地球空间网格编码规则

地球空间网格编码规则

国家标准 GB/T40087一2021 地球空间网格编码规则 Geospatialgridencodingrule 2021-04-30发布 2021-04-30实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T40087一202 次 目 前言 引言 范围 规范性引用文件 术语和定义 总则 4.1基本要求 4.2坐标系 5 地球空间网格剖分 5.1剖分方法 剖分范围 5.2 5.3剖分起点 5.4级剖分 5.5地球参考椭球面网格 5.6高度域剖分 5.7网格定位及边界面归属 地球空间网格编码 6.1编码构成 6.2椭球面编码 6.3高度域编码 附录A资料性附录地球参考椭球面网格规格与数目 附录B(资料性附录大地高方向不等距剖分范围与方法 15 附录c(规范性附录网格定位及边界面归属 18 附录D(资料性附录)地球参考椭球面经纬度坐标到网格编码转换示例 20 参考文献 22
GB/T40087一2021 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由自然资源部提出 本标准由全国地理信息标准化技术委员会(SAC/TC230)归口 本标准起草单位:自然资源部测绘标准化研究所、北京大学、国家基础地理信息中心、战略支援部队 信息工程大学,武汉大学、建设综合勘察研究设计院有限公司、星际(天津)空间科技发展有限公司,浙江 省测绘科学技术研究院、宁波市测绘和遥感技术研究院(宁波市自然资源和规划调查监测中心)、广州市 城市规划勘测设计研究院、北京建筑大学,北京旋极伏羲科技有限公司 本标准主要起草人:程承旗、张坤,邓国庆、兀伟、童晓冲,刘若梅、陈波、濮国梁、刘小强、张静,赵鑫、 李霖,应申,陈少勤、王树东、江贻芳,李丹农、张鹏程、李林、郭仕德、郭贤、解修平,王小华
GB/T40087一2021 引 言 随着信息技术的发展,地理信息在社会服务和应用中发挥着越来越重要的作用 为满足大数据时 代信息的统一组织、融合共享、高效检索与应用,实现全球多尺度空间位置的统一标识,使全球地理空间 信息在统一框架下有效运行、操作和分析,急需建立统一的地球空间数据组织参考框架 地球空间网格基于GeosOT(GeographiealcoordinateglobalSubdivisionbasedonOne-dimension- andTwo ton"power)地球剖分模型,将地球空间统一剖分成不同尺度的网格单元,并按统一编 integer 码规则进行标识和表达,构建了网格化的地球空间数据组织参考框架 该框架支持地球表面空间和地 球立体空间与地理空间信息的聚合,可有效解决物联网、大数据、云计算中海量空间信息在标识和表达 上的唯一性、可读性尺度性、关联性的瓶颈,实现了多源、多尺度数据网格化高效组织,处理和应用,突 破了地理空间信息跨行业应用的技术壁垒;推动地球系统科学的发展
GB/T40087一2021 地球空间网格编码规则 范围 本标准规定了地球空间网格剖分要求和编码方法 本标准适用于作为空间单元与空间信息组织的地球空间网格剖分和代码标识 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T16831基于坐标的地理点位置标准表示法 GB22021国家大地测量基本技术规定 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 地球空间pathal 涵盖陆海,太空、,地下人类活动空间点的集合 注:从大地高约一6302.106722602182km至528680.1711252437km 3.2 地球空间剖分gptilsditsion 将地球空间划分成形状近似、尺度连续,无缝无叠的多层次空间单元集合的过程 3.3 地球空间网格gspatialgrid 地球空间剖分形成的离散化的空间区域单元 3.4 地球空间网格编码gespatialgridencode 按照一定规则,对地球空间网格赋予代码标识 3.5 基础网格basiegrid 初始剖分范围递归剖分形成的1"级空间区域单元 3.6 定位点psitpoint 地球空间网格中起定位作用的位置点 3.7 大地高geodeticheight -点沿椭球法线到椭球面的距离 [GB/T171592009,定义4.30
