天地圖客戶端自助制圖技術(shù)研究

曹建成，王 凱，郭朝陽(yáng)

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局陜西基礎(chǔ)地理信息中心, 陜西 西安 710054)

天地圖客戶端自助制圖技術(shù)研究

曹建成，王 凱，郭朝陽(yáng)

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局陜西基礎(chǔ)地理信息中心, 陜西 西安 710054)

分析了當(dāng)前天地圖在應(yīng)用服務(wù)模式方面存在的不足，提出了通過在線制圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)客戶端自助制圖的方法，分析了常用在線制圖技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)客戶端在線制圖的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，并開發(fā)了原型系統(tǒng)。試驗(yàn)證明，客戶端自助制圖能夠有效擴(kuò)充天地圖的服務(wù)模式。

天地圖；自助制圖；客戶端；在線

經(jīng)過幾年的建設(shè)，天地圖的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，服務(wù)能力持續(xù)增強(qiáng)，為重大工程、專業(yè)應(yīng)用、企業(yè)增值、百姓生活提供了有效的服務(wù)支撐。目前，天地圖主要包括兩種服務(wù)方式：一是直接訪問方式，即用戶使用瀏覽器通過網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng)、政務(wù)外網(wǎng))直接訪問天地圖，進(jìn)行地圖瀏覽、地名地址搜索、距離和面積量算、點(diǎn)線面標(biāo)繪、公交查詢、駕車規(guī)劃、用戶標(biāo)注及糾錯(cuò)、屏幕截圖打印等操作；二是在線調(diào)用方式，通過基于天地圖提供的二次開發(fā)套件，在線調(diào)用天地圖的各類地理信息資源，實(shí)現(xiàn)地理信息增值業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)。

但是，隨著地理信息逐步在企業(yè)、公眾應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，人們的注意力也正從關(guān)注地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工、數(shù)據(jù)獲取向關(guān)注應(yīng)用效果、用戶體驗(yàn)方面轉(zhuǎn)移，應(yīng)用方式也從單一固化的模式向多平臺(tái)、多渠道轉(zhuǎn)變。而目前天地圖提供的服務(wù)模式已經(jīng)無(wú)法完全滿足用戶的多樣化需求：對(duì)于部分行業(yè)部門而言，如衛(wèi)生、教育等部門，由于缺乏空間數(shù)據(jù)，以及對(duì)GIS開發(fā)技術(shù)積累不足，很難在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中嵌入GIS功能，而他們對(duì)地理信息數(shù)據(jù)精度的要求不高，往往一張政務(wù)電子地圖和一般通用的GIS功能就可以滿足需求，目前的服務(wù)模式對(duì)于此類用戶太復(fù)雜；對(duì)于社會(huì)公眾而言，公眾對(duì)基于空間信息創(chuàng)建應(yīng)用的熱情持續(xù)高漲[1-2]，但在應(yīng)用搭建的過程中也面臨著諸多問題，開發(fā)業(yè)務(wù)系統(tǒng)代價(jià)太大，而直接基于天地圖網(wǎng)站則由于用戶交互簡(jiǎn)單[3]而難以完成相關(guān)業(yè)務(wù)，在一定程度上限制了GIS應(yīng)用的快速普及和發(fā)展。在天地圖全方位、多層次推進(jìn)的現(xiàn)階段，如何幫助這些用戶降低GIS應(yīng)用技術(shù)門檻，為用戶提供更多的自助服務(wù)，是亟待解決的核心問題，也是天地圖在未來(lái)發(fā)展中更具生機(jī)和活力的關(guān)鍵。

本文對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)在線制圖技術(shù)進(jìn)行分析，提出讓用戶在客戶端自助制圖的技術(shù)路線，對(duì)客戶端自助制圖的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，并開發(fā)基于天地圖的客戶端自助制圖原型系統(tǒng)。

一、常用在線制圖方法

地圖制圖是在地圖數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶應(yīng)用需求進(jìn)行地圖符號(hào)化繪制的過程。在線制圖就是在傳統(tǒng)的單機(jī)、桌面制圖以外，借助網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線地圖制圖，是一個(gè)復(fù)雜的交互過程[4]。從當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)在線制圖的實(shí)現(xiàn)技術(shù)來(lái)說(shuō)，主要包括服務(wù)端制圖和客戶端制圖兩種方法。

