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摘 要： 摘要:研究了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和XML地圖描述文檔的在線(xiàn)專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與制作以及數(shù)據(jù)更新方法，基于A(yíng)rcGISAPIforJavaScript和D3.js框架研發(fā)了可流程化、設(shè)計(jì)可重用的交互式專(zhuān)題地圖信息平臺(tái)，較好地解決了Web環(huán)境下專(zhuān)題地圖的快速制作、發(fā)布和數(shù)據(jù)更新等問(wèn)題，用戶(hù)
摘要:研究了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和XML地圖描述文檔的在線(xiàn)專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與制作以及數(shù)據(jù)更新方法，基于A(yíng)rcGISAPIforJavaScript和D3.js框架研發(fā)了可流程化、設(shè)計(jì)可重用的交互式專(zhuān)題地圖信息平臺(tái)，較好地解決了Web環(huán)境下專(zhuān)題地圖的快速制作、發(fā)布和數(shù)據(jù)更新等問(wèn)題，用戶(hù)交互體驗(yàn)良好，實(shí)用性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞:專(zhuān)題地圖;交互;SVG;可視化
0引言
本文設(shè)計(jì)了在線(xiàn)專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與制作方法和研發(fā)的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠較好地解決專(zhuān)題地圖制作、發(fā)布和數(shù)據(jù)更新等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的專(zhuān)題數(shù)據(jù)快速更新，提高線(xiàn)上用戶(hù)交互能力，能夠?yàn)椴煌袠I(yè)提供定制化服務(wù)，對(duì)類(lèi)似專(zhuān)題地圖的數(shù)據(jù)快速更新和產(chǎn)品創(chuàng)新做了有益嘗試。
1系統(tǒng)分析
1.1需求分析
交互是現(xiàn)代地圖可視化的一個(gè)關(guān)鍵要素，與用戶(hù)的交互能力是衡量地圖可視化效果的重要標(biāo)志[1]。一方面，傳統(tǒng)的專(zhuān)題地圖制作與更新周期長(zhǎng)、成本較大，大量人工和時(shí)間花費(fèi)在數(shù)據(jù)的處理、符號(hào)的重新編繪等工作中，對(duì)于頻繁更新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或不斷變化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，成圖嚴(yán)重滯后或更新效率太低而且不經(jīng)濟(jì)，難以滿(mǎn)足各行各業(yè)專(zhuān)題用圖的個(gè)性化及現(xiàn)勢(shì)性需求。另一方面，紙質(zhì)版或網(wǎng)絡(luò)地圖瓦片等形式“靜態(tài)地圖”只能瀏覽，缺乏友好的用戶(hù)體驗(yàn)，未充分考慮到用戶(hù)的需求，交互功能較少且不易擴(kuò)展，實(shí)用性不強(qiáng)。
相關(guān)期刊推薦：《測(cè)繪與空間地理信息》本刊是黑龍江測(cè)繪局主管、黑龍江省測(cè)繪學(xué)會(huì)主辦的反映測(cè)繪學(xué)科及地理空間信息科學(xué)前沿理論和技術(shù)并指導(dǎo)地理信息工作者從事科研、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的技術(shù)性、知識(shí)性刊物，主要刊載測(cè)繪高新技術(shù)、地球空間信息和地理信息系統(tǒng)的前沿理論與技術(shù);地理信息系統(tǒng)工程建設(shè)的技術(shù)總結(jié)與經(jīng)驗(yàn)交流;測(cè)繪行業(yè)管理與改革的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn);測(cè)繪生產(chǎn)技術(shù)交流、科研成果推廣及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)介紹等;測(cè)繪學(xué)和地理信息學(xué)中的理論探討;國(guó)內(nèi)外地理信息學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)及測(cè)繪科技報(bào)道與介紹;測(cè)繪科普知識(shí);測(cè)繪儀器最新發(fā)展等。
