WebGL中在线动态地图服务框架的设计

彭清涛 孙海永

作者简介：彭清涛（1982—），男，本科，高级工程师，主要从事地理信息数据处理和地图编制与出版研究。

摘  要：随着无线通信技术的飞速发展，现代电子地图逐渐向信息传输、地图显示、动态地图等方面发展。因此，传统的二维地图已经不能满足社会的需要，需要不断完善在线动态地图。基于浏览器技术的WebGL技术已经成为一种新的工具，可以帮助Web实现新的地图引擎功能。基于GIS技术，可以设计出实时、高效、可扩展、安全可靠的地图引擎。通过WebGL技术，可以绘制大量的矢量数据，这也可以提高服务器的加载速度。该文首先分析了在线动态地图的功能，进而提出了相关算法，最后构建了一个在线动态地图服务框架。

关键词：WebGL  在线动态地图  服务框架  数字高程模型

中图分类号：P208     文献标识码：A      文章编号：1672-3791（2021）12（c）-0000-00

Abstract： With the rapid development of wireless communication technology， modern electronic map has gradually changed to many aspects， such as information transmission， map display， dynamic map and so on. Therefore， the traditional two-dimensional map can’t meet the needs of society， which needs to constantly improve the online dynamic map. Based on browser technology， WebGL technology has become a new tool， which can help the web to realize new map engine functions. Based on GIS technology， we can design a real-time， efficient， scalable， safe and reliable map engine. Through WebGL technology， we can draw massive vector data， which can also improve the loading speed of the server. Firstly， this paper analyzes the function of online dynamic map. Then， this paper lists some algorithms. Finally， this paper constructs an online dynamic map service framework.

Key Words： WebGL; Online dynamic map; Service framework; DEM

社会信息化的快速发展和对空间信息需求的不断增加，极大地推动了地理信息服务的快速发展[1]。在线地图不再局限于浏览、查询和检索的基本要求，已逐渐转变为提供海量数据、快速显示、动态更新、可定制等功能。目前，GIS大多采用基于金字塔的矢量切片技术，要求用户将数据上传到国外服务器。基于数据安全的考慮，我国无法在国内相关GIS领域广泛应用，这大大增加了GIS的研发成本[2]。基于WebGL技术，可以从海量数据的可视化和动态性方面寻求一个新的视角，解决矢量数据存储、传输和渲染效率低下的问题。

基于WebGL技术，笔者开发了绘制地图特征点、线和曲面的着色器，可以大大提高矢量切片地图的渲染效率。通过WebGL技术，可以提高在线动态地图平台的稳定性，这已成为未来地图服务的一个重要发展方向。

1 动态地图的应用领域

在线动态地图已经成为人们生活中的一个重要工具，可以应用于很多领域。第一，旅游地图服务。例如：百度地图和谷歌地图可以帮助人们解决定位、导航和其他服务，如旅游和旅游。第二，它嵌入到各种生活娱乐服务应用程序中。诸如rookie wrap和meituan等应用程序在服务流程中嵌入了地图，可以优化应用程序功能[3]。第三，公共场所的位置信息。交互式动态地图可应用于购物中心、博物馆、展览馆等公共场所，可提供特定位置的信息和服务。第四，科学和社会领域的信息和数据研究，包括地理、地质和气象勘探和数据分析。第五，游戏场景。许多游戏将构建一个完整的虚拟世界，并使用地图进行显示[4]。

2 与在线动态地图相关的数学算法

2.1 数字高程模型综述

数字高程模型（DEM）是数字地形模型的一个子集，是地形的有限离散表示。DEM的数学表达式如公式1所示。

式中，X和Y表示地面点的二维坐标，Z表示坐标位置的点高程。数字高程模型的表达和组织非常简单，已广泛应用于三维GIS分析领域，如通视分析、三维透视、自动地形分割等[5]。

2.2 数字高程模型数据采集

在建立DEM模型之前，我们需要收集或测量地面点的三维信息。主要有以下几种方法：地形图数字化、地面测量、航空摄影测量和空间传感器。目前，地形图数字化和地面测量是最常用的方法，需要大量的人力。随着科学技术的发展，航空摄影测量和空间传感器测量可以利用传感器获取空间信息数据，这已成为未来的发展方向[6]。

2.3 数字高程模型

获取地形数据后，可以建立地形表面的表面模型，即DEM数据建模。DEM曲面通常由表1中的多项式函数表示。

3 在线动态地图服务框架设计

3.1 基于B/S模式的功能设计

该文主要分为客户端和服务器端。客户端主要提供三维场景漫游、场景快速可视化渲染、特征模型加载等功能。服务器主要提供数据预处理和存储服务。系统功能如图1所示。

3.2 在线动态地图服务框架

在线地理信息服务体系结构决定了整个网格的稳定性和可扩展性，它定义了网格内和网格节点之间所有级别的协议和API。通过网格系统，我们可以实现在线动态地图服务框架，具体如图2所示。

3.3 總体技术框架

基于地理信息三维交互可视化服务，该文可以对WebGL进行三维可编程绘制过程，实现在线动态地图。基于WebGL的在线动态地图技术路线如图3所示。

3.4 着色器编程

基于WebGL技术，我们编辑了OpenGL es，这是一个可编程的渲染管道。其中，顶点缓存和纹理对象是WebGL的核心内容，支持处理参数（VBO、纹理）的渲染任务[7]。着色器编程技术如图4所示。

4 结语

地理信息服务改变了人们的生产和生活方式，这对资源管理、土地规划等多方面都提出了要求。随着无线通信技术的进步，在线动态地图服务将逐渐成为地理信息技术的核心，也将给人类的生活和工作带来极大的方便和实用性。

参考文献

[1] 马炅妤，李平，周启，等.WebGL在线动态地图服务框架设计[J].测绘通报，2019（1）：118-122.

[2] 王乃生，王凯，申传庆.“天地图·陕西”新冠肺炎疫情动态地图设计与实现[J].测绘技术装备，2020，22（3）：84-86.

[3] 朱林.基于安卓平台的列车动态地图软件设计及实现[D].大连：大连理工大学，2018.

[4] 张祖伟，韩庆军，刘明坤，等.轨道交通车辆乘客信息系统LCD动态地图应用发展方向[J].数字通信世界，2020（2）：17-18.

[5] 林淑娟，李维庆，杜清运，等.流场动态地图符号视觉变量分析与应用[J].测绘与空间地理信息，2020，43（3）：44-48.

[6] 张文洁.历史动态地图在高中历史教学中的运用研究[D].南京：南京师范大学，2018.

[7] 王颖.面向多重特征变化表达的动态地图符号设计[D].武汉：武汉大学，2018.

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