GB/T40087一2021 3.8 等高面contourplane 大地高相等的点构成的曲面 3.9 级level 地球空间网格在地球表面和大地高方向递归剖分的深度 3.10 层 ayer 地球空间网格在大地高方向从地球表面起算的网格分段计数 3.11 粒度granularity 经线和纬线方向上的网格跨度 总则 4.1基本要求 地球空间网格剖分和编码应符合以下要求 地球空间上无缝无叠剖分; a b 网格剖分按级递归进行,不同级网格具有嵌套性; 网格具有空间唯一性; 网格代码与网格一一对应; d 支持地球空间三维区域位置标识 网格与代码便于计算机索引计算和表达; 网格代码可直接与大地坐标转换 g 4.2坐标系 地球空间网格坐标系按GB22021规定采用2000国家大地坐标系(CGCs2000) 地球空间网格剖分 5 5.1剖分方法 5.1.1地球空间网格剖分从经度(L),纬度(B)和大地高(H)三个方向逐级递归二分,在地球参考椭球 面形成地球表面剖分,加大地高方向形成立体剖分 5.1.2地球表面剖分在经线、纬线方向将空间剖分区域扩展为2的整数次幕,形成整度、整分、整秒的 等经纬度网格 网格剖分在初始空间、1,1'所对应的第0级,第9级和第15级上有三次扩展 5.1.3立体剖分时地球参考椭球面向上或向外为正,向下或向内为负 5.2剖分范围 地球空间网格剖分的范围从一6302.106722602182km(地下)至528680.1711252437km 太空)
GB/T40087一2021 5.3剖分起点 地球空间网格剖分以地球参考椭球面、本初子午面与赤道面三个面的交点(O点)为起始位置,其 示例见图1 PM RE 说明 PM 本初子午面; RE 参考椭球面; 赤道面 图1剖分起始位置示意图 5.4级剖分 地球空间网格分为4类33级,分别是 度网格包括09共10级; a b)分网格包括1015共6级， 秒网格包括1621共6级; c d秒以下网格包括22~32共11级 5.5地球参考椭球面网格 5.5.1 度网格 5.5.1.10级至1级网格 地球参考椭球面网格剖分时将纬度从一90" -256"256",将经度从一180'180'扩展 一o扩展为- 为一256°256,形成512"×512°的0级网格,0级网格用G标识 1级网格在0级网格基础上按等经差和纬差二分,其剖分示例见图2
GB/T40087一202 -256" 256" 256” 256 -180" 180 90 90 0” -90 -90 -180 0" 180" -256" 256 -256" 256? 图21级网格示例 5.5.1.22级至9级网格剖分 2级至9级网格在上级网格基础上按等经差和纬差逐级递归二分 每一级网格没有实际地理意义 时不再向下剖分 其中3级网格剖分示例见图3 接近地球南极、北极时纬线长度急剧收缩,南纬和北纬88"90"范围的8级和9级网格应合并处 理,其合并应符合5.5.5的规定 l12103- 102002、 013 113 003O12 114 -11o104 0olo0o 001o10 011 2o1210 31l -31030l 300l200 211 313 3303 302202 20212 213 图33级网格示例
GB/T40087一2021 5.5.2分网格 5.5.2.1 分网格扩展 分网格剖分时将每一个经纬度为1"×1"60'×60',9级网格)的网格扩展成为64'×64'的网格 网 格扩展方向由该网格所在的位置决定 当网格分别在东北半球、西北半球、东南半球、西南半球时,其扩 展方向见图4至图7 遥 60' 64 图4西北半球扩展方向 (60 64 图5东北半球扩展方向 64'" (60' 意 图6西南半球扩展方向
GB/T40087一2021 -64 (60" 图7东南半球扩展方向 5.5.2.210级至15级网格剖分 南纬和北纬0°88"的10级至15级网格,在上级网格(10级网格在9级网格扩展后)基础上按等经 差、等纬差逐级二分 每一级网格没有实际地理意义时不再向下剖分 南纬和北纬88"一90"的10级至15级网格在合并的上级网格上剖分,其剖分应符合5.5.5的规定 5.5.3秒网格 5.5.3.1秒网格扩展 秒网格剖分时将每一个经纬度为1'×1'60"×60",15级网格)的网格扩展成为64"×6"的网格 网格扩展方向与分级网格一致,见5.5.2.1的规定 5.5.3.216级至21级网格剖分 南纬和北纬0'~88"的16级至21级网格,在上级网格(16级网格在15级网格扩展后)基础上按等 经差、等纬差逐级二分 每一级网格对没有实际地理意义的网格不再向下剖分 南纬和北纬88"90"的16级至21级网格在合并的上级网格上剖分,其剖分应符合5.5.5的规定 5.5.4秒以下网格 南纬和北纬0"一88的22级至32级网格,在上级网格基础上按等经差、等纬差逐级二分 南纬和北纬88"90"的22级至32级网格需要在合并的上级网格上剖分,其剖分应符合5.5.5的 规定 5.5.588"~90"网格 南纬和北纬88"一90"之间的8级及以下网格需要进行网格合并处理,其合并规则如下 8级网格;将南(北)纬88"~90"所剖分的180个2"×2"网格合并成一个网格P,其合并示例见 a 图8 9级网格;将南(北)纬89"一90"所剖分的360个1"×1"网格合并成一个网格PO;将南(北)纬 b 88"一89°所剖分的360个1X1"网格合并成三个网格P1,P2,P3,其合并示例见图9. 10级网格;将南、北纬89'32'一90"所剖分的网格合并成一个网格,89"89"32'所剖分的网格合 并成三个网格 88"89°的网格在9层网格合并基础上按四叉树剖分,其示例见图10 其中 合并后网格的经纬度为: 1 PO所分的网格;Po0(360'×28'),Po1(128"×32'),P02(104"×32'),P03(128"×32') 22 P所分的网格;P10(64"×32'),P11(64"×32'),P12(64"×28',P13(64"×28') 33 P2所分的网格:P20(52°×32'),P21(52°×32'),P22(52°×28'),P23(52°×28');