1. 服務(wù)端制圖

服務(wù)端制圖，顧名思義就是地圖在服務(wù)器端生成[5]。服務(wù)端制圖是在制圖數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，基于服務(wù)端地圖符號(hào)化引擎，將制作好的專題地圖以圖片形式傳遞至客戶端進(jìn)行展示[6]。服務(wù)端制圖的基本框架如圖1所示。

服務(wù)端制圖由數(shù)據(jù)支撐層、基礎(chǔ)引擎層、地圖渲染層、地圖服務(wù)層和客戶端應(yīng)用層組成。數(shù)據(jù)支撐層包括專題數(shù)據(jù)、制圖樣式、符號(hào)及用戶自定義的制圖規(guī)則，為地圖制圖提供數(shù)據(jù)；基礎(chǔ)引擎層包括地圖組件、圖表組件和地圖渲染組件，是地圖制圖的基礎(chǔ)；地圖渲染層按照用戶的地圖表達(dá)要求，在基礎(chǔ)引擎層的基礎(chǔ)上，生成各類專題地圖及相關(guān)的地圖屬性；地圖服務(wù)層將渲染的結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)形式(包括地圖圖片、地圖屬性等信息)傳遞至客戶端；客戶端應(yīng)用層接收服務(wù)端的各類成果，實(shí)現(xiàn)在線地圖的展示。

圖1 服務(wù)端制圖框架

由圖1可以看出，服務(wù)端制圖的主體工作都在服務(wù)端進(jìn)行，其制圖能力由服務(wù)端的渲染能力決定，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的(如傳統(tǒng)的地形圖)、海量的(如大量數(shù)據(jù))地圖制圖。

2. 客戶端制圖

與服務(wù)端制圖不同的是，客戶端制圖是直接利用客戶端瀏覽器的相關(guān)運(yùn)行環(huán)境，按照用戶需求對(duì)地圖要素進(jìn)行符號(hào)化表達(dá)。與服務(wù)端制圖相比，客戶端制圖是一種相對(duì)輕量級(jí)的制圖方法，不需要在客戶端安裝相關(guān)軟件，直接基于瀏覽器的繪制能力進(jìn)行地圖表達(dá)。

與服務(wù)端制圖類似，客戶端制圖也是由數(shù)據(jù)支撐層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、客戶端引擎層、客戶端渲染層和客戶端應(yīng)用層多層結(jié)構(gòu)組成。其中數(shù)據(jù)支撐層和數(shù)據(jù)服務(wù)層在服務(wù)端，將制圖數(shù)據(jù)、制圖樣式以服務(wù)的形式提供給客戶端；客戶端引擎層主要是瀏覽器端的相關(guān)基礎(chǔ)類庫(kù)，如地圖展示組件(如各類地圖API)、圖表組件(如Highcharts)；客戶端渲染層將基于引擎層的相關(guān)渲染組件，實(shí)現(xiàn)各類專題地圖的渲染，并提交給應(yīng)用層展示應(yīng)用。

3. 兩種在線制圖方法特點(diǎn)

從上述研究可以看出，服務(wù)端制圖是一種重量級(jí)的后端制圖模式，而客戶端制圖是一種輕量級(jí)的前端制圖模式。因此，需要結(jié)合各自的特點(diǎn)，選取合適的制圖模式，滿足用戶在線制圖的需要。

(1) 制圖效率上

從實(shí)現(xiàn)流程上來(lái)說(shuō)，客戶端制圖實(shí)質(zhì)上是一種“即時(shí)制圖”，用戶能第一時(shí)間得到制圖的效果；而服務(wù)端制圖首先需要在服務(wù)端進(jìn)行地圖繪制，其次要將地圖圖片傳遞至服務(wù)端，繪制速度依賴于服務(wù)器性能和網(wǎng)絡(luò)傳輸[7]，效率相對(duì)要低。

