在線地圖及其服務(wù)技術(shù)文獻(xiàn)綜述

1、<p>　　在線地圖及其服務(wù)技術(shù)</p><p>　　摘要：如今，地理信息系統(tǒng)（GIS）在各種領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，比如軍事、農(nóng)林、國(guó)防、交通等。然而以往單機(jī)操作的GIS系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的各種需求，需要一個(gè)在線的系統(tǒng)能夠進(jìn)行信息交流，這就產(chǎn)生了在線電子地圖?，F(xiàn)今，互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)有了大量的提供地圖服務(wù)的網(wǎng)站，這些地圖網(wǎng)站的開(kāi)發(fā)中涉及了各種各樣的在線地圖服務(wù)技術(shù)，為了讓這些技術(shù)能更加容易的讓人理解，本文

2、從在線電子地圖說(shuō)起，先是概略的講述了電子地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)，然后簡(jiǎn)要討論了在線地圖的存儲(chǔ)管理和獲取的方法，最后介紹了地圖API的概念。</p><p>　　關(guān)鍵詞：在線地圖；API；服務(wù)技術(shù)</p><p>　　1 互聯(lián)網(wǎng)電子地圖服務(wù)現(xiàn)狀</p><p>　　傳統(tǒng)的地理信息技術(shù)是專業(yè)性很強(qiáng)的領(lǐng)域, 在地理信息服務(wù)發(fā)展的初期階段, 面向的用戶群體狹窄, 更著

3、重于地理信息數(shù)據(jù)管理應(yīng)用平臺(tái)的搭建。如今, 隨著地理信息開(kāi)發(fā)技術(shù)的日趨成熟, 面向公眾應(yīng)用與互動(dòng)功能的不斷擴(kuò)展, 越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注并使用電子地圖服務(wù)。</p><p>　　地理信息的應(yīng)用領(lǐng)域, 也逐漸從嚴(yán)格的內(nèi)部應(yīng)用, 專業(yè)的行業(yè)應(yīng)用, 逐漸擴(kuò)展到了無(wú)限制的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。近年來(lái), 互聯(lián)網(wǎng)上的電子地圖, 如雨后春筍, 快速的發(fā)展壯大, 呈現(xiàn)出一種蓬勃的發(fā)展趨勢(shì)。我們?cè)诠雀枭陷斎腚娮拥貓D約有15700000項(xiàng)查詢結(jié)果

4、, 在百度上約有27500000項(xiàng), 在雅虎上約有16200674項(xiàng),在搜狗上約有24186277項(xiàng), 在有道上約有11300000項(xiàng)等。根據(jù)2007年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),國(guó)家測(cè)繪局通過(guò)采用網(wǎng)上搜索和重點(diǎn)抽查的方式檢查出登載地圖的互聯(lián)網(wǎng)站8962個(gè), 互聯(lián)網(wǎng)地理信息服務(wù)網(wǎng)站有595個(gè),這個(gè)數(shù)字足以顯示當(dāng)前電子地圖市場(chǎng)的發(fā)展壯大。</p><p>　　2 在線地圖與傳統(tǒng)地圖的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)</p><p

5、>　　互聯(lián)網(wǎng)在線地圖是以互聯(lián)網(wǎng)為傳播介質(zhì)的一種新型的數(shù)字地圖，與傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖有很大的區(qū)別。</p><p>　　由于傳統(tǒng)觀念根深蒂同，制圖專業(yè)人士常常用紙質(zhì)地圖的思維方式來(lái)判斷設(shè)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)地圖，結(jié)果往往得不到用戶的認(rèn)同。在總結(jié)多年互聯(lián)網(wǎng)地圖運(yùn)作的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，作者認(rèn)真分析了互聯(lián)網(wǎng)地圖與紙質(zhì)地圖的不同，轉(zhuǎn)變了觀念，并由此帶來(lái)認(rèn)識(shí)上的創(chuàng)新。</p><p>　　2.1 讀圖方式不同</