GB/T40087一2021 4)P3所分的网格;P30(64?×32'),P31(64"×32')、P32(64?×28'),P33(64"×28') d 10级以下网格;扩展规则与南纬和北纬0"一88"区域一致,分网格扩展规则见5.5.2.1,秒网格 扩展规则见5.5.3.1 其合并规则与9级网格合并规则一致,形成南纬和北纬88"一90"地区的 逐次四叉树剖分 图888"90"地区8级网格 P1 P2 P0 P3 图988"~90°地区9级网格 PI11 P13 P10 P20 A e9y PO1 p02Po0 PM 2 w TO3sy P2！ P30 P3 P31 说明: 东经; w -西经; PM -0"经线 图1088"90"地区10级网格 5.5.6网格规格与数目 地球参考椭球面剖分形成的地球空间网格规格与数目参见附录A
GB/T40087一202 5.6高度域剖分 5.6.1剖分方法与要求 高度域剖分的级数与地球参考椭球面剖分的级数一致 任意剖分级数m,高度域剖分成2"层,地 下为2"-'层,地上为2"-'层 同一级各网格在相同层高度(大地高方向粒度)应相等,高度与该层对应 等高面赤道处相应级剖分形成的网格纬线方向粒度匹配 同一级相同层网格高度与对应等高面赤道处 网格纬线粒度关系见图11 " 加 L L Le e 的 H H r 说明: -网格在等高而上的长度,赤道方向粒度; L H -网格大地高 h -网格高度,大地高方向粒度; 赤道面上网格距地心距离; -网格对应的经(纬)跨度差 图11高度域网格粒度与对应等高面赤道网格粒度关系示意图 5.6.2网格参数计算 高度域剖分的网格距地心距离、大地高、网格高度(大地高方向粒度),等高面上的长度(赤道面上的 粒度计算公式的推导参见附录B 地味表面上空或地下第们层网格参数计算公式如下 网格距地心距离(以赤道面上来计算)r,见公式(1) a =(a十,)"()， 式中: 初始剖分范围定义的基础网格(1”网格)对应的经纬)跨度差,单位为弧度(rad) 6 o= 8 该网格对应的经(纬)跨度差,单位为弧度(rad) -从地面向上(或向下)数第"层立体网格,n为整数,地面以上n>0,地面以下n<0; -地球长半轴,单位为米(m)(r=6378137). 网格大地高H,见公式(2) b H =(1十0,)朵》r 一 2 式中: 初始剖分范围定义的基础网格(1”网格)对应的经(纬)跨度差,单位为弧度(rad) 0 [0 = 180
GB/T40087一2021 -该网格对应的经(纬)跨度差,单位为弧度(rad); 从地面向上(或向下)数第n层立体网格,n为整数,地面以上n>0,地面以下n<0: -地球长半轴,单位为米(m)(r,=6378137) 网格高度(大地高方向粒度)h,见公式(3) 3 -d十0,)s,,[a十4)f一1门 式中 9 一初始剖分范围定义的基础网格(1”网格)对应的经(纬)跨度差，单位为弧度(rad 180 -该网格对应的经(纬)跨度差,单位为弧度(rad); -从地面向上(或向下)数第"层立体网格,为整数,地面以上n>0,地面以下n<0; 地球长半轴,单位为米(m)(r =6378137) 网格在等高面上的长度(赤道方向上粒度)L 见公式(4) n一 L，=(1十0 " r0 式中: -初始剖分范围定义的基础网格(1”网格)对应的经纬跨度差,单位为弧度(rad 0 180 该网格对应的经(纬)跨度差,单位为孤度(rad) 从地面向上(或向下)数第n层立体网格,n为整数,地面以上n>0,地面以下n<0; 地球长半轴,单位为米(m)(r=6378137) 5.7网格定位及边界面归属 地球空间网格定位及边界面归属见附录C 地球空间网格编码 6.1编码构成 地球空间网格编码由地球参考椭球面网格编码简称“椭球面编码”),高度域编码和扩展编码构成 扩展编码可根据需求自定义,如扩展时间编码 6.2椭球面编码 6.2.1编码规则 椭球面网格编码采用四进制1维变长编码,规则如下 编码取值为四进制数字0,1,2、3 a b 编码长度应等于该网格的级数,从1位到32位,即:l级网格编码长度为1位四进制数字、2级 网格编码长度为2位四进制数字32级网格编码长度为32位四进制数字 编码最长为32级,由32位四进制数字组成 d 编码分为四段,分别是9位度网格编码.6位分网格编码.6位秒网格编码和位秒以下网临 编码 最短编码为1级网格编码,只有最高1位度编码 各级网格编码分段见图12.
