地理格網是一種統一、簡單的地理空間劃分和定位參照系統，依據統一規則，將地面區域按照一定經緯度或地面距離進行連續分割，並將空間不確定性控制在一定範圍內，形成規則多邊形，每個多邊形均稱為格網單元，從而構成分級、分層次的多級格網體系，實現地面空間離散化，並賦予統一編碼。地理格網的組成包括格元、格邊和格點，格元代表了區域面狀特徵，格點確定了格元的基本位置和點狀特徵，格邊度量了格元間的關係。
基本介紹
- 中文名：地理格網
- 外文名：The geographic grid
- 學科：測繪工程
- 包括：格元、格邊和格點
- 概念：地理空間劃分和定位參照系統
- 套用：人口統計、生態環境統計等
簡介,格網體系概念及發展,概念,發展,地理格網在統計中的套用與分析,統計套用現狀,地理格網統計的優勢,地理國情監測統計套用展望,總結,
簡介
自然環境與人類社會和諧、協調發展是未來發展的趨勢，也是解決當前資源與環境問題的原則，而其目標的實現需要建立在科學的規劃和決策基礎上。由於“地球是一個複雜的、開放的巨系統”，科學規劃決策需要將資源、自然環境與社會經濟信息融合，並採用統計分析的方法從整體上客觀、準確地揭示其空間分布規律和發展演化趨勢。
統計是研究測定、收集、整理、歸納和分析反映客觀現象總體數量的數據，以便給出正確認識的方法論。對各類生態、環境、資源和社會經濟信息的統計分析都需要以一定的單元進行，當前，統計中所採用的單元有規則地理格網單元、行政區劃單元、自然地理單元、社會經濟區域單元4 大類。由於地理格網單元在建立地理空間關係方面有較大優勢，因而，在各類自然和社會經濟統計分析中得到了廣泛套用。
格網體系概念及發展
概念
地理格網是一種統一、簡單的地理空間劃分和定位參照系統，依據統一規則，將地面區域按照一定經緯度或地面距離進行連續分割，並將空間不確定性控制在一定範圍內，形成規則多邊形，每個多邊形均稱為格網單元，從而構成分級、分層次的多級格網體系，實現地面空間離散化，並賦予統一編碼。地理格網的組成包括格元、格邊和格點，格元代表了區域面狀特徵，格點確定了格元的基本位置和點狀特徵，格邊度量了格元間的關係。地理格網具有以下特點:
1) 按照一定規則劃分，形成邊界清晰的多邊形實地區域;
2) 相鄰格網單元彼此鄰接不交叉;
3) 可選擇不同的格網層級間隔;
4) 在二維空間上表達地表位置關係;
5) 表示呈面狀分布的地理信息;
6) 作為統計分析的共同基本單元，具有可比性，便於統籌協調。
發展
地理格網的概念在我國最早套用於農耕文明的井田制度。後來，東漢科學家張衡利用“網路天地而算之”，創建了矩形格網坐標系統，進而衍生出“計里畫方”的“製圖六體”，開始賦予格網二維坐標和方位的含義。由此可見，我國地理格網是起源於按一定地面距離劃分的規則格網，最早用於統計、規劃和管理，後來用於地圖製圖。
西方地理格網起源於埃拉托色尼創立的古老的經緯網系統，並在基礎經緯網上疊加了一套被稱為“普林特格”和“斯弗拉吉德斯格”的幾何圖形，構成補充的第二級格線系統。西方地理格網基於經緯度坐標系統，主要是將球面展開為平面，用於地圖製圖。
隨著中西方文化交流的深入，東西方2 種不同起源的格網體系相互交流與融合，取長補短，兼收並容。法國炮兵為了快速量測方位和距離，在地形圖上建立了方里網，從而派生出對相對地勢、坡度乃至森林樣方、溝谷道路密度等的計算製圖。這種方法後來逐步形成了計量地理學派，同時也把定位、定量的空間分析提高到了一個相當高的理論水平，但是由於當時的技術條件，制約了其推廣和套用。
隨著世界經濟和計算機技術及相關學科的迅猛發展，地理格網的套用進入了高速發展時期，統一划分的多層次格網，實現了多源、多尺度海量空間信息和社會經濟信息的統一定位和融合，保證了各類數據採集、存儲、統計、分析和交換的一致性，實現了各類信息的可比性，地理格網開始成為空間統計分析的共同基本單元，並在信息統計分析中得到了廣泛套用。
地理格網系統的功能也從傳統的地圖定位框架與地理現象表達，進一步拓展了多源地理空間數據融合、地理綜合分析等新功能。
地理格網在統計中的套用與分析