6、p><p>　　在線地圖是在電腦屏幕上看圖，用戶可以通過(guò)放大來(lái)查看細(xì)節(jié)，但是它的整體效果差，用戶無(wú)法像使用傳統(tǒng)地圖那樣一目了然．把握全局。因此，在設(shè)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)地圖時(shí)，要充分考慮和適應(yīng)屏幕方式，不能讓用戶滿屏移動(dòng)鼠標(biāo)卻找不到其需要的興趣點(diǎn)，這就要求把用戶關(guān)心的內(nèi)容、事物強(qiáng)化為關(guān)鍵點(diǎn)，并能使其快速搜索到結(jié)果，達(dá)到使用的目的。</p><p>　　2.2 比例尺概念不同</p><

7、p>　　對(duì)紙質(zhì)地圖而言，比例尺是非常重要的內(nèi)容，讀者首先在紙質(zhì)地圖上測(cè)量，再通過(guò)比例尺換算，可以得出兩地間的實(shí)際距離；而互聯(lián)網(wǎng)地圖可以隨時(shí)放大縮小，不像紙質(zhì)地圖有一個(gè)固定的比例尺，兩地間的距離也不需要通過(guò)比例尺換算，可以通過(guò)內(nèi)部程序計(jì)算得出來(lái)。相同比例尺的紙質(zhì)地圖可以接邊，不同比例尺的紙質(zhì)地圖不存在接邊問(wèn)題；而互聯(lián)網(wǎng)地圖的屏幕顯示比例是實(shí)時(shí)變化的，可設(shè)定顯示比例，在不同的屏幕比例顯示不同的地物要素，這就需要數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)不同比例尺底圖之

8、間要接邊和一致，才能在顯示時(shí)保持一致。</p><p><b>　　2.3 負(fù)載量不同</b></p><p>　　編制紙質(zhì)地圖時(shí)。要考慮地圖要素的負(fù)載量問(wèn)題，既要避免編制出的地圖內(nèi)容太少、圖面太空信息量不夠，又要避免地圖內(nèi)容太多、圖面擁擠、讀圖不清晰。而互聯(lián)網(wǎng)地圖不受這樣的限制，地圖數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)部程序設(shè)定不同的顯示級(jí)別，可以將一棟寫(xiě)字樓內(nèi)的幾百家單位、

9、公司都表示出來(lái)，這在紙質(zhì)地圖上是不可想象的。</p><p><b>　　2.4 現(xiàn)勢(shì)性更新</b></p><p>　　紙質(zhì)地圖的現(xiàn)勢(shì)性更新，一般需要由專業(yè)人士在收集各種最新地圖資料后，統(tǒng)一制作，這樣周期一般都比較長(zhǎng)；而網(wǎng)上地圖就可以由各地信息員及網(wǎng)民，在各自所在的區(qū)域?qū)崟r(shí)添加自己知道的現(xiàn)勢(shì)性信息，從而保持更好的地圖現(xiàn)勢(shì)性，當(dāng)然，對(duì)信息員要進(jìn)行一定的培訓(xùn)，并且后臺(tái)要

10、有地圖審查員把關(guān)。</p><p><b>　　2.5 保密問(wèn)題</b></p><p>　　對(duì)紙質(zhì)地圖而言，國(guó)家基本比例尺地形圖和較大比例尺地圖都存在保密問(wèn)題，重要地理信息數(shù)據(jù)的表示應(yīng)當(dāng)以國(guó)家依法公布的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，互聯(lián)網(wǎng)地圖和傳統(tǒng)地圖同樣適用，不允許隨意公開(kāi)出版。由于互聯(lián)網(wǎng)地圖顯示受到屏幕尺寸限制，比例尺、經(jīng)緯度、地圖投影等反映數(shù)學(xué)精度的信息，都是通過(guò)內(nèi)部程序運(yùn)算的，

11、稍加處理瀏覽者是得不到這些精確信息的，這樣就有利于地圖內(nèi)容的保密。</p><p>　　3 網(wǎng)上電子地圖的種類</p><p>　　網(wǎng)上電子地圖種類繁多，歸納起來(lái)主要有二維地圖、影像地圖、偽三維地圖、三維影像地圖、街景地圖集中表現(xiàn)形式。當(dāng)然，大部分電子地圖網(wǎng)站并不只是單獨(dú)提供某種類型的電子地圖，而是提供多種類型的復(fù)合電子地圖，用戶可以根據(jù)需要選擇自己適合的方式操作。例如“E都市”地圖網(wǎng)站