(2) 制圖功能上

由于服務(wù)端制圖在后臺(tái)進(jìn)行，制圖的能力完全由后臺(tái)服務(wù)器的運(yùn)算能力和渲染引擎決定，因此，服務(wù)端制圖具有強(qiáng)大的制圖能力，既能夠?qū)崿F(xiàn)表現(xiàn)復(fù)雜的地圖制圖(如傳統(tǒng)的紙質(zhì)地形圖模式)，又能夠?qū)崿F(xiàn)海量數(shù)據(jù)的地圖制圖；客戶端制圖直接利用客戶端瀏覽器的相關(guān)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行符號(hào)化表達(dá)，受瀏覽器繪制能力、客戶端硬件所限制，往往只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的專題地圖。

二、客戶端自助制圖技術(shù)研究

1.自助制圖思路

客戶端自助制圖主要包括制圖數(shù)據(jù)、制圖方法和制圖應(yīng)用3個(gè)層面的工作。首先，針對(duì)在線制圖需要，制定專題數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型，明確專題數(shù)據(jù)的格式、類型和空間化方法，實(shí)現(xiàn)多源、異構(gòu)專題數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理和存儲(chǔ)；其次，對(duì)客戶端自助制圖的流程和方法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)自助制圖的各類向?qū)В纬梢粋€(gè)工序完備、內(nèi)容齊全、操作便捷的制圖向?qū)В瑯?gòu)建在線地圖的表達(dá)模型，并采用客戶端制圖方法實(shí)現(xiàn)[8]；最后是自助制圖的應(yīng)用，對(duì)自助制圖的服務(wù)模式進(jìn)行研究，將地圖以WebMap的形式進(jìn)行分享和發(fā)布。

2.制圖數(shù)據(jù)研究

制圖數(shù)據(jù)是自助制圖的基礎(chǔ)，由于不同部門、不同用戶的業(yè)務(wù)模式不一，應(yīng)用類型不一，其所擁有的專題數(shù)據(jù)也千差萬(wàn)別，因此，需要對(duì)制圖數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，明確專題數(shù)據(jù)的類型、格式和要求，實(shí)現(xiàn)多源、異構(gòu)專題數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理和存儲(chǔ)，為自助制圖奠定基礎(chǔ)。

(1) 數(shù)據(jù)類型

目前，用戶所擁有的專題數(shù)據(jù)既有標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式(如SHP等)，也有帶有地理坐標(biāo)的文本數(shù)據(jù)格式(如帶有坐標(biāo)的GeoJSON、CSV、TXT)，還有一些帶有地理屬性的數(shù)據(jù)格式(如帶有行政區(qū)劃信息、帶有標(biāo)準(zhǔn)地名地址信息的數(shù)據(jù))，因此，首先需要明確各類數(shù)據(jù)的指標(biāo)和要求，為自助制圖提供符合要求的數(shù)據(jù)源。具體見表1。

(2) 數(shù)據(jù)格式

為了給自助制圖提供一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，需要設(shè)計(jì)一種通用數(shù)據(jù)格式，將上述多源、異構(gòu)的用戶專題數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。

表1 制圖數(shù)據(jù)要求

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式參照GeoJSON表達(dá)方式，基于JavaScript對(duì)象表示法進(jìn)行定義：用戶專題數(shù)據(jù)是一個(gè)MapData的集合，對(duì)于每一個(gè)MapData，主要包括空間信息(Geometry)和屬性信息(Attribute)兩方面的定義：空間信息方面，應(yīng)支持點(diǎn)(Point)、線(Polyline)、面(Polygon)；屬性定義方面，根據(jù)用戶數(shù)據(jù)情況，采用Key-Value鍵值對(duì)集合的方式進(jìn)行定義。具體如圖2所示。

圖2 制圖數(shù)據(jù)格式

(3) 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

以上面制定的通用數(shù)據(jù)格式為基礎(chǔ)，構(gòu)建專題數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理流程和相關(guān)工具，實(shí)現(xiàn)多源、異構(gòu)專題數(shù)據(jù)的解析、處理和統(tǒng)一存儲(chǔ)。

從專題數(shù)據(jù)來(lái)源來(lái)看，一方面，用戶可通過數(shù)據(jù)上傳界面，將專題數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)端，服務(wù)端通過數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)解析等步驟，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中；另一方面，用戶也可通過在線數(shù)據(jù)填報(bào)的方式，基于在線制圖系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模板，直接錄入專題統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理流程設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理流程

