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(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(yīng)，有助于建立以位置為對象的多源數(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，是一個天然的全球空間索引結(jié)構(gòu)；⑤單元運算可完全借助編碼實現(xiàn)，有利于提高數(shù)據(jù)計算和處理效率。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、處理、分發(fā)、可視化、聚合、轉(zhuǎn)換等空間計算系統(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)庫一樣對空間數(shù)據(jù)做各種統(tǒng)計、計算，又可以利用格網(wǎng)間的集合算子實現(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)用模式是對原始數(shù)據(jù)本身進行加工、處理、融合，形成數(shù)據(jù)產(chǎn)品后，疊加到全球格網(wǎng)上，進行數(shù)據(jù)的管理與顯示。隨著終端用戶對空間數(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)對多用戶需求的過程中，用戶是被動方，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)上進行空間數(shù)據(jù)處理與分析的方式，數(shù)據(jù)在源頭就進行了格網(wǎng)化建模，數(shù)據(jù)與格網(wǎng)單元進行同構(gòu)化處理，用戶可以依據(jù)個人的需求，動態(tài)地選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型、區(qū)域、比例尺、波段，并按需重組后進行數(shù)據(jù)融合、多分辨率分析、特征提取、分類識別、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)用進行展開，在結(jié)構(gòu)體系上采取的是漸進式結(jié)構(gòu)，首先是對現(xiàn)有國內(nèi)外全球離散格網(wǎng)的研究現(xiàn)狀進行綜述，尤其是對六邊形格網(wǎng)的發(fā)展，進行了系統(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)定義擴展到球面有限空間上，實現(xiàn)了球面六邊形格網(wǎng)數(shù)學(xué)空間的設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，通過啟發(fā)式算法優(yōu)化設(shè)計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)計與表達方法，并通過全球格網(wǎng)可視化的方式進行顯示。最后，本書針對全球格網(wǎng)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(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，感謝佛羅里達大學(xué)（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(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，并邀請作者參加國際開放地理空間聯(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(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(xué)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(guān)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(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(lǐng)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(xué)術(shù)水平，雖然歷經(jīng)數(shù)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。