CN106682104B - 一种基于Web的空间数据专题图动态定制方法 - Google Patents

一种基于Web的空间数据专题图动态定制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Web的空间数据专题图动态定制方法，包括以下步骤：S1、地图描述文件动态生成；S2、专题地图按需定制；S3、动静态缓存；S4、空间数据动态发布。本发明的有益效果：提出空间数据动态发布策略，实现了基于OGC协议的地图按需生成、动静态缓存等技术，进一步解决多源空间数据发布方式不够智能、灵活、开放以及空间数据在线浏览时间较长、用户体验不佳的问题，满足不具有专业背景使用者自行定义地图风格，也可以浏览用户任意指定的空间数据，实现网络专题地图的动态、按需、高效发布，在可视化层次提高空间数据的浏览效率。

Description

一种基于Web的空间数据专题图动态定制方法
技术领域
本发明涉及空间数据动态发布技术领域，特别涉及一种基于Web的空间数据专题图的动态定制方法。
背景技术
GIS处理的空间数据具有多源、异构性。随着大数据的发展，GIS所要处理的地理空间数据，还具有海量、复杂、覆盖范围广等特征，地理空间数据的这些特性为数据综合利用和地图网络发布带来巨大挑战。
基于web的GIS处理的数据一般存储在集群或者存储***，而浏览地图一般在客户端进行，基于局域网或者广域网的网络地图是目前显示服务端数据的主要形式。现阶段地图发布存在的主要问题有：
（1）数据发布方式不够智能和开放：目前在线地图服务的工作模式都是在服务端指定好地图的显示风格，单纯地通过网络将预先定制好的地图发布出去而已，无法满足由不具有专业背景使用者自行定义地图风格，也无法浏览用户任意指定的空间数据，实现网络专题地图的动态发布。
（2）空间数据在线浏览数据处理时间较长，用户体验不佳：空间数据的复杂性导致了空间数据网络发布存在性能瓶颈，随着空间数据量的增加与空间数据类型的增多，这种性能瓶颈更加凸显出来，空间数据可视化流程分为空间数据检索、空间数据获取、空间数据绘制生成图像，这三个步骤均比较耗时，特别对于一些开源地图服务器，对每次地图请求都根据BOX和相关的参数进行重采样，生成一幅栅格图像或者矢量图形并返回给用户。每次用户的数据请求如果都要生成一次图片，势必会影响响应的速度。由于整个可视化流程时间较长，导致客户端用户交互体验不佳，且基于OGC协议发布的地图一般都是预制的，降低了地图发布的灵活性。
随着空间数据量的不断积累以及空间数据结构越来越复杂，传统的空间数据发布模式已经难以满足实际的应用需求，并对多源空间数据的动态发布策略提出了新的要求。面对空间数据发布模式存在的问题，人们希望基于OGC协议的网络地图发布具有普适、动态、开放性。如何在可视化性能等方面满足多源空间数据的动态发布的要求是一个需要迫切解决的问题，有必要提供一种基于Web的空间数据专题图动态定制方法。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于Web的空间数据专题图动态定制方法，用以解决多源空间数据发布方式不够智能和开放、在线浏览数据处理时间较长且地图发布缺乏灵活性的问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于Web的空间数据专题图动态定制方法，包括以下步骤：
S1、地图描述文件动态生成：从空间数据中解析地图描述文件所需对象，按照用户指定数据生成地图描述文件；
S2、专题地图按需定制：通过服务端定制在线修改地图描述文件，由地图服务器发布新的地图；
S3、动静态缓存：采用缓存和瓦片预生成技术，提前将空间数据绘制生成图像文件，按照某种组织形式存储到文件***或数据库中；
S4、空间数据动态发布：对用户任意指定的空间数据进行动态发布。
进一步的，所述步骤S1进一步包括：
S1.1、获取用户指定空间数据，从空间数据中解析地图描述文件所需对象；
S1.2、获取空间数据的投影信息，将投影信息转换为EPSGCode，构建PROJECTION对象；
S1.3、获取空间范围，构建范围对象，根据空间数据路径构建涂层对象；
S1.4、解析对象，并生成WMS协议的底涂描述文件或生成WFS协议的底涂描述文件。
进一步的，所述步骤S1.2中，将投影信息通过WKT或Proj4方式转换为EPSGCode。
进一步的，采用Proj4字符串转换为EPSGCode包括以下步骤：
S1.2.1、将proj4字符串拆分为+标签=值的形式，形成子串数组；