借助當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)、WebGIS等技術(shù)的發(fā)展，本文提出的在線(xiàn)專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與制作方法可以較好地解決互聯(lián)網(wǎng)上專(zhuān)題地圖數(shù)據(jù)更新不及時(shí)或不一致、成圖周期長(zhǎng)、大量重復(fù)性工作、協(xié)同性差等問(wèn)題，通過(guò)交互式功能設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)。
1.2技術(shù)思路
在線(xiàn)交互式專(zhuān)題地圖信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主要有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、平臺(tái)研發(fā)和交互式應(yīng)用等3個(gè)步驟，其技術(shù)路線(xiàn)如圖1所示。
1)確定地圖用途和類(lèi)型。在制圖之前需明確所做地圖的用途、要求、類(lèi)型等信息，確定專(zhuān)題地圖的主題，繪制分布圖還是統(tǒng)計(jì)圖等。
2)發(fā)布地理底圖。按照不同圖種、不同比例尺對(duì)地理底圖要素容量的要求，編制不同主題和顯示層次的地理底圖，通過(guò)ArcGISServer完成地圖服務(wù)發(fā)布，根據(jù)內(nèi)容從專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇相關(guān)的數(shù)據(jù)。
3)選擇專(zhuān)題數(shù)據(jù)
專(zhuān)題數(shù)據(jù)是繪制專(zhuān)題地圖的數(shù)據(jù)源，主要包括統(tǒng)計(jì)型(或者數(shù)值型)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。其中，對(duì)統(tǒng)計(jì)型數(shù)據(jù)，后期應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成文本格式JSON[2](JavaScriptObjectNotation，JS對(duì)象標(biāo)記)返回給客戶(hù)端進(jìn)行圖表繪制;對(duì)空間數(shù)據(jù)，即可以利用ArcGIS的GeoDatabase模型，通過(guò)ArcSDE訪(fǎng)問(wèn)遠(yuǎn)程地理數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以生成GeoJSON/TopoJSON或加載本地SHP文件等方式管理。
4)可視化設(shè)計(jì)
首先，編制基于XML的地圖描述文檔，定義專(zhuān)題地圖樣式數(shù)據(jù)和制圖規(guī)則。包括尺寸、顏色、符號(hào)等內(nèi)容，將不同樣式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)不同要素樣式數(shù)據(jù)的集成。以XML的形式將專(zhuān)題統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與地圖樣式數(shù)據(jù)進(jìn)行綁定，組成點(diǎn)狀分布、線(xiàn)狀分布和面狀分布等不同專(zhuān)題的圖層系列，用戶(hù)可在客戶(hù)端依據(jù)XML樣式數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)制作專(zhuān)題地圖。后期只需要通過(guò)修改此XML文件，即可實(shí)現(xiàn)不同功能和樣式的應(yīng)用組合，動(dòng)態(tài)生成客戶(hù)端圖形界面[3]。
其次，設(shè)計(jì)專(zhuān)題要素的繪制形式。主要包括點(diǎn)、線(xiàn)、面、注記、表格和圖片等。其中，點(diǎn)、線(xiàn)、面和注記符號(hào)可以通過(guò)SVG(ScalableVectorGraphics，可縮放矢量圖形)來(lái)表達(dá)，表格和圖片可以使用HTML5來(lái)實(shí)現(xiàn)繪制。
5)客戶(hù)端展示，提供交互式應(yīng)用
研發(fā)專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與制作向?qū)Чぞ撸脩?hù)通過(guò)選取地理底圖和指標(biāo)體系、符號(hào)庫(kù)、定義數(shù)據(jù)模型等步驟輔助生成XML格式的底圖描述文檔。研發(fā)在線(xiàn)專(zhuān)題地圖展示系統(tǒng)，調(diào)取服務(wù)器端的XML文件對(duì)專(zhuān)題地圖初始化配置并實(shí)現(xiàn)可視化，提供數(shù)據(jù)交互、屬性查詢(xún)、符號(hào)交互等功能。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1架構(gòu)設(shè)計(jì)
在線(xiàn)交互式專(zhuān)題地圖信息平臺(tái)自下而上由數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和表現(xiàn)層3層架構(gòu)組成，如圖2所示。
