在線專題地圖自動化平臺設計與應用

引文格式： 林箏. 在線專題地圖自動化平臺設計與應用[J].測繪通報，2015(4)：101-104.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0121

在線專題地圖自動化平臺設計與應用

林箏

(福建省制圖院，福建 福州 350003)

Design and Application of Online Thematic Cartography Automation Platform

LIN Zheng

摘要：基于各類專題統(tǒng)計數(shù)據(jù)實現(xiàn)在線交互式專題地圖的“私人定制”，是目前地圖學研究的關(guān)鍵問題之一。本文采用以任務流為中心的設計模式，將Flex與Web Service技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了數(shù)據(jù)交互、底圖交互、符號交互和制圖輸出等功能模塊，設計并建立了一個具有高度定制化、設計重用的交互式專題地圖信息系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了專題地圖的自動化表達。該在線平臺兼具在線制圖和桌面制圖軟件的特點，便于用戶使用和操作，具有較高的推廣及應用價值。

關(guān)鍵詞：專題地圖；任務流；定制化；設計重用

中圖分類號：P28

收稿日期：2014-04-09

基金項目：福建省測繪地理信息局科技項目(201311)

作者簡介：林箏(1985—)，女，碩士，主要研究方向為WebGIS開發(fā)應用。E-mail： unilos@163.com

一、引言

傳統(tǒng)的專題地圖更新周期長，只能靜態(tài)使用并且制作成本昂貴[1]，難以滿足各行各業(yè)專題用圖的個性化及現(xiàn)勢性需求。近年來，隨著互動式網(wǎng)絡專題地圖理論與實踐的發(fā)展，在線專題地圖發(fā)展迅速，能夠為不同行業(yè)提供定制化服務，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

在線動態(tài)地圖按其側(cè)重的要素主要有以用戶為中心、以地圖為中心和以任務流為中心3種設計方式[2-5]。目前國內(nèi)外已開發(fā)出多個在線專題地圖平臺產(chǎn)品，在國內(nèi)，以深圳市在線動態(tài)地圖集和專題地圖制作網(wǎng)站“地圖匯”為代表的在線地圖平臺主要采用了以任務流為中心的設計方式，為用戶提供從專題數(shù)據(jù)選取或輸入、符號化、符號設計、制圖輸出等一系列任務。以任務流為中心的設計方法將傳統(tǒng)制圖流程拆分為相對獨立的單個任務進行設計并前后銜接，設計過程較為靈活[6]。當前，基于WebGIS的在線專題制圖主要分為輕量級專題制圖和常規(guī)專題制圖兩種，二者的區(qū)別在于專題地圖生成的網(wǎng)絡位置不同，前者專題地圖在服務端生成，后者則在客戶端生成專題地圖[7]。

本文采用任務流為中心的設計模式來進行在線專題地圖平臺的設計和開發(fā)，充分保證了在線制圖的交互性和平臺的可擴展性；同時，平臺采用輕量級制圖和常規(guī)制圖相結(jié)合的方式，即專題地圖的底圖由服務端生成，專題符號則由客戶端生成，進一步增加了專題表達類型的多樣化和靈活性。

二、平臺設計

1. 整體架構(gòu)

本平臺采用瀏覽器/服務器(B/S)架構(gòu)開發(fā)，用戶通過客戶端瀏覽器即可訪問平臺進行專題圖的制作和輸出，在后臺通過建立完善的數(shù)據(jù)和服務維護體制，由系統(tǒng)管理人員完成數(shù)據(jù)庫和地圖服務的更新維護，并實時推送到客戶端。在線專題制圖平臺采用中間件技術(shù)Web Service和富客戶端技術(shù)Flex相結(jié)合的方案來構(gòu)建，自下而上由數(shù)據(jù)層、服務層和表現(xiàn)層3層架構(gòu)組成[8](如圖1所示)。

圖1　在線專題地圖自動化平臺架構(gòu)