12、就提供了偽三維地圖、二維地圖、影像地圖三種方式查看統(tǒng)一地方的地形地貌、周圍環(huán)境、地表建筑等信息。</p><p><b>　　3.1 二維地圖</b></p><p>　　目前，網(wǎng)絡(luò)上的電子地圖主要以二維地圖為主，圖吧（MapBar）、GoogleMap、丁丁地圖都是這種類型的電子地圖。它主要是以矢量要素為主，有的可能會(huì)疊加背景影像。</p><p

13、>　　3.2 影像地圖 </p><p>　　影像地圖主要以各種衛(wèi)星影像、航空影像為數(shù)據(jù)源，同時(shí)也疊加了地名等部分矢量數(shù)據(jù)。此種地圖制作簡(jiǎn)單、快捷，但數(shù)據(jù)源更新速度快、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)，在網(wǎng)上也吸引了很大一批用戶。</p><p>　　3.3 偽三維地圖 </p><p>　　偽三維地圖主要是利用人們的視覺(jué)效果來(lái)獲得三維視覺(jué)效果，實(shí)質(zhì)上它還是二維地圖，只不過(guò)是疊加

14、了制作精美的地面建筑物效果圖，在本報(bào)告中稱此種地圖為偽三維地圖，網(wǎng)絡(luò)上也把它稱之為三維地圖。此種地圖制作精美、突出重點(diǎn)，有很大的視覺(jué)沖擊力，很能吸引用戶的眼球。 </p><p>　　在“E都市”的網(wǎng)站中，大量使用了此種電子地圖。但是由于制作成本和工作量較大，南昌電子地圖主要表示了中心城區(qū)。</p><p>　　3.4 三維影像地圖 </p><p>　　三維影像

15、地圖將矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、地物紋理數(shù)據(jù)等空間信息整合疊加在一起，構(gòu)建一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)字區(qū)域模型。它用高程數(shù)據(jù)對(duì)地表進(jìn)行渲染，影像數(shù)據(jù)用作地表紋理，用三維建模數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)地表建筑物建模，是真正的三維地圖。用戶能夠在這個(gè)模型上進(jìn)行三維漫游、查詢統(tǒng)計(jì)、位置標(biāo)注、空間分析等操作。 </p><p>　　Google地球（Google Earth）是此類電子地圖的典型代表。它是由美國(guó)Google公司開(kāi)發(fā)

16、的虛擬地球儀軟件， 把衛(wèi)星照片、航空相片和GIS布置在一個(gè)地球的三維模型上，除空間信息外同時(shí)還承載了大量的非位置信息。Google Earth 采用C/S（客戶端/服務(wù)器）模式設(shè)計(jì)，用戶需要在本機(jī)上安裝客戶端軟件。</p><p>　　4 在線地圖服務(wù)技術(shù)</p><p>　　在線電子地圖服務(wù)是現(xiàn)今很多地圖服務(wù)公司非常關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域，包括地圖的加載，以及在線地圖的存儲(chǔ)、注冊(cè)和管理，接下來(lái)

17、，我們對(duì)此進(jìn)行一些說(shuō)明。</p><p>　　4.1 在線電子地圖服務(wù)資源的注冊(cè)、存儲(chǔ)與管理方法</p><p>　　從過(guò)去的十幾年到現(xiàn)在，地圖數(shù)據(jù)或者GIS數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式一次經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段的發(fā)展：第一階段，用文件存儲(chǔ)并且管理所有數(shù)據(jù)；第二個(gè)階段：用文件存儲(chǔ)空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)；第三個(gè)階段：用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)并且管理空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)，但是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)在在結(jié)

