靶场GIS系统电子地图显示方法分析

韩成哲，刘福强

（1.92493部队，辽宁葫芦岛，125000；2.海军装备研究院，北京，100036）

靶场GIS系统电子地图显示方法分析

韩成哲1，刘福强2

（1.92493部队，辽宁葫芦岛，125000；2.海军装备研究院，北京，100036）

在资源固定的硬件平台上，如何提高电子地图的显示速度是GIS研究新课题。本文从靶场指挥显示需求角度出发，针对靶场指挥显示系统GIS数据存储与管理方法、地图缩放和漫游过程的数据调度方法作了详细研究，提出了靶场GIS系统电子地图快速显示解决方案。

靶场；数据调度；空间数据；数据压缩

0 引言

随着计算机、互联网以及GIS技术的迅猛发展，GIS系统中的电子地图实时显示技术在航空航天、智能交通等诸多领域得到了广泛应用，并成为GIS领域研究的新热点。电子地图显示的实时性是用户体验感优良程度的直接体现，也是衡量GIS产品实际使用性能的重要指标。在GIS系统硬件环境确定的情况下，如何提升系统对大数据量的地理信息进行调度与管理能力，是GIS系统实时显示技术研究的热点。

信息化靶场的建设目标实现靶场资源管理和试验指挥决策的精确化、智能化。为满足靶场地理环境的数字化、靶场资源的可视化、试验组织保障的精确化以及试验指挥决策的智能化要求，指挥显示系统必须为靶场各类用户实时快速地提供靶场相关资源的所在位置、数量、类别、状况等信息，将靶场各类资源的保障和管理透明、准确地显示在电子地图上，满足武备试验组织和指挥决策更加科学、准确和迅速的要求。本文围绕靶场GIS数据的存储与管理、GIS数据的调度方法等开展研究，提出在靶场GIS数据与各类试验信息在缩放与漫游操作中，实时快速显示的解决方案，满足靶场试验信息显示需求。

1 靶场GIS数据的存储与管理方法

靶场试验系统构成复杂，相关地理信息来源广泛、要素复杂且数据量庞大，在试验组织实施过程中，试验指挥显示系统如何满足全系统用户对相关空间信息的显示需求，是靶场试验指挥显示系统能力的难点问题。科学高效地存储和管理海量的靶场地理空间数据，提高靶场GIS系统存储空间利用效率，满足信息访问的实时性要求，是解决指挥显示系统实时快速进行试验态势显示的关键技术之一。

1.1 分块处理靶场空间数据

在靶场指挥显示系统内存容量一定的情况下，执行地图显示操作时，将全部地图的数据读入内存的处理方式将占用系统的大量内存，随着靶场GIS信息量越来越庞大的情况下，该方式将难以满足系统运行流畅的需要。因此，必须对靶场试验区域内的地图数据进行分块处理，尽可能地遵循只读取屏幕显示区域涉及的地图信息这一原则；另一方面，当执行地图缩放操作时，不同的缩放级别对应着不同的地物细节，借助层次细节模型的思想，对地理实体进行数据分级组织，构建一组不同详细程度的数据模型，每次操作只显示当前缩放级别对应的数据，并使用数据分块、分级的数据组织方式，可有效地减小数据读取量，从而提高地图显示速度。

1.2 对靶场空间数据进行压缩处理

在靶场GIS系统设计中，必须充分考虑靶场试验区域广阔、地理环境复杂的特性，并且由于靶场试验所需地理信息数据的精度高，使得相同面积下靶场使用的地理信息的数据量更大。为满足靶场GIS系统海量地理信息数据存储要求，必须对靶场地理信息数据进行压缩处理。

目前，在GIS研究领域中，对地理信息数据的压缩技术较为成熟。当前，主流压缩方法有：针对地图数据进行压缩的道格拉斯——普克法、垂距法、基于小波技术的压缩方法，以及针对栅格数据进行压缩的双线性内插值法、最邻近插值法、GIF层次压缩算法和JPEG层次压缩算法等。以上压缩算法均为成熟的压缩技术，可直接应用于靶场GIS系统的设计中。

2 GIS系统地理信息数据调度

在GIS系统硬件环境设计完成，软件设计人员将确定系统地图绘制所采用算法后，GIS系统的地理信息数据调度的作用是提高系统组织和调度信息的效率，GIS数据调度算法科学与高效程度将决定系统完成地图显示所需时间长短的关键。GIS数据调度方法主要是数据何时读取、怎样读取以及数据处理策略的问题。当前，GIS数据调度技术应用较为成熟，在GIS系统设计中大多将缓存技术和多线程技术相结合使用，以完成系统对地图数据的组织和调度。

2.1 数据预加载缓存技术

目前，较为流行的缓存技术主要有：空间数据预取算法及快速访问技术，根据WebGIS信息被访问的频率提出的预测模型，切片缓存技术，以及地图快速漫游的双缓存策略，基于多任务的多缓存技术等。本文重点研究数据预加载技术在靶场GIS系统中进行地图缩放、漫游过程中的数据调度应用。GIS系统根据当前屏幕中显示内容，预断接下来可能被访问到的地理信息内容，在用户开始操作之前，应用多线程技术进行预先读取，减少用户对地图操作产生的时间延迟，尽可能满足用户对系统显示的实时性要求。GIS系统预加载算法设计时，应主要考虑用户操作过程中，视点的移动速度、方向、加速度、地理信息数据量、显示屏幕刷新率，以及系统内存容量。

