基于Mobile SVG的移動(dòng)GIS數(shù)據(jù)可視化方法的研究與實(shí)現(xiàn)
2012-12-31 00:00:00程小峰朱紅軍崔興貴
科技資訊 2012年31期
摘 要：本文研究了Mobile SVG的移動(dòng)GIS數(shù)據(jù)可視化方法與實(shí)現(xiàn)的可行性，通過GIS數(shù)據(jù)可視化方法，結(jié)合顯示對象轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和地圖符號的可視化表達(dá)對Mobile SVG的地理數(shù)據(jù)可視化表達(dá)方式經(jīng)行分析。Mobile SVG能夠帶來一些傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)可視化方法無法提供的優(yōu)勢。結(jié)果表明，Mobile SVG解決了柵格地圖數(shù)據(jù)量大和縮放失真問題，實(shí)現(xiàn)了地圖數(shù)據(jù)的矢量化表達(dá)。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)GIS Mobile SVG 可視化
中圖分類號：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0021-03
GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)[1]。
隨著技術(shù)進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⒎?wù)需求也不斷增加，急切要求一種具有移動(dòng)性能且能夠以任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何設(shè)備方式進(jìn)行工作的GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）。在此背景下，移動(dòng)地理信息系統(tǒng)（Mobile GIS，MGIS）破土而生，近幾年也得到了快速發(fā)展。
移動(dòng)GIS是建立在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境、有限處理能力的移動(dòng)終端條件下，提供移動(dòng)中的、分布式的、隨遇性的移動(dòng)地理信息服務(wù)的GIS[2]。
移動(dòng)GIS系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)是其要解決的首要問題。目前地理數(shù)據(jù)可視化表達(dá)主要有兩種方式：矢量化圖形和柵格圖像。
矢量化表達(dá)方式的優(yōu)點(diǎn)是地圖不失真、數(shù)據(jù)量小，缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜和需要終端具有很強(qiáng)的圖形處理能力。柵格圖像表達(dá)方式的優(yōu)點(diǎn)是容易操作和實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大和地圖操作有可能產(chǎn)生失真現(xiàn)象。
SVG（Scalable Vector Graphics，可擴(kuò)展矢量圖形）是一種以XML為基礎(chǔ)規(guī)范，描述矢量圖形和矢量/點(diǎn)陣混合圖形的標(biāo)記語言。根據(jù)移動(dòng)智能設(shè)備的特點(diǎn)，W3C組織在SVG規(guī)范的基礎(chǔ)上開發(fā)了適應(yīng)移動(dòng)智能設(shè)備的Mobile SVG基本規(guī)范，它含有兩個(gè)子集：Mobile SVG Basic—— 用于高端移動(dòng)智能設(shè)備圖形表達(dá)和Mobile SVG Tiny——用于低端移動(dòng)智能設(shè)備圖形表達(dá)。
本文正是基于Mobile SVG Tiny這種矢量圖形的可視化技術(shù)，來研究移動(dòng)GIS地理數(shù)據(jù)的可視化方法。
1 移動(dòng)終端GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換
由于地理數(shù)據(jù)本身的特殊性和可視化需求，需要將其轉(zhuǎn)換到移動(dòng)終端顯示設(shè)備可輸出的圖形/圖像格式；其中包含可顯示地圖對象的轉(zhuǎn)換，和地圖坐標(biāo)與顯示屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
1.1 顯示對象轉(zhuǎn)換
移動(dòng)地理信息系統(tǒng)的物理載體—— 移動(dòng)智能終端可顯示對象有：圖形對象、文字、圖像和標(biāo)記等，通過Mobile SVG中對相應(yīng)對象進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如表1。
