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地球信息科学学报 >

2022 , Vol. 24 >Issue 7: 1264 - 1274

DOI: https://doi.org/10.12082/dqxxkx.2022.210603

地球信息科学理论与方法

面向多粒度时空对象数据模型的网络电子地图生成方法

  • 郭玮 , 1, 2 ,
  • 谷宇航 , 1, * ,
  • 江南 1
展开
  • 1.战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院,郑州 450000
  • 2.61206部队,北京 100043
* 谷宇航（1990— ）,男,河北衡水人,博士生,助教,主要从事时空数据可视化研究。E-mail:

郭 玮（1994— ）,女,河南漯河人,硕士生,主要从事地图制图学与地理信息工程研究。E-mail:

收稿日期: 2021-10-03

  修回日期: 2022-03-07

  网络出版日期: 2022-09-25

基金资助

国家重点研发计划项目(2021YFB3900900)

收起

Generation Methods of the Web Electronic Map for Data Model of Multi-granularity Spatio-temporal Object

  • GUO Wei , 1, 2 ,
  • GU Yuhang , 1, * ,
  • JIANG Nan 1
Expand
  • 1. Department of Geographic Information Engineering, Information Engineering University, Zhengzhou 450000, China
  • 2. 61206 Troops, Beijing 100043, China
* GU Yuhang, E-mail:

Received date: 2021-10-03

  Revised date: 2022-03-07

  Online published: 2022-09-25

Supported by

National Key Research and Development Program of China(2021YFB3900900)

Fold

摘要

传统网络电子地图生成是以要素进行组织的,在表达地理实体动态变化、关联关系以及多粒度特征时存在一定的局限性。而多粒度时空对象数据模型旨在解决现实世界到对象所组成的事物空间之间的映射这一科学问题,为时空实体的可视化提供了新的思路,为展示地图要素间复杂关联、多维动态等特征提供了模型基础和数据保证。本文将多粒度时空对象数据模型引入网络电子地图生成当中,渐进得改变了以往网络电子地图依靠图层数据生成的模式,基于多粒度时空对象的概念、模型框架以及数据存储与管理方式,提出了2种网络电子地图生成方法。一种是利用多粒度时空对象数据重建图层,为现有网络制图工具提供“中间件”,使其能够调度和使用多粒度时空对象数据;另一种是将多粒度时空对象数据和地图符号进行绑定,使网络电子地图不再依赖于图层而能根据多粒度时空对象动态更新,同时便于将对象之间的关系、组成结构等非结构化属性特征进行可视化。同时,本文通过实验验证了2种方法的可行性,为多粒度时空对象在网络电子制图领域的应用进行了有效实践。

关键词： 网络电子地图; 多粒度时空对象; 对象驱动; 数据转换; 图层重组; 特征可视化; 地图生成; 多尺度表达

本文引用格式

郭玮 , 谷宇航 , 江南 . 面向多粒度时空对象数据模型的网络电子地图生成方法[J]. 地球信息科学学报, 2022 , 24(7) : 1264 -1274 . DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210603

Abstract

Traditional web electronic map is a composition of several layers containing geometry elements, which rely on an object-oriented model. However, this model is too abstract to map a more complex world. So the maps based on this model have limitations in expressing the characteristics of dynamic changes and correlation of geographical entities. Domain experts have proposed the data model of Multi-Granularity Spatio-Temporal Object (MGSTO) in recent years, aiming to solve problems of mapping the real world to the “thing space” which is full of “objects”. This inspires new visualizations on the spatio-temporal phenomenon, at the same time, changes the way of map making. Visualizations or maps based on this data model have access to data that are more reliable. The problem is that there is no such map making technique or tool that can deal with it. Therefore, we propose two map marking methods that can make full use of this data model. Firstly, we think it is necessary to bridge existing web cartography platforms and the MGSTO database, so we propose the layer-reconstruction method. In this way, all the online mapping platforms have the ability to understand the data model of MGSTO and make maps depending on it. This method looks like a "middleware" of online mapping tools. Secondly, we propose a method that binds MGSTO onto HTML DOMs, for example, Scalable Vector Graphic(SVG) objects. The MGSTO data is visualized directly into graphic elements (or symbols) and its changes and transforms can be easily reflected onto symbols. The advantage of this method is that updating maps is synchronized with database updates. Maps made by this method can be linked to the real world due to the data model of MGSTO, which has the ability to manage multi-scale features. More complex information such as relation and composition can be easily extracted from the data model of MGSTO, which can be further mapped as thematic maps. Multi-granularity features can be shown by this method. Each of these two map making methods has distinct characteristics. The first method provide mature and stable style of geographic data visualization, and it can be published online easily because it use online infrastructure provided by online mapping platforms. The second method provide map makers more freedom in map design. Users can perfect the data model of MGSTO targeting certain map making objectives. However, more algorithms such as generalization need to be developed for the data model of MGSTO. In addition, this research carries out two experiments using the same dataset to verify our methods, which demonstrates the feasibility our proposed methods.

