基于網(wǎng)絡(luò)地圖制圖的制圖綜合技術(shù)分析

王易

摘? ? 要：GIS 公司率先把地圖遷移至網(wǎng)絡(luò)范疇中，而后OGC擬定了網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)要求，助推地圖服務(wù)發(fā)展進(jìn)程。Google 公司基于地圖瓦片形式對(duì)外推出了Google Map服務(wù)，并基于Map? API提出創(chuàng)新性地圖服務(wù)理念，網(wǎng)絡(luò)地圖制圖應(yīng)時(shí)而生，在該項(xiàng)技術(shù)幫襯下，網(wǎng)絡(luò)黃精下繪制地圖、瀏覽數(shù)據(jù)信息等逐漸演變主流。本文從制圖整體視角出發(fā)，探究網(wǎng)絡(luò)地圖制圖環(huán)境的可視化完善方案，提出制圖綜合方法，希望對(duì)網(wǎng)絡(luò)地圖制圖發(fā)展有一定促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)地圖制;制圖綜合;矢量數(shù)據(jù);技術(shù)分析

1? 引言

近些年，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用范疇有不斷拓展趨勢(shì)，與之相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)制圖軟件性能也處于持續(xù)更新與發(fā)展態(tài)勢(shì)中，這對(duì)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程有很大促進(jìn)作用。傳感器技術(shù)功能日漸強(qiáng)大，使用空間數(shù)據(jù)朝向大規(guī)模、高精度方向運(yùn)作。繪制大規(guī)模空間內(nèi)數(shù)據(jù)有速度遲緩的特征，難以迎合地圖制圖應(yīng)用階段動(dòng)態(tài)化繪制的需求。針對(duì)以上現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，本文主要探究利用制圖綜合技術(shù)手段減少矢量數(shù)據(jù)的空間冗余量、促進(jìn)地圖制圖進(jìn)程的方法。

2? 網(wǎng)絡(luò)地圖制圖的發(fā)展歷程

從宏觀層面上分析，網(wǎng)絡(luò)制圖是以地圖服務(wù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的技術(shù)類(lèi)型。地圖樣態(tài)在Web頁(yè)面上呈現(xiàn)情況，始終是業(yè)內(nèi)人員廣泛關(guān)注及深度探究的問(wèn)題，不同地圖服務(wù)做出的應(yīng)對(duì)方法存在差異，基本上歷經(jīng)了如下三個(gè)時(shí)段[1]：

第一階段中，GIS 軟件供應(yīng)商面對(duì)網(wǎng)頁(yè) SVG對(duì)象勾畫(huà)出地理要素，借此方式提供地圖服務(wù)。該種方式有效傳承了桌面版 GIS 軟件的屬性，為用戶群體選取、采集、關(guān)聯(lián)及查詢(xún)空間目標(biāo)對(duì)象創(chuàng)造便利條件。但其僅是將傳統(tǒng)GIS及技術(shù)遷移到互聯(lián)網(wǎng)上，尚未有效解除大規(guī)模數(shù)據(jù)繪制的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

第二階段，OGC設(shè)定了對(duì)外開(kāi)發(fā)的地圖服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)要求，以Web? Map? Service 、Web? Map? Service等就為主。其能結(jié)合數(shù)據(jù)類(lèi)別差異，發(fā)布相對(duì)應(yīng)的地圖服務(wù)，進(jìn)而使空間數(shù)據(jù)于網(wǎng)絡(luò)大環(huán)境內(nèi)持有可視化功能。

第三階段，Google Map以地圖瓦片圖像為載體實(shí)現(xiàn)提供地圖服務(wù)目標(biāo)，同時(shí)為應(yīng)用研發(fā)者提供編程服務(wù)資源的通道。以上這種創(chuàng)新性理念為后期地圖服務(wù)發(fā)展奠定了堅(jiān)穩(wěn)基礎(chǔ)，在同個(gè)地圖內(nèi)同一瓦片，僅需進(jìn)行單次繪制，明顯減縮數(shù)據(jù)的繪制時(shí)間長(zhǎng)度，制圖效率也相應(yīng)提升。但因地圖基于純圖像形式呈現(xiàn)出來(lái)，增加了空間對(duì)象信息選用、查詢(xún)難度，并且圖像數(shù)據(jù)傳送量也較多。

