“穗愛圖”地理信息公眾服務APP設計及關鍵技術研究

韓劍姿，陶 嵐，梁智浩，謝潤樺

（廣州市城市規劃勘測設計研究院 廣東 廣州 510060）

1 引言

近年來，移動互聯網蓬勃發展，在迎來了海量信息時代的同時，手機APP、公眾號、小程序等輕量級移動媒體也逐漸改變著公眾利用碎片化時間獲取信息的方式途徑和閱讀習慣，社會公眾對地理信息知識服務的需求也呈現出地圖使用規范化、信息獲取即時化、媒體形式多元化、移動交互動態化、文化創新深度化的發展趨勢[1]。

針對地圖用途多、范圍廣、需求多元的現狀和公眾“問題地圖”從源頭屢禁不止的上問題，廣州市啟動建設“穗愛圖”地理信息公共服務系統。本文基于移動端的輕量級GIS系統開發，探討“穗愛圖”APP的設計與實現，本系統基于交互電子地圖、AR增強現實等多種技術[2]，實現公眾基于標準地圖的在線自主制圖，并提供版圖知識科普與城市地理文化地圖服務，為公眾日常工作生活有圖可用、用圖規范提供技術支持。

2 應用定位與總體架構

“穗愛圖”APP旨在解決公眾生產生活中規范用圖獲取困難、國家版圖知識薄弱、城市地理文化缺失的問題，定位于服務普通公眾，采用Android和iOS底層架構開發[3]，整個系統由4個層次構成：用戶需求層、應用層、組件層和數據層。其中，數據層設計包含基礎地理信息數據庫、地理文化專題數據庫和多媒體數據庫。組件層調用了交互式電子地圖引擎、AR增強現實[4]、三維全景漫游等中間組件，實現了標準地圖服務、版圖知識科普、城市地理文化地圖服務和AR智能交互等功能，為地圖的規范使用、國家版圖知識科普提供了技術支撐，系統架構見圖1。

圖1 系統總體架構

3 數據庫設計

本系統數據庫包括測繪與地理信息法律法規數據庫、基礎地理信息數據庫、地理文化專題數據庫、多媒體數據庫和用戶數據庫。其中，基礎地理信息數據庫包括公眾版電子地圖、行政區劃、地名地址、三維模型等數據[5]；地理文化專題數據庫包含廣州本地的風景名勝、地標建筑、文藝手工等專題方面的空間數據和相關圖文屬性資料；多媒體數據庫主要為國家版圖知識科普與本地城市地理文化挖掘服務，數據形式主要包括視頻、動畫、音頻、圖片、文字等；用戶數據庫用于記載用戶在系統中使用各功能模塊產生的結果記錄，包括收藏記錄、制圖記錄、參與活動記錄等。

4 內容與功能設計

旨在為公眾在日常工作學習中涉及測繪地理信息行業的信息查詢、標準用圖提供便利，滿足公眾獲取國家版圖與城市地理文化知識的需求，本系統設計了標準地圖服務、版圖知識科普、城市地理文化動態電子地圖、城市地標AR智能交互5大功能板塊。

4.1 標準地圖服務

標準地圖服務模塊，主要功能包括：（1）標準地圖在線查詢：系統集中收錄了市域、市轄區、街道鎮及中心城區的200余張標準地圖，可依據所需地圖范圍、名稱、圖幅大小、要素內容等進行快速檢索；（2）標準地圖在線瀏覽與下載：可對標準地圖進行在線瀏覽、縮放和地圖下載；（3）交互式在線自助制圖：以圖層形式組織管理地圖內容要素，根據用戶制圖需求通過點選方式快速制作底圖；支持添加注記；支持顏色、線型、字體、字大編輯；可通過導入統計數據制作餅狀圖、柱狀圖、分區統計圖等簡易專題統計地圖；制圖的成果可通過生成二維碼的形式長期保存在用戶服務記錄中，滿足用戶隨時隨地下載使用。標準地圖服務解決了公眾在學習生產生活中“無圖可查用、用圖不規范”的困境[6]。

