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新型地图模式:网格地图

2009-02-22 16:14阅读:
网格地图原是一种比较简单的地图类型。将制图区域按平面坐标或按地球经纬线划分网格, 以网格为单元, 描述或表达其中的属性分类、统计分级以及变化参数和虚拟现实, 即在二维空间上表达动态时空变化的规律。其特点主要是人为地划分为大小不同的网格, 替代多种多样的自然或行政区划界线。
古代的格网地图, 原本是为了适应于定位精度不高的粗略的地理分布现象。如裴秀的计里画方、元代的网格地理图等。它把空间的不确定性因素, 控制在相应的尺度范围之内。这种特定的功能, 如果现在把它延伸到数据融合中来, 以之作为定位精度、分类等级参差不齐的采样或统计数据的公用平台, 是可以用在区域综合分析、统计空间制图, 以及数据挖掘、环境虚拟等方面。这是基于不同学科或专业, 对地观测数据的定位精度缺乏统一的尺度, 也是基于因特网络时代海量数据压缩和地图数据的需求, 也是综合科学自身发展的规律, 即由低级的简单走向复杂, 又由低级的复杂走向高级的简单这一螺旋式前进的进程。古老的网格地图将在今天网格计算的支持下, 已跃进到了信息时代的新阶段和新水平。

进入空间时代信息社会的新世纪, 网格地图虽然形式古朴, 但适应性很强, 功能多样化。特别是遥感信息技术的进步, 赋予了网格地图以新的生命活力。
一、遥感像元是现代网格地图的基础
无论是全数字化的航空遥感, 还是卫星对地观测, 大都是以行扫描获取的像元作为空间对应的基本单元的。像元实质上就是空间分辨率很高的网格地图的基础。气象卫星提供1km ×1km 网格数据。加入世界气象组织(WMO ) 的国家, 网格数据覆盖全球, 公开交换, 包括18 种数据项, 为全球变化研究提供丰富的数据资源, 应用于碳循环、叶绿素、初级生产力估算、厄尔尼诺现象、飓风预报等方面, 取得了许多空前的创新知识和信息。海洋水色卫星面对占地球表面71% 的海洋, 过去地图上几乎是一片空白。20 世纪全部舰船观测累计, 还不到海洋总面积的20%。而今海洋遥感可以提供高分辨率的波浪、温、盐数据及降水, 测深得海洋气象与海洋物理参数, 人类对海洋资源环境的认识, 有了明显的提高。而海洋瞬息万变的动态数据的描述几乎都是以网格取样和网格制图为基础的。风场、流场大
都是从网格取样数据演绎出来的。大洋海底地形也主要来源于地球物理探测的行扫描数据。地球物理勘探和地球化学取样已经建立了定位监测台站网, 进入到三维
动态监测阶段, 网格地图仍然被广泛地采用, 或演进为以网格地图为基础的多维图解。侦察卫星及Ikonos 等商用卫星, 其空间分辨率已提高到厘米级, 即使城市规划、管理信息系统、环境监测与预警系统的更新, 也可以基本得到高分辨率的数据源的匹配。总之, 卫星遥感像元能为现代网格地图提供全新的数据源, 使网格地图具有无穷的生命力、很高的定位精度和丰富多样的及时更新的信息源。而遥感信息也需要多层次的网格地图系列,来简化多源数据的融合、数据压缩与图像处理技术。

二、为促进自然与人文科学的融合, 网格地图是当前最佳的选择
目前对社会经济的调查、统计, 大都是按行政区划单元进行的。在美国和加拿大多采用经纬网格, 并按行政区划来调查和统计地理空间分布现象, 效果与网格地图比较近似。而在欧亚大陆的国家和地区,行政区划大都按自然单元边界划分, 依山傍水, 边界轮廓往往不很规则, 而且相同等级的政区面积相差很大。按统一的分类、分级标准生成的统计调查数据, 在地图上的渲染效果可能给人以失真的印象, 甚至产生误导。例如我国西部的人口和农业经济, 主要集中于绿洲和山间盆地, 如果按县(市) 土地总面积分析调查统计数据, 恐怕得到的是风马牛不相及的结果。采用网格单元, 能比较切合实际地表达相关信息。
我国成功地组织过五次人口普查, 并用54 台IBM - 5400 计算机联网, 取得了举世瞩目的成果。但是美中不足的是, 以行政村作为基层统计单元, 很难反映自然村、镇的发展状况及其与自然资源、生态与环境、城市、交通的相互关联。张成宝、胡文亮(1985) 以第一次人口普查数据为基础, 在长江、珠江三角洲及京津唐平原地区, 曾进行网格制图试验, 依据航测地形图上的居民地密度, 修订县级人口统计地图。嗣后刘岳(1995) 又以第四次人口普查数据为基础, 编制全国网格人口地图, 较好地反映了西部人口分布的地区差异, 比较贴切地反映了高原、高山、荒漠、河谷以及绿洲与人口地理分布的相互依存与制约关系。李宝林(2001) 以8km 网格的人口分布与对应的初级生产力估算相匹配, 剖析西部人口的饱和度, 定位、定量地大致区分了过饱和以及尚未饱和的地区, 对西部开发程度和潜力研究, 提供了一种科学依据。这些研究结果表明: 通过网格地图, 较易获得一种“等面积对比”的可视化效应。

三、网格地图有助于动态现象的表述
网格地图有助于动态现象的表述在全球变化和海洋、植被指数等环境评估与动态监测管理信息系统中, 网格地图是经常被采用的最简便易行的一种表达方式。近年来我国学者引进NOAA 气象卫星数据, 进行了大量研究分析工作。早在70 年代, 张还远等(1979) 就利用有限的台站观测数据编制了海洋风场、潮汐等海洋动力学地图, 实质上采用1°×1°经纬的网格地图, 然后一部分转换成等量线图。陈育峰(1995) 修订了荷德里奇的生命带模型, 增加土壤要素, 成功地编制了全国植被指数图, 不仅逼近植被分布的现状, 而且模拟出温室效应增温2℃的可能变化。符淙斌(2000) 进一步探讨了植物演进的趋势预测。朱启疆(2001) 在《航空摄影测量与遥感》杂志上发表的中国植被指数季相变化系列地图, 实质上也都采用网格地图方法。台湾在
集集大地震之后于2001 年编制了地震活动分析图。苏奋振(2001) 设计的东海渔业资源评估信息系统, 都采用网格地图, 也非常生动地显示出寒流与暖流的界面迁移。面对瞬息万变的地球动力学现象, 巧妙地利用
网格地图来表达, 无损于它们本来就比较粗放的空间定位精度, 并适用于采样观测并非严格同步, 采样
点分布不匀的特点, 成功地反映相对的动态规律。

摘自“网格地图与网格计算”,《测绘科学》2002 年12月,Vol.27 No.4

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