矢量瓦片支持下的在线交互可视化工具设计与实现

针对在线地图制图过程中不仅注重成图速度,而且兼顾可视化效果的特点,本文提出了一种面向用户的网络地图在线交互可视化方法。该方法基于矢量瓦片技术,通过WFS发布GeoJSON格式矢量数据,将数据以渐进传输的方式缓存在客户端,用户在浏览器端编辑地图符号,确定地图符号与图层参数,将矢量数据转换成地图表达。基于该方法设计的在线交互可视化工具,充分利用WebGIS系统中客户端的CPU和GPU计算资源,通过脚本语言解析用户设置的样式信息,采用WebGL技术将内存中的矢量数据渲染成图并进行动态展示,降低了数据渲染对服务器的依赖,丰富了地图表达方式。     

基于Openlayers和ECharts的网络空间数据获取及可视化——以沈阳市主城区为例

网络地图提供了丰富的地理空间数据资源,本文以沈阳市主城区为例,以百度地图为底图,借助百度地图丰富的API,获取沈阳市行政区划矢量数据及兴趣点数据。采用开源的Openlayers,开发了“学校”兴趣点的热点图WEB页面,分析了沈阳主城区学校的空间分布规律和热点图的特点。并简介了ECharts可视化技术,初步探讨了其与Openlayers结合开发专题图WEB页面的传统开发方式,本文也为地理空间数据的获取、分析及可视化,提供了一种思路和方法。     

集群并发环境下大规模矢量数据负载均衡算法

为了提高集群环境下网络地理信息系统(WebGIS)大规模矢量数据的并发访问性能,提出了集群并发环境下大规模矢量数据内容网格化负载均衡算法,研究了大规模矢量数据内容网格化方法,集群并发访问时内容网格的自动识别、分析、聚合、反馈算法,实现了面向任务的负载均衡。实验表明,本算法能在大规模、高强度的矢量数据提取和显示中均衡地分发请求,使集群服务器充分发挥其优势从而获得最小的请求响应时间。     

面向虚拟地球的矢量金字塔分布式存储研究

针对矢量数据在虚拟地球中的高效传输及实时可视化的需求,分析了矢量数据在虚拟地球中的组织方式及特点,设计了基于HBase的矢量金字塔分布式存储模型和一种基于MapReduce的矢量金字塔并行入库方法,使得海量矢量数据的入库可分配到各个子节点进行,大大缩短了入库时间.最后以GeoGlobe虚拟地球为基础平台,分别在单机和集群环境下对矢量金字塔的调度时间进行了实验.实验结果表明,该方法具有较好的可行性,有效提高了虚拟地球并发调度的效率.     

并行地图叠加分析中基于数据分解的负载均衡方法研究

地图叠加分析是一种计算密集型算法,并行化计算可以加快算法执行速度。本文研究并行化地图叠加分析中的负载均衡方法。首先针对并行算法中的IO竞争情况,定义了负载均衡指数;然后基于分治法分解空间数据,将并行系统下的地理要素分而治之,将Hilbert空间索引作为集群系统中各节点分配数据的依据,最终实现并行地图叠加分析系统中的数据负载均衡,为地图叠加分析算法中的数据并行策略提供可能性。结果表明,利用空间索引分治的负载均衡方法建立索引速度快,调度系统可以将计算任务明确分配到各计算节点。     

地图数据的可视化网络浏览技术

本文论述了地图数据可视化网络浏览的必要性，介绍了实现地图数据网络浏览采用的Active X技术。结合地图数据库和微软的基础类库，本文详述了用于地图数据网络浏览的MapCtrl控件的制作和使用方法，成功地解决地图数据的可视化网络浏览问题。     

矢量曲线的视觉清晰度及在网络地图综合中的应用

互联网用户参与的地图制图容易出现视觉冲突、压盖、拥挤等地图表达问题,需要引入地图自动综合协助解决。网络地图中由于原图比例尺和综合后比例尺均难以准确量化,常规地图自动综合基于“原图比例尺-综合后比例尺”判断是否需要综合的方法已不再适用。矢量数据在可视化后会产生视觉粘连,视觉粘连越明显,地图表达效果越差,综合的需求也越强烈。基于此规律,本文提出对视觉粘连进行定量描述并据此判断是否需要综合。首先,从人类视觉感受出发,结合栅格化思想设计了矢量曲线视觉粘连的量化指标——视觉清晰度。然后,基于“金字塔式”的尺度空间计算曲线在多个比例尺表达的清晰度,并拟合了清晰度的变化函数。最后,将该函数应用于众源地理数据的网络地图综合决策。试验结果表明,本文方法可准确判断每条矢量曲线是否需要综合,能有效解决地理数据尺度异质性带来的可视化难题。同时,清晰度变化函数将曲线的尺度描述由静态数值扩展到连续函数,有望更好地支持多尺度空间数据处理及网络地图综合等问题。     

