1、信息查詢與整合解決方案
1.1概述
大數(shù)據(jù)時代，人類活動所涉及的大數(shù)據(jù)80%以上與地理信息有關(guān)，且呈現(xiàn)海量、多源、異構(gòu)、動態(tài)的特點(diǎn)，傳統(tǒng)技術(shù)體制在信息查詢與整合中存在以下問題：對實(shí)體對象空間位置的標(biāo)識不唯一，查詢檢索效率低；對實(shí)體對象的標(biāo)識不統(tǒng)一，信息的整合與共享困難；對結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一組織管理存在重大障礙。以上不足互相關(guān)聯(lián)、互相影響，極大制約了現(xiàn)有信息系統(tǒng)效能的發(fā)揮，方案提出基于北斗網(wǎng)格碼的信息查詢與整合方式，使得數(shù)據(jù)查詢效率更高，數(shù)據(jù)整合更便捷。
1.2解決方案
在對現(xiàn)有系統(tǒng)不推倒不重來及保護(hù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫獨(dú)立性的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)據(jù)中的“空間位置”屬性，增加北斗網(wǎng)格編碼字段，作為ID對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)識，并以其為紐帶構(gòu)建對象內(nèi)在的時空關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立編碼動態(tài)索引，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織與高效查詢。同時，利用網(wǎng)格編碼一維、整型、二進(jìn)制的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)時空大數(shù)據(jù)的計(jì)算、傳輸、分發(fā)、服務(wù)等應(yīng)用的高效“編碼化操作”。
（1）統(tǒng)一標(biāo)識
圖1 空間位置統(tǒng)一標(biāo)識
（2）數(shù)據(jù)組織
圖2 數(shù)據(jù)組織與關(guān)聯(lián)
（3）檢索與分析
圖3 數(shù)據(jù)檢索與統(tǒng)計(jì)分析
1.3優(yōu)勢特點(diǎn)
（1）基于網(wǎng)格編碼的時空大數(shù)據(jù)快速整合和自動空間關(guān)聯(lián)；
（2）數(shù)據(jù)檢索由多維時空查詢簡化為一維數(shù)值匹配查詢，效率大幅提升；
（3）空間計(jì)算由經(jīng)緯度浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為基于二進(jìn)制編碼的位運(yùn)算，計(jì)算效率提升10倍左右。
2、三維路徑規(guī)劃解決方案
2.1概述
空間管控問題是軍航、民航、通航以及無人機(jī)航空業(yè)界備受關(guān)注的問題。隨著飛行器數(shù)量越來越多，特別是隨著低空領(lǐng)域的開放，空管壓力越來越大。飛行器運(yùn)動規(guī)律變化復(fù)雜，航路規(guī)劃的計(jì)算遇到瓶頸，傳統(tǒng)方法普遍以經(jīng)緯度為基礎(chǔ)，通過解算三維曲線方程加安全裕度的方法，來實(shí)現(xiàn)對空間對象的航路規(guī)劃和管控，計(jì)算復(fù)雜度高，已無法適應(yīng)飛行器快速增多的變化。方案基于北斗網(wǎng)格碼進(jìn)行三維路徑的規(guī)劃，有效降低計(jì)算復(fù)雜度，使空間管控更加實(shí)時、高效。
2.2解決方案
用靜態(tài)立體網(wǎng)格承載三維空間信息，時間維作為變量，將空間內(nèi)有無人機(jī)的網(wǎng)格標(biāo)記為1，沒有的標(biāo)記為0；在三維靜止空間中，根據(jù)無人機(jī)之間安全飛行距離和飛行時間變量，找到任意一條和現(xiàn)有運(yùn)動目標(biāo)靜止軌跡（時空軌跡）不相交的立體網(wǎng)格直線（曲線）區(qū)域，反向轉(zhuǎn)換成無人機(jī)在三維立體空間的運(yùn)動狀態(tài)，即可規(guī)劃出任意動態(tài)的無人機(jī)飛行路徑，并能將飛行空域的利用率達(dá)到最大。
圖4 三維路徑規(guī)劃示意圖
圖5 計(jì)算復(fù)雜度對比
2.3優(yōu)勢特點(diǎn)