Key words： the web electronic map; multi-granularity spatio-temporal object; object driven; data conversion; layer reorganization; feature visualization; map generation; multi-scale representation

1 引言

网络电子地图作为地图的一种类型,凭借其传播速度快、访问便捷和交互丰富等特点,深受地图用户的青睐[1-2]。它既是人们认识复杂现实世界的工具,也是描述地理空间的模型[3]。通过将现实世界进行不同程度的抽象概括,网络电子地图得以在有限的空间中表达复杂、多维、动态的现实世 界[4]。这些抽象概括方法包含各种各样的时空数据模型、地图综合算法和符号设计方法[5]。其中,时空数据模型主要经历了“关系模型”,“关系—对象模型”,以及“面向对象的时空数据模型”等阶 段[6-7]。面向对象的时空数据模型应用广泛并逐渐发展成为行业标准,该模型将现实世界抽象为点、线、面等地图要素,并将其组织成图层数据,进而生成网络电子地图[8-9]。互联网技术、大数据技术等技术的快速发展,促使用户对网络电子地图提出了更多的应用需求,也为其进一步发展提供新的机遇[10]。“如何使网络电子地图近乎实时地表达‘万物互联’的复杂现实世界?”成为地图学和地理信息科学等领域的挑战和新课题。现有的面向对象的时空数据模型将地图要素高度抽象概括,难以有效表达地理实体的多种形态、相互关系、组成复杂且动态变化等特征,因此急需一种新的模型来描述现实世界。为解决这一问题,满足人们对时空环境的认知和感知的需求,华一新等[11]提出了多粒度时空对象数据模型。该模型的提出,为应对网络电子地图新的制图需求提供了新的思路和实践经验。为应用这一建模理论,将多粒度时空对象数据模型引入到网络电子地图制图领域中,本文开展了探索性、验证性的研究。
本文旨在利用多粒度时空对象数据模型,设计并实现网络电子地图生成的方法。多粒度时空对象数据模型属于理论前沿的成果,与现有的网络地图生成技术无法兼容,因此本文在对研究现状进行分析的基础上,总结现有网络电子地图生成中的数据特点,首先提出了将多粒度时空对象数据“嫁接”到现有网络电子地图生成技术中的方法：基于图层重组的网络电子地图生成方法。在解决了兼容性问题之后,本文利用“对象化”的思想,将网络电子地图中的图元符号和对象数据直接关联绑定,设计了多粒度时空对象驱动的网络电子地图生成方法。同时,为了验证这2种方法的显示效果,采用不同技术手段实现了2种方法,并选用基础地理数据进行实验验证,证明该方法与技术可行且有效。

2 面向多粒度时空对象数据模型的 网络电子地图生成技术的提出

本文对网络电子地图生成技术的发展和现状进行了系统的梳理和分析,以期通过改进现有面向对象的时空数据模型,拓展网络电子地图的表达能力。同时对多粒度时空对象数据模型进行深入研究,探索基于该模型生成网络电子地图的途径,使该数据模型的特点转化为网络电子地图发展的突破点。

