矢量瓦片技術在“智慧湖口”中的應用

王 康

(江西省國土空間調查規劃研究院,江西 南昌 330025)

0 引言

信息化是實現城市可持續發展的重要途徑,是推動城市經濟發展的必然要求。隨著物聯網、云計算、AI技術、數據挖掘、知識管理、社交網絡等新一代技術工具的不斷應用,原有數字城市的功能已不能滿足現有條件下的需求。從2013年開始,國家相關部委先后分批次開展了國家級智慧城市及專項試點城市建設,各試點所在省份也先后制定并出臺了省級智慧城市發展規劃或頂層設計。中央網信辦、國家互聯網信息辦于2015年底提出了“新型智慧城市”概念。國家“十三五”規劃綱要明確提出要建設一批新型示范性智慧城市[1]。在此環境下,2016年10月,湖口縣明確提出開展“智慧湖口地理空間信息共享平臺”建設,并于2019年12月完成建設。

1 瓦片技術

1.1 柵格瓦片技術

柵格瓦片技術最早推出在21世紀初期,為實現多尺度、多類型的空間數據共享和互操作,滿足基于互聯網環境提供空間信息管理和發布的需求而推出的一項分布式技術,是目前比較傳統和非常成熟的一種技術。該技術極大地降低了服務器和網絡帶寬的負擔,滿足了用戶快速瀏覽地圖的需求。目前,國內大多數在線地圖應用都采用了柵格瓦片技術,如天地圖、百度地圖等。

1.2 矢量瓦片技術

隨著移動應用和高速網絡技術的逐漸深入,柵格瓦片技術存在的地圖服務數據生產周期長、數據更新困難、地圖網絡傳輸數據量大、在線地圖樣式固化單一、高清大屏顯示效果不理想、用戶互交困難等方面的缺點愈發明顯,已經無法滿足應用的需求。針對柵格瓦片技術性能瓶頸,矢量瓦片技術具有高效的地理空間信息矢量數據索引構建算法、分級索引調度與GPU加速并行渲染技術,實現了海量矢量數據在前端在線地圖的快速渲染和高效瀏覽,為用戶提供了在線地圖的定制方案。該技術還兼容了WMS、WMTS的OGC標準服務接口,最大化拓展應用領域。

2 矢量瓦片應用實例

2.1 技術路線

面向湖口地理信息服務展示與應用的服務要求,本研究利用北京吉威數源信息技術有限公司提供的GEOWAY IME在線地圖服務引擎,按照統一的地理信息公共服務平臺數據庫建設技術規范開展數據庫技術設計,通過建庫工具軟件對湖口縣地理信息平臺相關數據進行入庫處理,采用C/S和B/S混合應用模式設計開發了基礎地理信息數據庫管理系統和地理信息公共服務平臺,實現了智慧湖口地理空間信息共享平臺中地理信息服務功能。智慧湖口地理空間信息共享平臺的總體技術路線,如圖1所示。

圖1 智慧湖口地理空間信息共享平臺總體技術路線

2.2 應用實例

智慧湖口地理空間信息共享平臺依托于服務數據庫,以矢量瓦片技術為核心,充分發揮矢量瓦片技術的靈活性和可定制性,為用戶提供多樣化的定制服務,建設了4個專題應用示范系統。

2.2.1 天地圖·湖口

天地圖·湖口是公眾版的地理信息公共服務平臺,在智慧湖口地理空間信息共享平臺的基礎上,以地理空間信息數據為載體,集成各行業的專題和特色應用,構建的權威地理信息門戶網站服務平臺。

2.2.2 城市地名信息管理系統

城市地名信息管理系統基于湖口縣第二次全國地名普查工作基礎,采用地理信息系統、數據庫等先進成熟技術,建設了湖口縣地名信息管理系統,實現了地名信息檔案的數字化和規范化管理,加強了地名信息化服務建設,深化了地名公共服務工程成果轉化,提升了地名管理服務于城市現代化建設的能力。

2.2.3 社會治安管理綜合信息系統

完成社會治安管理綜合信息系統的研發建設工作,實現了社會治安資源成果的瀏覽和展示,為社會治安指揮工作和社會治安救援工作的開展提供科學途徑。

2.2.4 智慧旅游應用系統

智慧旅游應用系統實現了以下功能:向互聯網用戶提供地圖服務、分類查詢、周邊查詢、路徑規劃、地圖標繪等功能,滿足用戶在旅游中吃、住、行、游、購、娛等方面需求。

3 關鍵技術和創新點

3.1 高性能矢量瓦片動態渲染與服務技術

高性能矢量瓦片動態渲染與服務技術實現了高速矢量分級索引構建,矢量瓦片地圖高速渲染和矢量瓦片服務的完整工具和引擎;實現了對海量矢量數據快速分級索引構建和高效地圖動態渲染服務,為用戶提供在線矢量地圖的快速瀏覽,地圖分層顯隱控制,要素拾取查詢等功力;通過提供系統的API接口還可以供其他相關應用調用[2]。

3.2 全要素索引構建與在線搜索服務技術

全要素索引構建與在線搜索服務技術通過引入solr搜索引擎及HanLP中文分詞組件作為技術支撐,開發面向全要素的高效索引構建和智能搜索服務能力,滿足地名、地址、POI、AOI的秒級檢索定位功能;面向全要素的搜索服務提供智能提示、智能排序等輔助能力,支持OGC標準的WFS-G服務接口,支持關鍵字查詢、分類查詢、區域查詢、緩沖區查詢等多種查詢方式,滿足精確匹配、模糊查詢、周邊查詢等不同的應用場景。

3.3 基于領域建模的多源異構數據管理技術

地理空間信息數據種類較多且各類型數據的結構各不相同,傳統的數據結構已很難準確、完整地對海量、結構復雜的數據進行存儲和管理。基于領域建模的多源異構數據管理技術,通過對多元異構數據的模型化定義實現對相關數據的一體化存儲與管理,解決了相關元數據信息與空間化信息分離存儲帶來的信息展示問題,同時支持資料自動歸檔。

3.4 海量柵格數據動態鑲嵌與管理技術

海量柵格數據動態鑲嵌與管理技術經過對影像和地形柵格數據的分析,采用鑲嵌數據集的方式,通過“文件系統+數據庫系統”組合管理模式[3]、動態鑲嵌技術、概視圖和金字塔構建、實時處理技術,解決傳統文件系統模式和數據庫模式下海量、大規模、多分辨率差異的柵格數據管理和瀏覽顯示問題。

4 結語

隨著互聯網和移動應用的發展,在線地圖采用矢量瓦片技術已漸漸成為常見方式。目前,關于矢量瓦片技術的研究還并不完善,且各類不同軟件平臺的相關數據和接口標準并不統一,使數據安全和專業應用方面受到一定的限制。通過對智慧湖口地理空間信息共享平臺和應用示范系統的建設,對矢量瓦片技術在智慧城市中的應用進行了探索,解決了傳統柵格瓦片技術的部分應用限制,對未來省、市、縣的智慧城市建設提供了新的思路。