3? 建設(shè)矢量瓦片金字塔模型

3.1? 概念

對(duì)于一個(gè)矢量數(shù)據(jù)集而言，將其投射至球面墨卡托坐標(biāo)系下方，基于瓦片金字塔模型

做出規(guī)劃，面對(duì)各瓦片規(guī)劃出的矢量數(shù)據(jù)集構(gòu)件一個(gè)存管文件，結(jié)合瓦片坐標(biāo)構(gòu)建與瓦片文件相對(duì)應(yīng)的的索引。和傳統(tǒng)存儲(chǔ)模型相比，基于該類(lèi)模型下的矢量數(shù)據(jù)有空間、尺度雙重屬性，因?yàn)橐?guī)劃了矢量數(shù)據(jù)空間做出規(guī)劃，便于按需讀獲，不同尺度下的數(shù)據(jù)可能存在差異。

3.2? 矢量瓦片的產(chǎn)出流程

流程I：測(cè)算出卡托投影內(nèi)卡片的所處空間范疇，把被查找數(shù)據(jù)集投射到卡托投影內(nèi)，返回與包圍框會(huì)形成有交集的數(shù)據(jù)集。

流程II：捕獲空間查詢(xún)結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，主要是轉(zhuǎn)換投影坐標(biāo)系與空間各類(lèi)要素。

流程III：針對(duì)預(yù)處理后形成的數(shù)據(jù)，依照特定格式建設(shè)矢量瓦片文件，同事構(gòu)建與之相配套的坐標(biāo)和索引。只針對(duì)以文件系統(tǒng)擬編的存儲(chǔ)方案，以基于瓦片文件的存儲(chǔ)路徑建設(shè)對(duì)應(yīng)索引，比如瓦片坐標(biāo)為（x，y，z），文件會(huì)被存管于“Data URL＼z＼x＼y＼”目錄內(nèi)[2]。

3.3? 文件結(jié)構(gòu)

矢量數(shù)據(jù)集主要由空間數(shù)據(jù)的幾何、屬性信息構(gòu)成，依照特定格式與編碼將以上信息整合為文本或二進(jìn)制文件。

瓦片對(duì)應(yīng)的空間范疇是恒定不變的，當(dāng)制圖結(jié)束后，地圖瓦片大小也固定，故而可以采用整型將浮點(diǎn)型取而代之用來(lái)存儲(chǔ)幾何點(diǎn)坐標(biāo)。比如，勾畫(huà)規(guī)格256×256 地圖瓦片時(shí)，僅需借用8 或 16位整型數(shù)據(jù)完整的保存空間信息。近似以后繪畫(huà)出的直線存有一個(gè)像素偏差，理論上，可以用512×512離散型坐標(biāo)將256×256坐標(biāo)取代便能解除以上偏差。

3.4? 瓦片服務(wù)

要提供如下接口：（1）數(shù)據(jù)的注冊(cè)：Register Data，注冊(cè)成功后返回值ID，用戶可以基于該ID申請(qǐng)服務(wù)。（2）瓦片請(qǐng)求：接口形式是Request Vector Tile，其負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)集ID，并將其返回至特定的瓦片上。（3）空間查詢(xún)：選定的接口Search，接收特定的數(shù)據(jù)ID、查詢(xún)尺度及空間范疇，歷經(jīng)查詢(xún)后，以瓦片文件形式返回查詢(xún)結(jié)果。（4）要素管理：Add，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)集內(nèi)設(shè)定的ID與需增設(shè)的數(shù)據(jù)要素Date。

4? ?線要素自動(dòng)制圖綜合方法

本制圖綜合法應(yīng)用的宗旨在于推進(jìn)地圖繪制進(jìn)程，減少地圖內(nèi)冗余的空間要素，進(jìn)而設(shè)定制圖階段遵照的規(guī)則：在不干擾相關(guān)信息表達(dá)率的基礎(chǔ)上，盡量將冗余空間要素量降至最低。