2.1 现有网络电子地图生成方法及存在问题

本文重点分析了高德地图、百度地图、谷歌地图、Mapbox和ArcGIS Online等网络地图平台,将现有的网络电子地图生成归纳为2种途径：① 直接提供地图数据并以矢量瓦片的形式传输到浏览器进行显示;② 提供开放式地图接口,用户按照接口要求组织数据,再调用地图显示功能。第①种途径生成的地图,可以满足用户一般的查询和使用功能,并且可作为一些专题地图的底图;而通过第②种方法,用户可以按照自己的需求来生成各类地图,包括地理图、地形图和专题地图。
在线地图平台生成地图时,将地理实体按照点、线和面的几何特征进行分类,然后按照要素的类型组织成图层,并生成地图瓦片。对于开放式地图接口,用户可以将自己的数据组织成图层,借助平台提供的接口进行显示。谷歌地图将用户数据作为对象化的覆盖物（overlays）进行组织,添加到地图上,高德地图和百度地图中都遵循和谷歌地图类似的概念,而Mapbox将用户的地图数据均视为图层（layer）并在地图上叠加。这些地图生成的方式具有传输快速、样式丰富等特点,但是也存在问题。
首先就是地图平台提供的数据生产周期长,更新速度慢,而且数据比较简单,难以满足不同层次的用户越来越多样化的需求。第二就是用以往的对象化数据所保留的信息过于简单,在进行特定的空间分析或制作专题地图时不容易发挥作用。尽管现有的网络地图生成方法可以追加属性数据,但当数据维度较高时维护多个属性表则十分困难。最后,矢量瓦片和要素图层的数据组织方式损失了对象的多粒度特征和时间特征。比如,某个学校的校园,它在城市地图中属于某个街区居民地的一部分;同时在大比例尺的校园地图上,它又包含多个在地图上显示为面状要素的楼宇。除此之外,学校内部院系之间的组成关系、多个学校的校际合作等关联,这些都无法在传统的数据模型中体现并服务于可视化。这些问题都可以借助于新的数据模型来解决,本研究则考虑用多粒度时空对象数据模型来实现网络电子地图的制作。

2.2 多粒度时空对象数据模型的特点和优势

多粒度时空对象数据模型[11]将现实世界实体简化和抽象为具有时空参照、空间形态、空间位置、组成结构、关联关系、属性特征、行为能力、认知能力8个方面的描述特征的多粒度时空对象,并且为记录对象的动态变化,采用版本技术对对象数据的变化状态进行存储。该模型实例化的多粒度时空对象数据则是由对象原型模板文件、对象文件、关联关系模板文件和关联关系文件4种文件组成[12],存储于关系型数据库和图数据库结合的“全空间信息系统数据库”中[13],能够保存对象的“全”数据。多粒度时空对象的特征信息不仅涵盖传统地图要素之间的静态关系（基本空间位置关系、简单属性特征关系[11]）,还包含时空实体之间复杂变化的关联关系[14]。较之于传统的对象化地图数据,该模型对地理实体的描述更为全面,因此本研究希望通过借助多粒度时空对象数据模型,实现网络电子地图的制作,包括基础地图和专题地图。

2.3 面向多粒度时空对象数据模型的网络电子地图 生成技术的提出

多粒度时空对象数据模型旨在描述“全空间”的特性,其理论和应用价值已经在过去几年里得到体现。然而现有的网络地图制图技术也非常成熟,并具有其独特的优势,本文并非横向对不同的模型和技术进行对比,而是在兼容现有网络地图生成技术的同时,发挥多粒度时空对象数据模型的优势,为将来进行广泛的专题地图或者时空数据可视化奠定基础。

3 2种面向多粒度时空对象数据模型 的网络电子地图生成方法

基于上述原则,本文提出了2种方法：① 基于图层重组的网络电子地图生成方法,其最大限度得集成了现有的网络电子地图生成技术,赋予了现有在线制图软件调用多粒度时空对象数据库的能力。② 多粒度时空对象驱动的网络电子地图生成方法,该方法将网络电子地图上的符号直接绑定到多粒度时空对象上,而无需再进行图层组织,使图元对象更加灵活且能随着需求变化要表达的数据特征。下文将对这2种方法进行具体阐述。

