發布時間：2020-06-09所屬分類：計算機職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:研究了基于數據驅動和XML地圖描述文檔的在線專題地圖設計與制作以及數據更新方法，基于ArcGISAPIforJavaScript和D3.js框架研發了可流程化、設計可重用的交互式專題地圖信息平臺，較好地解決了Web環境下專題地圖的快速制作、發布和數據更新等問題，用戶
摘要:研究了基于數據驅動和XML地圖描述文檔的在線專題地圖設計與制作以及數據更新方法，基于ArcGISAPIforJavaScript和D3.js框架研發了可流程化、設計可重用的交互式專題地圖信息平臺，較好地解決了Web環境下專題地圖的快速制作、發布和數據更新等問題，用戶交互體驗良好，實用性強。
關鍵詞:專題地圖;交互;SVG;可視化
0引言
本文設計了在線專題地圖設計與制作方法和研發的軟件系統，該系統能夠較好地解決專題地圖制作、發布和數據更新等問題，實現基于數據驅動的專題數據快速更新，提高線上用戶交互能力，能夠為不同行業提供定制化服務，對類似專題地圖的數據快速更新和產品創新做了有益嘗試。
1系統分析
1.1需求分析
交互是現代地圖可視化的一個關鍵要素，與用戶的交互能力是衡量地圖可視化效果的重要標志[1]。一方面，傳統的專題地圖制作與更新周期長、成本較大，大量人工和時間花費在數據的處理、符號的重新編繪等工作中，對于頻繁更新的統計數據或不斷變化的實時數據，成圖嚴重滯后或更新效率太低而且不經濟，難以滿足各行各業專題用圖的個性化及現勢性需求。另一方面，紙質版或網絡地圖瓦片等形式“靜態地圖”只能瀏覽，缺乏友好的用戶體驗，未充分考慮到用戶的需求，交互功能較少且不易擴展，實用性不強。
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借助當前互聯網、WebGIS等技術的發展，本文提出的在線專題地圖設計與制作方法可以較好地解決互聯網上專題地圖數據更新不及時或不一致、成圖周期長、大量重復性工作、協同性差等問題，通過交互式功能設計來進一步增強用戶體驗。
1.2技術思路
在線交互式專題地圖信息平臺的設計與實現主要有數據準備、平臺研發和交互式應用等3個步驟，其技術路線如圖1所示。
1)確定地圖用途和類型。在制圖之前需明確所做地圖的用途、要求、類型等信息，確定專題地圖的主題，繪制分布圖還是統計圖等。
2)發布地理底圖。按照不同圖種、不同比例尺對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ArcGISServer完成地圖服務發布，根據內容從專題數據庫中選擇相關的數據。
3)選擇專題數據
專題數據是繪制專題地圖的數據源，主要包括統計型(或者數值型)數據和空間數據。其中，對統計型數據，后期應用時需要進行統計分析，生成文本格式JSON[2](JavaScriptObjectNotation，JS對象標記)返回給客戶端進行圖表繪制;對空間數據，即可以利用ArcGIS的GeoDatabase模型，通過ArcSDE訪問遠程地理數據庫，也可以生成GeoJSON/TopoJSON或加載本地SHP文件等方式管理。
4)可視化設計
首先，編制基于XML的地圖描述文檔，定義專題地圖樣式數據和制圖規則。包括尺寸、顏色、符號等內容，將不同樣式的數據結構化，實現不同要素樣式數據的集成。以XML的形式將專題統計數據與地圖樣式數據進行綁定，組成點狀分布、線狀分布和面狀分布等不同專題的圖層系列，用戶可在客戶端依據XML樣式數據動態制作專題地圖。后期只需要通過修改此XML文件，即可實現不同功能和樣式的應用組合，動態生成客戶端圖形界面[3]。
其次，設計專題要素的繪制形式。主要包括點、線、面、注記、表格和圖片等。其中，點、線、面和注記符號可以通過SVG(ScalableVectorGraphics，可縮放矢量圖形)來表達，表格和圖片可以使用HTML5來實現繪制。
5)客戶端展示，提供交互式應用
研發專題地圖設計與制作向導工具，用戶通過選取地理底圖和指標體系、符號庫、定義數據模型等步驟輔助生成XML格式的底圖描述文檔。研發在線專題地圖展示系統，調取服務器端的XML文件對專題地圖初始化配置并實現可視化，提供數據交互、屬性查詢、符號交互等功能。
2系統設計
2.1架構設計
在線交互式專題地圖信息平臺自下而上由數據層、服務層和表現層3層架構組成，如圖2所示。
數據層是平臺的數據來源和存儲層，分為空間數據、專題數據和表達制圖規則的地圖描述文檔3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，包括存儲在數據庫中的統計型數據、空間數據以及以文件形式存在的GeoJSON/TopoJSON、SHP格式用戶數據。