S1.2.2、逐行读取epsg文件，分别用子串去匹配每一行；
S1.2.3、根据定义的关键标签，判断子串是否与该行匹配；
S1.2.4、若该行的内容与子串数组完全匹配，则返回该行的epsgcode；
S1.2.5、若不完全匹配，则继续循环，看是否有更为匹配的行。
进一步的，所述步骤S2进一步包括：
S2.1、客户端选定已有空间数据；
S2.2、客户端从地图服务器获取空间数据属性信息；
S2.3、客户端定制地图风格，构建风格对象；
S2.4、调度管理器根据风格对象重新生成新专题地图；
S2.5、地图服务器生成新专题地图；
S2.6、客户端重新从地图服务器获取地图，绘制显示。
进一步的，所述步骤S2.1中，客户端通过WFS协议接口获取已有空间数据。
进一步的，所述步骤S3进一步包括：
S3.1、用户由浏览器发起请求后，Web服务器首先获取指令进而转发给地图缓存器中间件；
S3.2、地图缓存器根据请求中的缩放比例在缓存目录下查找是否存在地图瓦片；
S3.3、若地图缓存器中存在地图瓦片，则将地图瓦片进行瓦片拼接和地图渲染后返回给Web服务器；
S3.4、若地图缓存器中不存在地图瓦片，则将请求转发地图发布WMS服务器进行交互获取地图图像；
S3.5、最后由浏览器将图像呈现给用户。
进一步的，步骤S3.1中，所述地图缓存器对请求的数据进行分块处理，并以瓦片形式保存于指定缓存目录下，产生瓦片式 WebGIS 效果。
进一步的，所述步骤S3.3中，返回的地图数据要经过地图缓存器补充缓存后再转发给Web服务器。
进一步的，所述步骤S4进一步包括：
S4.1、用户通过客户端软件选择服务端数据，定制自己的工作空间；
S4.2、客户端根据用户选择数据，调用Web Service接口，在服务端生成地图描述文件；
S4.3、客户端根据用户选择，生成WMS协议的URL，向地图缓存器请求数据；
S4.4、如果地图缓存器缓存中有该数据，直接返回；否则，向地图服务器请求数据；
S4.5、客户端把请求的内容绘制到地图窗口。
本发明的有益效果：提出空间数据动态发布策略，实现了基于OGC协议的地图按需生成、动静态缓存等技术，进一步解决了多源空间数据发布方式不够智能、灵活、开放以及空间数据在线浏览时间较长、用户体验不佳的问题，满足不具有专业背景使用者自行定义地图风格，也可以浏览用户任意指定的空间数据，实现网络专题地图的动态、按需、高效发布，在可视化层次提高空间数据的浏览效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的空间数据动态发布流程图；
图2是根据本发明实施例所述的地图描述文件动态生成流程图；
图3是根据本发明实施例所述的空间数据专题图按需定制流程；
图4是根据本发明实施例所述的地图缓存器工作流程图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于Web的空间数据专题图动态定制方法，包括以下步骤：
S1、地图描述文件动态生成：从空间数据中解析地图描述文件所需对象，按照用户指定数据生成地图描述文件；
S2、专题地图按需定制：通过服务端定制在线修改地图描述文件，由地图服务器发布新的地图；
S3、动静态缓存：采用缓存和瓦片预生成技术，提前将空间数据绘制生成图像文件，按照某种组织形式存储到文件***或数据库中；
S4、空间数据动态发布：对用户任意指定的空间数据进行动态发布。
如图2所示，步骤S1进一步包括：
S1.1、获取用户指定空间数据，从空间数据中解析地图描述文件所需对象；
S1.2、获取空间数据的投影信息，将投影信息转换为EPSGCode，构建PROJECTION对象，将投影信息通过WKT或Proj4方式转换为EPSGCode；
S1.3、获取空间范围，构建范围对象，根据空间数据路径构建涂层对象；
S1.4、解析对象，并生成WMS协议的底涂描述文件或生成WFS协议的底涂描述文件。
地图服务器发布空间数据的基础是按照用户指定数据生成地图描述文件。地图描述文件中的PROJECTION对象，有两种表达方式，一种是EPSGCode编码，一种是proj4字符串。但客户端中，需要用EPSGCode来标识投影，因此，需要在地图描述文件中用EPSGCode表示投影信息。