18、構(gòu)上分為多個(gè)表存儲(chǔ)[2]；第四個(gè)階段：基于對(duì)象關(guān)系模型在數(shù)據(jù)庫(kù)中按面向?qū)ο蟮姆绞酱鎯?chǔ)空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，顯然，最后一種方式的邏輯性和結(jié)構(gòu)性更強(qiáng)[2]。</p><p>　　地理信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分為地理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和制圖輔助數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)[5]。其中，地理數(shù)據(jù)一般來(lái)源于地圖或者其他測(cè)繪成果的數(shù)字化，不同的比例尺和不同的區(qū)域的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地方不相同，而同一圖幅中，根據(jù)幾何屬性的不同和地物類型的不同

19、進(jìn)行分層存儲(chǔ)。</p><p>　　而空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式是按照面向?qū)ο蟮乃枷?，每條記錄存儲(chǔ)的一個(gè)地物，都會(huì)包括它的一般屬性和空間屬性，即空間坐標(biāo)[5]?？臻g數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式一般有倆種，第一種方法，就是借助軟件Oracle提供的支持空間的數(shù)據(jù)類型的插件Oracle Spatial中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型。而第二種就是利用Oracle軟件所提供的二進(jìn)制的大對(duì)象類型BLOB，它可以把開(kāi)發(fā)者所制定的規(guī)則按照順序一個(gè)一個(gè)的存入一個(gè)類

20、型為BLOB的字段中，當(dāng)需要讀取這些數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以再根據(jù)這些規(guī)則取出。</p><p>　　制圖輔助數(shù)據(jù)包括符號(hào)數(shù)據(jù)和字體數(shù)據(jù)，分別表示符號(hào)和注記倆部分[5]。其中符號(hào)部分包括符號(hào)庫(kù)和符號(hào)配置規(guī)則，而注記部分則包括字體庫(kù)和字體配置規(guī)則。</p><p>　　總而言之，地圖數(shù)據(jù)一般都包括四個(gè)部分，地理數(shù)據(jù)、地物與符號(hào)對(duì)應(yīng)的信息，符號(hào)圖形數(shù)據(jù)和注記數(shù)據(jù)。其中，地理數(shù)據(jù)是地圖數(shù)據(jù)最基礎(chǔ)的部分。

21、</p><p>　　4.2 在線電子地圖服務(wù)特定區(qū)域地圖元數(shù)據(jù)的獲取方法</p><p>　　目前，互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)存在了很多的地圖網(wǎng)站，這些在線地圖網(wǎng)站的開(kāi)發(fā)過(guò)程中都會(huì)涉及到一個(gè)最基本也是最重要的問(wèn)題——如何獲取地圖的數(shù)據(jù)源。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外一些情況，一般只有一些國(guó)家機(jī)構(gòu)或者大公司才設(shè)有專門(mén)的機(jī)構(gòu)采集地理信息數(shù)據(jù)，制作地圖，但是其中一些主流的地圖網(wǎng)站都會(huì)提供開(kāi)放式的地圖API，如谷歌地圖、

22、百度地圖等等，這些開(kāi)放的API為開(kāi)發(fā)人員獲取地圖元數(shù)據(jù)提供了很大的便利，下面，簡(jiǎn)單介紹一下API技術(shù)及其在獲取地圖元數(shù)據(jù)中的一些基本應(yīng)用。</p><p>　　4.2.1 地圖API技術(shù)</p><p>　　近幾年來(lái)，基于互聯(lián)網(wǎng)的在線地圖服務(wù)越來(lái)越得到人們的關(guān)注，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，人們可以輕松、快捷、方便的使用地圖進(jìn)行位置或者線路查詢，而API左肋一個(gè)通用的網(wǎng)絡(luò)編程接口，在各種地圖類軟件或者網(wǎng)站

23、中的開(kāi)發(fā)得到了非常廣泛的使用。</p><p>　　地圖 API 是一種通過(guò) JavaScript（JSP）將地圖嵌入到網(wǎng)頁(yè)的 API。該API提供了大量實(shí)用工具用以處理地圖，并通過(guò)各種服務(wù)向地圖添加內(nèi)容，從而使開(kāi)發(fā)者能夠在網(wǎng)站上創(chuàng)建功能全面的地圖應(yīng)用程序[3]。</p><p>　　地圖API為開(kāi)發(fā)者提供了四種形式的接口，即：iframe、JavaScript、http+xml、Web

