隨著對(duì)地觀測(cè)手段的不斷進(jìn)步，在廣大區(qū)域甚至全球范圍應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)和其他類型空間信息的幾率大大增加。在這種應(yīng)用背景下，以傳統(tǒng)平面數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，分區(qū)域進(jìn)行局部空間數(shù)據(jù)組織的模式，已不能合理、有效地滿足全球空間信息管理與應(yīng)用的需要。構(gòu)建具有連續(xù)性、層次性和動(dòng)態(tài)性的全球數(shù)據(jù)模型已成為廣受關(guān)注的重要研究方向，其中構(gòu)建全球離散格網(wǎng)系統(tǒng)（discrete global grid systems，DGGS），正是針對(duì)該問題提出的一種有效的解決方案。
全球離散格網(wǎng)采用特定方法將地球均勻剖分，形成無縫無疊的多分辨率格網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)，采用單元地址編碼代替?zhèn)鹘y(tǒng)地理坐標(biāo)參與數(shù)據(jù)操作，其優(yōu)勢(shì)在于：①以整個(gè)地球?yàn)檠芯繉?duì)象，更適合處理全球尺度的問題；②單元圖形與地面位置一一對(duì)應(yīng)，有助于建立以位置為對(duì)象的多源數(shù)據(jù)處理模式；③單元大小隨格網(wǎng)層次不斷變化，在結(jié)構(gòu)上支持多分辨率數(shù)據(jù)處理；④單元具有嚴(yán)密的層次隸屬關(guān)系，是一個(gè)天然的全球空間索引結(jié)構(gòu)；⑤單元運(yùn)算可完全借助編碼實(shí)現(xiàn)，有利于提高數(shù)據(jù)計(jì)算和處理效率。因此，我們認(rèn)為全球離散格網(wǎng)為海量空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一建模、處理與分析提供了新的途徑，有望彌補(bǔ)當(dāng)前各類數(shù)據(jù)共享、使用過程中的不足。
全球離散格網(wǎng)系統(tǒng)是一種與存儲(chǔ)、處理、分發(fā)、可視化、聚合、轉(zhuǎn)換等空間計(jì)算系統(tǒng)具有天然關(guān)聯(lián)性的數(shù)學(xué)參考模型，它在全球表面無縫且同質(zhì)，可以被用來整合各類空間數(shù)據(jù)。離散格網(wǎng)的單元就像地球表面多維的電子數(shù)據(jù)表格，既可以像數(shù)據(jù)庫(kù)一樣對(duì)空間數(shù)據(jù)做各種統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，又可以利用格網(wǎng)間的集合算子實(shí)現(xiàn)空間分析與處理。其中,六邊形格網(wǎng)由于其幾何與拓?fù)鋵傩缘奶厥庑�，受到許多學(xué)者的關(guān)注，與傳統(tǒng)矩形格網(wǎng)相比，它具有更多的優(yōu)秀屬性，這些屬性有助于提高類似空間分析、系統(tǒng)模擬、模式識(shí)別、特征提取、影像匹配等應(yīng)用的效果與精度。另外，現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)應(yīng)用模式是對(duì)原始數(shù)據(jù)本身進(jìn)行加工、處理、融合，形成數(shù)據(jù)產(chǎn)品后，疊加到全球格網(wǎng)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理與顯示。隨著終端用戶對(duì)空間數(shù)據(jù)需求的多元化，這種以產(chǎn)品為中心的數(shù)據(jù)組織模式，在應(yīng)對(duì)多用戶需求的過程中，用戶是被動(dòng)方，并不參與數(shù)據(jù)組織的任何環(huán)節(jié)，無法滿足多用戶不同種類的需求。而采用直接在全球格網(wǎng)上進(jìn)行空間數(shù)據(jù)處理與分析的方式，數(shù)據(jù)在源頭就進(jìn)行了格網(wǎng)化建模，數(shù)據(jù)與格網(wǎng)單元進(jìn)行同構(gòu)化處理，用戶可以依據(jù)個(gè)人的需求，動(dòng)態(tài)地選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型、區(qū)域、比例尺、波段，并按需重組后進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、多分辨率分析、特征提取、分類識(shí)別、空間關(guān)系分析等相關(guān)操作，完成用戶自定義數(shù)據(jù)的制作。