GB/T40087一202 收分级编码 1u位秒级以下编吗 dddddddd d mmmmmm S uuuuuuuuuuu S 6位秒级编码 9位度级编码 图12网格编码长度与分段 网格编码与上级网格编码关系;N级网格编码长度为N位四进制数字,N级网格编码包含该 网格所在的所有上级网格编码,即该网格所在1级网格、2级网格、N一1级网格编码 网格编码包含网格的定位信息和级信息 定位信息指网格的定位角点和其余角点的经纬度坐 标,见附录c 级信息指网格的级数,网格的级数等于其编码长度 6.2.2编码顺序 地球空间网格编码顺序采用Z序进行 1级网格按东北、西北、东南、西南的Z序进行编码即G0 网格对应地球表面空间区域位置是东北半球,G1网格对应西北半球、G2网格对应东南半球,G3网格对 应西南半球 每一级网格编码在上一级网格编码基础上采用乙序继续编码 2级至7级网格、南北纬88"之间的 8级及以下网格Z序编码方向由其所在1级网格位置决定,不同位置网格Z序编码顺序见图13 G1 G0 G3 图13网格乙序编码方向 6.2.3编码计算 6.2.3.1计算步骤 地球参考椭球面上经纬度坐标转换为相应级网格编码时根据转换网格级(网格大小)选择位数,进 行莫顿交叉,形成二进制编码,再转换成四进制数后,根据所在半球位置加上半球代码,形成该点对应椭 球面网格的编码 编码计算步骤如下 将该点经、纬度坐标表示成GB/T16831规定的形式,即A"B'C.D" a 10
GB/T40087一2021 D将该点的坐标按度,分、秒、秒小数部分分别转换为二进制数 即将度|Al由十进制数转换成 8bit定长二进制数(A).,将分B由十进制数转换成6bit定长二进制数(B).,将秒C由十进 制数转换成6bit定长二进制数(C),将秒以下数D由十进制数转换成11bit定长二进制数 D) 分别将经、纬度坐标度、分、秒及秒以下二进制数(A、(B)e,(C).,(D)直接拼接成31bit定 长 二进制数(E).,即(E);=(A).(B).(C).(D),分别得到两个31bit定长数经度(E)和纬 度(En); 将纬度(Em)前置、经度(E,)后置,采用莫倾交叉的方式生成62bit的混合代码(F);,例如若 En)为100111,(E)为011010,则(E)在前,(E)在后的莫顿交叉运算结果为(F. 为100101101110; 将二进制混合代码(F)转成四进制编码(F) e 根据待求网格的级别m,将(F),中后32一m位四进制的码元去掉得到(F'), fD 根据经度和纬度,按照图13的约定,在(F')前加上G0,Gl.,G2或G3即可得到网格代码 g 6.2.3.2计算示例 地球参考椭球面上某一经纬度坐标的网格编码计算参见附录D. 6.2.488"心90°网格编码 南纬和北纬88"90"之间的8级及以下椭球面网格编码规则如下 8级网格编码;南纬88"90"合并的8级网格编码为G20202200;北纬88"一90"合并的8级网 a 格的编码为G00202200 9级网格编码南纬和北纬88"90"之间的9级网格编码为其定位点位置网格编码 网格定 b 位点位置规定见附录C 南纬和北纬88"90"之间的9级网格编码见图14 P1(0"~东经128" P1(0*~东经128" G202022000 G002022000 P0 P0 P2(东经128"~ P2(东经128" G00220o1 G2022001 G002022002 G202022002 西经128") 西经128" G102022000 G302022000 P3(0"一西经128") P3(0"一西经128" 图14南纬和北纬88°~g0°之间的9级网格编码 10级网格编码;南纬和北纬88"一90"之间的10级网格编码在9级网格编码基础上,南纬和北 纬89"90"之间按照第9级网格编码规则进行编码;南纬和北纬88"89"之间,按照南纬和北 纬0?88"之间的规则进行编码,其顺序见图13 南纬和北纬88"90"之间的10级网格编码 如下: 北纬88”~90°之间的网格编码分别为:Po0G0020220022、PO1G0020220020) P02(G0020220021)、P03G1020220020)、P10G0020220000)、P11G0020220001 P12(G0020220002)、PI3(G002022003)、P20(G0020220010)、P21(G1020220o10) P22(G0020220012)、P23G1020220012、P30G1020220000)、P31G1020220001 1