大型工程中的WMS数据获取与集成应用方法

面向大型土木工程设计,提出了一种运用WMS共享空间数据源并实现高效应用集成的工程设计应用技术体系。首先,直接针对WMS数据服务器定向开发数据获取应用,通过高效并行多线程实现空间数据的分块网络传输,同时结合本地缓存机制与网络共享,实现了一种双轨存储访问机制;其次,基于独立的应用下载与嵌入的实时线程分配,实现了远程数据的本地化模拟应用环境与分布式共享协同;再次,针对WMS数据的应用,实现了空间数据向工程数据的高精度转换与工程制图出图体系,开发了统一的全球三维可视化平台,用于直观地综合表达各种WMS数据源。     

顾及地理矢量场空间变化特征的多分辨率纹理可视化方法

网络环境下海量、高维、动态、多尺度地理空间矢量场数据的在线高效可视化,一直是大规模密集矢量场数据集成与综合应用分析亟须解决的关键问题。地理矢量场数据蕴含大量非规则、多尺度、时空异质的变化特征与结构,传统矢量场纹理可视化方法,受全局统一采样密度的限制,存在典型的稠密遮挡、特征模糊的问题。针对上述问题,本文提出了一种顾及地理矢量场空间变化特征的多分辨率纹理可视化方法,引入复合信息熵定量显式描述矢量场的空间变化,以此驱动图像空间内多频噪声纹理生成、矢量场多分辨率纹理的构建与增强表达,有效克服传统纹理可视化方法的技术瓶颈。最后采用风场数据进行试验,验证了本文方法的可靠性与有效性。     

Web环境下实现空间数据表达的框架研究

Internet的迅速发展，促进了通过网络获得空间信息的要求，由于空间矢量数据具有数据量大，对象关系复杂等不同于文本，图像的特殊性，在数据传输较慢且要求高交互操作的Web环境空间，空间矢量数据的可视化是一个难题。本文讨论了Web中实现空间矢量数据可视化的体系结构。分析由数据库中的空间数据到客户端地图显示的整个过程，认为WebGIS的实现可以分为服务器端方式，客户端方式，中间数据转换方式和客户服务器分布计算方式等4种方式，每种方式各有优点，应用于不同的环境，我们提出一种能够同时实现4种方式的开放框架结构，方式的选择由客户端传送的参数决定，通过对比，认为在交互操作较高的环境中，以矢量数据方式传输较好，而对于交互操作较少的空间信息表砂，以图像方式传输较好。     

Web嵌入的网络地图地理信息矢量数据采集方法

针对目前主流的网络地图与大多数的GIS桌面系统所支持的OGC的WFS、WMS、WCS等空间数据服务发布规范不兼容导致无法直接被GIS桌面系统集成的问题,该文提出了一种基于Web嵌入的网络地图集成模式,将网络地图作为参考图层集成至GIS桌面系统,通过矢量数据采集工具的开发,将基于网络地图采集的地理信息数据添加至GIS桌面系统的矢量数据图层中,并对网络地图与GIS系统的交互方法进行了研究。由于大多数网络地图都进行了位置加密处理,该文通过位置纠偏方法对位置偏差进行纠正,提高了矢量数据采集的位置精度。最后,该文实现基于网络地图的矢量数据采集工具的开发,并使用该工具对山南地区乃东县的居民地数据进行了采集,验证了该文提出的观点和方法。     

基于客户端的矢量数据在线可视化工具设计

传统的地理空间数据可视化系统主要是桌面端的应用程序。但随着Web技术的出现和其在地理空间中的广泛应用,基于客户端的数据处理、数据渲染和可视化逐渐成为Web数据处理中较为流行的方法。但在C/S模式中,以服务器为主导的计算仍处于主流地位。本文开发了一个简单的基于客户端的矢量数据在线可视化工具,该工具为用户提供了一个易于使用并能够在线可视化的系统,采用基于客户端功能和用户进行交互,以减少服务器的负载。该系统可以支持多种地理空间矢量格式,并且可以与其他网络系统如WMS、WFS等进行集成。通过实验表明能够使用该工具进行矢量数据渲染。     

分级瓦片地图自动渲染制图规则设计与实现

目前瓦片地图是最普遍的网络地图形式,该技术用金字塔模型组织的地图瓦片模式代替了传统的Web GIS地图模式,大大提高了网络地图的响应速度。网络地图现势性要求高、比例尺跨度大,这些对瓦片地图制作和更新效率提出了更高的要求。本文研究了以多比例尺矢量基础地理信息数据库为数据源,通过自动渲染技术制作分级地图瓦片的方法。该方法已在不同区域导航图瓦片试生产中得到验证和完善,形成了一整套分级瓦片地图自动渲染制图规则,实现了矢量数据到瓦片地图的自动成图,减少了人工作业量90%以上,人工作业主要用于完成数据原始错误修改、现势性更新和瓦片地图质量检查等工作。此套规则不但适用于各图种瓦片地图要素的自动渲染,其他矢量电子地图数据可视化也可参照。     