統計套用現狀
地理格網作為統計單元用於統計分析始於芬蘭地理學家格蘭里奧，他在1929 年基於1 km 地理格網進行自然與社會現象分析。由於自然與社會經濟信息普遍具有空間屬性，地理格網可綜合、統一反映其空間屬性。因此，地理格網作為基本單元的統計分析在國民經濟各領域得到了廣泛套用。
1 人口統計
基於地理格網的人口統計解決了人口普查數據空間化問題，即建立格網化數據模型，把數據從人口普查區轉換到一定尺度的地理格網單元中，實現數據空間化。
以地理格網作為單元的人口數據可以更好地反映人口分布差異與密度，體現人口分布與自然環境的相互依存與制約關係、與商業中心的距離、與交通網路系統的便捷度關係，反映區域人口的飽和度等，並有利於進行人口預測。
這方面的研究成果有: 1990 年美國1 km 地理格網人口資料庫，英國愛爾蘭東部郡1 km 格網人口分布模型網資料庫，法國斯特卡斯堡的城市人口密度格網，王培震關於反映區域人口密度空間分布特徵的最佳地理格網研究，趙榮以1km 的格網為單位統計並建立貴州省1 ∶ 250 000 人口資料庫等。
2 社會經濟統計
當前，隨著國家和全球大範圍區域社會經濟數據格網化理論和方法的發展成熟，基於地理格網的社會經濟資料庫建設和統計分析得到了廣泛發展。
基於地理格網進行的社會經濟數據空間化和建立的空間分布模型，實現了統計信息在空間單元內的定量分布以及與空間信息的集成，解決了統計數據離散、定位精度不高的問題。例如，Goodchild 建立的全球經濟格網資料庫，日本在1 km 或500 m 基準格網上定期進行國勢調查( 如家庭、住宅等信息) 以及事業所、企業單位調查，李軍利用地理格網對GDP、人口、產業增加值等社會經濟數據進行空間化分析，研究人口、產業增加值等的空間均衡性。
3 生態環境統計
地理格網有利於生態環境信息與影響因子的空間化，以反映其空間分布狀態、區域分異等空間差異，建立生態環境統計分析模型，實現生態安全評價。
張有瑜以地理格網作為基本單元研究安徽省鳥類分布，分析其地理分布的區域分異以及與生態環境因子之間的聯繫。
王耕以5 km 地理格網描述遼河流域生態安全影響因子的空間差異，並進行生態安全評價，用於流域的生態化發展規劃與決策。
薛亮將關中地區生態安全評價指標體系用l km地理格網進行表達，建立生態安全模型，並進行統計分析，獲取關中地區生態安全特點，揭示關中地區生態安全狀況。
4 地貌
地貌既是地球表層系統中最重要的要素，也是陸地表面各自然地理要素相互作用最為活躍的界面，與人類活動關係極其密切。地貌在很大程度上影響水文、氣候、植被等其他因子的空間分布與變化，是地理學研究的基礎與核心。地理格網用於以地形起伏度為代表的地貌要素統計，可按照綜合性原則和主導性原則，對區域地貌形態進行一定程度綜合，消除噪聲，實現定量統計，確定區域地形狀況，為定位、定性和定量化表示奠定基礎。這方面的套用實例有: 歐洲1∶ 2 500 000 國際地貌圖採用16 km2 地理格網作為區域地勢起伏度統計單元; 日本以1' × 1． 5'格網作為國土範圍內的地勢起伏度統計單元; 塗漢明研究在中國適用不同範圍的地形起伏度最佳統計單元，並指出21 km2 的格網具有全國普適性。
5 土地利用與地表覆蓋
地理格網在土地利用與地表覆蓋中的套用是從整體和綜合角度進行統計分析，反映區域土地利用狀況，並客觀準確地進行土地利用評價。蘇廣實在廣西都安縣建立涉及資源環境、經濟、社會等方面的土地可持續利用評價指標體系，按照一定原理提取以4 km 地理格網為統計單元的各評價指標數據，完成土地可持續利用評價。
劉明亮等基於全國1∶ 100 000 資源環境遙感資料庫生成1 km 地理格網的土地利用/土地覆蓋數據，用於分析評價。邱炳文從自然環境、社會經濟以及基礎設施條件等方面選取影響因子，研究福建省耕地狀況，以1 km 地理格網為基本研究單元，並在此基礎上生成2 ～ 10 km 共10 個尺度序列的地理格網單元數據，研究福建省耕地多尺度空間分布特徵，構建不同農業區耕地空間分布模型。
6 林業