（1）將復(fù)雜的浮點(diǎn)運(yùn)算問題變成一個空間網(wǎng)格的匹配問題，空間飛行規(guī)劃計(jì)算效率提升10倍以上；
（2）保持空間計(jì)算效率的平衡，算法復(fù)雜度呈線性變化，不隨空間對象的數(shù)量、分布及運(yùn)動規(guī)律的變化而變化；
（3）空域利用率提升1倍以上；
（4）具有全空域性，支持整個地球空間的空間管控。
3、高精度位置服務(wù)解決方案
3.1概述
目前高精度位置服務(wù)，其基本模式是“先請求、后計(jì)算、再服務(wù)”。這種模式在實(shí)際應(yīng)用中存在著一些明顯的不足和短板。主要表現(xiàn)在：
（1） 用戶端：
移動終端需要持續(xù)消耗流量，使用成本高；
需頻繁進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和運(yùn)算，耗電量大，待機(jī)時間縮短。
（2）服務(wù)端：
隨著用戶數(shù)的增加和精度的提高，后臺計(jì)算壓力增大，服務(wù)的實(shí)時性難以保證；
受通信帶寬的影響，同時服務(wù)的用戶數(shù)量受限。
3.2解決方案
將服務(wù)區(qū)域劃分成多個網(wǎng)格，解算每一網(wǎng)格的位置修正數(shù)并向外廣播。當(dāng)用戶通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)獲得自己的經(jīng)緯度位置后，會自動生成相應(yīng)的北斗網(wǎng)格編碼，自動匹配并提取當(dāng)前位置的修正數(shù)，從而實(shí)時獲得精確的位置信息。
圖6 空間區(qū)域網(wǎng)格化
3.3優(yōu)勢特點(diǎn)
采用北斗網(wǎng)格技術(shù)，將目前復(fù)雜的“先請求、后計(jì)算、再服務(wù)”的串行、有源服務(wù)模式，變?yōu)楹唵蔚摹敖邮?匹配”的并行、無源服務(wù)模式，用戶體驗(yàn)明顯改善：
（1）可同時服務(wù)的用戶量不受限制；
（2）幾乎不產(chǎn)生流量，大大降低用戶的使用成本；
（3）明顯降低用戶終端的功耗，提高待機(jī)時間；
（4）極大緩解服務(wù)商的計(jì)算壓力與通信帶寬壓力；
（5）后臺的計(jì)算與發(fā)播完全分離，信息單向傳輸，最大限度提高安全性。
4、無路網(wǎng)路徑規(guī)劃解決方案
4.1概述
現(xiàn)有導(dǎo)航應(yīng)用軟件普遍以傳統(tǒng)的經(jīng)緯度為基礎(chǔ)，在地理信息系統(tǒng)上疊加矢量道路網(wǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)為用戶導(dǎo)航的服務(wù)。如果沒有矢量網(wǎng)數(shù)據(jù)，或矢量網(wǎng)數(shù)據(jù)不全，則無法提供正常的服務(wù)。因此，如何在矢量道路數(shù)據(jù)缺失的情況下實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃，就成為導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域亟待解決的重大問題。
4.2解決方案
通過天基、空基和地基等多種遙感和測繪手段，獲取道路、地形、高程、坡度、植被、河流、草地、耕地、DEM（數(shù)據(jù)）、三維DTM（數(shù)字地面模型）、以及氣象水文等數(shù)據(jù)，形成目標(biāo)區(qū)域的多圖層地理信息庫。在各圖層地理信息庫生成的同時，按GeoSOT規(guī)則將數(shù)據(jù)信息剖分成合適尺度的網(wǎng)格，并給每個網(wǎng)格賦予北斗網(wǎng)格編碼，對現(xiàn)有的地理信息庫同樣增加北斗網(wǎng)格編碼。根據(jù)多圖層數(shù)據(jù)，量化每一個空間網(wǎng)格對于規(guī)劃對象的可通過性，可將通過的網(wǎng)格標(biāo)為1，不可通過的網(wǎng)格標(biāo)為0，利用北斗網(wǎng)格碼的高效計(jì)算特性，快速得出該對象在目標(biāo)區(qū)域可以通過的網(wǎng)格，進(jìn)而規(guī)劃出合理的路線。
圖7 數(shù)據(jù)采集與組織
圖8 數(shù)據(jù)編碼
圖9 可通過性判別
4.3優(yōu)勢特點(diǎn)
（1）實(shí)現(xiàn)在無路網(wǎng)信息情況下的路徑規(guī)劃；
（2）優(yōu)化路網(wǎng)信息不全情況下的路徑規(guī)劃。