服務層負責響應客戶端的用戶請求，提供地圖服務和數據訪問服務，通過ADO.NET、ArcSDE等方式調取數據層里的各類數據。其中，地圖服務包括地理底圖服務和空間專題數據服務。基于ArcGISServer發布的地圖服務以及符合OGC標準的互聯網地圖服務都可以作為地理底圖服務供用戶調用。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D3.js(Data-DrivenDocuments，數據驅動型文檔)框架和ArcGISAPIforJavaScript，能夠在客戶端實現可視化和用戶交互。D3.js是一個基于SVG技術實現動態可視化的第三方JavaScript庫。
平臺包括專題地圖設計與制作向導工具和在線專題地圖展示系統這兩個子系統。
其中，專題地圖設計與制作向導工具采用C/S(Client/Server，客戶端/服務器)模式設計，主要負責根據點狀、線狀、面狀和其他表示方法，設計定點符號法、線狀符號法、定位圖表法、范圍法、分級比值法、分區統計圖表法等表示方式的參數模板，包括符號大小、符號形狀、符號結構、面填充顏色、邊線顏色等;形成適宜要素的、可供選擇的指標體系;過濾出適合的制圖方式和符號庫;生成XML格式的地圖描述文檔，用于后續的專題地圖展示。
在線專題地圖展示系統采用B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務器)模式設計，主要負責基于XML地圖描述文檔和專題數據庫實現專題地圖繪制和交互功能。
2.2功能設計
系統功能主要包括數據交互、底圖交互、符號交互、屬性查詢、重要屬性作為鼠標提示信息、通過更改參數或值的范圍進行顯示過濾、調整制圖參數、高亮顯示等。
1)數據交互，包括用戶對專題數據和內容的選擇、數據變更。為了實現專題地圖設計的可重用性和快速數據更新，就必須建立以數據為中心、基于數據庫管理和組織的專題地圖數據集，通過數據檢索和數據分析來發現數據之間的聯系，甚至是產生新的、延伸后的數據，將專題地圖數據更新任務簡化為針對數據庫的增、刪、改等基本操作，而無須大幅更改甚至重做專題地圖的設計，最終實現專題地圖設計與數據的分離。
2)底圖交互，包括系統底圖切換、信息提示和用戶臨時修改底圖樣式功能。其中，系統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;用戶臨時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，包括專題符號樣式和整飾要素樣式的修改，對生成的默認專題圖的符號和整飾要素進行簡單設計，如對符號顏色、填充進行修改。還可以通過專題地圖設計與制作向導工具為用戶提供詳細的設計，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，可通過替換XML地圖描述文檔來重新渲染樣式。
4)屬性查詢，根據要素的渲染方式不同，可分為屬性提示框和提示窗，其中，對于統計圖表形式的專題要素采用鼠標移到專題要素上即可顯示該專題屬性信息并且該專題高亮顯示;對于呈面狀、線狀分布的專題要素，需要單擊要素彈出屬性提示窗，顯示專題要素屬性信息并且該專題顯示被選中狀態。
3應用實例
本文針對分布圖、區劃圖、類型圖、趨勢圖、統計圖等5種結構形式、以2011年出版發行的《新疆維吾爾自治區資源經濟地圖集》中年平均氣溫、國內旅游等具有代表性的12幅專題地圖為例，基于ArcGISAPIforJavaScript和GeoJSON/TopoJSON結合D3.js等可視化工具，研究在線專題地圖制作方法，使用ASP.NET和C#設計并建立了具有高度定制化、設計重用的交互式專題地圖信息平臺，實現專題地圖的自動化表達。
其中，地理底圖是基于ArcGISServer發布的地圖或數據服務，可以疊加點、線、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，在底圖空間數據屬性表中和專題數據庫表中添加關聯字段geocode即地理編碼[4]和專題要素定位點坐標(相對坐標)，實現了兩者精確疊加。考慮到圖面布局的美觀性和避讓，筆者并未選擇制圖區域多邊形的中心點作為定位點。
4結束語
本文提出的在線專題地圖設計與制作方法，使用XML地圖描述文檔來描述制圖員設計思想和制圖規則，將不同樣式的數據結構化，對專題統計數據與地圖樣式數據進行關聯，使得數據、地圖設計和展示界面的分離，最終實現了專題地圖設計可重用和數據快速更新。研發的軟件系統無須安裝瀏覽器插件和圖表控件，能夠較好地解決專題地圖制作、發布和數據更新等問題，能夠為不同行業提供定制化服務。但平臺系統中還存在圖面負載量隨比例尺變化而動態變化效果不佳、地圖符號不夠精細、動態注記和數據安全等問題，這也是今后研究的方向。——論文作者：宮林成
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