折線、面、矩形、文字、圖形、圓形、直線等都有對應(yīng)的圖形/圖像標(biāo)記元素進(jìn)行表達(dá)。圖像用image標(biāo)記描述，image屬性含：圖像左上角坐標(biāo)（x，y）、圖像高度height、圖像寬度width和超鏈接xlink：href。地圖標(biāo)記用symbol表達(dá)，symbol必須與use一起使用；symbol用來定義標(biāo)記，use用來渲染symbol對象[3]。
1.2 地圖坐標(biāo)與顯示屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
轉(zhuǎn)換坐標(biāo)是空間實(shí)體對象位置的描述，就是從一種坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一種坐標(biāo)系統(tǒng)的過程。可以通過建立兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)之間一一對應(yīng)關(guān)系的算法來實(shí)現(xiàn)。是各種比例尺地圖測量和編繪中建立地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)必不可少的步驟。
我國常用的大地坐標(biāo)系統(tǒng)有：1954年北京坐標(biāo)系、1980年西安坐標(biāo)系、WGS84坐標(biāo)系、ITRF坐標(biāo)框架和地方坐標(biāo)系統(tǒng)等[4]。
Mobile SVG圖形/圖像對象的坐標(biāo)系統(tǒng)屬于二維平面坐標(biāo)系。它與笛卡爾平面坐標(biāo)系不同的是y軸向下。（如圖1）
地圖數(shù)據(jù)在移動(dòng)終端進(jìn)行平面直接將地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到Mobile SVG的坐標(biāo)是不合適的，它需要按照數(shù)學(xué)法則將地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地圖平面坐標(biāo)，再將地圖平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到Mobile SVG坐標(biāo)。地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地圖平面坐標(biāo)有很多投影變換算法，不再贅述。
Mobile SVG圖形坐標(biāo)與地圖平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法見公式1。其中，（Xs，Ys）是Mobile SVG圖形坐標(biāo)，（Xg，Yg）為地圖平面坐標(biāo)，Scale是地圖縮放比例，（Xs_c，Ys_c）為Mobile SVG圖形中心坐標(biāo)，（Xg_c，Yg_c）為地圖中心坐標(biāo)。
（1）
2 移動(dòng)GIS數(shù)據(jù)對象的可視化表達(dá)
2.1 用Mobile SVG表達(dá)地圖符號
根據(jù)符號的幾何特征，地圖符號主要分為點(diǎn)狀符號、線狀符號和面狀符號[5]。
Mobile SVG不是專為地圖表達(dá)制定的規(guī)范的，并沒有預(yù)先定義常用的地圖符號。如要使用Mobile SVG表達(dá)地圖，必須自行設(shè)計(jì)地圖符號。
（1）點(diǎn)狀符號。
點(diǎn)狀符號的定位點(diǎn)表示物體的位置，其形狀或顏色的色相來表示物體的含義。Mobile SVG中沒有地圖點(diǎn)狀符號元素，只能用Mobile SVG元素或元素組合來表達(dá)地圖里的點(diǎn)狀符號。圖2是一些點(diǎn)狀符號的設(shè)計(jì)示例。
可以用Mobile SVG的symbol元素來定義要顯示的點(diǎn)狀符號的形狀、樣式和色彩等，再用use元素來渲染和定位。代碼如下：
......
......
......
代碼中的“
由于Mobile SVG Tiny不支持symbol元素的渲染，還可以用“
......
......
......
（2）線狀符號。
線狀符號的形狀或顏色的色相表示物體的類別，符號的中心線表示物體的位置；它有自己的方向性，并且與地圖的比例尺有關(guān)。線狀符號有單線、雙線、虛線以及點(diǎn)線之分。線狀符號能夠表達(dá)事物的形狀、彎曲程度及延伸方向。
Mobile SVG用直線—— line和折線——polyline來表達(dá)線狀元素；他們的樣式可以用CSS進(jìn)行定義。復(fù)雜的地圖線狀符號要借助元素組合來表達(dá)。線狀符號的Mobile SVG設(shè)計(jì)示例如圖3。
圖3中，鐵路線型需要兩個(gè)線元素組合描述，高速公路線型是三個(gè)線元素組合描述的，等高線型由單個(gè)線元素描述。代碼示例如下。
......
......