GB/T40087一202 P32(G1020220002)、P33(G1020220003): 南纬88”90”之间的网格编码分别为:P00G2020220022)、Po1G2020220020 P02(G2020220021)、P03(G3020220020)、P10G2020220000)、PI1G20202200o1) P12(G2020220002)、P13G2020220003、P20G2020220010、P21G3020220010 P22(G2020220o12)、P23(G3020220o12)、P30G3020220000)、P31(G30202200o1) P32(G3020220002)、P33(G3020220003 d)10级以下网格编码;网格编码的排序方式分成南(北)极点地球参考椭球面网格的I类型、P1、 P3四分的I类型,P2四分的I类型共3种类型 其中l类型按照整体的东,西半球Z序排 列,类型按照单独的东、西半球Z序排列 I类型两极极点处10级以下地球参考椭球面网 格编码顺序见图15 E PM w 说明 -东经; w -西经; PM -0"经线 图15南(北)极10级与以下椭球面网格编码顺序 6.3高度域编码 6.3.1编码规则 高度域编码采用二进制1维变长编码,其编码规则如下 编码取值为二进制数字0,1 a b)编码长度等于剖分的级数,从1位到32位,即1级剖分的编码长度为1位二进制数字、2级剖 分的编码长度为2位二进制数字32级剖分的编码长度为32位二进制数字 高度域N级剖分编码长度为N位二进制数字,N级剖分编码包含该级剖分所在的所有上级 剖分编码,即该剖分所在1级剖分、2级剖分、N一1级剖分编码 d 椭球面与大地高方向剖分所形成的立体网格编码由椭球面和高度域编码共同构成 网格编码包含该网格的定位信息和级信息 定位信息指网格的定位点的大地高,见附录C. 级信息指网格的级数,该网格的级数等于高度域编码的长度 6.3.2编码计算 高度域大地高为H的朋级网格编码计算步骤如下 获取m级网格在大地高为H处高度域层数,其计算见公式(5) a 12
GB/T40087一2021 H 十ro (5 bog什 式中 -从地面向上(或向下)数第n层立体网格,n为整数,地面以上n>0,地面以下n<0; 初始剖分范围定义的基础网格(1°网格)对应的经纬)跨度差，单位为弧度rad 180 -该网格对应的经(纬)跨度差,单位为弧度(rad); -地球长半轴,单位为米(m)(r =6378137): 去掉层数n高位的0形成的编码即为高度域编码 13
GB/T40087一2021 附 录 A 资料性附录) 地球参考椭球面网格规格与数目 地球参考椭球面上地球空间网格按照四叉树递归剖分方案,形成大到全球,小到厘米,均匀的多层 级网格 地球参考椭球面上各级网格的数量和大致尺度大小见表A.1 表A.1地球参考椭球面地球空间网格规格与数目 赤道附近 网格单元 赤道附近 网格单元 级 地球表面数量 级 地球表面数量 规格 大致尺度 规格 大致尺度 17 512"网格 全球 16"网格 494.7m 3649741568 88"网格 256"网格 1/4地球 247.4m l4598966272 4"网格 128"网格 19 万 123.7m 5132160 20 64"网格 24 61.8m 20528640万 2"网格 32"网格 72 21 1"网格 30.9m 82114560万 22 1/?"网格 16"网格 288 15.5mn 328458240万 23 890.5km 104 7.7m 1313832960万 8"网格 1/4"网格 4"网格 445.3km 4140 224 1/8"网格 3.9m 5255331840 2网格 222.6knm 15842 25 1/16"网格 21021327360 1.9m 1'"网格 1/32"网格 84085309440 1ll.3kmm 63368 26 1.0m 10 59,2knm 253472 27 0.5m 336341237760万 32'网格 1/64"网格 ll 16'网格 29.6km 1013888 28 1/128"网格 24.2cm 1345364951040万 '网格 12 14.8km 4055552 26 1/256"网格 12.0cm 5381459804160万 13 7.4kmm 14256803 21525839216640万 4'网格 30 1/512'网格 6.0cm 14 2'网格 3.7km 57027212 31 1/1024"网格 3.0cm1 86103356866560万 32 15 1'网格 1.8km 228108848 1/2048"网格 1.5cm 344413427466240万 32"网格 6 989.5m 912435392 14
