网络电子地图服务传输中关键技术的研究

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1、网络电子地图服务传输中关键技术的研究 网络电子地图服务传输中关键技术的研究 王峰 魏海平 陈长林61363部队 陕西西安 710054 信息工程大学测绘学院 河南郑州 450052 Email: 摘要：网络技术与地图制图技术相结合产生了网络地图。本文在分析总结各种网络地图理论研究现状的基础上，结合当前网络地图服务传输理论研究不足的现状，提出了网络地图和网络地图服务的概念及特点，详细介绍了网络地图服务传输机制，并就有效实现网络地图服务传输的关键技术，如可视化、信息发布模式设计、自适应缩放、空间数据挖掘、多元数据融合、地图网站界面设计等进行了阐述。 关键字：网络地图、服务传输机制、关键技术 Abs

2、tract: The integration of network techniques and theory of mapping cartography produce network map. After analyzing the present studies of network map theory, and the defect of insufficient research of network map transmission theory, this paper puts forward the conception and advantages of network

3、map transmission, introduces the mechanism of network map service transmission detailedly, and then illuminates key techniques of realizing network map service transmission, such as techniques of visualization, release pattern of Information, adaptive zooming, spatial data mining, integration of spa

4、tial data, interface design and so on. Key Words: network map; the mechanism of service transmission; the key techniques 0 引言 地图是人类对地球表面信息的表现或抽象， 以视觉的、 数字的或触觉的方式表达地理信息的工具。 以印刷品为媒介的第一次信息革命， 使地图这种信息的载体得到了广泛的发展和应用，以电子为媒介的第二次信息革命，丰富和发展了地图学理论1。计算机技术带来的革命，在地图制图领域产生了深远影响，随着网络技术的进一步发展，网络技术与地图制图技术相结合产生了网络地图。

5、网络地图这一新生事物，进一步改变了传统地图的服务方式，同时又对地图学理论研究带来新的机遇和挑战。 本文在研究传统地图传输理论机制的基础上，介绍了网络地图的概念特点及其传输机制，并就网络地图服务传输机制中的若干关键技术进行了研究与阐述。 1 网络地图服务的概念及特点 1.1 网络地图概念 网络电子地图(或称万维网电子地图)是一种以互连网为传输介质的新型数字地图产品。它融电子地图的特点与网络特性于一体。 网络地图服务(Web Mapping Service)是通过网络地理信息系统和Intranet/Internet技术由空间数据服务机构面向空间数据用户提供的一种新型的空间数据服务方式。 它使用户足

6、不出户通过网络就可获取自己需要的空间数据， 空间数据是以地图、 影像等可视化方式呈现在用户眼前的。 1.2 网络地图特点 无论是普通地图，还是单机电子地图，都有出版和发行成本高、生产周期长、现势性差、地图异地获取不方便的特性，这些特性使得地图的使用价值大大降低。基于这些缺点，用户希望有发行成本低、生产周期短、现势性好且使用方便的地图产品。 简便快捷的分发形式， Internet为地图用户提供了更加快捷的地图传播方式和不同形式的人机交互。网络地图使公众更易于低成本、高效率地获取地图，具有更高的使用价值。具有远程空间信息传输、 传播广泛便捷、 实时动态更新、 人机交互性强、 充分利用超媒体结构、超

7、链接技术等诸多特点，越来越受到人们的青睐，并日趋社会化、大众化。 2.网络地图服务的传输理论 21 传统的地图服务传输过程 地图信息传输的观点最早是由捷克地图学家 Kolacny 于 1969 年提出的，他认为地图的用途就是在地图作者和地图读者之间传输信息（见图 1） 。后来 Ratajski L 和 Morrison 等人在此基础上也提出了相应的地图传输模式， 这些模式主要解决地图作为空间信息载体的传输理论问题。 结合传统的 Kolacny 地图传输模式， 可以得出， 传统的地图传输模式主要偏向信息的表达和获取之间的关系， 重点在于地图的符号化和使用者对地图表达的认知能力。 地图的制作和地图

8、信息的获取更多的是基于人的空间认知能力， 这种认知能力的差异导致地图信息传输的误差。 22 网络地图服务传输过程 在网络地图服务传输中， 同样是在用户和提供者之间传递信息， 但在这两者之间增加了基于信息管理和发布的服务管理者。其基本传输过程为：用户提出服务要求，服务管理者进行搜索，查找满足用户要求的服务提供者，将用户和提供者进行绑定2（见图 2） 。在此过程中，用户要求直接面向服务提供者，服务管理者不参与用户的具体服务要求，只对服务的过程进行管理。 服务管理者作为一个中介起到连接用户和提供者之间桥梁的作用。 在中介存在的条件下，提供者不用关心用户在哪里，只需完善所提供的服务内容；用户也不必关心

9、自己所需要的服务在哪里，只需向服务管理者提出要求，就能得到自己所需要的信息。 制图者 表达 地图实体认知用图者 地图制作地图使用客观存在图 1 传统地图服务传输模式在基于网络的地图服务传输过程中， 传输理论的研究主要偏向于用户如何获取满足自己所需的信息， 用户和提供者之间信息交流的内容已经不是由提供者来决定， 而取决于用户本身。提供者不但提供地图数据，而且提供制作地图的功能，这样用户得到的不论是数据还是可视化地图，都是由用户自己决定的。 3 网络地图服务传输的关键技术 一切与数字地图相关的信息都将在网络上进行传输， 从地图投影、 地图范围、 地图内容、地图制作单位等基本信息到地图的可视化表达、