在林業方面，將其常用區劃單元轉換到規則的地理格網單元中，完成對林業資源的集成，方便多源、多尺度信息的整合，支持數據的共享與套用分析，為巨觀決策提供客觀的依據，用於資源的綜合利用和開發保護。
楊建平運用地理格網研究江河上游自然保護區植被變化。秦嶺霞利用1 km地理格網對林木蓄積量和蓄積密度進行空間化分析，並在此基礎上進行林業資源統計分析。李德仁利用地理格網實現林業統計數據與地圖一體化表示，將森林資源統計數據與其他決定區域發展的資源、社會、人口和經濟因素數據疊加起來，同時，採用地理格網進行森林資源統計，分析森林資源清查成果，研究其數據特徵。
7 氣象與防災減災
氣象與防災、減災中套用地理格網，豐富了數據表現形式，為全球氣候、溫度變化研究提供豐富的數據資源，有利於建立模型，進行數據處理與信息評估分析。地理格網在氣象研究中的套用很多，例如，要獲得整個地區連續的降雨量極其困難，因此只能依據氣象站信息，進行空間插值，將用點描述的降雨量數據轉換為格網數據來反映區域降雨信息。美國利用氣象衛星獲得大量的1 km 地理格網數據用於碳循環、葉綠素、初級生產力估算及厄爾尼諾現象、颶風預報等，成果顯著; 世界氣象組織採用1 km 地理格網進行全球氣象數據交換; 於貴瑞等基於1 km 地理格網建立了精度與解析度均較高的中國氣象/氣候要素( 太陽輻射溫度、降水以及其他相關因子) 格網資料庫; 張超基於日本統計用標準格網建立了二維洪水演進水動力學模型，採用地理信息系統與水動力學模型結合的方法對新川破堤洪水泛濫進行模擬，評估洪泛區災害損失等。
地理格網統計的優勢
地理格網作為統計分析的基礎平台和單元，將各類自然、人文要素信息集中到統一單元中，實現了多源、多尺度信息的融合，已成為一種常用的方法。地理格網單元有利於實現地理而不是行政角度的統計分析，彌補了在其他統計單元下不利於建立模型和進行空間分析的不足。分級地理格網可形成自適應的統計單元，滿足各類、不同區域範圍和粒度信息統計分析的需求，有利於信息的比較和分析。地理格網單元統計分析的優越性還表現在以下方面。
1 統計單元緊密結合空間且連續
統計信息作為社會經濟現象的反映，普遍具有空間屬性，需要在科學、統一和實用的空間參照下描述。地理格網基於統一空間參照，且可直觀顯示空間屬性，適應於不同信息在統一空間下融合，直觀反映信息的空間分布，彌補知識發現、信息融合等方面的不足。同時，地理格網是對連續地面的規則、統一划分。
用精緻、連續且均勻的地理格網作統計單元保證了空間的連續，能更好地反映信息空間分布特徵、地域差異、空間結構、空間關係、變化量、變化頻率，以及信息之間的依存與制約關係，有利於建立空間信息分布模型。
2 統計單元形狀規則且尺度靈活
地理格網體系將地面按層次遞歸剖分為形狀、面積規則統一的單元，解決了其他統計單元大小不確定、形狀不規則的問題，有利於統計結果的比較，滿足了統計分析中各方面的需求。
地理格網體系由不同等級格網構成，使統計單元的空間尺度跨越巨觀和微觀。因此，基於地理格網的統計單元構成一個尺度十分靈活的地理子系統，便於統計對象以適宜的單元進行描述、統計和分析，滿足了不同等級、不同尺度統計分析的要求。
3 信息描述準確且統計結果可靠
滿足自適應要求的地理格網單元能準確描述複雜、多樣的自然和社會經濟信息，反映區域各類信息分布與分異規律。同時，用地理格網作統計單元，有利於信息統計分析中根據數據情況和需要確定統計所用格網單元的大小，滿足統計分析中需要遵循的綜合性和主導性原則，克服數據中的噪聲缺陷，能更好地反映統計區域內信息的整體狀況，提高信息統計的精度和準確度，確保統計分析結果的可靠性。
4 信息集成和其他單元結合方便
地理格網具有匹配和集成融合多源數據的優勢，特別適合空間模型的構建、表達和綜合統計。主要表現在: 不同自然和社會經濟數據的來源、尺度、單元參照系可能不同，數據區域範圍、界線、空間分布特點也可能不同，而地理格網有利於實現不同類信息的統一描述和表達。