GB/T40087一2021 附录 B 资料性附录 大地高方向不等距剖分范围与方法 B.1地球大地高方向剖分范围 地球参考椭球面经过扩展后,其经纬两个方向的范围都为一256"256"的范围,那么理论上1"网格 就划分了512×512个,当然部分网格是在地球之外的虚拟网格,但是整个剖分是在一256"一256“的虚 拟经纬度空间开始剖分的 因此,为了保证地上,地下大地高方向范围与地球参考椭球面的剖分范围 致,对应地表1°网格,地面上延伸至高空256个网格,地面下延伸至地心有256个网格,将0=(1')带 人式分别带人公式(B.3)、公式(B.4)、公式(B.5)、公式(B.6),因为图11中,地表向上第1个网格的下标 儿=0,因此计算尸-、H-8,h二8、,l-以及rt、Ha:、h3、L,得到 =76.03027739781714km r”-256 -6302.106722602182kmm H-256 1.304215811725356km -256 l.326978671796536km 256 525879.9711582395km =519501.8341582395km 9020.892688127176km h255 =9178.336967004097km 上255= 因为网格都是以网格下底面起算的,因此第255个网格的上顶面才是整个空域的划分范围,即H就 528680.1711252437k 因此,整个地球空域大地高方向划分的范围,按照地球长半轴r=6378.137km 计算,整个空域的高度划分范围从大地高- 一6302.106722602182kmm528680.1711252437km的范 围,涵盖目前为止最高的静止轨道人造卫星系统甚至月球系统 B.2 高程剖分推导 在图11中,L表示地球表面对应地心角0是地球表面赤道上的弧长,L,i=1,2,3,,表示不同 高度层处,对应同样的地心角,,赤道面与等高面交线的弧长;r表示地球的长半轴r ,i=1,23,n" 表示不同高度层对应的地心距离 高程方向采用不等距划分方式,为了满足在不同高度层上的网格为近似的方体,避免出现由于高程 变化,导致L,逐渐变大,如果仍然采用等距离划分方式,将会带来网格随着高程增大,变得越来越扁 由此,需要满足每一高度层(第i层)上的网格高度h,与该高度层的L,相等的初始约束条件,即 L =r 0 0 ,广I=h 十r" 0 L2=r2 ,r2=h1十r 0 L,一r o,r"=hn-1十r-1 当0 = rad(1“网格)时,满足下面约束条件 8O 15
GB/T40087一2021 h，= 将约束条件带人,上式累计,得到 义1-斗L十习，-" ro "十儿. - 这 ,习" =0” r，十r 十 r,一>r，=(l+0) 令S = 习，则 S =(+.)S.1十r =(十,)[(1十,)S-十r]十r =(1十0,)s,,十[(1十,)十1]r =(1+,S,一,十[(1十,)'十(+,)十1]r =(+,)"S十[(1十,)"一1十(十,)?十(+,)1]r 1十 )”一 =(I十,)"r,十r , 0 货十 =(l0)" 可 因此,有 r =S.-S 1十0,)" 1十0.,)"-" 十r)-]- 十刚)-分 =(十.)"-(r 十r,.)=(1十0.)"r B.1 (B.2 L,=r,=(1十.)"r,O 对于任意剖分级数m,高度域划分成2"层(地下2"-'层,地上2"'层),此时地表网格的经纬度跨 度为时 为了保证不同剖分级别,整体的地球空域高度剖分范围的一致性因此对于任意剖分级数 n 将在m=9级, = rad的基础上进行,并且为了保证和地球表面网格的跨度一致,因此在公 18O 式(B.1)的基础上,对角度0进行划分,得到地球表面上空(或地下)第n层网格的地心距离r.(以赤道面 上来计算),见公式(B.3) 在此基础上,地球表面上空(或地下)第"层网格的大地高H,见公式(B.4) 地球表面上空(或地下)第"层网格的高度(纵向粒度)h,等于H1一H,,见公式(B.5);地球表面上空 或地下)第层网格在等高面上的长度(横向粒度)L,等于r,0,见公式(B.6) " =(l十历)， B.3 H =4十0,) B.4 ro一r "品 ,[l+4)去-1门 h，=(1十0." B.5 L -(l十4)味,0 B.6 从r,的表达式(B.3)中,可以得到大地高方向的网格计数，上下标川就是大地高方向的网格计数,见 公式(B.7) B.7 uw" 71一 为了满足地球位置网格在大地高方向上的剖分,大地高需要满足等距离的要求,将不等距离的真实 大地高变换成等距的虚拟大地高 大地高变换的方式根据公式(B.4)得到公式(B.8). 16
