基于非均勻多級(jí)網(wǎng)格索引的矢量地圖疊加分析算法

0　引言

隨著空間分析技術(shù)的發(fā)展，GIS將從一般的空間事務(wù)處理轉(zhuǎn)向空間決策支持[1]，且已從數(shù)據(jù)庫型GIS進(jìn)入分析型 GIS的階段[2]。矢量地圖疊加分析算法是 GIS分析中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，疊加過程被認(rèn)為是 GIS發(fā)展過程中最具挑戰(zhàn)性的問題之一;而疊加分析過程中的退化情形以及浮點(diǎn)計(jì)算的有限精度使得矢量數(shù)據(jù)疊加計(jì)算更加困難。因此，從學(xué)科的角度看，地圖疊加分析算法是地理信息科學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)[3]。同時(shí)，隨著 GIS應(yīng)用的不斷深入，面向大規(guī)模復(fù)雜數(shù)據(jù)的疊加分析性能的要求也逐步提升。

疊加分析按照幾何運(yùn)算方式分為裁剪、擦除、同一、相交、對(duì)稱差、合并、更新等，其操作對(duì)象主要是點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)，同時(shí)柵格數(shù)據(jù)也有類似的疊加分析方法?，F(xiàn)有疊加分析方法多使用空間索引(將整個(gè)空間劃分成不同的搜索區(qū)域，以一定的順序在這些區(qū)域中查找空間實(shí)體[4])的方法來實(shí)現(xiàn)，這是由于使用空間索引可提高對(duì)空間數(shù)據(jù)獲取的效率[5]。當(dāng)前空間索引研究集中在空間索引和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的結(jié)合、索引效率與檢索效率的平衡以及面向移動(dòng)目標(biāo)的存儲(chǔ)和索引等方向[6]。目前主要的基于多邊形裁剪的疊加分析算法包括 Weiler-Athernton算法[7]、Vatti算法[8]及 Greiner-Hormann算法[9]，劉勇奎等[10]給出了基于單向鏈表結(jié)構(gòu)的一般多邊形的裁剪算法。

在 GIS實(shí)際應(yīng)用中，廣義疊加分析主要包括柵格圖層間的疊加操作與矢量圖層間的疊加操作。柵格疊加是逐個(gè)在每個(gè)地圖像素或網(wǎng)格單元上進(jìn)行布爾算術(shù)操作，比矢量疊加相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)[11]。矢量地圖根據(jù)數(shù)據(jù)類型不同，又可以細(xì)分為點(diǎn)面疊加、線面疊加和面面疊加，其中應(yīng)用范圍最廣、功能實(shí)現(xiàn)難度最大的是面面疊加操作，其主要挑戰(zhàn)包括矢量數(shù)據(jù)誤差導(dǎo)致的疊加結(jié)果準(zhǔn)確性和大規(guī)模復(fù)雜空間數(shù)據(jù)下的分析性能，而本文主要針對(duì)在 GIS應(yīng)用中常遇到的較大對(duì)象對(duì)于大量較小對(duì)象數(shù)據(jù)集的疊加分析。

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