基于位置服务的地理格网编码设计

兀 伟，李朋德，张 坤，肖学年，邓国庆

(1.国家测绘地理信息局测绘标准化研究所，陕西西安710054;2.国家测绘地理信息局，北京100830;3.国家测绘地理信息局第一大地测量队，陕西西安710054)

一、引 言

随着地理信息公共平台、GPS导航定位服务的广泛应用，空间数据社会化应用不断推广普及，公众开始熟悉和使用地理信息，对空间数据越来越关注，对服务质量要求也越来越高。同时，社会化服务是我国信息化建设的目的，而地理信息则是信息化建设的基础和重要部分。随着国家和省级地理信息数据库的建设和更新，我国积累了丰富的数据成果，但在成果社会化应用方面与世界先进水平相比还有很大差距。此外，尽管我国传统邮政和街道地址可用于日常活动中的寻址，但该系统缺乏统一空间定位基础，无法提供我国范围内任何点的空间位置。因此，为推进空间数据服务，满足公众需求，解决空间定位和寻址问题，迫切需要建立一个支持公众使用和交流位置信息的统一地理格网编码系统。

目前，国外为解决空间定位和位置服务需要，采用格网对空间数据进行组织和应用。如美国联邦地理数据委员会2001年发布了《美国国家格网》标准，建立了统一地理格网编码系统，解决了数据融合困难，实现了地理信息数据的共享［1］。英国陆军测量局也建立了国家格网系统，并将其用于停车、野外探险和室外休闲，同时还基于国家格网编制了邮政地址，用于邮政服务。国内对地理格网的研究和应用实践也很多。李德仁提出将地理空间划分成不同粗细层次的规则格网，记录与格网密切相关的数据项，并根据地物密集程度确定格网尺度，形成不同层次的格网［2］。我国局部地理格网在城市中也有很多应用，如北京东城区在城市管理中运用格网思想，将辖区分成若干个格网单元，并对各单元实施监控，实现了对管理空间的分层、分级管理。目前，许多城市也开始实施这种管理模式。一些城市交通图上绘有规则格网，并用格网代码表示位置。以上事例说明，统一国家地理格网编码既是适应技术发展、支持数据共享、满足应用的需求，又是空间信息整合与应用的基础，在我国有广泛的应用前景。

本文分析基于位置服务、寻址及空间定位对地理格网的要求，同时参考国外相关成果，设计符合我国特点的地理格网编码体系，并支持数据集成，以满足多源、多尺度地理空间信息整合。

二、设计基本原理与方法

地理格网编码体系是按一定数学规则对地球表面进行科学划分形成格网系统，并建立统一的格网编码与索引的技术［3］。国家地理格网将我国领土范围按一定地面距离划分为不同层次和等级的格网，并将空间不确定性因素控制在一定范围内，建立格网体系。地理格网编码是为了便于查询检索，为了地理格网建立统一、规范的标识系统，实现用代码描述格网的空间位置、等级和包含关系。地理格网是一种科学、统一、简单、便捷的空间定位参照系统，统一地理格网编码体系的建立，有利于人们利用格网进行空间数据组织，并用格网代码描述空间位置和关系，使人们能基于统一格网使用空间数据，交流位置信息，形成基于位置服务的环境，推进地理信息共享、服务和广泛应用。为确保国家地理格网编码体系的科学性和实用性，其设计应按照以下方法和原则进行：

1.统一地理格网编码体系

地理格网编码体系将在全国范围应用，并形成公用空间参考系统和统一空间定位，以实现我国范围内任何地点空间位置的统一表示。因此，设计需面向全国，建立统一的格网体系。

2.简洁规则的地理格网与编码

国家地理格网设计应遵循规则化、简单化原则，基于一定数学基础，按固定规格划分。方案应简单、实用，并建立统一、规则的格网体系，且确保编码设计的代码简单、易读。

3.层次合理的格网分级

地物对象需要在不同空间或尺度上描述和表达其详细程度，所建立的格网体系应分层次，以便通过不同等级格网来粗略或详细描述要素对象的空间位置。

4.规范统一的格网编码

为便于位置服务和二维空间地址建立，格网与代码应是一一对应关系，代码要反映格网的等级、大小和位置关系。因此，地理格网编码应在规范化原则下制订统一编码规则。

5.实用的格网编码体系

我国现有基础地理信息数据基于传统坐标系统，新国家地理格网推广使用需要利用现有数据。因此，地理格网编码体系设计要与现行坐标系关联，以便于转换。

三、地理格网编码体系设计

国家地理格网要满足我国领土范围内的统一空间定位，其范围是我国版图。其次，为便于与我国基本比例尺地图和地理信息数据衔接，国家地理格网划分应在经纬网基础上进行多级格网划分，一级格网按相同经纬差划分，二级及以下各级格网按固定地面距离划分，所形成格网应尽量规则，并且同级格网大小、形状应相同，从而有利于多级划分。地理格网编码应便于公众使用，便于人们对各级格网进行快速编码，并可根据代码确定格网的等级、位置，以及不同格网之间的距离和关系。

