北斗网格码—标准编制说明

北斗网格码标准编制说明标准名称 北斗网格码 主编单位 北京大学 北京旋极伏羲大数据技术有限公司 参编单位 北斗网格码编制说明一、工作简况（一）任务来源北斗网格码，是在全球剖分网格基础上发展出的一种多尺度、离散、适用于导航定位服务的全球地理网格编码模型。该网格编码模型提出了一套对全球空间区域位置信息的统一标识和表达方法，既能标识位置，又能标识区域，并且更加符合人的使用习惯与特点，从而能圆满解决经纬度体制难以解决的，对海量空间信息在标识和表达上的唯一性、可读性、多尺度、层次关联、无缝无叠以及对对象内部信息的表达等难题。因此，编制北斗网格码标准，对于促进北斗卫星导航系统的推广应用和快速走向世界，对于军队和国民经济信息化建设以及社会发展都具有重大的战略意义。 根据国家标准委2017年下达的国家标准制修订计划项目（计划编号20174067-T-801），要求制定北斗网格码国家标准。（二）起草单位及主要起草人本标准的主要起草单位为北京大学及北京旋极伏羲大数据技术有限公司。本标准的主要起草人包括XX。（三）主要工作过程标准计划下达后，北京大学于2017年12月成立了标准编制工作小组，组织标准编制工作。工作小组根据任务要求制订了标准编制工作计划、编写大纲、明确了任务分工及各阶段进度时间节点。 2018年1月，标准编制工作小组成员参加了北斗标准化培训班，认真学习了GB/T 1.12009标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写规则等文件，结合标准制定的工作程序与编制要求，展开了研究与探讨。2018年2月-3月，工作小组通过调研国内外导航网格编码现状，结合位置网格编码的应用需求和发展趋势，确定了标准起草的总体框架和主要技术内容，编写完成了国家标准北斗网格码的草案稿。工作小组多次组织内部会议，对草案稿内容展开研讨，并广泛听取各方意见，通过对所接收建议进行认真分析与总结，于2018年4月对草案稿的内容范畴与编码方案进行了重要调整与修改，并编写完成了国家标准北斗网格码的征求意见稿初稿。2018年6月，全国北斗卫星导航标准化技术委员会为本标准的征求意见稿举办了研讨会，与会专家对北斗网格码的征求意见稿初稿提出了宝贵的意见和建议。工作小组根据专家意见，对征求意见稿的各部分内容进一步修改与完善，完成了北斗网格码（征求意见稿）。二、编制修订原则本标准编制遵循“科学性、系统性、继承性、可扩展性实用性、规范性”的原则，与国家现行相关标准接轨，本标准编制过程中，充分考虑北斗网格码对现有生产与应用实践中行之有效的数据组织网格兼容。1、科学性北斗网格码编码规则建立在对全球经纬度的统一划分之上，具备严密的数学基础。2、系统性北斗网格码按照统一规则进行层次性递归剖分，以满足不同范围和尺度应用，遵循系统原则。3、继承性北斗网格码在继承国际惯用的经纬度坐标系统的基础上，考虑对现有地图分幅标准和行业网格的兼容性，便于兼容已有测绘成果和实现数据共享。4、可扩展性北斗网格码可以按照现有规则进行扩展，以满足更高精度的位置服务需要。5、实用性北斗网格码在坐标系统、层级划分与编码规则的设定方面尽可能简单，易于实现层级间的聚合和拆分，编码便于识读，体现实用性原则。6、规范性北斗网格码按照统一规则建立，具备规范性。任一网格和编码之间应该为一一对应关系，从而有利于现有行业、局部网格的统一和规范，方便实现位置服务。三、主要技术内容的说明本标准规定的主要内容为导航定位及位置服务数据的地理网格编码要求。（一） 北斗网格码的设计约束1、 应当便于与地图数据相结合 本标准所规定的北斗网格码将1:100万、1:5万图幅作为网格码的中间层级，在形式上可实现与现有图幅系统衔接，并能绘制上地图。具体地，对于中间层级的图幅1:50万，可以用北斗网格码的第2层度级网格，无缝组合，共3*2个度级网格；对于1:25万、1:10万，由于北斗网格码的第3层是1:5万图幅网格，因此可以无缝组合，分别为6*6个、2*2个北斗网格码的第3层网格；对于1:5万，其本身可以用北斗网格码的第3层表示，也可以在其中绘制15*10个北斗网格码的第4层网格（分级网格）；对于1:2.5万、1:1万，可以用北斗网格码的第3层的30*20、15*10个组合而成。2、 能与GJB 8896-2017地球表面网格与编码衔接本标准所规定的北斗网格码选择了GJB 8896-2017地球表面网格与编码中尽可能多的网格大小不变的层级，能够与该标准所规定网格的第9层、第15层实现有机衔接。3、 支持北斗系统不同类型的输出规格本标准所规定的北斗网格码支持全球输出网格（8m）、高精度RTD输出网格（2m或1m）与高精度RTK输出网格（12.5cm）等北斗系统不同类型的输出规格。4、 支持二维、三维、人读、计算机记录本标准所规定的北斗网格码具有多种形式，其中：二维网格码与三维网格码分别支持二维、三维立体空间的导航定位应用；短码与参考码符合人的使用习惯与特点；整数编码则适用于计算机记录。（二） 北斗网格码的设计本标准所规定的北斗网格码分别针对地球表面网格位置输出、地球立体网格位置输出、基于参照的网格位置输出、计算机存储与计算，设计了四种位置应用编码，这四种编码本质上是同源同构的、相互衔接的编码。