數(shù)據(jù)層是平臺(tái)的數(shù)據(jù)來(lái)源和存儲(chǔ)層，分為空間數(shù)據(jù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)和表達(dá)制圖規(guī)則的地圖描述文檔3類(lèi)。其中空間數(shù)據(jù)作為地理底圖的主要數(shù)據(jù)源，專(zhuān)題數(shù)據(jù)作為專(zhuān)題地圖的數(shù)據(jù)源，包括存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的統(tǒng)計(jì)型數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)以及以文件形式存在的GeoJSON/TopoJSON、SHP格式用戶(hù)數(shù)據(jù)。
服務(wù)層負(fù)責(zé)響應(yīng)客戶(hù)端的用戶(hù)請(qǐng)求，提供地圖服務(wù)和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，通過(guò)ADO.NET、ArcSDE等方式調(diào)取數(shù)據(jù)層里的各類(lèi)數(shù)據(jù)。其中，地圖服務(wù)包括地理底圖服務(wù)和空間專(zhuān)題數(shù)據(jù)服務(wù)。基于A(yíng)rcGISServer發(fā)布的地圖服務(wù)以及符合OGC標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)都可以作為地理底圖服務(wù)供用戶(hù)調(diào)用。數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)主要用于與后臺(tái)專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)交互，獲取用戶(hù)所需的專(zhuān)題數(shù)據(jù)內(nèi)容。
表現(xiàn)層使用了D3.js(Data-DrivenDocuments，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型文檔)框架和ArcGISAPIforJavaScript，能夠在客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)可視化和用戶(hù)交互。D3.js是一個(gè)基于SVG技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可視化的第三方JavaScript庫(kù)。
平臺(tái)包括專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與制作向?qū)Чぞ吆驮诰�(xiàn)專(zhuān)題地圖展示系統(tǒng)這兩個(gè)子系統(tǒng)。
其中，專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與制作向?qū)Чぞ卟捎肅/S(Client/Server，客戶(hù)端/服務(wù)器)模式設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)根據(jù)點(diǎn)狀、線(xiàn)狀、面狀和其他表示方法，設(shè)計(jì)定點(diǎn)符號(hào)法、線(xiàn)狀符號(hào)法、定位圖表法、范圍法、分級(jí)比值法、分區(qū)統(tǒng)計(jì)圖表法等表示方式的參數(shù)模板，包括符號(hào)大小、符號(hào)形狀、符號(hào)結(jié)構(gòu)、面填充顏色、邊線(xiàn)顏色等;形成適宜要素的、可供選擇的指標(biāo)體系;過(guò)濾出適合的制圖方式和符號(hào)庫(kù);生成XML格式的地圖描述文檔，用于后續(xù)的專(zhuān)題地圖展示。
在線(xiàn)專(zhuān)題地圖展示系統(tǒng)采用B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器)模式設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)基于XML地圖描述文檔和專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)題地圖繪制和交互功能。
2.2功能設(shè)計(jì)
系統(tǒng)功能主要包括數(shù)據(jù)交互、底圖交互、符號(hào)交互、屬性查詢(xún)、重要屬性作為鼠標(biāo)提示信息、通過(guò)更改參數(shù)或值的范圍進(jìn)行顯示過(guò)濾、調(diào)整制圖參數(shù)、高亮顯示等。
1)數(shù)據(jù)交互，包括用戶(hù)對(duì)專(zhuān)題數(shù)據(jù)和內(nèi)容的選擇、數(shù)據(jù)變更。為了實(shí)現(xiàn)專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)的可重用性和快速數(shù)據(jù)更新，就必須建立以數(shù)據(jù)為中心、基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理和組織的專(zhuān)題地圖數(shù)據(jù)集，通過(guò)數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)分析來(lái)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，甚至是產(chǎn)生新的、延伸后的數(shù)據(jù)，將專(zhuān)題地圖數(shù)據(jù)更新任務(wù)簡(jiǎn)化為針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的增、刪、改等基本操作，而無(wú)須大幅更改甚至重做專(zhuān)題地圖的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)的分離。