地理格網用於基於其他單元進行統計時，可作為其他統計單元的內部細胞表達位置屬性，滿足其他單元下的統計要求。同時，在其他統計單元上添加地理格網，可實現數據格網化、空間化，描述統計信息在空間單元內的定量分布，反映信息分布差異與密度，以及信息分布與自然環境的相互依存與制約關係，解決統計數據離散、定位精度不高的問題。
5 單元拓撲簡單便於綜合分析
地理格網拓撲關係簡單，有利於反映地理格網體系內同級和不同級之間的關係，有利於表示統計區域內各類信息的分布特徵，體現信息空間分布的均衡性、差異性、變化規律和趨勢等重要參數。另一方面，信息綜合分析是實現區域協同發展，解決人口、資源與環境問題的基本條件，也是信息分析技術發展的趨勢。
當前，社會經濟數據多以行政單元為單位進行統計，而自然數據多基於自然地理單元。基於地理格網的統計單元為信息綜合分析提供了理想平台，可將各類信息轉換到統一的單元中，實現地理、資源環境和有關社會經濟信息的融合，有利於進行信息綜合分析。
地理格網統一划分形成不同梯度、系列化格網，不僅便於和遙感數據結合，而且有利於對不同尺度下的信息進行空間分異規律研究。
地理國情監測統計套用展望
地理國情描述地表自然和人文地理要素的空間分布、特徵與相互關係，反映國家自然資源和生態環境狀況。地理國情監測中需要以一定統計單元客觀、準確發布監測結果，向社會公眾、專業和政府部門提供科學、巨觀、綜合和統一的信息，為政府部門科學決策與管理提供基礎數據，同時為各種專業普查或調查工作提供豐富的資料。因此監測結果的客觀、準確與綜合性極其重要，而實現以上目標，需要對監測數據進行統計分析，獲取各種信息的變化量、變化頻率及地域差異，揭示其發展規律，並分析預測未來的發展演化方向。
由於地理國情與地理空間結合緊密，具有空間屬性，用描述空間特徵的地理格網作統計單元，優越性是顯而易見的。地理格網用作統計單元進行地理國情統計分析，有利於以下目標的實現:
1 精準把握地理國情狀況
綜合性和主導性原則是地理統計分析中需要堅持的原則。地理格網用作統計單元，可利用格網具有匹配和融合多源數據的優勢，集成各類地理國情數據和社會經濟各部門專題數據，有利於對區域地理國情狀況進行綜合統計分析，獲取信息的空間分布、空間結構、空間關係和地域差異狀況，準確把握總體地理國情，並揭示其空間分布規律和發展演化趨勢。
2 準確獲取地理國情指數
地理格網適合空間模型構建的特點為數據模擬打下了堅實的基礎。數據模擬獲取生態文明、城鎮發展、區域經濟、社會民生等方面的地理國情指數，能更好地服務於政府規劃、管理和決策。例如基於地理國情監測數據模擬形成的生態協調、城鎮發展、公共服務均等化和區域經濟潛能等指數，更便於人們理解和使用。
3 完成各類地理國情評價
用地理格網作單元的地理國情統計集成了不同來源、範圍和比例尺的各類地理國情與社會經濟數據，有利於從資源、生態、區域和民生等角度，按自然、人文、社會、經濟等維度，用定量與定性分析相結合的方法分析評價地理國情; 可根據需要進行專題地理國情信息評價，形成分析評價報告，揭示經濟社會和自然資源環境的發展規律，反映國家重大戰略、重要工程的實施狀況和效果。
4 實現地理國情定量化描述
用按一定的數學規則對地球表面進行劃分的地理格網作為統計單元，統計呈面狀分布的地理國情普查數據，解決了統計數據離散、定位精度不高的問題，有利於對數據進行定量表達和統計，有利於地理數學模型的建立。
總結
綜上所述，在空間統計分析中用規則劃分的多級地理格網作統計單元，便於統籌協調，而且具有可比性，同時還打破了傳統統計單元的局限，為進一步研究人地關係奠定了基礎。正如陳述彭所說:“格網套用的優點: 打破採用行政區劃單元的約束;壓縮信息存儲空間; 提高檢索與更新效率; 技術易於普及和推廣; 適用於普查完成後的局部抽樣統計; 易與遙感圖像像元匹配，套用便利、高效”。
地理格網是地理研究的第三單元體系，在自然和社會經濟統計分析中得到了廣泛套用，在與空間結合緊密的地理國情監測統計分析中也有良好的套用前景。但是，當前關於地理國情信息格網化統計的理論、方法還不成熟，適用不同區域、要素和內容的地理格網統計單元的確定方法也有待解決，這些都是需要進一步解決的問題。
