基于Mobile SVG的移动GIS数据可视化方法的研究与实现
2012-12-31 00:00:00程小峰朱红军崔兴贵
科技资讯 2012年31期
摘 要：本文研究了Mobile SVG的移动GIS数据可视化方法与实现的可行性，通过GIS数据可视化方法，结合显示对象转换、坐标转换和地图符号的可视化表达对Mobile SVG的地理数据可视化表达方式经行分析。Mobile SVG能够带来一些传统GIS数据可视化方法无法提供的优势。结果表明，Mobile SVG解决了栅格地图数据量大和缩放失真问题，实现了地图数据的矢量化表达。
关键词：移动GIS Mobile SVG 可视化
中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0021-03
GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统[1]。
随着技术进步与社会发展，各个领域对地理信息服务需求也不断增加，急切要求一种具有移动性能且能够以任何时间、任何地点、任何设备方式进行工作的GIS（Geographic Information System，地理信息系统）。在此背景下，移动地理信息系统（Mobile GIS，MGIS）破土而生，近几年也得到了快速发展。
移动GIS是建立在移动计算环境、有限处理能力的移动终端条件下，提供移动中的、分布式的、随遇性的移动地理信息服务的GIS[2]。
移动GIS系统地理数据的可视化表达是其要解决的首要问题。目前地理数据可视化表达主要有两种方式：矢量化图形和栅格图像。
矢量化表达方式的优点是地图不失真、数据量小，缺点是实现复杂和需要终端具有很强的图形处理能力。栅格图像表达方式的优点是容易操作和实现，缺点是数据量大和地图操作有可能产生失真现象。
SVG（Scalable Vector Graphics，可扩展矢量图形）是一种以XML为基础规范，描述矢量图形和矢量/点阵混合图形的标记语言。根据移动智能设备的特点，W3C组织在SVG规范的基础上开发了适应移动智能设备的Mobile SVG基本规范，它含有两个子集：Mobile SVG Basic—— 用于高端移动智能设备图形表达和Mobile SVG Tiny——用于低端移动智能设备图形表达。
本文正是基于Mobile SVG Tiny这种矢量图形的可视化技术，来研究移动GIS地理数据的可视化方法。
1 移动终端GIS数据的转换
由于地理数据本身的特殊性和可视化需求，需要将其转换到移动终端显示设备可输出的图形/图像格式；其中包含可显示地图对象的转换，和地图坐标与显示屏幕坐标转换。
1.1 显示对象转换
移动地理信息系统的物理载体—— 移动智能终端可显示对象有：图形对象、文字、图像和标记等，通过Mobile SVG中对相应对象进行转换，如表1。
折线、面、矩形、文字、图形、圆形、直线等都有对应的图形/图像标记元素进行表达。图像用image标记描述，image属性含：图像左上角坐标（x，y）、图像高度height、图像宽度width和超链接xlink：href。地图标记用symbol表达，symbol必须与use一起使用；symbol用来定义标记，use用来渲染symbol对象[3]。
1.2 地图坐标与显示屏幕坐标转换
转换坐标是空间实体对象位置的描述，就是从一种坐标系统转换到另一种坐标系统的过程。可以通过建立两个坐标系统之间一一对应关系的算法来实现。是各种比例尺地图测量和编绘中建立地图数学基础必不可少的步骤。
我国常用的大地坐标系统有：1954年北京坐标系、1980年西安坐标系、WGS84坐标系、ITRF坐标框架和地方坐标系统等[4]。
Mobile SVG图形/图像对象的坐标系统属于二维平面坐标系。它与笛卡尔平面坐标系不同的是y轴向下。（如图1）
地图数据在移动终端进行平面直接将地理坐标转换到Mobile SVG的坐标是不合适的，它需要按照数学法则将地理坐标转化为地图平面坐标，再将地图平面坐标转换到Mobile SVG坐标。地理坐标转化为地图平面坐标有很多投影变换算法，不再赘述。
Mobile SVG图形坐标与地图平面坐标转换算法见公式1。其中，（Xs，Ys）是Mobile SVG图形坐标，（Xg，Yg）为地图平面坐标，Scale是地图缩放比例，（Xs_c，Ys_c）为Mobile SVG图形中心坐标，（Xg_c，Yg_c）为地图中心坐标。
（1）
2 移动GIS数据对象的可视化表达
2.1 用Mobile SVG表达地图符号
根据符号的几何特征，地图符号主要分为点状符号、线状符号和面状符号[5]。
Mobile SVG不是专为地图表达制定的规范的，并没有预先定义常用的地图符号。如要使用Mobile SVG表达地图，必须自行设计地图符号。
（1）点状符号。
点状符号的定位点表示物体的位置，其形状或颜色的色相来表示物体的含义。Mobile SVG中没有地图点状符号元素，只能用Mobile SVG元素或元素组合来表达地图里的点状符号。图2是一些点状符号的设计示例。
可以用Mobile SVG的symbol元素来定义要显示的点状符号的形状、样式和色彩等，再用use元素来渲染和定位。代码如下：
......