（3）面狀符號。
面狀符號用顏色的色相、亮度、飽和度等表示物體的性質(zhì)，通過其外圍輪廓線來表示物體的分布范圍。
Mobile SVG用polygon表達(dá)面狀地圖元素。規(guī)則的面狀元素如矩形、圓形等可以分別用rect、circle等來描述。圖4是一些面狀符號設(shè)計(jì)示例。
如在面狀符號內(nèi)填充圖案，就需要自定義圖案。對于不需要填充圖案的面狀符號，可以用polygon直接表達(dá)。代碼示例如下。
......
patternUnits="userSpaceOnUse" viewBox="0 0 10 10" >
x="213" y="20" height="50" width="35" id="rect_id" /> ...... 2.2 地圖渲染與數(shù)據(jù)解析 移動(dòng)終端業(yè)務(wù)應(yīng)答數(shù)據(jù)封裝在XML中，需要專門的XML解析器進(jìn)行解析數(shù)據(jù)。XML文檔解析的接口目前主要有三種。 （1）SAX。 （2）XPP。 （3）DOM。 XPP是最近開發(fā)的，只能適當(dāng)支持XML文檔的子集但不提供驗(yàn)證的任何支持。它具有尺寸小的優(yōu)勢。SAX是XML分析器和XML處理器提供的較XML更底層的接口。SAX通過事件驅(qū)動(dòng)來識別XML文檔的內(nèi)容，即當(dāng)它在XML文檔中發(fā)現(xiàn)特殊符號時(shí)，它就會(huì)觸發(fā)相關(guān)的事件。DOM不僅提供了對存儲(chǔ)在內(nèi)存中的XML文檔的一個(gè)完全的表示，也提供了隨機(jī)訪問整個(gè)文檔的方法。與DOM相比，SAX對內(nèi)存的需求要少得多，可認(rèn)為其是一個(gè)輕量級的接口集合。 需要從移動(dòng)地理信息系統(tǒng)的實(shí)際情況出發(fā)來選擇解析XML解析器和相對的解析接口。移動(dòng)終端采用XPP編程接口對業(yè)務(wù)應(yīng)答數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，利用KXML2解析器。 解析器可以從業(yè)務(wù)應(yīng)答數(shù)據(jù)提取出屬性數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)等。 Mobile SVG渲染地圖模塊調(diào)用Java ME可選包JSR226 API。Mobile SVG的渲染順序是先定義的先渲染。圖5是渲染流程。 3 結(jié)論 Mobile SVG可以實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的矢量化表達(dá)，解決了柵格地圖數(shù)據(jù)量大、縮放失真等缺點(diǎn)。Mobile SVG矢量化地圖數(shù)據(jù)的可視化方法也有客戶端圖形渲染時(shí)間較長等缺點(diǎn)。控制需渲染圖形元素?cái)?shù)量是減少圖形渲染時(shí)間的有效手段。可采用圖層控制顯示方法在移動(dòng)終端完成Mobile SVG地圖可視化。將地圖要素按種類分層（如道路層、綠地層等），在地圖顯示之前，用戶選擇需要渲染的圖層，確定顯示元素，即是圖層控制；也即若用戶不需要顯示某些圖層要素，則不進(jìn)行客戶端渲染；這樣就可以大大減少圖形渲染時(shí)間。 參考文獻(xiàn) [1] 張超，陳丙咸，鄔倫.地理信息系統(tǒng)[M].北京：高等教育出版社，1995：4-18. 8BxRdfBT5DBudp6g02iDVQ==[2] 移動(dòng)GIS的概念和特點(diǎn)[DB/OL].（2008-01-29）[2008-05-10].http：//www.sbsm.gov.cn. [3] http：//www[EB/OL].w3.org/TR/SVG11，2003. [4] 周衛(wèi)，孫毅中，盛業(yè)華，等.基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2006：20-39. [5]張為成.GIS中地圖符號的研究[D].長春：吉林大學(xué)，2006：9-21. [6] 徐愛民.基于J2EE/XML的LBS系統(tǒng)研究與實(shí)踐[D].鄭州：解放軍信息工程大學(xué)，2004：7-8. [7] 移動(dòng)終端操作系統(tǒng)與開發(fā)平臺[DB/OL].（2007-03-26）[2008-05-10].http：//www.j2megame.org. [8] 張超.地理信息系統(tǒng)應(yīng)用教程[M].北京：科學(xué)出版社，2007：133-135. [9] （美）James Keogh.J2ME開發(fā)大全[M].潘穎，王磊，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2004：1-29. [10] http：//www.svgopen.org，2008.