2.2 多线程技术的双缓存策略

在现代计算机系统中，在对数据进行读取显示时，从内存直接读取数据到显存进行显示的速度明显要比从磁盘读取数据到显存进行显示的速度较快得多，尤其是在信息量较大的情况下。若要完成对GIS系统中大量地理信息数据预先从磁盘读取到内存中，系统内存中应保留足够的缓冲空间。双缓存机制是结合数据传输和数据分块的特点，在内存中建立一个缓冲区，作为装载高程及纹理数据的二级缓存，当数据调度服务中心接收到请求的数据的存储信息后，从缓存管理器中查询地形数据是否在缓存区中，如在缓存区中，则直接发送给地形可视化系统；否则从磁盘中读入相应的数据放入缓存，再发送到可视化系统。为了保证GIS系统在显示场景绘制过程中的稳定性和连贯性要求，避免显示画面出现停顿现象，在系统设计中多采用多线程技术。

当前，GIS系统设计中大多将多线程技术和缓存技术配合使用，实现对GIS地理信息数据的调度与显示处理。基于多线程技术的双缓存策略就是一种典型的用于地图漫游的数据调度方法，它较好地解决了漫游中出现的屏幕闪烁问题。以下将针对靶场GIS系统在进行地图缩放和漫游时采用的数据调度方法及调度过程进行研究。

3 靶场GIS地图缩放与漫游数据调度

3.1 靶场GIS地图缩放数据调度

首先，对靶场指挥显示系统中使用的地图数据按照金字塔型存储结构进行存储。在靶场GIS系统对地图进行缩放操作时，依据所需完成的缩放倍数,从系统存储中将相应等级的地图数据读入内存进行处理并显示即可。在靶场GIS地图数据组织调度设计中，我们采用数据预加载和渐进显示相结合的方法实现。

3.1.1 数据预加载

数据预加载是指在执行缩放操作前，系统根据可视区域内显示的地图信息等级，将与其相邻的多个等级的地图数据读取并存储于内存，作为缓存数据，可大幅减少由于系统要从外部存储设备读取所需地图数据时浪费的大量时间，提高整个系统进行地图缩放操作的效率，满足用户对地图缩放操作过程中显示的实时性和流畅性要求。数据预加载的方法简单易行且效果明显，可直接应用于靶场GIS地图数据组织调度的设计中。

3.1.2 渐进显示

在靶场GIS系统中采用渐进显示技术的主要目的，是解决系统在对地图数据进行显示的过程中可能出现的延迟问题。系统操作人员执行地图缩放操作后，系统首先将对操作所产生的数据量进行判断。当数据量较大时，系统将无法满足用户对快速绘制地图并实时显示的要求，导致系统显示延迟。为保证系统显示的流畅性，我们对拟显示的图像采用算法进行抽点处理，重新生成一幅较低质量的图像进行替代后，快速显示出来。与此同时，系统将在后台对操作所需数据进行处理，处理完结后由系统完成刷新并重新显示。因此，GIS用户在操作过程中，将产生渐进显示的视觉效果。通过该处理方法，可在一定程度上缓解因操作人员频繁进行缩放操作时，带给系统显示画面的停顿感，减小了用户的视觉延迟效果，确保靶场指挥显

示系统GIS地图显示实时性和流畅性。

3.2 靶场GIS地图漫游数据调度

在靶场GIS系统中，地图漫游速度及平滑程度是靶场GIS系统显示能力的重要技术指标。当前，GIS系统在地图漫游调度设计中，大多采用多线程技术以消除漫游时可能产生的屏幕闪烁和画面停顿不连续的问题。以下，主要讨论采用双缓存策略实现靶场GIS系统地图漫游数据调度设计。

靶场GIS系统运行时，首先在系统内存中开辟两块缓存空间，专门用于存放绘制好的地理信息数据，我们将其定义为前台缓存和后台缓存，缓存的大小应远超实际屏幕地理信息数据量。当靶场指挥操作人员进行地图漫游操作时，靶场GIS系统启动前台线程，组织所需地理信息数据,将其绘制完成并存储在前台缓存中。在系统进行漫游操作过程中，若实际屏幕的中心位置偏离预先设置的触发边界，系统将立即启动后台线程，以新的地理位置为中心组织对应的地理信息数据，完成地图绘制并存储在后台缓存中。当屏幕中心移动到切换边界时，系统将后台缓存中绘制好的图像拷贝到屏幕的显示缓存中，同时完成前后台缓存的切换。循环往复，屏幕总是显示已绘制好的地图画面。采用多线程的数据调度能有效提高靶场GIS系统在地图漫游操作时，屏幕显示画面的实时性和地图漫游显示的平滑程度。

4 结束语

本文主要介绍了如何在靶场指挥显示系统中快速显示电子地图的典型方法，并对靶场GIS系统中的电子地图缩放和漫游的数据调度方法做了详细研究，可推广应用于靶场指挥显示系统建设中，满足靶场在试验过程中实时有效进行数据调度，并对电子地图进行快速操作的要求，为靶场首长机关对试验的实时、科学指挥的提供决策支撑。

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韩成哲，男（1972-），硕士，高级工程师，主要研究方向靶场试验指挥显示应用。

Research of Method on Electronic Map Display on Range GIS System

Han Chengzhe1，Liu Fuqiang2
（1.PLA，No.92493 Troop, Liaoning huludao 125000,China；2.Naval Academy of Armament,Beijing，100036）

How to enhance the display speed of the electronic map on a fixed platform is a new problem for the GIS study.Aiming at the command and display requirement of the range,the GIS data storage and manage, and the data schedule of the map zoom and ramble are studied.The electronic map speediness display of the range GIS system is solved.

range；data schedule；spatial data；data compression