“穗爱图”地理信息公众服务APP设计及关键技术研究

韩剑姿，陶 岚，梁智浩，谢润桦

（广州市城市规划勘测设计研究院 广东 广州 510060）

1 引言

近年来，移动互联网蓬勃发展，在迎来了海量信息时代的同时，手机APP、公众号、小程序等轻量级移动媒体也逐渐改变着公众利用碎片化时间获取信息的方式途径和阅读习惯，社会公众对地理信息知识服务的需求也呈现出地图使用规范化、信息获取即时化、媒体形式多元化、移动交互动态化、文化创新深度化的发展趋势[1]。

针对地图用途多、范围广、需求多元的现状和公众“问题地图”从源头屡禁不止的上问题，广州市启动建设“穗爱图”地理信息公共服务系统。本文基于移动端的轻量级GIS系统开发，探讨“穗爱图”APP的设计与实现，本系统基于交互电子地图、AR增强现实等多种技术[2]，实现公众基于标准地图的在线自主制图，并提供版图知识科普与城市地理文化地图服务，为公众日常工作生活有图可用、用图规范提供技术支持。

2 应用定位与总体架构

“穗爱图”APP旨在解决公众生产生活中规范用图获取困难、国家版图知识薄弱、城市地理文化缺失的问题，定位于服务普通公众，采用Android和iOS底层架构开发[3]，整个系统由4个层次构成：用户需求层、应用层、组件层和数据层。其中，数据层设计包含基础地理信息数据库、地理文化专题数据库和多媒体数据库。组件层调用了交互式电子地图引擎、AR增强现实[4]、三维全景漫游等中间组件，实现了标准地图服务、版图知识科普、城市地理文化地图服务和AR智能交互等功能，为地图的规范使用、国家版图知识科普提供了技术支撑，系统架构见图1。

图1 系统总体架构

3 数据库设计

本系统数据库包括测绘与地理信息法律法规数据库、基础地理信息数据库、地理文化专题数据库、多媒体数据库和用户数据库。其中，基础地理信息数据库包括公众版电子地图、行政区划、地名地址、三维模型等数据[5]；地理文化专题数据库包含广州本地的风景名胜、地标建筑、文艺手工等专题方面的空间数据和相关图文属性资料；多媒体数据库主要为国家版图知识科普与本地城市地理文化挖掘服务，数据形式主要包括视频、动画、音频、图片、文字等；用户数据库用于记载用户在系统中使用各功能模块产生的结果记录，包括收藏记录、制图记录、参与活动记录等。

4 内容与功能设计

旨在为公众在日常工作学习中涉及测绘地理信息行业的信息查询、标准用图提供便利，满足公众获取国家版图与城市地理文化知识的需求，本系统设计了标准地图服务、版图知识科普、城市地理文化动态电子地图、城市地标AR智能交互5大功能板块。

4.1 标准地图服务

标准地图服务模块，主要功能包括：（1）标准地图在线查询：系统集中收录了市域、市辖区、街道镇及中心城区的200余张标准地图，可依据所需地图范围、名称、图幅大小、要素内容等进行快速检索；（2）标准地图在线浏览与下载：可对标准地图进行在线浏览、缩放和地图下载；（3）交互式在线自助制图：以图层形式组织管理地图内容要素，根据用户制图需求通过点选方式快速制作底图；支持添加注记；支持颜色、线型、字体、字大编辑；可通过导入统计数据制作饼状图、柱状图、分区统计图等简易专题统计地图；制图的成果可通过生成二维码的形式长期保存在用户服务记录中，满足用户随时随地下载使用。标准地图服务解决了公众在学习生产生活中“无图可查用、用图不规范”的困境[6]。

4.2 国家版图知识科普

国家版图知识科普板块设计制作了“地图的故事”系列科普动画视频和科普文章。科普动画介绍了国家版图、省市地图的正确表达和规范使用方式；科普文章则以HTML5动态网页的形式[7]，介绍了地图审查制度等知识。

国家版图知识科普板块主要功能包括：（1）可观看国家版图知识科普系列视频和版图知识科普文章；（2）可对感兴趣的视频、文章进行社交媒体分享和收藏。

4.3 城市地理文化地图服务

城市地理文化动态地图功能板块，紧扣广州城市定位和城市性质，将城市精髓和地理空间信息相融合，设计了“历史名城”“广府文化”等十余个可交互的专题电子地图，展现了广州的城市风貌和人文情怀。

城市地理文化动态地图主要功能包括：（1）电子地图浏览，支持常用的平移、漫游、缩放等功能；（2）专题要素分类查询；（3）交互显示：动态显示感兴趣的专题信息。

4.4 城市地标AR智能交互

城市地标AR智能交互板块，设计了一款户外AR互动小游戏，构建了城市地标手绘大地图，设计了3条独具特色的专题地标游览路线，通过对城市地标进行实地扫描打卡的方式了解地标的前世今生故事。

城市地标AR智能交互的主要功能包括：（1）AR扫描识别城市地标建筑；（2）浏览地标三维建筑模型和全景漫游，支持缩放与360°旋转；（3）收藏已打卡解锁的地标至用户记录，可随时随地点阅。

5 关键技术

5.1 交互式电子地图

交互式电子地图技术主要采用矢量瓦片（Vector Tile）组织空间数据，其协议遵循 MapBox Vector Tile Specification，根据专题图的成图结果，提取设计样式，并以 MapBox Style 形式组织[8]。独立图表部分采用D3 渲染，以增强交互性。

交互式电子地图技术主要应用于城市地理文化动态地图板块，将城市文化专题数据与地理空间数据相融合，采取矢量瓦片技术组织数据，利用Mapbox GL在用户前端进行地图效果的渲染，并开发主题互动操作功能。该功能可进行专题要素的动态显示和动画演示，实现专题图由“静”到“动”的转换和快速发布，有效提升了专题地图的在线显示度和用户参与度。见图2。

图2 交互式电子地图技术路线图

5.2 基于Vuforia+Unity的AR增强现实技术

针对图像的特性，利用AR图像识别技术便可识别地物身份信息，可以通过移动终端摄像头将地标建筑图像保存到终端上，识别到一定的区域，传输获取该地标建筑的相关的数据信息，最终展示在移动终端上，达到获取地理位置相关多样化信息数据的目的[9]。

将基于Vuforia+Unity的图像识别增强现实技术应用于城市地标AR智能交互板块，可以构建地标建筑心象形象与地标显示形象的虚实联动，增强用户屏幕中虚拟地标与真实世界地标建筑的联动交互性和趣味性。

5.3 基于 Krpano的三维全景漫游技术

Krpano兼容HTML5和FLASH两种模式的，属于 WebGL下的一款灵活度高、性能优越的轻量型实景在线漫游软件，可以用于各种实景图像和互动虚拟模式[10]。Krpano的渲染效果采用 Action script语言实现，场景内容的配置则由 xml标记语言负责，使得实景场景的配置更加灵活。

地标全景漫游功能基于Krpano全景播放器，系统除了具有基本的浏览、缩放、旋转功能外，还具有多种场景导航方式，包括平面图导航、场景列表导航等，并且实现了场景中感兴趣对象的信息展示功能。

6 结语

在国家大力推进地理信息公共信息成果转化为高质量地理信息公共服务惠及民众的大环境下，面向公众生产生活切实需求和难点痛点，基于交互式电子地图技术、AR增强现实技术和三维全景漫游技术，“穗爱图”APP解决了公众在生产学习中“无图可用，用图不准”的困境；国家版图科普和城市地理文化专题地图服务也极大地提升了公众使用标准地图捍卫主权完整的责任感和城市归属感。