1.一级格网划分与编码

一级格网描述大致地理位置，格网划分与我国传统1∶1 000 000地形图分幅一致，即纬线方向，从赤道起自南向北按纬差4°，经线方向从180°经线起，自西向东按经差6°划分，形成相同经纬度差的一级格网。一级格网编码与相应国家基本比例尺地形图编号统一，其代码与百万地图图号一致。

2.二级格网划分与编码

二级格网划分主要在一级格网基础上进行。由于我国绝大多数地理信息数据均采用了高斯-克吕格投影，为便于数据转换，二级格网以6°投影带为基本单元进行。由于我国领土位于东经72°～138°、北纬0°～54°之间，因此我国地理格网以赤道和东经72°经线的交点为起始位置，各投影带内东西方向以其中央经线为起始位置，按地面长度100 km依次向两侧划分;南北方向则以赤道为起点，向北按相同地面长度依次划分，形成二级格网。该格网所表示的地面除6°投影带边沿不足100 km外，其余都是边长为100 km的正方形，最大限度实现了格网规则化。按照本划分方案，南北方向上处于两个一级格网交界处的二级格网会落在两个相邻一级格网内。

二级格网代码用两个字母组合表示。编码从起点开始，按26个英文字母顺序从南向北、从西向东进行编码，到第27个百公里格网时再从A开始按顺序编。这样任何一个二级格网就由所在一级格网代码与表示二级格网的字母码组成。特殊情况下，当二级格网处于一级格网交界处时，由于位于同一6°投影带内，其一级格网代码中表示东西位置的数字码完全一致，可省略一个。因此，其代码由处于相对低纬度带的一级格网代码，以及处于相对高纬度带的一级格网字母码和二级格网代码组成。

3.三级以下格网划分与编码

三级格网在二级格网内划分。规则格网沿南北、东西方向按地面10 km划分。对于投影带边沿的格网，南北方向从南边开始按地面10 km向北划分，东西方向从邻近投影带中心线一侧开始以相同长度依次划分。四级及以下各级格网的划分规则与三级格网划分完全一致，即在上级格网内，按地面长度1/10关系划分形成1 km、100 m、10 m、1 m、0.1 m、0.01 m等不同等级的格网。从理论上说，地理格网可按此规则无限划分，但考虑到实际需要，划分到0.01 m即可。因此，格网的分级到9级。

三级格网代码用数字表示。编码从左下开始，按从下到上、从左到右的顺序分别用0～9共10个数字表示。这样左下第一个格网的代码就是00，如果是规则格网，右上端最后一个格网的代码就是99。四级及以下各级格网编码规则与三级格网完全一致，其划分和编码示例如图1所示。

图1 三级及以下格网划分与编码示例

4.补充格网划分与编码

在本格网体系下，二级格网以下相邻两级格网面积相差100倍，中间无过渡格网。由于相差过大，因此不利于地物对象位置确定，有时无法满足使用要求。为弥补这一不足，需要增加补充格网。补充格网在二级及以下各级格网上进行，对于规则格网按各边中线四等分划分，形成面积为原格网1/4的补充格网;对于投影带两侧的非规则格网，南北和东西方向小于该级格网理论边长1/2时不再分，大于1/2时，起始位置与普通格网划分起始位置相同，并按该级格网理论边长的1/2进行划分。

补充格网采用方位代码进行编码，即按其在原格网中的方位分别用NE、NW、SE、SW表示。对于位于投影带边沿的格网，如果东西方向小于理论边长1/2，南北方向大于理论边长1/2而被分成两部分，则分别用N、S表示。

5.地理格网代码结构

地理格网的代码分为3～4部分，第1部分表示其所在的一级格网代码;第2部分表示所在的二级格网代码;第3部分为用数字表示的三级及以下各级格网代码，其中表示南北方向的代码在前，表示东西方向的代码在后。如果有补充代码，则第4部分是表示方位的补充代码，具体格网代码结构如图2所示。