......
......
代码中的“
由于Mobile SVG Tiny不支持symbol元素的渲染，还可以用“
......
......
......
（2）线状符号。
线状符号的形状或颜色的色相表示物体的类别，符号的中心线表示物体的位置；它有自己的方向性，并且与地图的比例尺有关。线状符号有单线、双线、虚线以及点线之分。线状符号能够表达事物的形状、弯曲程度及延伸方向。
Mobile SVG用直线—— line和折线——polyline来表达线状元素；他们的样式可以用CSS进行定义。复杂的地图线状符号要借助元素组合来表达。线状符号的Mobile SVG设计示例如图3。
图3中，铁路线型需要两个线元素组合描述，高速公路线型是三个线元素组合描述的，等高线型由单个线元素描述。代码示例如下。
......
......
（3）面状符号。
面状符号用颜色的色相、亮度、饱和度等表示物体的性质，通过其外围轮廓线来表示物体的分布范围。
Mobile SVG用polygon表达面状地图元素。规则的面状元素如矩形、圆形等可以分别用rect、circle等来描述。图4是一些面状符号设计示例。
如在面状符号内填充图案，就需要自定义图案。对于不需要填充图案的面状符号，可以用polygon直接表达。代码示例如下。
......
patternUnits="userSpaceOnUse" viewBox="0 0 10 10" >
x="213" y="20" height="50" width="35" id="rect_id" /> ...... 2.2 地图渲染与数据解析 移动终端业务应答数据封装在XML中，需要专门的XML解析器进行解析数据。XML文档解析的接口目前主要有三种。 （1）SAX。 （2）XPP。 （3）DOM。 XPP是最近开发的，只能适当支持XML文档的子集但不提供验证的任何支持。它具有尺寸小的优势。SAX是XML分析器和XML处理器提供的较XML更底层的接口。SAX通过事件驱动来识别XML文档的内容，即当它在XML文档中发现特殊符号时，它就会触发相关的事件。DOM不仅提供了对存储在内存中的XML文档的一个完全的表示，也提供了随机访问整个文档的方法。与DOM相比，SAX对内存的需求要少得多，可认为其是一个轻量级的接口集合。 需要从移动地理信息系统的实际情况出发来选择解析XML解析器和相对的解析接口。移动终端采用XPP编程接口对业务应答数据进行解析，利用KXML2解析器。 解析器可以从业务应答数据提取出属性数据、地图数据等。 Mobile SVG渲染地图模块调用Java ME可选包JSR226 API。Mobile SVG的渲染顺序是先定义的先渲染。图5是渲染流程。 3 结论 Mobile SVG可以实现地图数据的矢量化表达，解决了栅格地图数据量大、缩放失真等缺点。Mobile SVG矢量化地图数据的可视化方法也有客户端图形渲染时间较长等缺点。控制需渲染图形元素数量是减少图形渲染时间的有效手段。可采用图层控制显示方法在移动终端完成Mobile SVG地图可视化。将地图要素按种类分层（如道路层、绿地层等），在地图显示之前，用户选择需要渲染的图层，确定显示元素，即是图层控制；也即若用户不需要显示某些图层要素，则不进行客户端渲染；这样就可以大大减少图形渲染时间。 参考文献 [1] 张超，陈丙咸，邬伦.地理信息系统[M].北京：高等教育出版社，1995：4-18. 8BxRdfBT5DBudp6g02iDVQ==[2] 移动GIS的概念和特点[DB/OL].（2008-01-29）[2008-05-10].http：//www.sbsm.gov.cn. [3] http：//www[EB/OL].w3.org/TR/SVG11，2003. [4] 周卫，孙毅中，盛业华，等.基础地理信息系统[M].北京：科学出版社，2006：20-39. [5]张为成.GIS中地图符号的研究[D].长春：吉林大学，2006：9-21. [6] 徐爱民.基于J2EE/XML的LBS系统研究与实践[D].郑州：解放军信息工程大学，2004：7-8. [7] 移动终端操作系统与开发平台[DB/OL].（2007-03-26）[2008-05-10].http：//www.j2megame.org. [8] 张超.地理信息系统应用教程[M].北京：科学出版社，2007：133-135. [9] （美）James Keogh.J2ME开发大全[M].潘颖，王磊，译.北京：清华大学出版社，2004：1-29. [10] http：//www.svgopen.org，2008.