3. 制圖方法研究

制圖方法是自助制圖的關(guān)鍵，主要包括制圖流程和制圖實(shí)現(xiàn)兩部分。制圖流程是根據(jù)在線制圖的需要，設(shè)計(jì)一個(gè)工序完備、內(nèi)容齊全、操作便捷的制圖向?qū)В奖阌脩暨M(jìn)行各種制圖規(guī)則的輸入；制圖實(shí)現(xiàn)是以用戶輸入的各類數(shù)據(jù)、規(guī)則為基礎(chǔ)，對(duì)地圖進(jìn)行生成和實(shí)現(xiàn)的過程。

(1) 制圖流程

參考傳統(tǒng)制圖流程，結(jié)合在線制圖的應(yīng)用需求，客戶端制圖流程主要包括專題符號(hào)化設(shè)置和圖層設(shè)置兩部分內(nèi)容。其中，專題符號(hào)化設(shè)置是提供一系列專題符號(hào)化工具，實(shí)現(xiàn)專題數(shù)據(jù)的符號(hào)化表達(dá)，包括各類統(tǒng)計(jì)地圖符號(hào)化工具(如分段設(shè)色、柱狀、餅狀)和各類要素符號(hào)化工具(如點(diǎn)要素、線要素、面要素等)[9]；圖層設(shè)置是結(jié)合地圖的應(yīng)用需求，對(duì)地圖中的不同圖層進(jìn)行控制管理，包括圖層順序、圖層透明度及圖層比例尺范圍等。

(2) 制圖實(shí)現(xiàn)

從上文可以看出，客戶端制圖方法通過“即時(shí)制圖”模式，實(shí)現(xiàn)各類地圖要素的符號(hào)化表達(dá)，具有較高的應(yīng)用效率、較好的用戶體驗(yàn)，功能上也能基本滿足當(dāng)前天地圖社會(huì)化應(yīng)用的需求。因此，在線自助制圖宜采用客戶端制圖方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

4. 地圖應(yīng)用研究

地圖應(yīng)用是自助制圖的最終落腳點(diǎn)。為了給用戶提供簡(jiǎn)介、靈活、豐富的在線制圖應(yīng)用體驗(yàn)，需要對(duì)自助制圖的服務(wù)模式進(jìn)行研究。目前，網(wǎng)絡(luò)地圖主要有兩種服務(wù)模式：一種是以在線地理信息服務(wù)接口的方式提供[10]，如常見的WMS、WMTS等服務(wù)規(guī)范，在該種模式下，用戶可以基于各類接口，根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行定制開發(fā)，實(shí)現(xiàn)在線地圖的瀏覽和信息展示，是一種重量級(jí)的解決方案；另一種是以在線地圖WebMap的方式提供，通過將數(shù)據(jù)、樣式、信息進(jìn)行打包，并通過一個(gè)地圖展示界面進(jìn)行發(fā)布，用戶通過一個(gè)URL即可實(shí)現(xiàn)可交互的、動(dòng)態(tài)的在線地圖瀏覽，是一種輕量級(jí)的、靈活的應(yīng)用模式。為了減少用戶應(yīng)用成本，客戶端自助制圖宜采用WebMap應(yīng)用模式。

WebMap的應(yīng)用流程如圖4所示。

圖4 服務(wù)端制圖框架

5. 應(yīng)用效果

基于上述研究理論，筆者開發(fā)了天地圖客戶端自助制圖原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)地圖和要素地圖兩類地圖的在線制圖、分享和應(yīng)用，部分系統(tǒng)截圖如圖5所示。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文從擴(kuò)展天地圖服務(wù)模式的需求出發(fā)，提出了天地圖自助制圖的服務(wù)模式，并從制圖數(shù)據(jù)、制圖方法和制圖應(yīng)用3個(gè)方面對(duì)客戶端自助制圖相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，開發(fā)了基于天地圖的客戶端自助制圖原型系統(tǒng)，為用戶提供了客戶端制圖功能，使用戶不使用專業(yè)GIS軟件就能實(shí)現(xiàn)專題數(shù)據(jù)空間化和專業(yè)GIS制圖的功能，提高了用戶使用天地圖的興趣，擴(kuò)大了天地圖的應(yīng)用影響。

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P28

B

0494-0911(2016)09-0123-04

2015-10-09；

2015-11-23

曹建成(1973—)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與建設(shè)、GIS軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等工作。E-mail：jjcjc@qq.com