其中，对投影参数包括投影坐标系和基准面参数等的标准化表达通常有WKT，Proj4，EPSGcode等方式。WKT (Well-known Text) 是由OGC投影参数提供了一种标准的表达与描述方式；Proj4则是最大的开源投影库，它用"+标签=值"的形式表达坐标***；EPSG(European Petroleum Survey Group)代表特定的椭球体、单位、地理坐标系或投影坐标系等信息。本发明用模糊匹配的方法从Proj4库中epsg文件中进行Proj4字符串到EPSGCode的转换，epsg用ASCII方式存储，里面的每一行都记录了一个用proj4字符串表示的EPSGCode，epsg内容如下所示：
Figure 781811DEST_PATH_IMAGE001
具体的，Proj4字符串向EPSGCode转换的流程为：
S1.2.1、将proj4字符串拆分为“+标签=值”的形式，形成子串数组；
S1.2.2、逐行读取epsg文件，分别用子串去匹配每一行；
S1.2.3、根据定义的关键标签，判断子串是否与该行匹配；
S1.2.4、若该行的内容与子串数组完全匹配，则返回该行的epsgcode；
S1.2.5、若不完全匹配，则继续循环，看是否有更为匹配的行。
如图3所示，客户端定制专题图，通过调度管理器在线修改地图描述文件，由地图服务器发布新的地图。传统的在线地图，地图风格和专题图风格一旦设定就无法改变。但用户需求是多样的，不同的专题应用需要绘制不同的专题图。因此本发明研究了专题地图定制策略—服务端定制，即通过在线修改地图描述文件，通过地图服务器发布新的地图，步骤S2进一步包括：
S2.1、客户端通过WFS协议接口GetCapabilities，DescribeFeatureType获取空间数据的属性信息，决定专题地图绘制方式；
S2.2、客户端构建专题对象，通过Webserive接口更新地图描述文件中LAYER对象的CLASS和STYLE子对象；
S2.3、客户端重新获取地图对象，浏览新的专题图。
本发明中生成的专题图地图描述文件中的风格示意如下，表示按照面积大小来渲染地图。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
如图4所示，为了避免地图服务器频繁读取空间数据，本发明釆用缓存和瓦片预生成技术，即在网络发布空间数据之前，提前将空间数据绘制生成图像文件，按照某种组织形式存储到文件***或数据库中，这种方式使得空间数据在发布之前已经提前完成了空间数据检索、提取和绘制，在网络上发布后，客户端请求空间数据时只需要检索并读取己经生成的图像文件即可，避免了可视化过程中的耗时问题。
地图缓存器在于客户端和服务器之间，它可以支持OGC的多种协议和标准，对请求的数据进行分层分块处理并以瓦片形式保存于指定目录下，产生瓦片式WebGIS效果。地图缓存器可以预缓存一些地图的瓦片，只有当请求的地图不在缓存目录时，地图缓存器才与地图发布软件进行交互获取地图图像，步骤S3地图缓存器的具体流程为：
当用户由浏览器发起请求后，Web服务器首先获取指令进而转发给地图缓存器中间件，地图缓存器根据请求中的缩放比例在缓存目录下查找是否存在地图瓦片，如存在则直接返回给Web服务器。否则将请求转发地图发布服务器进行数据获取和数据处理等工作，返回的地图数据需经过地图缓存器补充缓存后再转发给Web服务器，最终由浏览器将图像呈现给用户。
本发明的静态缓存机制，就是针对已有数据中的热点地图利用地图缓存器瓦片生成命令手动预生成地图瓦片并存放于指定缓存目录中。当客户端请求地图时服务器拦截该请求，在缓存目录下可查找到该地图瓦片，随即进行瓦片拼接和地图渲染最后将结果返回给客户端。
地图缓存器分层分块建立缓存，这个模块的特点是可以配置分块数，以加快图像渲染速度；更新一定时间范围内的旧瓦片；支持对多种源数据进行分块。
本发明的动态缓存机制，即由地图缓存器本身完成，对用户每次请求的图片存放到瓦片目录。当第二次请求时，直接返回瓦片。
步骤S4中，空间数据动态发布策略在步骤S1、步骤S2和S3的基础上，实现空间数据动态发布，即对于用户任意指定的空间数据进行动态发布。其主要流程为：
S4.1、用户通过客户端软件选择服务端数据，定制自己的工作空间；
S4.2、客户端根据用户选择数据，调用Web Service接口，在服务端生成地图描述文件；
S4.3、客户端根据用户选择，生成WMS协议的URL，向地图缓存器请求数据；
S4.4、如果地图缓存器缓存中有该数据，直接返回；否则，向地图服务器请求数据；
S4.5、客户端把请求的内容绘制到地图窗口。
在地图发布前期，客户端调用Web Service接口生成地图描述文件，然后由客户端和地图缓存器、地图服务器直接交互完成；基于Web的空间数据专题图动态定制方法实现了基于OGC协议的地图按需生成、动静态缓存等技术，在可视化层次实现了空间数据的动态发布。