24、Service。</p><p>　　這些接口可以滿足各種B/S或者C/S體系框架的基于網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，調(diào)用地圖API的網(wǎng)站已經(jīng)超過(guò)百萬(wàn)，當(dāng)前主流的地圖API服務(wù)有Google Map API，Virtual Earth API，51 map API，Map-bar API，等[8]。</p><p>　　每一個(gè)地圖API服務(wù)商提供的地圖API都有大同小異的差別，但是總的看來(lái)地

25、圖API提供的通用功能如下圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 地圖API的基本功能</p><p>　　由上圖可知，地圖API提供了網(wǎng)絡(luò)地圖所應(yīng)該具備的全部服務(wù)功能，所以各類用戶可以直接訂制應(yīng)用中的地理底圖、各種專題要素和查詢要素，這已經(jīng)成為了一種新型的服務(wù)共享和數(shù)據(jù)共享的方式。</p><p>　　當(dāng)前使用比較廣泛的Web3.0技術(shù)具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，這種

26、技術(shù)使用地圖API通常以“靜態(tài)瓦片地圖”、網(wǎng)頁(yè)緩存和AJAX技術(shù)為基礎(chǔ)，大大提高地圖訪問(wèn)效率和顯示的效果，給WebGIS帶來(lái)了革命性的變化[5]?，F(xiàn)今最常用的地圖API的工作原理圖2-3所示：</p><p>　　圖2-2 地圖API工作原理圖</p><p>　　從上面的圖三可以看出，地圖數(shù)據(jù)的提供、處理和發(fā)布等一些列的服務(wù)都是有對(duì)應(yīng)的地圖API所提供的應(yīng)用服務(wù)器和地圖服務(wù)器完成地。&

27、lt;/p><p>　　地圖網(wǎng)頁(yè)的各種請(qǐng)求的方式都以網(wǎng)頁(yè)文件的格式表達(dá)，即xml格式，這樣就可以讓第三方的網(wǎng)站通過(guò)編程調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，并且在網(wǎng)頁(yè)中嵌入一些地圖和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而開(kāi)發(fā)人員只需要使用JSP語(yǔ)言既可以輕松的將地圖API提供的網(wǎng)絡(luò)地圖嵌入自己的網(wǎng)頁(yè)中。</p><p>　　4.2.2 基于API的在線地圖服務(wù)框架</p><p>　　地圖API是按照3層B/S

28、的結(jié)構(gòu)搭建起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)平臺(tái)。而基于API的在線地圖服務(wù)框架可以直接使用谷歌或者百度等地圖API服務(wù)提供商所供給的三層架構(gòu)體系，然后根據(jù)自己所設(shè)計(jì)的架構(gòu)特點(diǎn)搭建第三方的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)了利用地圖API平臺(tái)管理第三方的信息，最后需要注意的是，開(kāi)發(fā)商必須根據(jù)用戶的習(xí)慣對(duì)地圖數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和其他的應(yīng)用信息的查詢、標(biāo)注、疊加顯示和多樣式輸出。具體框架結(jié)構(gòu)如下面的圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3

29、API框架結(jié)構(gòu)</p><p>　　由引用地圖API所制作的在線地圖，一般還需要有一些輔助的功能，為了這些功能的實(shí)現(xiàn)，一般提供地圖API的主流的網(wǎng)站都會(huì)提供一些附屬的控件。這些基本功能包括：添加標(biāo)注功能，地圖顯示，標(biāo)注顯示，屬性查詢、空間查詢等等。</p><p>　　綜上所述，在線電子地圖與傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖相比，有很大的優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)今的地圖服務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用，并且在線地圖服務(wù)技術(shù)已經(jīng)成為

30、世界各國(guó)一些大的地圖服務(wù)公司研究的重要技術(shù)。而API技術(shù)作為互聯(lián)網(wǎng)地圖的一個(gè)服務(wù)技術(shù)，不斷推進(jìn)在線地圖的發(fā)展，在該領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。所以，如果應(yīng)用好地圖API，成為一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李哲，姜占華，秦俊等.在線電子地圖服務(wù)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[C].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2011,32（7）：

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