GB/T40087一2021 H 十ro (B.8 og; 可 式中 初始剖分范围定义的基础网格1”网格对应的经纬)跨度差,单位为弧度rad) 0= 18o -该网格对应的经(纬)跨度差,单位为弧度(rad); -从地面向上(或向下)数第n层立体网格,n为整数,地面以上n>0,地面以下n<0; -地球长半轴,单位为米(m)(r =6378137): 地球表面上空(或地下)第n层网格的地心距离(以赤道面上来计算),单位为米(m); H -地球表面上空(或地下)第n层网格的大地高,单位为米(m); 地球表面上空(或地下)第n层网格的高度(赤道方向粒度),单位为米(m); h 地球表面上空(或地下)第n层网格在等高面上的长度(大地高方向粒度),单位为米(m I， m 17
GB/T40087一2021 附 录 规范性附录) 网格定位及边界面归属 普通网格定位 C.1 地球空间剖分所形成网格定位点在角点上 各网格定位点应位于网格所有角点中最靠近原点(剖 分起始位置O)的那个角点位置 设不同层级刀等高面、赤道面、本初子午面的交点为O.,处于该等高 面上网格的定位角点是横向上靠近o.,纵向上(大地高方向)靠近地表的网格角点 定位具体位置 如下 东北半球地下系列网格定位点应位于靠近地球表面网格面的西南角,东北半球地球上空系列 a 网格定位点应位于靠近地球表面网格面的西南角; 东南半球地下系列网格定位点应位于靠近地球表面网格面的西北角,东南半球地球上空系列 b 网格定位点应位于靠近地球表面网格面的西北角; 西北半球地下系列网格定位点应位于靠近地球表面网格面的东南角,西北半球地球上空系列 网格定位点应位于靠近地球表面网格面的东南角 西南半球地下系列网格定位点应位于靠近地球表面网格面的东北角,西南半球地球上空系列 d 网格定位点应位于靠近地球表面网格面的东北角 地球空间网格定位点位置见图C.1 B 图C.1地球空间网格定位点位置 C.2南北极地区合并网格定位 南纬和北纬88"90'的南北极区域合并网格定位规则如下 8层网格定位;南(北)极区域网格以本初子午线和士88"纬线相交的点作为定位点,大地高方 a 18
GB/T40087一2021 向不变 例如;南极区域地球参考椭球面8级网格的定位点为(0',-88",0);北极区域地球参 考椭球面8级网格的定位点为(0",88,0 b 9层网格定位:北极区域地球参考椭球面网格P0、P1、P2,P3定位点分别在(0',89°,0).0" 88",0),(128,88",0),(0",88",0);南极区域地球参考椭球面网格PO,P1,P2,P3定位点分别 在(0',-89",0),(0',一88",0),(128",一88",0),(0',一88",0). C.3 网格边界面归属 地球空间网格中包括定位点的三个边界面属于本网格,不包括定位点的三个边界面则不属于本网 格 地球空间网格边界面归属示例图C.2 图c.2地球空间网格边界面归属 19
GB/T40087一202 附 录 D 资料性附录) 地球参考椭球面经纬度坐标到网格编码转换示例 北京世纪坛中心在地球参考椭球面经纬度坐标(39"54'37.0"N,116"18'54.8"E)转换示例如下 将经纬度坐标按度、分、秒、秒小数转换为二进制数;即纬度39°54'37.0"N转换为0001001l1 a 10110'100101.00000000000";经度116”18'54.8"E转换为001110100°010010'110110. 11001100110" 其各级网格二进制代码参见表D.1 表D.1北京世纪坛中心经纬度坐标二进制代码转换 度级网格 秒级网 分级网 秒小数级编码 网格分级 经纬度 编码 格编码 格编码 纬度ooo1oo 4"网格 36N,116"E) lo 经度 oo1 纬度ooooo中 2°网格 38N,l16"E 经度O 纬度oooo 39"N,116"E 1'网格 经度o11oO 纬度ooo1oo1lo 2'网格 39"54'N,116"E18' 经度oo1o1ooooo 纬度 1'网格 39"54'N,l16"18'E) 经度oooiooooo 纬度ooo1loo1 2"网格 39'54'36"N,.1l16"18'54"E 经度oo11o1ooo1loo1o1 纬度ooo1olo (39"54'37"N,116"18'5"E 1"网格 经度oo11loooooo 纬度ooooolooooo1o 1/2)"网格 39°54'37.0"N,l16"18'54.5"E 经度 纬度 1/4)"网格 39"54'37.0"N,l16"18'54.75"E 经度ooolooo1oo1o 纬度ooo1ooo11o1loo1o1ooo 39'54'37.0'"N,l16"18'54.75"E) (1/8>"网格 经度ooolooooo 纬度ooooo oo1looooo 1/16)"网格 39"54'37.0"N,116°18'54.75"E 经度oo1oooo1oo1oo11lo11oo 纬度 lolol01lolo11 ololo1olololol0 39"54'37.00000"N. 1/32"网格 116"18'54.78125"E) 经度oonoo 20
GB/T40087一2021 表D.1(续》 度级网格 分级网秒级网 网格分级 秒小数级编码 经纬度 编码 格编码 格编码 lolooooooloo 纬度ooooo 39"54'37.000000"N， 1/64"网格 l16"18'54.796875"E) 经度 纬度ooo 1looooooo 39"54'37.000000"N， 1/128)"网格 116°18'54.796875"E 经度 纬度oloo1 loooooool0 39'54'37.000000"N. 1/256)"网格 1l6°18'54.796875"E llol0 经度olo11ooloo1ooo 结度 0lolo1 ololololololololo (39°54'37.000000000"N， 1/512)"网格 ll6"18'54.798828125"E) 经度 oolooloooo 结度ooo 39"54'37.0000000000"N 1/1024)"'网格 1l6°18'54.7998046875"E 经度olo11looooooho1lo 纬度olooloo ooooooooloolo 39"54'37.0000000000"N， 1/2048)"网格 116"18'54.7998046875"E lol1llolol1lolonl1l0 经度oooooooo 各级网格代码生成时,将纬度(二进制编码)前置、经度(二进制编码)后置,采用莫顿交叉的方 b 式生成二进制编码,例如二进制编码4"级网格为000111010011;2"级网格为00011101001110 将二进制编码转成四进制编码加上所在半球号,例如其4“级网格代码为G0013103 2“级网 格代码为G00131032 21
GB/T40087一2021 参 考文献 [1]GB/T17159-2009 大地测量术语 22

地球空间网格编码规则GB/T40087-2021详解

随着全球定位系统（GPS）等技术的普及和发展，地球空间信息的处理和管理变得越来越重要。而地球空间网格编码作为一种用于表示地球表面位置和区域的方法，也成为了地理信息系统、地球物理学、地质学、环境科学等领域中广泛使用的工具。为了规范地球空间网格编码的应用和管理，GB/T40087-2021国家标准被引入。 该标准主要包括了地球空间网格编码的定义、命名规则、划分方式、属性编码等方面的要求。其中，最具代表性的是对地球空间网格编码的命名规则的规定。 根据标准规定，地球空间网格编码采用“行列式”命名法，即将地球表面划分为若干个网格，并以网格的行列编号确定每个网格的唯一标识符。行列式命名法将地球表面划分为若干个等大的正方形网格，行列编号由数字和字母组成，如“A1”、“B2”等。 此外，标准还规定了地球空间网格编码的划分方式和属性编码。在划分方式方面，标准提出了三种不同的方法：矩形划分、六边形划分和四叶草划分。在属性编码方面，标准规定了多种属性编码方式，包括颜色编码、线形编码、点形编码等。 为了确保地球空间网格编码的正确性和实用性，GB/T40087-2021国家标准还规定了相应的管理要求。例如，标准要求对于使用地球空间网格编码的单位或个人，应当具有一定的专业知识和技能，并且需要遵守相关的管理规定。 总体而言，GB/T40087-2021国家标准的发布，对于推动我国地球空间信息处理和管理的规范化和标准化具有重要意义。未来，随着技术的不断发展和完善，地球空间网格编码将会在更广泛的领域得到应用，同时也需要不断地更新和完善相应的规则和管理要求。

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2022/7/16 6:22:31 现行