求基于Geowave/S2的对称与非对称逐位网格系统实现代码

核心需求 #

Geowave、Geomesa和S2 Geometry提供的Hilbert索引仅适用于四边形网格，所有层级的单元格都有唯一64位cell_ID，但我不清楚如何将这类索引适配到非对称网格（比如将正方形二分得到两个矩形）。我需要一套逐位表示的方案，支持所有可能的网格层级，同时兼容对称（正方形）和非对称（矩形）单元格。

网格压缩效果说明 #

上述需求对应的是覆盖多边形的多层级网格单元集合，包含对称单元格（正方形）和非对称单元格（矩形），绿色为矢量叠加层，大单元格对应低层级、小单元格对应高层级。采用典型的四叉树压缩，因层级数最大化（cell_ID逐位划分）具备良好的压缩效果。

代码请求 #

是否有代码片段可展示如何构建此类逐位网格系统？

应用场景说明（回应@MichaelEntin关于中间层级重要性的疑问） #

数据源与业务需求 #

这是介于地理大数据与PostGIS可处理规模之间的典型场景：

• 巴西公开数据源：2022年人口普查地址数据（约17GB CSV，2.22亿条地址）；2024年南里奥格兰德州洪水渍涝数据（文件ADA_SPGG_03092024.zip，大小48.5MB，SQL表61MB）。
• 业务需求：查询所有位于渍涝区域内的地址，用于灾后重建援助资格核验及受灾赔偿估算，是快速SQL查询的基准测试场景。

几何建模 #

• 带不确定性的地址点：用边长与不确定性成正比的单元格表示，如低精度1㎡正方形、中精度4㎡正方形、高精度16㎡正方形。
• 渍涝区域多边形：用“覆盖单元格（subpaving）”集合表示，通过四叉树算法压缩，单元格大小用于建模边界不确定性（如4㎡单元格）。

数据建模 #

每个任意大小的单元格都有唯一64位标识符cell_id，核心是比特串，可直接作为原始数据类型使用；类似二进制Geohash，字符串长度与单元格面积成正比。cell_id支持字典序排序，查询受灾地址的SQL语句如下：

SELECT a.*
FROM address_point a INNER JOIN flood_stain f 
  ON a.cell_id BETWEEN f.cell_id AND f.cell_id_max

其中cell_id_max是带有cell_id前缀的最大有效比特串。

逐位划分的原因 #

为何采用逐位而非“两位一组”划分？如示意图所示，为实现最优四叉树压缩，必须采用逐位划分。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Peter Krauss