面向WEB可視化的矢量數(shù)據(jù)流式漸進(jìn)傳輸研究.pdf

1、隨互聯(lián)網(wǎng)的日益成熟和普及，網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）已成為地理信息發(fā)布、共享和應(yīng)用的必然趨勢(shì)。WebGIS以Web服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶(hù)端之間的數(shù)據(jù)交換。常見(jiàn)的Web服務(wù)主要提供柵格與矢量?jī)煞N格式的數(shù)據(jù)傳輸方式?；谕咂貓D技術(shù)的柵格傳輸模式目前應(yīng)用廣泛，但客戶(hù)端獲取的僅是已經(jīng)加工好的地圖圖片，無(wú)法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的編輯和分析。提供矢量數(shù)據(jù)的Web服務(wù)主要用于數(shù)據(jù)查詢(xún)和編輯，僅適用于數(shù)據(jù)量較小的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。當(dāng)客戶(hù)端需要處

2、理較大規(guī)模矢量數(shù)據(jù)時(shí)，現(xiàn)有的WebGIS技術(shù)難以滿(mǎn)足這一需求。本文針對(duì)WebGIS中大規(guī)模矢量數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題，探討矢量數(shù)據(jù)組織模式、網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制及相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。
　　在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為滿(mǎn)足大規(guī)模矢量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量要求，本文采用流式漸進(jìn)傳輸?shù)姆?wù)方式，分批次向客戶(hù)端傳輸所需數(shù)據(jù)，從而達(dá)到矢量數(shù)據(jù)在線(xiàn)實(shí)時(shí)應(yīng)用的目的。本文研究思路是:①在分析流式漸進(jìn)傳輸機(jī)制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)適應(yīng)于WebGIS的矢量數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)框架。②建立矢量要素

3、的重要性評(píng)價(jià)模型，確定漸進(jìn)傳輸?shù)南群箜樞?。③按照流式傳輸?shù)囊蠼M織數(shù)據(jù)，保證每個(gè)批次的要素作為獨(dú)立的單元傳輸并在客戶(hù)端處理。④在傳輸過(guò)程中，通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)的往復(fù)傳輸和質(zhì)量控制。⑤最后建立原型系統(tǒng)，驗(yàn)證流式漸進(jìn)傳輸服務(wù)的可行性和可用性。
　　本文主要研究成果如下:
　　(1)設(shè)計(jì)了矢量數(shù)據(jù)流式漸進(jìn)傳輸?shù)姆?wù)框架，包括服務(wù)器端地理空間要素選取和流式組織，網(wǎng)絡(luò)傳輸層的流式傳輸和質(zhì)量保障，客戶(hù)端緩存及處理應(yīng)用等。服務(wù)框

4、架涵蓋了空間信息量度量模型、矢量數(shù)據(jù)選取策略、矢量數(shù)據(jù)編碼規(guī)范、流媒體傳輸協(xié)議與服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量控制、矢量數(shù)據(jù)可視化等關(guān)鍵技術(shù)。
　　(2)定義了基于信息熵的空間要素信息量度量模型。針對(duì)要素選取問(wèn)題，引入信息熵對(duì)矢量地圖中的地物要素信息量進(jìn)行了綜合、定量的分析。構(gòu)建了幾何大小因子、空間分布因子、專(zhuān)題屬性因子信息量度量模型，作為空間要素重要性判別的依據(jù)。基于信息量度量模型實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)、線(xiàn)、面要素的選取算法。該算法能綜合考慮空間對(duì)象的幾

5、何大小和空間分布對(duì)地圖信息量的影響，優(yōu)先選取對(duì)地圖全貌貢獻(xiàn)大的空間要素進(jìn)行傳輸，從而保證信息量大的數(shù)據(jù)先到達(dá)客戶(hù)端。
　　(3)提出了適用于流式漸進(jìn)傳輸?shù)氖噶繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制。矢量數(shù)據(jù)流式傳輸中，需要按照傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)組織要素，形成流式傳輸?shù)莫?dú)立單元結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計(jì)了一種支持信息量選取的分塊矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足每個(gè)分塊作為獨(dú)立的單元傳輸并在客戶(hù)端處理。該結(jié)構(gòu)遵循OpenGIS標(biāo)準(zhǔn)編碼規(guī)范，并支持點(diǎn)、線(xiàn)、面等基本幾何要素綜合存儲(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，

6、開(kāi)發(fā)了矢量數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換器，將不能適用于流式傳輸?shù)钠胀ㄊ噶繑?shù)據(jù)文件，轉(zhuǎn)換為具有獨(dú)立分塊信息的、適應(yīng)于流式傳輸?shù)氖噶苛魇轿募?br>　　(4)實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議的矢量數(shù)據(jù)流式漸進(jìn)傳輸方法。參照流媒體文件“邊傳邊播”的模式，設(shè)計(jì)了矢量數(shù)據(jù)包的封包和解包算法。該方法實(shí)現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，達(dá)到了多次往復(fù)傳輸?shù)哪繕?biāo)，且能夠通過(guò)差錯(cuò)控制和糾錯(cuò)恢復(fù)等手段保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。
　　(5)開(kāi)發(fā)了一套矢量數(shù)據(jù)流式漸進(jìn)傳輸?shù)脑拖到y(tǒng)。系統(tǒng)包括服

7、務(wù)器端矢量數(shù)據(jù)流式組織、傳輸層的流式傳輸服務(wù)，客戶(hù)端矢量數(shù)據(jù)漸進(jìn)顯示功能。采用1∶100萬(wàn)中國(guó)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)，從信息量傳輸率、數(shù)據(jù)傳輸量、響應(yīng)時(shí)間以及客戶(hù)端顯示效果等方面進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，流式傳輸矢量要素，當(dāng)傳輸?shù)膸缀螌?duì)象數(shù)量為總數(shù)的10％左右時(shí)，信息量傳輸率達(dá)到了總信息量的80％。在傳輸效率上，與WFS（Web要素服務(wù)）相比，基于流式分塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠降低約50％的數(shù)據(jù)傳輸量，傳輸時(shí)間減少了40％以上。在響應(yīng)時(shí)間上，WFS要求數(shù)據(jù)

8、傳輸完畢后一次性顯示，而流式傳輸接收到第一個(gè)矢量分組就可以顯示，因此在數(shù)據(jù)量較大的情況下本系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間在5秒之內(nèi)，而WFS響應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)甚至失去響應(yīng)。
　　本文驗(yàn)證了矢量數(shù)據(jù)流式漸進(jìn)傳輸?shù)目尚行?流媒體傳輸協(xié)議能夠提高傳輸效率、保證數(shù)據(jù)質(zhì)量;基于選取因子模型的流式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)減少了數(shù)據(jù)傳輸量，同時(shí)保證用戶(hù)獲取充足的信息;流式漸進(jìn)傳輸機(jī)制能夠滿(mǎn)足大規(guī)模矢量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸需求，豐富了空間數(shù)據(jù)Web服務(wù)方式，對(duì)于相關(guān)的WebGIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)具有