天地图客户端自助制图技术研究

2016-12-15曹建成郭朝阳

测绘通报 2016年9期

关键词：数据格式服务端符号化

曹建成，王凯，郭朝阳

(国家测绘地理信息局陕西基础地理信息中心, 陕西西安 710054)

天地图客户端自助制图技术研究

曹建成，王凯，郭朝阳

(国家测绘地理信息局陕西基础地理信息中心, 陕西西安 710054)

分析了当前天地图在应用服务模式方面存在的不足，提出了通过在线制图技术实现客户端自助制图的方法，分析了常用在线制图技术的特点，对客户端在线制图的相关技术进行了研究，并开发了原型系统。试验证明，客户端自助制图能够有效扩充天地图的服务模式。

天地图；自助制图；客户端；在线

经过几年的建设，天地图的建设规模不断扩大，服务能力持续增强，为重大工程、专业应用、企业增值、百姓生活提供了有效的服务支撑。目前，天地图主要包括两种服务方式：一是直接访问方式，即用户使用浏览器通过网络(互联网、政务外网)直接访问天地图，进行地图浏览、地名地址搜索、距离和面积量算、点线面标绘、公交查询、驾车规划、用户标注及纠错、屏幕截图打印等操作；二是在线调用方式，通过基于天地图提供的二次开发套件，在线调用天地图的各类地理信息资源，实现地理信息增值业务应用服务。

但是，随着地理信息逐步在企业、公众应用领域的拓展，人们的注意力也正从关注地理信息数据生产加工、数据获取向关注应用效果、用户体验方面转移，应用方式也从单一固化的模式向多平台、多渠道转变。而目前天地图提供的服务模式已经无法完全满足用户的多样化需求：对于部分行业部门而言，如卫生、教育等部门，由于缺乏空间数据，以及对GIS开发技术积累不足，很难在业务系统中嵌入GIS功能，而他们对地理信息数据精度的要求不高，往往一张政务电子地图和一般通用的GIS功能就可以满足需求，目前的服务模式对于此类用户太复杂；对于社会公众而言，公众对基于空间信息创建应用的热情持续高涨[1-2]，但在应用搭建的过程中也面临着诸多问题，开发业务系统代价太大，而直接基于天地图网站则由于用户交互简单[3]而难以完成相关业务，在一定程度上限制了GIS应用的快速普及和发展。在天地图全方位、多层次推进的现阶段，如何帮助这些用户降低GIS应用技术门槛，为用户提供更多的自助服务，是亟待解决的核心问题，也是天地图在未来发展中更具生机和活力的关键。

本文对当前网络在线制图技术进行分析，提出让用户在客户端自助制图的技术路线，对客户端自助制图的相关关键技术进行研究，并开发基于天地图的客户端自助制图原型系统。

一、常用在线制图方法

地图制图是在地图数据模型的基础上，根据用户应用需求进行地图符号化绘制的过程。在线制图就是在传统的单机、桌面制图以外，借助网络环境实现网络在线地图制图，是一个复杂的交互过程[4]。从当前网络在线制图的实现技术来说，主要包括服务端制图和客户端制图两种方法。

1. 服务端制图

服务端制图，顾名思义就是地图在服务器端生成[5]。服务端制图是在制图数据的基础上，基于服务端地图符号化引擎，将制作好的专题地图以图片形式传递至客户端进行展示[6]。服务端制图的基本框架如图1所示。

服务端制图由数据支撑层、基础引擎层、地图渲染层、地图服务层和客户端应用层组成。数据支撑层包括专题数据、制图样式、符号及用户自定义的制图规则，为地图制图提供数据；基础引擎层包括地图组件、图表组件和地图渲染组件，是地图制图的基础；地图渲染层按照用户的地图表达要求，在基础引擎层的基础上，生成各类专题地图及相关的地图属性；地图服务层将渲染的结果以标准服务形式(包括地图图片、地图属性等信息)传递至客户端；客户端应用层接收服务端的各类成果，实现在线地图的展示。

图1 服务端制图框架

由图1可以看出，服务端制图的主体工作都在服务端进行，其制图能力由服务端的渲染能力决定，能够实现复杂的(如传统的地形图)、海量的(如大量数据)地图制图。

2. 客户端制图

与服务端制图不同的是，客户端制图是直接利用客户端浏览器的相关运行环境，按照用户需求对地图要素进行符号化表达。与服务端制图相比，客户端制图是一种相对轻量级的制图方法，不需要在客户端安装相关软件，直接基于浏览器的绘制能力进行地图表达。

