývoje databáze jsou orientovány podle praktických požadavků na vyšší výkon, spolehlivost nebo přesnost. Nejlepší možnosti jsou vybírány a přizpůsobovány potřebám, což podporuje vývoj architektur DGG. Příklady tohoto evolučního procesu: od nehierarchických k hierarchickým DGG; od použití indexů křivky Z ( naivní algoritmus založený na prokládání číslic), které používá Geohash, po indexy Hilbertovy křivky, používané v moderních optimalizacích, jako je S2.

Varianty geokódu

Obecně je každá buňka mřížky identifikována souřadnicemi jejího regionálního bodu, ale je také možné zjednodušit syntaxi a sémantiku souřadnic, získat identifikátor, jako v klasických alfanumerických mřížkách -a najít souřadnice oblasti -bod z jeho identifikátoru. Malé a rychlé reprezentace souřadnic jsou cílem v implementacích ID buňky pro všechna řešení DGG.

Při použití „volného identifikátoru“ místo souřadnice nedochází ke ztrátě funkčnosti, tj. Jakéhokoli jedinečného čísla (nebo jedinečného symbolického štítku) na bod regionu, ID buňky . Transformace souřadnic na štítek čitelný pro člověka a/nebo stlačení délky štítku je dalším krokem v mřížkové reprezentaci. Tato reprezentace se jmenuje geokód .

Některé populární „ globální kódy míst “ jako ISO 3166-1 alpha-2 pro administrativní oblasti nebo Longhurstův kód pro ekologické oblasti světa jsou částečné v pokrytí zeměkoule. Na druhou stranu lze jako „ kódy míst s plným pokrytím “ použít jakoukoli sadu identifikátorů buněk konkrétního DGG . Každá jiná sada ID, pokud se používá jako standard pro účely výměny dat, se nazývá „geokódovací systém“.

Existuje mnoho způsobů, jak reprezentovat hodnotu identifikátoru buňky ( ID buňky ) mřížky: strukturovaný nebo monolitický, binární nebo ne, čitelný pro člověka nebo ne. Předpokládejme, že funkce mapy, jako je singapurský Merlion fountaine (funkce v měřítku ~ 5 m), reprezentovaná minimální ohraničující buňkou nebo buňkou středového bodu, bude ID buňky :

ID buňky Název a parametry varianty DGG ID struktura; rozlišení mřížky
(1 ° 17 ′ 13,28 ″ N, 103 ° 51 ′ 16,88 ″ E) ISO 6709/D ve stupních (příloha), CRS = WGS84 lat ( deg min sec dir) long ( deg min sec dir);
sekund se 2 zlomovými místy
(1.286795, 103,854511) ISO 6709/F v desítkové soustavě a CRS = WGS84 (lat,long); 6 zlomových míst
(1,65AJ, 2V.IBCF) ISO 6709/F v desítkové soustavě na bázi 36 (bez ISO) a CRS = WGS84 (lat,long); 4 zlomová místa
w21z76281 Geohash, base32, WGS84 monolitické; 9 znaků
6PH57VP3+PR PlusCode, base20, WGS84 monolitické; 10 znaků
48N 372579 142283 UTM, standardní desítkové, WGS84 zone lat long; 3 + 6 + 6 číslic
48N 7ZHF 31SB UTM, souřadnice base36, WGS84 zone lat long; 3 + 4 + 4 číslice

Všechny tyto geokódy představují stejnou pozici na zeměkouli s podobnou přesností, ale liší se délkou řetězce , použitím oddělovače a abecedou (znaky bez oddělovačů). V některých případech lze použít reprezentaci „původní DGG“. Varianty jsou menšími změnami, které ovlivňují pouze konečnou reprezentaci, například základ numerické reprezentace, nebo prokládání částí strukturované pouze do jedné číselné nebo kódové reprezentace. Pro geokódovací aplikace se používají nejoblíbenější varianty.

Alfanumerické globální mřížky

DGG a jeho varianty s lidsky čitelnými identifikátory buněk byly použity jako de facto standard pro alfanumerické sítě . Není omezen na alfanumerické symboly, ale „alfanumerický“ je nejběžnějším termínem.

Geokódy jsou zápisy míst a v kontextu DGG zápisy vyjadřující ID buněk mřížky. V digitálních standardech a DGG dochází k neustálému vývoji, takže v posledních letech dochází k neustálé změně popularity všech konvencí o geokódování. Širší přijetí také závisí na přijetí vládou země, použití na populárních mapovacích platformách a mnoha dalších faktorech.