综上所述，本发明针对空间数据网络发布方式不够智能、开放，空间数据在线浏览数据处理时间较长，用户体验不佳等问题，在分析空间数据发布模式与存在问题的基础上，以地图服务器为主，结合GIS平台中的调度管理器，利用地图描述文件动态生成技术、基于地图缓存器的动静态缓存技术、专题图按需定制策略等相关关键技术，研究地图描述文件的动态生成机制，使得基于OGC协议的网络地图发布具有普适、动态、开放性。对热点地图，实现空间数据的静态与动态瓦片划分技术，服务端缓存技术，从而提升服务端的可视化性能，满足不具有专业背景使用者自行定义地图风格，也可以浏览用户任意指定的空间数据，实现网络专题地图的动态、按需、高效发布，在可视化层次提高空间数据的浏览效率和空间数据的动态发布。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于Web的空间数据专题图动态定制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、地图描述文件动态生成：从空间数据中解析地图描述文件所需对象，按照用户指定数据生成地图描述文件；
S2、专题地图按需定制：通过服务端定制在线修改地图描述文件，由地图服务器发布新的地图；
S3、动静态缓存：采用缓存和瓦片预生成技术，提前将空间数据绘制生成图像文件，按照某种组织形式存储到文件***或数据库中；
S4、空间数据动态发布：对用户任意指定的空间数据进行动态发布；
步骤S1进一步包括：
S1.1、获取用户指定空间数据，从空间数据中解析地图描述文件所需对象；
S1.2、获取空间数据的投影信息，将投影信息转换为EPSGCode，构建PROJECTION对象；
S1.3、获取空间范围，构建范围对象，根据空间数据路径构建涂层对象；
S1.4、解析对象，并生成WMS协议的底涂描述文件或生成WFS协议的底涂描述文件；
步骤S1.2中，将投影信息通过Proj4方式转换为EPSGCode；
采用Proj4字符串转换为EPSGCode包括以下步骤：
S1.2.1、将Proj4字符串拆分为+标签=值的形式，形成子串数组；
S1.2.2、逐行读取epsg文件，分别用子串去匹配每一行；
S1.2.3、根据定义的关键标签，判断子串是否与该行匹配；
S1.2.4、若该行的内容与子串数组完全匹配，则返回该行的EPSGCode；
S1.2.5、若不完全匹配，则继续循环，看是否有更为匹配的行；
步骤S2进一步包括：
S2.1、客户端选定已有空间数据；
S2.2、客户端从地图服务器获取空间数据属性信息；
S2.3、客户端定制地图风格，构建风格对象；
S2.4、调度管理器根据风格对象重新生成新专题地图；
S2.5、地图服务器生成新专题地图；
S2.6、客户端重新从地图服务器获取地图，绘制显示；
步骤S2.1中，客户端通过WFS协议接口获取已有空间数据；
步骤S3进一步包括：
S3.1、用户由浏览器发起请求后，Web服务器首先获取指令进而转发给地图缓存器中间件；
S3.2、地图缓存器根据请求中的缩放比例在缓存目录下查找是否存在地图瓦片；
S3.3、若地图缓存器中存在地图瓦片，则将地图瓦片进行瓦片拼接和地图渲染后返回给Web服务器；
S3.4、若地图缓存器中不存在地图瓦片，则将请求转发地图发布WMS服务器进行交互获取地图图像；
S3.5、最后由浏览器将图像呈现给用户。
2.根据权利要求1所述的基于Web的空间数据专题图动态定制方法，其特征在于：步骤S3.1中，所述地图缓存器对请求的数据进行分块处理，并以瓦片形式保存于指定缓存目录下，产生瓦片式 WebGIS 效果。
3.根据权利要求2所述的基于Web的空间数据专题图动态定制方法，其特征在于：步骤S3.3中，返回的地图数据要经过地图缓存器补充缓存后再转发给Web服务器。
4.根据权利要求3所述的基于Web的空间数据专题图动态定制方法，其特征在于：步骤S4进一步包括：
S4.1、用户通过客户端软件选择服务端数据，定制自己的工作空间；
S4.2、客户端根据用户选择数据，调用Web Service接口，在服务端生成地图描述文件；
S4.3、客户端根据用户选择，生成WMS协议的URL，向地图缓存器请求数据；
S4.4、如果地图缓存器缓存中有该数据，直接返回；否则，向地图服务器请求数据；
S4.5、客户端把请求的内容绘制到地图窗口。
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