与服务端制图类似，客户端制图也是由数据支撑层、数据服务层、客户端引擎层、客户端渲染层和客户端应用层多层结构组成。其中数据支撑层和数据服务层在服务端，将制图数据、制图样式以服务的形式提供给客户端；客户端引擎层主要是浏览器端的相关基础类库，如地图展示组件(如各类地图API)、图表组件(如Highcharts)；客户端渲染层将基于引擎层的相关渲染组件，实现各类专题地图的渲染，并提交给应用层展示应用。

3. 两种在线制图方法特点

从上述研究可以看出，服务端制图是一种重量级的后端制图模式，而客户端制图是一种轻量级的前端制图模式。因此，需要结合各自的特点，选取合适的制图模式，满足用户在线制图的需要。

(1) 制图效率上

从实现流程上来说，客户端制图实质上是一种“即时制图”，用户能第一时间得到制图的效果；而服务端制图首先需要在服务端进行地图绘制，其次要将地图图片传递至服务端，绘制速度依赖于服务器性能和网络传输[7]，效率相对要低。

(2) 制图功能上

由于服务端制图在后台进行，制图的能力完全由后台服务器的运算能力和渲染引擎决定，因此，服务端制图具有强大的制图能力，既能够实现表现复杂的地图制图(如传统的纸质地形图模式)，又能够实现海量数据的地图制图；客户端制图直接利用客户端浏览器的相关运行环境进行符号化表达，受浏览器绘制能力、客户端硬件所限制，往往只能实现简单的专题地图。

二、客户端自助制图技术研究

1.自助制图思路

客户端自助制图主要包括制图数据、制图方法和制图应用3个层面的工作。首先，针对在线制图需要，制定专题数据的数据模型，明确专题数据的格式、类型和空间化方法，实现多源、异构专题数据的规范化处理和存储；其次，对客户端自助制图的流程和方法进行研究，设计自助制图的各类向导，形成一个工序完备、内容齐全、操作便捷的制图向导，构建在线地图的表达模型，并采用客户端制图方法实现[8]；最后是自助制图的应用，对自助制图的服务模式进行研究，将地图以WebMap的形式进行分享和发布。

2.制图数据研究

制图数据是自助制图的基础，由于不同部门、不同用户的业务模式不一，应用类型不一，其所拥有的专题数据也千差万别，因此，需要对制图数据进行研究，明确专题数据的类型、格式和要求，实现多源、异构专题数据的规范化处理和存储，为自助制图奠定基础。

(1) 数据类型

目前，用户所拥有的专题数据既有标准的空间数据格式(如SHP等)，也有带有地理坐标的文本数据格式(如带有坐标的GeoJSON、CSV、TXT)，还有一些带有地理属性的数据格式(如带有行政区划信息、带有标准地名地址信息的数据)，因此，首先需要明确各类数据的指标和要求，为自助制图提供符合要求的数据源。具体见表1。

(2) 数据格式

为了给自助制图提供一套统一的数据源，需要设计一种通用数据格式，将上述多源、异构的用户专题数据转换成标准数据格式。

表1 制图数据要求

标准数据格式参照GeoJSON表达方式，基于JavaScript对象表示法进行定义：用户专题数据是一个MapData的集合，对于每一个MapData，主要包括空间信息(Geometry)和属性信息(Attribute)两方面的定义：空间信息方面，应支持点(Point)、线(Polyline)、面(Polygon)；属性定义方面，根据用户数据情况，采用Key-Value键值对集合的方式进行定义。具体如图2所示。

图2 制图数据格式

(3) 数据标准化处理

以上面制定的通用数据格式为基础，构建专题数据的标准化处理流程和相关工具，实现多源、异构专题数据的解析、处理和统一存储。

从专题数据来源来看，一方面，用户可通过数据上传界面，将专题数据上传至服务端，服务端通过数据校核、数据解析等步骤，将数据转换成标准数据格式，并存储至数据库中；另一方面，用户也可通过在线数据填报的方式，基于在线制图系统提供的标准数据模板，直接录入专题统计数据。