在綜合階段，要將數(shù)據(jù)細(xì)化為長(zhǎng)、中、短三部分，被刪減的線要素基本集中在中、短部?jī)?nèi)，這就提示消除偏短要素間長(zhǎng)度指數(shù)差異是地圖制圖中的重要類(lèi)型之一。

針對(duì)分布較為勻稱(chēng)的線數(shù)據(jù)庫(kù)，可以次奧要哪個(gè)相關(guān)指數(shù)較精確的估算出地圖相似度，但針對(duì)一些分布較集中化的線要素，估計(jì)效果偏差偏差。

本文以我國(guó)某道路為實(shí)例加以研究，其囊括了3，857，580個(gè)線要素;經(jīng)由Open Street Map下載道路數(shù)據(jù)，共計(jì)有6，147，040個(gè)線要素。本文以矢量瓦片金字塔模型為基礎(chǔ)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，將數(shù)據(jù)量偏大的區(qū)段作為試驗(yàn)區(qū)。基于智能綜合算法整合對(duì)線要素，重點(diǎn)是利用冗余度指數(shù)準(zhǔn)確估算出線要素的空間冗余度。為檢驗(yàn)冗余度指數(shù)正確與否，進(jìn)行如下兩組實(shí)驗(yàn)：一是依照隨機(jī)刪減要素法綜合處理數(shù)據(jù)集;二是依照冗余度指數(shù)，由小至大按需刪減線要素，而后落實(shí)制圖任務(wù)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓縮比為0.50、0.35、0.20時(shí)，綜合結(jié)果能維持全路網(wǎng)綜合結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定性，維持路網(wǎng)的連貫性，和原始地圖之間維持較高相似度;伴隨壓縮比降低過(guò)程，制圖綜合效果有持續(xù)跌落趨勢(shì)。

5? 區(qū)圖形的制圖綜合

區(qū)也被稱(chēng)之為面，是由多條線段按照一定次序銜接而成的多邊形區(qū)，該區(qū)同時(shí)也形成了另一關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)于空間圖形內(nèi)多種元素間，構(gòu)建了拓?fù)潢P(guān)系，產(chǎn)出拓?fù)鋽?shù)據(jù)，把非空間數(shù)據(jù)設(shè)為空間數(shù)據(jù)的懸掛物，空間、非空間數(shù)據(jù)自成體。正因如此，和區(qū)圖形相關(guān)的制圖綜合法，關(guān)系到空間、非空間數(shù)據(jù)的取留、舍棄問(wèn)題，以上是影響網(wǎng)絡(luò)地圖制圖綜合效果的主要環(huán)節(jié)。從宏觀上，可以把區(qū)圖形制圖綜合法細(xì)化為如下兩個(gè)部分：一是建設(shè)多邊形區(qū)的線劃要素制圖綜合法，實(shí)質(zhì)上即是線圖形的制圖，需科學(xué)選用線要素指標(biāo)，勾畫(huà)輪廓樣態(tài);二是區(qū)（面）域的制圖，涵蓋空間、非空間數(shù)據(jù)匯總，等同于合并物體類(lèi)別和數(shù)據(jù)屬性屬性。

6? 結(jié)束語(yǔ)

在信息化技術(shù)持續(xù)發(fā)展的大背景，，網(wǎng)絡(luò)地圖制圖相關(guān)技術(shù)將會(huì)依照自身特有優(yōu)勢(shì)不斷拓展自身的應(yīng)用空間，其整合多種高端技術(shù)，并加強(qiáng)其和計(jì)算機(jī)技術(shù)之間的融合力度。構(gòu)建了快速的空間索引與數(shù)據(jù)預(yù)處理機(jī)制，明顯提升地圖的繪制速度，為后期綜合算法產(chǎn)出創(chuàng)造了優(yōu)良的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，能為大規(guī)?？臻g數(shù)據(jù)供應(yīng)流暢度更高的可視化與制圖服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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