视觉显著性特征的矢量对象多尺度表达

针对矢量数据在网络上渐进传输中的多尺度组织问题,该文提出一种基于视觉显著性特征的多尺度增量组织和表达方法。根据人类视觉机制和矢量地图的多尺度表达特征,提出了基于视觉显著性的多尺度矢量模型,实现矢量空间要素的多尺度表达和线性序列组织。以线要素为例,讨论多尺度空间下矢量空间要素的视觉显著性和视觉信息增量变化。实验表明,本文提出的方法可以较好地改进渐进传输时矢量数据的可视化效果。     

面向虚拟地球的多尺度矢量数据可视化方法

为了实现网络环境下虚拟地球的多尺度矢量、影像和地形数据的集成可视化,便于矢量空间数据的查询分析,本文根据几何绘制的方法,将二维矢量数据、多尺度地形和全球等经纬度离散网格集成,提出了面向虚拟地球的多尺度矢量数据结构和多尺度矢量数据分块构建与组织方法;在此基础上,针对虚拟地球中矢量数据高效可视化的要求,提出了面向可视化的Douglas-Peucker矢量数据压缩算法。最后,基于网络三维虚拟地球平台GeoGlobe开发了实验系统,实现了面向虚拟地球的多尺度矢量数据的构建、组织以及可视化。     

基于开销代价的网络地理信息服务负载均衡算法研究

基于单位时间开销代价矢量，提出同时考虑地形数据请求在服务器队列中的等待时间与服务器对请求的处理时间的最小总代价分布式算法#算法计算转发请求给每台服务器的概率空间，并根据地形数据请求到达时临时生成的随机数在概率空间中的落点确定转发请求的目标服务器。通过配置单位时间开销代价矢量!可以灵活地维护与升级集群服务器，具有良好的可扩展性。仿真结果表明最小总代价算法能在大规模$高强度的地形漫游中均衡地分发请求!使集群服务器充分发挥其优势从而获得最小的漫游响应时间。仿真结果还表明在低强度地形漫游时，各种负载均衡算法表现大致相同；在高强度地形漫游时!设计负载均衡算法最好考虑服务器端队列的排队情况。     

面向服务器可视化的地图符号样式解析与生成技术研究

地图可视化是当今GIS研究的重点与难点。本文探讨了面向高性能服务器集群的可视化技术优势,解析了此技术所需符号的基础样式,编程实现了在服务器上对样式的设计,并且使用制图引擎Mapnik对地图实行高质量渲染。此研究可对GIS可视化的发展提供技术支持。     

一种矢量瓦片的时序InSAR形变可视化方法

针对InSAR地面沉降数据在网络环境下实时可视化渲染速度缓慢、空间分析交互性差、时序演变难度大的问题,提出了适用于地面沉降数据空间分析和时序表达的矢量瓦片制作方法并运用矢量瓦片技术在网页端实现快速可视化:①在传统抽稀算法的基础上对矢量瓦片层级间的抽稀算法进行改进;②以时间为尺度对累计沉降量数据进行分割存储,便于多尺度、多时序对InSAR数据进行表达和分析;③以抚顺市采煤沉陷区时序InSAR累计沉降量数据为实验数据进行验证.实验表明,网页端可快速、高效、灵活地加载矢量瓦片来展示地面沉降的空间分布情况和时空变化特征.     

基于云计算的空间矢量数据并行处理

研究了提高空间矢量数据运算效率的分布式并行处理方法, 基于微软Azure云平台设计了适用于矢量数据并行处理的3种架构方式:中心负载均衡架构、分布式静态负载均衡架构、分布式动态负载均衡架构, 并分别搭建原型系统对小规模偏态分布数据和大规模数据进行叠置分析测试。试验结果表明, 基于Azure云的分布式动态负载均衡架构版本原型系统可大幅度提高计算效率, 对小规模偏态分布数据集可以达到超过10倍的加速比, 对大规模数据集的分析计算更是达到了超过40倍的加速比, 证明基于Azure云的分布式动态负载均衡架构方法是提高空间矢量数据分析效率的有效方法。     

基于网格服务的空间信息3维可视化技术

构建基于网络的城市3维空间信息服务系统,需要解决海量3维地形数据、影像数据和纹理数据的网络传输,以及客户端场景渲染绘制实时处理能力等问题.针对3维空间信息可视化功能日益复杂的特点,利用网格服务的前沿技术,将现有的3维可视化处理环境服务封装为服务组件并进行网格化部署,充分利用集群网络上的计算和服务资源,实现网络3维数据的高效实时绘制与服务.