1、 二维网格与编码北斗网格码的二维网格与编码，为了和现有地理数据、地图数据进行更好的融合，满足北斗网格和现有地形图图幅之间的关联，在GJB 8896-2017中规定的GeoSOT网格2n剖分基础上，衔接了1:100万、1:5万标准地形图图幅网格，并抽取了GeoSOT网格中大小不变、尺度适中的层级作为北斗基础网格层级，共8层，形成了北斗网格码（二维）的输出形式。下面是网格码形成的具体步骤：第一级划分：按照1:100万图幅划分，经度方向用160编码，纬度方向分南北半球（N，S），按照AV编码，大小64。第二级划分：将1：100万64网格，从左下角划分（东北半球）分成64个网格，一个方向用A表示，相当于GeoSOT第9层11网格，相当于128km 128km网格。 图1 北斗网格码的第一、二级的划分与编码方法第三级划分：将GeoSOT 11网格，分成46个网格，一个方向分别用AP表示，相当于1:5万地图图幅1510网格，相当于30km 20km网格。第四级划分：将1:5万地图图幅1510网格，从左下角划分（东北半球）分成1510个网格，两个方向分别用0-E, 09表示，相当于GeoSOT第15层11网格，相当于2km 2km网格 图2 北斗网格码的第三、四级的划分与编码方法第五级划分：将GeoSOT第15层11网格，从左下角划分（东北半球）分成1515个网格，一个方向分别用0E表示，相当于GeoSOT第19层44网格，相当于128m 128m网格。第六级划分：将GeoSOT第19层44网格，从左下角划分（东北半球）分成22个网格，一个方向分别用03表示，相当于GeoSOT第20层22网格，相当于64m 64m网格。图3 北斗网格码的第五、六级的划分与编码方法第七级划分：将GeoSOT第20层22网格，从左下角划分（东北半球）分成88个网格，两个方向分别用07表示，相当于GeoSOT第23层1/41/4，相当于8m 8m网格。第八级划分：将GeoSOT第23层1/41/4网格，从左下角划分（东北半球）分成88个网格，两个方向分别用07表示，相当于GeoSOT第26层1/321/32，相当于1m 1m网格。图4 北斗网格码的第七、八级的划分与编码方法另外，考虑到北斗系统的高精度服务，北斗网格码还可以继续扩展到9层17位，达到12.5cm级的网格尺度，方法按照和图4类似的一次八分即可，完全适合北斗高精度RTK输出，下面是不同精度的输出结果：1）全球输出网格码（赤道附近8m网格），N32GJWB7983 5 32）高精度RTD输出网格（赤道附近1m网格），N32GJWB7983 52 363）高精度RTK输出网格（赤道附近12.5cm网格），N32GJWB7983 527 362图5是北斗网格码（地球表面网格位置编码）在北斗终端机上和经纬度同时输出的效果。北斗终端拟输出编码形式、GJB8896-2017(GeoSOT) 之间对应关系如Error! Reference source not found.。图5 北斗网格码（地球表面网格位置编码）在北斗终端机上和经纬度同时输出表1 北斗二维网格码与GJB 8896-2017的对应关系表北斗终端拟输出编码形式北斗终端拟输出编码形式的编码层级GJB 8896-2017二进制一维编码GJB 8896-2017层级N36J1 (1:100万图幅)N36JK2 (11)35153585763254272009N36JKA3 (1:5万图幅)N36JKA784 (11)351535903159196057615N36JKA78B35 (44)351535903373944422419N36JKA78B316(22)351535903393238220820N36JKA78B31017(1/41/4)351535903393605222423N36JKA78B3101528(1/321/32)赤道附近1m351535903393605734426N36JKA78B310152439(1/2561/256)351535903393605739229N36JKA78B310152431410(1/20481/2048)赤道附近1.5cm3515359033936057406322、 三维网格与编码为实现空、天、地、地下、水下三维立体空间的位置标识，在地球表面北斗网格码的基础上三维扩展构成北斗3D网格码。BGC三维网格码是在地球表面网格基础上扩展高度维（本方案采用大地高，用以应对北斗卫星导航定位使用的大地高系统，正常高等其他高程系统可以根据相关要求进行转换）编码而形成的立体剖分网格，即将高度维剖分无缝嵌入二维地球表面剖分，共同组成立体剖分网格模型。在空间高度上，考虑到地表（参考椭球表面）以上和以下的空间，为了和椭球面网格的尺度对应，选择赤道上最小粒度网格（GeoSOT中第32级网格）1.5cm为基本单元，向地球上空扩展（大地高方向），按照1.5cm的232=4294967296倍扩展得到64422.37200629km，向地心方向扩展（大地高方向），按照1.5cm的229=536870912倍扩展得到8052.79650079km，因为地表到地心的距离（地球的平均半径）=6356.75231414km<8052.79650079km，因此多出来的部分作为虚拟扩展的部分，不被使用，如图6(a)。图7是北斗网格码对应的立体剖分0级网格示意图，依此类推，可依次定义2级、3级、直至32级网格，如图8。 (a) 高度维扩展方法 (b) 高度维