数据标准化处理流程设计如图3所示。

图3 数据标准化处理流程

3. 制图方法研究

制图方法是自助制图的关键，主要包括制图流程和制图实现两部分。制图流程是根据在线制图的需要，设计一个工序完备、内容齐全、操作便捷的制图向导，方便用户进行各种制图规则的输入；制图实现是以用户输入的各类数据、规则为基础，对地图进行生成和实现的过程。

(1) 制图流程

参考传统制图流程，结合在线制图的应用需求，客户端制图流程主要包括专题符号化设置和图层设置两部分内容。其中，专题符号化设置是提供一系列专题符号化工具，实现专题数据的符号化表达，包括各类统计地图符号化工具(如分段设色、柱状、饼状)和各类要素符号化工具(如点要素、线要素、面要素等)[9]；图层设置是结合地图的应用需求，对地图中的不同图层进行控制管理，包括图层顺序、图层透明度及图层比例尺范围等。

(2) 制图实现

从上文可以看出，客户端制图方法通过“即时制图”模式，实现各类地图要素的符号化表达，具有较高的应用效率、较好的用户体验，功能上也能基本满足当前天地图社会化应用的需求。因此，在线自助制图宜采用客户端制图方法进行实现。

4. 地图应用研究

地图应用是自助制图的最终落脚点。为了给用户提供简介、灵活、丰富的在线制图应用体验，需要对自助制图的服务模式进行研究。目前，网络地图主要有两种服务模式：一种是以在线地理信息服务接口的方式提供[10]，如常见的WMS、WMTS等服务规范，在该种模式下，用户可以基于各类接口，根据应用需要进行定制开发，实现在线地图的浏览和信息展示，是一种重量级的解决方案；另一种是以在线地图WebMap的方式提供，通过将数据、样式、信息进行打包，并通过一个地图展示界面进行发布，用户通过一个URL即可实现可交互的、动态的在线地图浏览，是一种轻量级的、灵活的应用模式。为了减少用户应用成本，客户端自助制图宜采用WebMap应用模式。

WebMap的应用流程如图4所示。

图4 服务端制图框架

5. 应用效果

基于上述研究理论，笔者开发了天地图客户端自助制图原型系统，实现了统计地图和要素地图两类地图的在线制图、分享和应用，部分系统截图如图5所示。

三、结束语

本文从扩展天地图服务模式的需求出发，提出了天地图自助制图的服务模式，并从制图数据、制图方法和制图应用3个方面对客户端自助制图相关关键技术进行了研究，开发了基于天地图的客户端自助制图原型系统，为用户提供了客户端制图功能，使用户不使用专业GIS软件就能实现专题数据空间化和专业GIS制图的功能，提高了用户使用天地图的兴趣，扩大了天地图的应用影响。

[1] 任幅,杜青运. 智慧城市语境下在线专题制图模式[J].测绘科学,2014,39(8):50-52.

[2] 黄耀裔,彭志诚. 基于组件式Web GIS的统计专题图的实现[J].测绘与空间地理信息,2014,37(3):35-37.

[3] 郭建忠,黄瑞阳,丁雅莉. Web地图制图框架的研究与设计[J].测绘科学技术学报,2013,30(1):10-14.

[4] 赵飞,杜青运，彭子风，等. 指标驱动下以任务流为中心的在线交互制图模型[J].测绘学报,2011,40(5):655-659.

[5] 苏德国,崔希民，董春，等. 轻量WebGIS环境下基于动态数据交换的专题制图自动化研究[J].测绘科学,2013,35(2):80-81.

[6] 胡达天,胡庆武. 基于开源系统的跨平台地图客户端开发[J].测绘科学,2015,40(7):142-145.

[7] 张帅毅,徐京华. 基于开放地图API的网络专题制图方法研究[J].测绘,2011,34(3):108-109.

[8] 林筝. 在线专题地图自动化平台设计与应用[J].测绘通报,2015(4):101-104.

[9] 陈辉,杜青运，任福. 在线动态专题制图符号引擎的设计与实现[J].地理信息世界,2015,22(4):81-85.

[10] 李军,王健，王志强，等. 基于服务协同思想的地理制图服务研究与实现[J].农业网络信息,2009(9):33-38.

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