本書圍繞全球六邊形離散格網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)組織、管理與應(yīng)用進(jìn)行展開，在結(jié)構(gòu)體系上采取的是漸進(jìn)式結(jié)構(gòu)，首先是對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外全球離散格網(wǎng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，尤其是對(duì)六邊形格網(wǎng)的發(fā)展，進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理；其次，從數(shù)學(xué)空間定義的角度深入研究了六邊形格網(wǎng)數(shù)學(xué)空間的構(gòu)建，基本運(yùn)算與操作等內(nèi)容，并將平面無限空間中的數(shù)學(xué)定義擴(kuò)展到球面有限空間上，實(shí)現(xiàn)了球面六邊形格網(wǎng)數(shù)學(xué)空間的設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，通過啟發(fā)式算法優(yōu)化設(shè)計(jì)了球面幾何屬性更優(yōu)異的全球格網(wǎng)。完成了格網(wǎng)空間的各類定義后，本書將重點(diǎn)放在格網(wǎng)上的空間數(shù)據(jù)模型，探討了傳統(tǒng)矢量、柵格數(shù)據(jù)模型在全球六邊形離散格網(wǎng)上的構(gòu)建、設(shè)計(jì)與表達(dá)方法，并通過全球格網(wǎng)可視化的方式進(jìn)行顯示。最后，本書針對(duì)全球格網(wǎng)下的典型空間運(yùn)算與操作進(jìn)行討論，并給出了部分有益的結(jié)論。
在本書出版之際，首先感謝導(dǎo)師張永生教授多年來的指導(dǎo)、培養(yǎng)與幫助，本書的寫作傾注了導(dǎo)師大量的心血，不論是選題還是撰寫與修改，都得到了導(dǎo)師多次耐心的點(diǎn)撥與指導(dǎo)。在本書的研究和整理過程中，解放軍信息工程大學(xué)的高俊院士從戰(zhàn)略的高度給予了前瞻性的指導(dǎo)；武漢大學(xué)的李德仁院士、肖志峰老師在SIMG網(wǎng)格模型方面給予了很多幫助；作者的博士后導(dǎo)師北京師范大學(xué)的吳立新教授以及北京大學(xué)的程承旗教授、中科院地理所的周成虎院士、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）的趙學(xué)勝教授等也在全球離散格網(wǎng)的研究中給予了作者有力的支持。值此書稿完成之際，謹(jǐn)向各位導(dǎo)師表示衷心的感謝！同時(shí)，感謝佛羅里達(dá)大學(xué)（University of Florida）的鄭煕強(qiáng)博士（Dr. Xiqing Zheng），他給作者提供了他的博士論文，并給予了幫助；感謝南俄勒岡大學(xué)（Southern Oregon University）的凱文·薩赫爾（Kevin Sahr）教授，在和他的交流中，作者受益匪淺；感謝加拿大羅盤新技術(shù)公司（PYXIS Innovation Inc）的首席執(zhí)行官（CEO）佩里·彼得森（Perry Peterson），給作者提供了相關(guān)資料，并邀請(qǐng)作者參加國(guó)際開放地理空間聯(lián)盟（Open Geospatial Consortium，OGC）全球離散格網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組（Discrete Global Grid Systems Standards Working Group，DGGS SWG）的相關(guān)工作。感謝解放軍信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院的秦志遠(yuǎn)教授、馮伍法教授、余旭初教授、張占睦教授、朱述龍教授、劉智教授、朱寶山教授、姜挺教授、萬剛教授等師長(zhǎng)及遙感技術(shù)教研室全體同事在作者研究過程中給予的大力支持與幫助；感謝本書所有參考文獻(xiàn)的作者，他們的研究給予了作者很多啟迪與靈感。
感謝國(guó)家自然科學(xué)基金（41201392、41271391、40671163）、國(guó)家“863”項(xiàng)目（2009AA12Z218）、國(guó)家“973”項(xiàng)目（61399）的資助，使得我們能夠順利進(jìn)行相關(guān)課題的研究。本書的出版得到了測(cè)繪地理信息科技出版基金和解放軍信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院出版基金的資助。
全球離散格網(wǎng)系統(tǒng)是解決全球空間數(shù)據(jù)無縫集成、共享與動(dòng)態(tài)模擬的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，是下一代地球空間信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型發(fā)展的一個(gè)重要方向，涉及許多理論與方法且處于加速發(fā)展階段，本書只是對(duì)該領(lǐng)域中一個(gè)方面的縮影，遠(yuǎn)未涵蓋其所有細(xì)節(jié)。另外，限于作者的研究深度和學(xué)術(shù)水平，雖然歷經(jīng)數(shù)稿的修改，書中錯(cuò)誤與疏漏之處仍在所難免，敬請(qǐng)讀者不吝賜教。