數(shù)據(jù)層是平臺數(shù)據(jù)的存儲層，分為空間數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)兩類。其中空間數(shù)據(jù)作為地理底圖的主要數(shù)據(jù)源，專題數(shù)據(jù)作為專題地圖的數(shù)據(jù)源，包括存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的專題應用數(shù)據(jù)，以及以文件形式存在的其他格式用戶數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫部署在服務器端，專題數(shù)據(jù)文件則保留在用戶本地，均可提供給服務層使用。

服務層是整個在線專題地圖平臺的核心層，負責響應客戶端的用戶請求，提供GIS地圖服務和數(shù)據(jù)訪問服務。其中，GIS地圖服務包括底圖服務和專題數(shù)據(jù)服務?；贏rcGIS Server發(fā)布的后臺地圖服務及符合OGC標準的互聯(lián)網(wǎng)地圖服務都可以作為底圖服務供用戶調(diào)用；而基于ArcGIS Server發(fā)布的專題數(shù)據(jù)圖層能夠作為專題數(shù)據(jù)源供用戶編輯使用。數(shù)據(jù)訪問服務主要用于與后臺專題數(shù)據(jù)庫交互，獲取用戶所需的專題數(shù)據(jù)內(nèi)容。

表現(xiàn)層使用了Flex框架和ArcGIS Flex API技術(shù)，利用Flex強大的富客戶端功能，能夠在客戶端設計大量用戶交互流程，使得以任務流為中心的平臺設計能夠順利實現(xiàn)。另外專題符號庫和統(tǒng)計圖表庫也部署在客戶端以便用戶選擇、切換并實時生成不同專題圖。

2. 功能設計

按照以任務流為中心的設計模式，將在線專題制圖自動化平臺劃分為數(shù)據(jù)交互、底圖交互、樣式交互和制圖輸出四大任務進行設計。

平臺任務流起始于制圖相關(guān)數(shù)據(jù)的交互，包括數(shù)據(jù)源的選擇及專題參數(shù)的選擇。接下來用戶可以選擇底圖交互、樣式交互設計和制圖輸出3個任務中的其中一個任務或幾個任務的組合，除了數(shù)據(jù)交互必須是起始任務外，之后的任務流程方向并不固定，可以隨時重復其中的任務步驟(如圖2所示)。

圖2　以任務流為中心的制圖模型

(1) 數(shù)據(jù)交互

數(shù)據(jù)交互任務作為任務流的初始步驟，代表用戶對專題數(shù)據(jù)和內(nèi)容的選擇。根據(jù)最終的專題圖類型劃分出兩類交互任務：統(tǒng)計專題圖采用連接專題數(shù)據(jù)庫或?qū)胗脩舯砀竦姆绞将@取專題統(tǒng)計數(shù)據(jù)，常規(guī)專題圖采用連接專題地圖層服務或?qū)胗脩魧ｎ}圖層文件的方式獲取專題數(shù)據(jù)。獲取專題數(shù)據(jù)之后，界面需要向用戶展示數(shù)據(jù)中的時空指標和專題指標供用戶選擇。對于統(tǒng)計專題數(shù)據(jù)而言，無論是專題數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)還是用戶數(shù)據(jù)中的表結(jié)構(gòu)均以IST模型(指標—空間—時間，Indicators-Space-Time)為基礎(chǔ)[9]來組織數(shù)據(jù)，如圖3所示。每一個具體的時間和空間值，與某個指標類型對應一個指標值(t1,s1,i1)。在線專題地圖自動化平臺以向?qū)У哪Ｊ桨础皵?shù)據(jù)源選擇—指標選擇—表達方式選擇”的逐級顯示方法來構(gòu)建用戶界面。