图2 地理格网代码结构

四、位置服务解决示例

地理格网可应用于地理寻址、导航等空间定位和基于位置服务。以下示例说明地理格网编码体系的应用。图3是一幅地图上的格网，该图位于代码为H49 KA的二级格网内。图中绘出了1 km的格网线，并标出了10 km和1 km格网线代码。其中，第1位是10 km格网代码;第2位是1 km格网代码。a是某一地物要素的图上位置，则该地物要素的地面位置就可以用代码表示出来。根据精度要求不同，可分别用10 m、5 m、1 m、0.1 m 和0.01 m等不同格网表示。地物要素a用不同等级格网代码可分别表示为，10 m格网：H49 KA 86763678;5 m格网：H49 KA 86763678 NW;1 m 格网：H49 KA 8676036783;0.1 m 格网：H49 KA 867603367835;0.01 m格网：H49 KA 86760323678357。

图3 地理格网编码体系空间定位示例

五、应用探讨

1.人口普查和资源环境调查

人口普查中利用地理格网编制人口地图，可以更好地反映人口密度，研究局部区域人口饱和度。如金君等研究了数字人口模型格网法，增加了不同性质、区域人口数据的可比较性［4］。资源环境调查中用国家地理格网，可以丰富空间数据的表现形式，深化数据的处理与分析［5］。上述应用将地理格网推广到社会经济领域，实现了社会经济数据空间化，并以空间为背景进行分析，使地理格网成为数据管理和分析的基础平台。

2.城市格网管理

数字城市中引入国家地理格网，并将其作为特定范围内城市各类信息的载体，用格网代码实现了对信息的查询和检索，是时空坐标系的一种新表示方法，可形成一个面向公众的平台，为公众提供高质量的服务。

3.地址服务

将地名地址分级，并基于国家地理格网编码体系进行编码，建立格网索引，形成二维空间地址，并共享索引信息，实现地理格网与地名地址的结合，更好地服务于民众。

4.救灾、急救活动

在灾区相关标识和设施严重破坏时，可用地理格网提供的位置表示方案定位;公共安全访问和查询服务系统中可用地理格网存储街道地址;在搜救活动中，可用地理格网确定搜救范围、路线等。地理格网用于以上救灾、急救活动，将有助于迅速确定位置，提高效率。

5.地理信息系统服务

国家地理格网作为公共地理空间单元，将自然划分的地理信息和社会划分的专题信息划归到统一格网中，实现了地理与社会专题数据的集成融合，便于全面、准确地认知理解，为科学决策打下良好的基础，为电子商务、电子政务提供了丰富、全面、可靠的综合数据。

六、结束语

当前，国外地理格网编码体系在基于位置服务中得到了广泛应用。美国和英国国家地理格网均在各自国家内被广泛应用，发挥了很大作用。我国对全国统一的地理格网编码体系也有很大需求。本文根据我国实际需要，开展了地理格网编码体系的研究，以我国百万地图分幅为基础，继承了原地图分幅与编号体系，并以边长为100 km的正方形格网为基本单元，保证了格网的规则性，且考虑了不同需要，在各级格网基础上增加了补充格网。同时，格网编码与格网保持了一致性，编码设计时从统一起点开始，按固定顺序和方向进行，尽量使代码简化，码位长度最短，并与格网一一对应，保证了其实用性。

［1］National Spatial Data Infrastructure.FGDC-STD-011-2001 United States National Grid［S］.Virginia：Federal Geographic Data Committee，2001.

［2］李德仁.论广义空间信息格网和狭义空间信息格网［J］.遥感学报，2005，9(5)：513-520.

［3］赵学胜，侯妙乐，白建军.全球离散格网的空间数字建模［M］.北京：测绘出版社，2007.

［4］金君，李成名，印洁，等.人口数据空间分布化模型研究［J］.测绘学报，2003，32(3)：92-96.

［5］刘明亮，唐先明，刘纪远，等.基于1 km网格的空间数据尺度效应研究［J］.遥感学报，2001，5(3)：183-190.

［6］常洲，储征伟.网格化大比例尺地形图动态维护模式［J］.测绘通报，2010(4)：92-96.

［7］周成虎，欧阳，马廷.地理格网研究模型进展［J］.地理科学进展，2009，28(5)：657-662.

［8］Australian Government.AS/NZS 4819：2003 Geographic Information——Rural and Urban Addressing ［S］.Australia：Intergovernmental Committee on Surveying and Mapping，2003.

［9］程承旗，宋树华，濮国梁，等.空间信息全球惟一编码GeoID 模型初探［J］.测绘科学，2010，35(6)：73-75.

［10］中国国家标准化管理委员会.GB/T 12409—2009地理格网［S］.北京：中国标准出版社，2009.