Příklady použité v následujícím seznamu jsou o „menší buňky mřížky“ obsahující Washington obelisk , 38° 53′ 22.11″ N, 77° 2′ 6.88″ W.

Název DGG/var Počátek a licence Shrnutí varianty Popis a příklad
Zóny UTM/nepřekrývající se 1940 - CC0 originál bez překrývání Rozděluje Zemi na šedesát polygonálních pásů. Příklad:18S
Diskrétní UTM 1940 - CC0 původní celá čísla UTM Rozděluje Zemi na šedesát zón, z nichž každá je šestistupňovým pásmem délky, a v každé zóně používá sečenou příčnou Mercatorovu projekci. Žádné informace o prvním digitálním použití a konvencích. Předpokládá se, že standardizace byly později ISO (1980). Příklad:18S 323483 4306480
ISO 6709 1983 - CC0 původní diplomová reprezentace Rozlišení mřížky je funkcí počtu číslic - s počátečními nulami vyplněnými v případě potřeby a zlomkovou částí s odpovídajícím počtem číslic, která představuje požadovanou přesnost mřížky. Příklad: 38° 53′ 22.11″ N, 77° 2′ 6.88″ W.
ISO 6709 1983 - CC0 7 desetinných číslic Varianta založená na reprezentaci XML, kde je datová struktura „n-tice skládající se ze zeměpisné šířky a délky představuje 2-dimenzionální geografickou polohu“ a každé číslo v n-tici je skutečné číslo se 7 desetinnými místy. Příklad: 38.889475, -77.035244.
Mapový kód 2001 - Apache2 originál První, kdo přijal mixový kód ve spojení s kódy ISO 3166 (země nebo město). V roce 2001 byly algoritmy licencovány Apache2, který poskytuje udělení patentu.
Geohash 2008 - CC0 originál Je jako trochu prokládaný latLong a výsledek je reprezentován pomocí base32 .
Geohash-36 2011 - CC0 originál Navzdory podobnému názvu nepoužívá stejný algoritmus jako Geohash . Používá mřížku 6 x 6 a ke každé buňce přidruží písmeno.
What3words 2013 patentováno originál (anglicky) převádí čtverce 3x3 metry na 3 slova z anglického slovníku.
PlusCode 2014 - Apache2 originál Také pojmenovaný „Otevřený kód polohy“. Kódy jsou čísla base20 a mohou používat názvy měst, snižující kód o velikost kódu ohraničujícího rámečku města (jako strategie Mapcode). Příklad: 87C4VXQ7+QV.
ID buňky S2 /Base32 2015 - Apache2 původní 64bitové celé číslo vyjádřené jako base32 Hierarchické a velmi efektivní indexování databáze, ale žádné standardní zastoupení pro base32 a předpony města, jako PlusCode.
What3words /otherLang 2016 ... 2017 - patentováno jiné jazyky stejné jako angličtina, ale s použitím jiného slovníku jako odkazu na slova.
Portugalský příklad a 10x14m buňka: tenaz.fatual.davam.

Další zdokumentované varianty, které se ale údajně nepoužívají nebo nejsou „nikdy populární“:

Název DGG Počátek - licence souhrn Popis
C-čtverce 2003 - „bez omezení“ Latlong prokládaný Desetinné prokládání reprezentace ISO LatLong. Ve srovnání s binárním prokládáním nebo Geohashem je to „naivní“ algoritmus.
GEOREF ~ 1990 - CC0 Vychází z ISO LatLong, ale používá jednodušší a výstižnější notaci „World Geographic Reference System“, vojenský / letecký navigační souřadnicový systém pro identifikaci bodů a oblastí.
Geotude ? ? ?
GARS 2007 - omezeno USA/NGA Referenční systém vyvinutý Národní geoprostorovou zpravodajskou agenturou (NGA). „standardizovaný referenční systém oblasti bitevního prostoru napříč DoD, který ovlivní celé spektrum dekonfliktů v bitevním prostoru“
Čtverce WMO 2001 .. - CC0? specializované Buňky ke stažení obrázků NOAA. ... rozděluje mapu světa s mřížkami zeměpisné šířky a délky na buňky mřížky o 10 ° šířky o 10 ° délky, z nichž každá má jedinečný 4místný číselný identifikátor. 36x18 obdélníkových buněk (označeno čtyřmi číslicemi, první číslice identifikuje kvadranty NE/SE/SW/NW).

Viz také

Reference

externí odkazy