圖3　IST模型的應用

(2) 底圖交互

在線專題制圖自動化平臺提供底圖交互，包括系統(tǒng)底圖切換和用戶臨時底圖上傳功能。其中系統(tǒng)底圖切換包括不同地區(qū)范圍的切換和不同配圖風格的切換，不同地區(qū)范圍的切換是根據(jù)用戶選擇的地區(qū)指標自動切換到不同級別的底圖上，分為全省設區(qū)市、全省區(qū)縣及各設區(qū)市區(qū)縣3個地區(qū)范圍水平；系統(tǒng)提供多種配圖風格、邊界類型及其組合，包括暈渲、陰影、透鏡，以及島狀邊界、矩形邊界等，用戶可以在當前地區(qū)范圍內(nèi)任意切換風格底圖。另外，平臺支持用戶上傳多種符合OGC類型外部底圖服務，包括ArcGIS的動態(tài)地圖服務、WMS、WMTS等，來作為臨時底圖進行制圖輸出。

(3) 樣式交互

在線專題制圖自動化平臺提供樣式交互，包括專題符號樣式和整飾要素樣式，交互方式有兩種：第一種類型是對生成的默認專題圖的符號和整飾要素進行設計，包括對常規(guī)專題圖和統(tǒng)計專題圖的符號、圖例及地圖整飾要素進行設計，其中符號可編輯的屬性包括圖表本身、圖表背景、邊框、圖表標題、標簽等，如圖4所示；第二種符號交互類型是在第一種的基礎(chǔ)上進行的，為用戶提供設計完成的圖表和整飾要素樣式的保存，將所有的屬性保存為設計文件，可在樣式交互界面導入設計文件來重用之前的設計樣式。兩種樣式交互方式可組合使用。

圖4　樣式交互界面

(4) 制圖輸出

一張完整的專題圖包含專題圖層、專題底圖和整飾要素3部分，一般情況下，完成數(shù)據(jù)交互后，能生成這3部分的默認樣式。用戶可以直接打印輸出，也可以進入樣式交互界面進行樣式設計或嘗試不同風格底圖的套用來確定最終的底圖方案。全流程的制圖輸出如圖5所示。

圖5　制圖輸出流程

1) 專題圖層是專題圖最主要的部分。專題圖層部分首先必須清楚需要呈現(xiàn)的是統(tǒng)計專題圖、常規(guī)專題圖，或是合二為一。不同類型的專題圖有不同的數(shù)據(jù)交互接口，整體過程遵循“用戶輸入(選擇)→統(tǒng)計參數(shù)選擇→生成專題圖”步驟實現(xiàn)。生成默認的專題圖后可以進行自定義樣式設計和修改，既可以進入樣式交互界面單獨設置，也可以通過導入之前的樣式文件進行一鍵設置，最后生成滿意的專題圖層。另外，平臺的圖層收藏機制還能夠表達出多層不同類型專題符號復合表達的效果。

2) 地理底圖是專題圖層不可缺少的要素，系統(tǒng)提供多種配圖風格和顏色方案的系統(tǒng)底圖供用戶使用，用戶還能夠通過上傳云端的符合OCG標準的地圖服務來作為臨時底圖來使用。

3) 整飾要素是一張專題圖不可或缺的部分，主要指地圖中便于讀圖和用圖的一些輔助內(nèi)容[10]。平臺提供各類整飾要素供用戶添加，包括專題圖標題、比例尺、色帶、表面注記、圖片和文字，并支持用戶對整飾要素進行設計和編輯。在線專題地圖自動化平臺支持所有專題圖要素的位置調(diào)整和打印輸出。

三、應用實例

以福建省公開版地圖數(shù)據(jù)庫作為平臺的地理空間框架，同時作為專題底圖的數(shù)據(jù)源，進行專題數(shù)據(jù)庫連接下的統(tǒng)計專題圖的生成和整飾輸出。

以福建省統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)作為專題數(shù)據(jù)源建立專題數(shù)據(jù)庫，選取包括綜合經(jīng)濟、人口與勞動力、農(nóng)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)等4大專題的2008—2012五年統(tǒng)計年鑒部分數(shù)據(jù)進行展示。連接專題數(shù)據(jù)庫時，用戶選擇相應的表格后，對同一張表格可以進行分區(qū)統(tǒng)計、分級統(tǒng)計和獨立圖表統(tǒng)計3種類型的專題圖表生成。對于分區(qū)統(tǒng)計和獨立圖表統(tǒng)計而言，用戶只需要選擇用于統(tǒng)計的專題指標、地區(qū)和年份，然后選擇用于表達這些專題內(nèi)容的圖表類型，即可生成相應的分區(qū)統(tǒng)計專題圖和獨立統(tǒng)計圖表，如圖6所示。