10、 空间数据挖掘和空间数据格式等表现形式都可以在两者之间进行交互。 网络地图服务的传输机制所研究的正是这个交互过程中所涉及的所有信息的控制、转换和表达。 网络地图服务传输的研究是基于网络环境下将数字地图的采集、整理、加工、分发等环节所产生的地图产品通过网络直接面向用户服务的一种地图服务方式2。 它融合了当前地图学和计算机科学中的许多内容，涉及了可视化、网络服务、元数据技术、空间数据挖掘等多个领域。 3.1 可视化技术 随着地图学理论的发展， 人们对可视化在地图学中的应用提出了更高的要求。 传统的可视化仅作为输出的结果，也就是查询和分析的终点，人与地图的关系并不密切，制图者未必是地图用户， 制图者

11、脑中的现实与地图用户脑中的现实不可能完全一致。 地图空间认知理论的提出从一个全新的角度来考虑人与地图的关系， 同时也给地图可视化赋予了新的含义。 在数字制图条件下，可视化新焦点就是如何设计一个友好的人机交互系统，能把从数据查询、分析中得到的新观点实时交互地反馈到所做的地图中以满足用户的认知需求， 即用户既是地图的制作者又是地图的使用者，促进了地图学领域人机交互系统的研究3。在网络地图条件下，运用可视化技术来设计一个友好的人机交互系统，应该考虑几个方面： 3.1.1 虚拟现实技术 借助可视化技术将地图上的地理要素转化为具有3维交互特征的地表形态景观，城市3维景观等3维实境表示的地理信息环境。 3

12、.1.2 地图动画技术 用户 搜索 服务管理检索提供者 地图用户地图服务可视化、非可视 化的地图产品 图 2 网络地图服务传输过程 把计算机动画引人地图学中， 便是地图动画。 地图动画是在传统表示2维或3维空间事物的基础上，加上了时间维。地图动画是对地理数据的动态表示，地图动画可以弥补静态地图表示不足，使观察者更直观、更自然地理解时空数据。 3.1.3 多媒体技术 多媒体技术彻底改变了传统地理信息只能借助于文本、 图形和表格来表示和传输空间信息的单一方式，它是集文本、图形、图像、声音、动画、视频于一体的多媒体空间信息表现形式，极大地丰富了地理信息可视化的内容。 用户在通过地图可视化系统进行地图

13、认知的过程中， 主要通过感受和动机来接收空间信息，因此，地图可视化系统提供一个交互的多媒体环境，以充分调动用户的视觉感受功能是非常重要的。好的视觉感受可以增加对事物的表达方式，加深用户对事物的理解。地图符号和色彩在地图可视化感受中起着重要的指导作用。 通常利用色彩的和谐性感受、 符号的差异性感受和相似性感受来进行地图设计。 除此之外， 视觉疲劳问题也是进行地图可视化设计中的一个重要问题。 因为人眼长时间注视屏幕可产生疲劳感， 如果采用了过多的疲劳感色彩进行地图设色则更容易使用户疲劳， 所以在地图设色时应尽量避免少用饱和度高的色彩。 另外，在可视化动态地图和3维地图设计时，需要充分考虑每一帧动画

14、的运动速率和持续时间，以给用户一个光滑、平稳运动的视觉感受，尽可能减少因图像抖动而产生的视疲劳。 3.2 3S技术及多源数据融合 网络地图可以通过计算机接口接受外部世界的信息，地图数据库、全球定位系统、遥感信息系统、 实测数据都可以成为他的数据源， 尤其是用户的反馈信息也可作为信息源的组成部分。通过各种接口和中间件技术，对信息进行科学组织，用信息合成、分离等方法解译信息，能有效地融合各种数据源信息，提高网络地图的实时性和现势性。 3.3 网络地图信息发布的结构模式设计 网络地图的信息发布模式可以分为两大类：基本发布模式和功能拓展模式4。基本发布模式只能提供静态地图信息的检索。所需查询的数据必须

15、事先存储在web服务器上，其中的地图元素，如图层等的可视化方法和分类方案将是固定的，用户无法改变。整个运行过程可以描述为一系列简单的“请求响应”过程。显而易见，这种基本发布模式有很多局限：只能支持栅格图像(GIF和JPEG)，仅支持静态的地图，没有良好的交互性等。为了克服这些局限，需要在服务器和客户端两个方面着手进行扩展。归结起来，在网络地图发布系统中，客户机和服务器两者所承载功能的分配模式有三种(见图3)。 客户端服务器(client/server)两层结构模式是将数据统一存储在数据服务器上，相关的交互操作都在客户端实现， 即所谓的胖客户端解决方案。 这种结构模式难以扩展到广域网或互联网，

16、也难以管理客户端的机群， 随着用户业务需求的增长以及Intenet/Intranet技术的普及，逐渐被三层或多层体系结构所替代。 三层体系结构是把客户端的交互业务独立出来， 并与数据库服务器中的存储过程合并构成应用层， 以提高计算能力和系统的灵活性。 在这种结构中， 客户端采用具有交互功能的浏览器，形成了瘦客户端的工作模式。 与普通的客户机/服务器模式不同， 三层客户机/服务器模式在客户机与服务器之间引入了一个中间层次的进程中间件(middleware)，它是三层客户机/服务器模式的核心，作为客户机与服务器之间运行的独立进程，有自己的层次结构，其基本结构（见图4）。 Intenet/Web网络的地图服务系统宜采用三层或者多层结构。考虑到用户端计算机配置的多样性，客户端应采用新型的XML(eXtended Markup Language)来实现，从而做到真正的跨平台运行。 3.4 自适应缩放技术 制图总的原则是从用户阅读感受的角度以最清晰、 最易读易懂的形式， 来表达复杂的自然地理和社会地理