隨著對地觀測手段的不斷進步，在廣大區(qū)域甚至全球范圍應用遙感數據和其他類型空間信息的幾率大大增加。在這種應用背景下，以傳統(tǒng)平面數據模型為基礎，分區(qū)域進行局部空間數據組織的模式，已不能合理、有效地滿足全球空間信息管理與應用的需要。構建具有連續(xù)性、層次性和動態(tài)性的全球數據模型已成為廣受關注的重要研究方向，其中構建全球離散格網系統(tǒng)（discrete global grid systems，DGGS），正是針對該問題提出的一種有效的解決方案。
全球離散格網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層次結構，采用單元地址編碼代替?zhèn)鹘y(tǒng)地理坐標參與數據操作，其優(yōu)勢在于：①以整個地球為研究對象，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應，有助于建立以位置為對象的多源數據處理模式；③單元大小隨格網層次不斷變化，在結構上支持多分辨率數據處理；④單元具有嚴密的層次隸屬關系，是一個天然的全球空間索引結構；⑤單元運算可完全借助編碼實現，有利于提高數據計算和處理效率。因此，我們認為全球離散格網為海量空間數據的統(tǒng)一建模、處理與分析提供了新的途徑，有望彌補當前各類數據共享、使用過程中的不足。
全球離散格網系統(tǒng)是一種與存儲、處理、分發(fā)、可視化、聚合、轉換等空間計算系統(tǒng)具有天然關聯性的數學參考模型，它在全球表面無縫且同質，可以被用來整合各類空間數據。離散格網的單元就像地球表面多維的電子數據表格，既可以像數據庫一樣對空間數據做各種統(tǒng)計、計算，又可以利用格網間的集合算子實現空間分析與處理。其中,六邊形格網由于其幾何與拓撲屬性的特殊性，受到許多學者的關注，與傳統(tǒng)矩形格網相比，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、模式識別、特征提取、影像匹配等應用的效果與精度。另外，現有的空間數據應用模式是對原始數據本身進行加工、處理、融合，形成數據產品后，疊加到全球格網上，進行數據的管理與顯示。隨著終端用戶對空間數據需求的多元化，這種以產品為中心的數據組織模式，在應對多用戶需求的過程中，用戶是被動方，并不參與數據組織的任何環(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上進行空間數據處理與分析的方式，數據在源頭就進行了格網化建模，數據與格網單元進行同構化處理，用戶可以依據個人的需求，動態(tài)地選擇相應的數據類型、區(qū)域、比例尺、波段，并按需重組后進行數據融合、多分辨率分析、特征提取、分類識別、空間關系分析等相關操作，完成用戶自定義數據的制作。
本書圍繞全球六邊形離散格網的空間數據組織、管理與應用進行展開，在結構體系上采取的是漸進式結構，首先是對現有國內外全球離散格網的研究現狀進行綜述，尤其是對六邊形格網的發(fā)展，進行了系統(tǒng)的梳理；其次，從數學空間定義的角度深入研究了六邊形格網數學空間的構建，基本運算與操作等內容，并將平面無限空間中的數學定義擴展到球面有限空間上，實現了球面六邊形格網數學空間的設計。在此基礎上，通過啟發(fā)式算法優(yōu)化設計了球面幾何屬性更優(yōu)異的全球格網。完成了格網空間的各類定義后，本書將重點放在格網上的空間數據模型，探討了傳統(tǒng)矢量、柵格數據模型在全球六邊形離散格網上的構建、設計與表達方法，并通過全球格網可視化的方式進行顯示。最后，本書針對全球格網下的典型空間運算與操作進行討論，并給出了部分有益的結論。
在本書出版之際，首先感謝導師張永生教授多年來的指導、培養(yǎng)與幫助，本書的寫作傾注了導師大量的心血，不論是選題還是撰寫與修改，都得到了導師多次耐心的點撥與指導。在本書的研究和整理過程中，解放軍信息工程大學的高俊院士從戰(zhàn)略的高度給予了前瞻性的指導；武漢大學的李德仁院士、肖志峰老師在SIMG網格模型方面給予了很多幫助；作者的博士后導師北京師范大學的吳立新教授以及北京大學的程承旗教授、中科院地理所的周成虎院士、中國礦業(yè)大學（北京）的趙學勝教授等也在全球離散格網的研究中給予了作者有力的支持。值此書稿完成之際，謹向各位導師表示衷心的感謝！同時，感謝佛羅里達大學（University of Florida）的鄭煕強博士（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（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），給作者提供了相關資料，并邀請作者參加國際開放地理空間聯盟（Open Geospatial Consortium，OGC）全球離散格網標準工作組（Discrete Global Grid Systems Standards Working Group，DGGS SWG）的相關工作。感謝解放軍信息工程大學地理空間信息學院的秦志遠教授、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、萬剛教授等師長及遙感技術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的作者，他們的研究給予了作者很多啟迪與靈感。
感謝國家自然科學基金（41201392、41271391、40671163）、國家“863”項目（2009AA12Z218）、國家“973”項目（61399）的資助，使得我們能夠順利進行相關課題的研究。本書的出版得到了測繪地理信息科技出版基金和解放軍信息工程大學地理空間信息學院出版基金的資助。
全球離散格網系統(tǒng)是解決全球空間數據無縫集成、共享與動態(tài)模擬的關鍵和基礎，是下一代地球空間信息系統(tǒng)數據模型發(fā)展的一個重要方向，涉及許多理論與方法且處于加速發(fā)展階段，本書只是對該領域中一個方面的縮影，遠未涵蓋其所有細節(jié)。另外，限于作者的研究深度和學術水平，雖然歷經數稿的修改，書中錯誤與疏漏之處仍在所難免，敬請讀者不吝賜教。