圖6　生成分區(qū)統(tǒng)計圖和獨立統(tǒng)計圖表

將需要的數(shù)據(jù)以專題圖表的形式表達并進行樣式設計后，進一步添加地圖整飾要素，即可生成效果如圖7所示的專題圖。

圖7　地圖整飾輸出

四、平臺特點

在線專題地圖自動化平臺具有兩大特點，其一是高度定制化，一方面體現(xiàn)在專題符號、專題圖表及整飾要素的設計涵蓋了圖表、背景邊框、標簽標題及圖例等所有屬性樣式；另一方面，平臺能夠支持用戶導入自己的專題數(shù)據(jù)源，包括符合規(guī)范的統(tǒng)計表格和專題內(nèi)容圖層，同時，平臺還允許用戶上傳自定義的底圖類型，只要空間參考符合的底圖服務，包括ArcGIS的動態(tài)圖層和其他OGC標準圖層都可以作為臨時底圖上傳到當前用戶界面作為專題底圖使用。另外，注冊用戶能夠?qū)⒆远x底圖注冊到底圖庫中，實現(xiàn)底圖庫的動態(tài)更新，同時不同用戶還能夠?qū)⒆孕猩蟼鞯牡讏D和常用的系統(tǒng)底圖選中，形成個人底圖庫。

第二個特點是設計重用，基于高度私人定制的特點，常常一幅專題圖甚至單個專題圖表都需要設定大量的屬性。對于常用的桌面制圖軟件而言，精心設計的專題圖能夠保存成多種格式，可供后續(xù)設計或用其他軟件編輯。而網(wǎng)頁的特點使得這些設計無法保存，通常在一次性生成位圖格式的專題圖后便會失去生命力。為了使用戶精心設計的樣式能夠多次使用，平臺引入了設計重用的概念。通過將設計后樣式屬性變量保存為本地的可交換格式文件，如XML文件等，可以將用戶設定的樣式保存下來，在下一次進行設計時，能夠直接導入保存的設計文件，使得設計文件能夠重新套用到不同的專題數(shù)據(jù)中去。在設計重用的理念下，一個設計文件就是一個模板、一套規(guī)則，一個完整的設計文件能夠在專題數(shù)據(jù)導入的情況下還原出用戶之前所設計的專題地圖，一方面省去了大量的設計工作，另一方面也達到了在線設計保存的效果。

五、結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，地圖開始與各類傳統(tǒng)和新興的行業(yè)產(chǎn)生廣泛而深入的結(jié)合，資源、人口、環(huán)境、災害、城市發(fā)展等熱門問題成為專題地圖的重要表現(xiàn)內(nèi)容，日益拓展到經(jīng)濟建設、科學研究、文化教育、國防軍事等各部門的分析評價、預測預報、規(guī)劃設計、決策管理中，形成了形式多樣的專題地圖。本文論述了以任務流為中心的設計模式下開發(fā)的在線專題地圖自動化平臺的整體技術(shù)架構(gòu)、功能模塊及該平臺下完整的制圖流程，在公開版地圖數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)框架下展示了該平臺的運行效果。與當前國內(nèi)的一些在線制圖平臺相比，該平臺具有更為多樣的專題數(shù)據(jù)源導入功能、更為豐富的屬性編輯功能，同時支持樣式保存和重用，以更為桌面化的方式實現(xiàn)在線制圖。目前該平臺能夠以位圖的形式保存輸出專題圖表，但尚無法實現(xiàn)輸出矢量格式的地圖和圖表。因此，在輸出矢量地圖及交換格式的圖表方面有待進一步的研究。

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