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：基于各類專題統計數據實現在線交互式專題地圖的“私人定制”，是目前地圖學研究的關鍵問題之一。本文采用以任務流為中心的設計模式，將Flex與Web Service技術相結合，開發了數據交互、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平臺，實現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開發應用。E-mail： unilos@163.com

一、引言

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

在線動態地圖按其側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]。目前國內外已開發出多個在線專題地圖平臺產品，在國內，以深圳市在線動態地圖集和專題地圖制作網站“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據選取或輸入、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專題制圖兩種，二者的區別在于專題地圖生成的網絡位置不同，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，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制圖相結合的方式，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

本平臺采用瀏覽器/服務器(B/S)架構開發，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據和服務維護體制，由系統管理人員完成數據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Web Service和富客戶端技術Flex相結合的方案來構建，自下而上由數據層、服務層和表現層3層架構組成[8](如圖1所示)。

圖1　在線專題地圖自動化平臺架構

數據層是平臺數據的存儲層，分為空間數據和專題數據兩類。其中空間數據作為地理底圖的主要數據源，專題數據作為專題地圖的數據源，包括存儲在關系數據庫中的專題應用數據，以及以文件形式存在的其他格式用戶數據。數據庫部署在服務器端，專題數據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地圖服務和數據訪問服務。其中，GIS地圖服務包括底圖服務和專題數據服務。基于ArcGIS Server發布的后臺地圖服務及符合OGC標準的互聯網地圖服務都可以作為底圖服務供用戶調用；而基于ArcGIS Server發布的專題數據圖層能夠作為專題數據源供用戶編輯使用。數據訪問服務主要用于與后臺專題數據庫交互，獲取用戶所需的專題數據內容。

表現層使用了Flex框架和ArcGIS Flex API技術，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。另外專題符號庫和統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據交互、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數據的交互，包括數據源的選擇及專題參數的選擇。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，除了數據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) 數據交互

數據交互任務作為任務流的初始步驟，代表用戶對專題數據和內容的選擇。根據最終的專題圖類型劃分出兩類交互任務：統計專題圖采用連接專題數據庫或導入用戶表格的方式獲取專題統計數據，常規專題圖采用連接專題地圖層服務或導入用戶專題圖層文件的方式獲取專題數據。獲取專題數據之后，界面需要向用戶展示數據中的時空指標和專題指標供用戶選擇。對于統計專題數據而言，無論是專題數據庫中的表結構還是用戶數據中的表結構均以IST模型(指標—空間—時間，Indicators-Space-Time)為基礎[9]來組織數據，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導的模式按“數據源選擇—指標選擇—表達方式選擇”的逐級顯示方法來構建用戶界面。

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，包括系統底圖切換和用戶臨時底圖上傳功能。其中系統底圖切換包括不同地區范圍的切換和不同配圖風格的切換，不同地區范圍的切換是根據用戶選擇的地區指標自動切換到不同級別的底圖上，分為全省設區市、全省區縣及各設區市區縣3個地區范圍水平；系統提供多種配圖風格、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范圍內任意切換風格底圖。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，包括對常規專題圖和統計專題圖的符號、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，完成數據交互后，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的是統計專題圖、常規專題圖，或是合二為一。不同類型的專題圖有不同的數據交互接口，整體過程遵循“用戶輸入(選擇)→統計參數選擇→生成專題圖”步驟實現。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，系統提供多種配圖風格和顏色方案的系統底圖供用戶使用，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整和打印輸出。

三、應用實例

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

以福建省統計年鑒數據作為專題數據源建立專題數據庫，選取包括綜合經濟、人口與勞動力、農業和第三產業等4大專題的2008—2012五年統計年鑒部分數據進行展示。連接專題數據庫時，用戶選擇相應的表格后，對同一張表格可以進行分區統計、分級統計和獨立圖表統計3種類型的專題圖表生成。對于分區統計和獨立圖表統計而言，用戶只需要選擇用于統計的專題指標、地區和年份，然后選擇用于表達這些專題內容的圖表類型，即可生成相應的分區統計專題圖和獨立統計圖表，如圖6所示。

圖6　生成分區統計圖和獨立統計圖表

將需要的數據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據源，包括符合規范的統計表格和專題內容圖層，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，注冊用戶能夠將自定義底圖注冊到底圖庫中，實現底圖庫的動態更新，同時不同用戶還能夠將自行上傳的底圖和常用的系統底圖選中，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，可供后續設計或用其他軟件編輯。而網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據中去。在設計重用的理念下，一個設計文件就是一個模板、一套規則，一個完整的設計文件能夠在專題數據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、結束語

隨著互聯網的發展，地圖開始與各類傳統和新興的行業產生廣泛而深入的結合，資源、人口、環境、災害、城市發展等熱門問題成為專題地圖的重要表現內容，日益拓展到經濟建設、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的在線專題地圖自動化平臺的整體技術架構、功能模塊及該平臺下完整的制圖流程，在公開版地圖數據庫的空間數據框架下展示了該平臺的運行效果。與當前國內的一些在線制圖平臺相比，該平臺具有更為多樣的專題數據源導入功能、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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