4.2 國家版圖知識科普

國家版圖知識科普板塊設計制作了“地圖的故事”系列科普動畫視頻和科普文章。科普動畫介紹了國家版圖、省市地圖的正確表達和規范使用方式；科普文章則以HTML5動態網頁的形式[7]，介紹了地圖審查制度等知識。

國家版圖知識科普板塊主要功能包括：（1）可觀看國家版圖知識科普系列視頻和版圖知識科普文章；（2）可對感興趣的視頻、文章進行社交媒體分享和收藏。

4.3 城市地理文化地圖服務

城市地理文化動態地圖功能板塊，緊扣廣州城市定位和城市性質，將城市精髓和地理空間信息相融合，設計了“歷史名城”“廣府文化”等十余個可交互的專題電子地圖，展現了廣州的城市風貌和人文情懷。

城市地理文化動態地圖主要功能包括：（1）電子地圖瀏覽，支持常用的平移、漫游、縮放等功能；（2）專題要素分類查詢；（3）交互顯示：動態顯示感興趣的專題信息。

4.4 城市地標AR智能交互

城市地標AR智能交互板塊，設計了一款戶外AR互動小游戲，構建了城市地標手繪大地圖，設計了3條獨具特色的專題地標游覽路線，通過對城市地標進行實地掃描打卡的方式了解地標的前世今生故事。

城市地標AR智能交互的主要功能包括：（1）AR掃描識別城市地標建筑；（2）瀏覽地標三維建筑模型和全景漫游，支持縮放與360°旋轉；（3）收藏已打卡解鎖的地標至用戶記錄，可隨時隨地點閱。

5 關鍵技術

5.1 交互式電子地圖

交互式電子地圖技術主要采用矢量瓦片（Vector Tile）組織空間數據，其協議遵循 MapBox Vector Tile Specification，根據專題圖的成圖結果，提取設計樣式，并以 MapBox Style 形式組織[8]。獨立圖表部分采用D3 渲染，以增強交互性。

交互式電子地圖技術主要應用于城市地理文化動態地圖板塊，將城市文化專題數據與地理空間數據相融合，采取矢量瓦片技術組織數據，利用Mapbox GL在用戶前端進行地圖效果的渲染，并開發主題互動操作功能。該功能可進行專題要素的動態顯示和動畫演示，實現專題圖由“靜”到“動”的轉換和快速發布，有效提升了專題地圖的在線顯示度和用戶參與度。見圖2。

圖2 交互式電子地圖技術路線圖

5.2 基于Vuforia+Unity的AR增強現實技術

針對圖像的特性，利用AR圖像識別技術便可識別地物身份信息，可以通過移動終端攝像頭將地標建筑圖像保存到終端上，識別到一定的區域，傳輸獲取該地標建筑的相關的數據信息，最終展示在移動終端上，達到獲取地理位置相關多樣化信息數據的目的[9]。

將基于Vuforia+Unity的圖像識別增強現實技術應用于城市地標AR智能交互板塊，可以構建地標建筑心象形象與地標顯示形象的虛實聯動，增強用戶屏幕中虛擬地標與真實世界地標建筑的聯動交互性和趣味性。

5.3 基于 Krpano的三維全景漫游技術

Krpano兼容HTML5和FLASH兩種模式的，屬于 WebGL下的一款靈活度高、性能優越的輕量型實景在線漫游軟件，可以用于各種實景圖像和互動虛擬模式[10]。Krpano的渲染效果采用 Action script語言實現，場景內容的配置則由 xml標記語言負責，使得實景場景的配置更加靈活。

地標全景漫游功能基于Krpano全景播放器，系統除了具有基本的瀏覽、縮放、旋轉功能外，還具有多種場景導航方式，包括平面圖導航、場景列表導航等，并且實現了場景中感興趣對象的信息展示功能。

6 結語

在國家大力推進地理信息公共信息成果轉化為高質量地理信息公共服務惠及民眾的大環境下，面向公眾生產生活切實需求和難點痛點，基于交互式電子地圖技術、AR增強現實技術和三維全景漫游技術，“穗愛圖”APP解決了公眾在生產學習中“無圖可用，用圖不準”的困境；國家版圖科普和城市地理文化專題地圖服務也極大地提升了公眾使用標準地圖捍衛主權完整的責任感和城市歸屬感。