[科普中国]-地球网格

地球网格别称地球空间参考网格，指采用地球剖分技术，对地球表面进行剖分，形成形状近似、空间无缝不重叠、尺度连续的多层次网格，通过对剖分网格进行有序的地理递归编码，使得大到地球尺度、小到厘米尺度的网格都有一个唯一的地理编码。地球网格是一个科学的、简明的、全球统一的刚性定位网格参照系统，是对现有测绘参照系统和其他专用定位系统的补充。

释义地球网格别称地球空间参考网格，指采用地球剖分技术，对地球表面进行剖分，形成形状近似、空间无缝不重叠、尺度连续的多层次网格，通过对剖分网格进行有序的地理递归编码，使得大到地球尺度、小到厘米尺度的网格都有一个唯一的地理编码。地球网格是一个科学的、简明的、全球统一的刚性定位网格参照系统，是对现有测绘参照系统和其他专用定位系统的补充。1

发展随着科学技术的快速发展，地球空间信息涉及的范围已经从地球表面扩展到了地下、水下、空中，乃至太空。如何在海、陆、空、天各种空间上准确描述空间实体的位置与覆盖的区域范围，实现区域位置（简称区位）的标识，从而统一组织管理海陆空天的海量数据，已成为亟待解决的问题。地球网格将地球空间划分为形状相近、大小规则的多层次体元（或面片），可以为解决该项问题提供空间划分与标识的参考基础。

发展全球性的空间参考网格，一直是学术界关注的重点。如美国国家格网USNG（UnitedStatesNationalGrid）、英国国家格网BNGR（BritishNationalGridReference）和中国国家地理网格等，都在试图建立有关国家或地区的统一参考网格，部分已在相应区域内使用。在军事应用中，空间参考网格体系也有重要的发展，如美军发展的军用全球网格参考系统MGRS（TheMilitaryGridReferenceSystem，在美国国土范围内MGRS与USNG完全一致）、Georef（WorldGeographicReferenceSystems）、GARS（GlobalAreaReferenceSystem）等，目前已作为美军空地坐标表达的全球地理位置编码标准，满足作战系统与指挥机构协同运作的需要。这些网格都是通过定义一定大小的经纬度面片作为参考网格单元，从而对地球表面位置进行描述。

地球网格除用于对地球位置进行描述外，国外许多研究部门与行业正积极探索采用统一的地球网格进行多源异构数据的统一组织与管理。美军正在建立基于MD-Hbase技术的数据库管理系统，利用空间网格将各类数据关联起来，从而将n维空间数据降为一维，有效地利用关系型数据库的结构优势。Google设计了全球遥感数据的金字塔瓦片系统，实际上也是一种全球网格划分，由此建立了GoogleMaps的遥感数据统一组织、GoogleEarth的影像存贮架构、以及索引大表BigTable，建立了统一的空间数据索引体系。NASA的EOS则定义了一种统一的地理空间数据网格，作为遥感数据存储组织格式与交换标准。这些网格系统设计目标主要是管理特定行业的数据，与国内外主要地理信息网格及我国的地理信息网格（如国家地理网格、地图图幅体系等）缺少对应关系，用其来承载地理信息产品需要大量数据转换工作。另外，这些网格对应的地球空间尚局限在地球表面，难以描述地球立体空间信息。

目前，国内外对具有立体空间概念的地球网格研究已取得了一定的进展。球体经纬度格网体系在经纬、纬度、高度三个维度上按照一定的间隔对球体进行递归剖分，具有经纬一致性及正交性等优点；为了解决高纬度地区粒度差异变大并导致数据冗余的问题，球体退化八叉树格网对两极地区的局部格网分别合并以获得更为近似粒度的三维格网；以及具有正交性优点、有效解决两极格网收缩问题的Yin-Yang格网，主要针对地震波提出的Ballard格网，将单位球体投影到一个立方体的六个面后进行格网划分形成的Cube-sphere格网等。然而，这些网格大多局限在某一个具体的专业应用领域，并存在二三维不统一，格网的地理一致性缺乏（未考虑兼容现有不同规格数据产品等问题），仍难以满足空、天、地、地（水）下一体化数据管理需求。

发展一套能对三维地球球体空间直接进行递归剖分，与现有地球表面网格体系具有一致性，且能完整组织空、天、地、地（水）下数据的地球网格是目前学术界关注的热点。2

设计要求人类主要活动的空间称为地球空间，主要包括地表及地下（水下）空间、地表至20km的航空空间、20~100km的临近空间、100~50000km的卫星空间。本文提出的地球网格定义为将地心至地球外围50000km的地球空间进行某种方式的剖分，构成空天地一体化的网格框架。

根据地球网格的定义及其实际应用需求，对于地球网格体系具有以下3点设计要求：

1）立体性。地球网格覆盖整个地球立体空间，包括自地心至50000km高空的地球空间。地球网格应该对整个地球立体空间进行网格划分及编码。

2）二三维一致性。地球网格与地球球面参考网格具有一致的映射关系。二维地球球面参考网格是三维地球网格框架的特例，地球网格能够直接承载已有的地球二维球面上的空间信息。

3）包容性。地球网格应与国内外传统的经纬度标准网格具有包容关系，从而能够方便地的应用于已有标识体系。2

应用及展望地球空间网格系统在减灾、公安、建筑、国土资源、军事等多个领域具有极为广阔的应用前景，目前已与多个部门形成合作关系，并在此基础上产生减灾网格、警用地址编码、建筑物编码等多种应用产品。以减灾领域为例，已发展出一套减灾应用网格和编码，纳入到减灾数据库建设中，用于多部门、多源异构减灾数据的快速查询检索，并将在以下几个方面进行应用探索。

1）在减灾用手持终端加入网格编码，定位信息通过网格编码形式展示，在与其他救援队员和救援直升机进行沟通时，口头报送网格编码，估算与他人的方位和距离。

2）在减灾用采集终端加入网格编码，数据从采集时即具有网格编码，将传统的以行政区为单位的报送方式改变为以网格为单位进行报送，由此实现以网格为单位的数据统计分析能力，并有可能形成以网格为单位的灾害空间计算分析体系。

3）在虚拟地球上以三维网格场形式表达气象、地磁场等信息，辅助减灾人员掌握灾区信息。地球空间网格参考系统提供了一个全新的、以网格为基础的全球通用区域参考框架，有助于空地联合行动中各行动单元的相互协调，以及多部门、多源地理空间数据的集成共享，将建立起一套新的基于网格的地理空间计算体系，在未来的空间大数据应用中发挥重大作用。3

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学