2)底圖交互，包括系統(tǒng)底圖切換、信息提示和用戶(hù)臨時(shí)修改底圖樣式功能。其中，系統(tǒng)底圖地圖信息提示將地圖信息以彈出信息框形式顯示，可顯示地圖重要信息;用戶(hù)臨時(shí)修改底圖樣式可自定義顏色值或修改填充樣式重新渲染底圖。
3)樣式交互，包括專(zhuān)題符號(hào)樣式和整飾要素樣式的修改，對(duì)生成的默認(rèn)專(zhuān)題圖的符號(hào)和整飾要素進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，如對(duì)符號(hào)顏色、填充進(jìn)行修改。還可以通過(guò)專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與制作向?qū)Чぞ邽橛脩?hù)提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)，完成圖表和整飾要素樣式的保存，將所有的屬性保存為XML地圖描述文檔，可通過(guò)替換XML地圖描述文檔來(lái)重新渲染樣式。
4)屬性查詢(xún)，根據(jù)要素的渲染方式不同，可分為屬性提示框和提示窗，其中，對(duì)于統(tǒng)計(jì)圖表形式的專(zhuān)題要素采用鼠標(biāo)移到專(zhuān)題要素上即可顯示該專(zhuān)題屬性信息并且該專(zhuān)題高亮顯示;對(duì)于呈面狀、線(xiàn)狀分布的專(zhuān)題要素，需要單擊要素彈出屬性提示窗，顯示專(zhuān)題要素屬性信息并且該專(zhuān)題顯示被選中狀態(tài)。
3應(yīng)用實(shí)例
本文針對(duì)分布圖、區(qū)劃圖、類(lèi)型圖、趨勢(shì)圖、統(tǒng)計(jì)圖等5種結(jié)構(gòu)形式、以2011年出版發(fā)行的《新疆維吾爾自治區(qū)資源經(jīng)濟(jì)地圖集》中年平均氣溫、國(guó)內(nèi)旅游等具有代表性的12幅專(zhuān)題地圖為例，基于A(yíng)rcGISAPIforJavaScript和GeoJSON/TopoJSON結(jié)合D3.js等可視化工具，研究在線(xiàn)專(zhuān)題地圖制作方法，使用ASP.NET和C#設(shè)計(jì)并建立了具有高度定制化、設(shè)計(jì)重用的交互式專(zhuān)題地圖信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)題地圖的自動(dòng)化表達(dá)。
其中，地理底圖是基于A(yíng)rcGISServer發(fā)布的地圖或數(shù)據(jù)服務(wù)，可以疊加點(diǎn)、線(xiàn)、面及自定義圖層。本文將基于SVG或者D3繪制的圖形作為ArcGIS地圖的自定義圖層疊加到地理底圖上，在底圖空間數(shù)據(jù)屬性表中和專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)表中添加關(guān)聯(lián)字段geocode即地理編碼[4]和專(zhuān)題要素定位點(diǎn)坐標(biāo)(相對(duì)坐標(biāo))，實(shí)現(xiàn)了兩者精確疊加。考慮到圖面布局的美觀(guān)性和避讓?zhuān)P者并未選擇制圖區(qū)域多邊形的中心點(diǎn)作為定位點(diǎn)。
4結(jié)束語(yǔ)
本文提出的在線(xiàn)專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)與制作方法，使用XML地圖描述文檔來(lái)描述制圖員設(shè)計(jì)思想和制圖規(guī)則，將不同樣式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，對(duì)專(zhuān)題統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與地圖樣式數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使得數(shù)據(jù)、地圖設(shè)計(jì)和展示界面的分離，最終實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)可重用和數(shù)據(jù)快速更新。研發(fā)的軟件系統(tǒng)無(wú)須安裝瀏覽器插件和圖表控件，能夠較好地解決專(zhuān)題地圖制作、發(fā)布和數(shù)據(jù)更新等問(wèn)題，能夠?yàn)椴煌袠I(yè)提供定制化服務(wù)。但平臺(tái)系統(tǒng)中還存在圖面負(fù)載量隨比例尺變化而動(dòng)態(tài)變化效果不佳、地圖符號(hào)不夠精細(xì)、動(dòng)態(tài)注記和數(shù)據(jù)安全等問(wèn)題，這也是今后研究的方向。——論文作者：宮林成