3.1 基于图层重组的网络电子地图生成方法

尽管多粒度时空对象数据模型有诸多特点,但基于这种模型的数据进行地图制作还需要进行深入的研究。一种思路是提供数据转换方法,使该数据模型可以应用到已有的网络电子地图生成流程中。这样做有利于集成现有的网络制图技术、降低数据管理成本。基于这种思想,本文首先考虑将多粒度时空对象数据“嫁接”到现有网络电子地图制作流程中,以“中间件”的形式设计多粒度时空对象数据和图层数据的转化接口,提出了基于图层重组的网络电子地图生成方法,其流程如图1所示。该方法涉及一系列关键技术：
图1 基于图层重组的网络电子地图生成过程

Fig. 1 Generation process of the web electronic map based on layer reorganization

（1）多粒度时空对象数据索引与获取。不同于传统网络电子地图生成中的矢量瓦片,在多粒度时空对象数据库中,实体的全部信息都存储在一个数据对象当中。为特定的制图任务生成数据涉及到 4个方面的问题：空间范围的确定、时间范围的确定、尺度（粒度）的确定和属性的确定。在获取数据时,首先要确定制图区域内要显示的对象;其次根据时间查询条件和尺度查询条件,可以从一个对象中获取该时刻和尺度下的对应版本[15]。然后从对象的版本数据中抽取空间形态特征和属性特征。在多粒度时空对象数据中,其几何特征存储在空间形态当中,但是对于某些对象（如黄河）,由于其空间跨度过大,在进行大比例尺制图的时候无需显示全部几何形态,因此还要利用空间查询,从对象的几何特征中再次抽取要显示的几何要素。最后根据属性特征,确定对象属于何种要素,或者根据属性特征制作专题地图。
（2）图层重组。不同的地图平台都提供了地图生成接口,为了使多粒度时空对象数据兼容于在线地图生成工具,需要按照相应的接口要求,将上一步获取的数据转换为以图层形式进行组织的地图要素数据。首先,根据国家标准规范[16],将筛选出的对象类归纳为地图要素类型。其次,将对象的描述特征数据中的空间位置、空间形态、组成结构等重组为几何要素;而对象类名称、对象id、对象名称、数据时间等属性特征数据转换为属性信息数据（图2）,从而完成地图要素的图层构建。图层重组完成后,制图者可以通过调用成熟的制图接口进行符号绘制,并利用地图要素的属性特征数据实现注记显示、属性显示等功能。
图2 多粒度时空对象数据向地图要素数据的转换

Fig. 2 The change of description feature data

基于图层重组的网络电子地图生成方法可以解决目前网络电子地图平台与多粒度时空对象数据不兼容的问题,实现以多粒度时空对象数据作为数据源的地图生成。现有的网络电子地图生成时所需要的数据来源非常广泛,不同的数据来源在数据结构、存储格式、空间尺度等方面都有着不同程度的差异,而接入多粒度时空对象数据则能最大限度的提升网络地图对现实世界的表达能力。这种方法虽然具有很强的实用价值,但是依然未能完全发挥出多粒度时空对象数据的优势,于是本文在满足现有网络电子地图生成的流程之后,进一步研究了直接面向对象的网络电子地图生成技术。

3.2 多粒度时空对象驱动的网络电子地图生成方法

上述方法将多粒度时空对象数据应用到网络电子地图生产领域,但其本质仍旧是将图层数据输出到网页上,而不是将单个对象实体可视化为地图符号。地图图层具有割裂对象间关系的局限性,无法充分调动“对象”与“对象”之间复杂动态的关系信息。同时,由于目前网络电子地图均是在浏览器中进行渲染并大多呈现在二维显示器上,图层之间存在压盖关系,在同数据中的单个对象符号进行可视化交互时,易出现无法精确选中和操作的问题,通常需要改变图层（同一类要素）的压盖顺序才可解决。本研究借鉴“数据驱动文档”[17]的思想,考虑将图元符号直接由数据对象驱动显示,从而使网络电子地图中的符号可以像矢量图形编辑软件中那样,由内置的方法接口进行自由操作和编辑。基于此,提出了多粒度时空对象驱动的网络电子地图生成方法,具体过程如图3所示。该方法中设计的关键技术有以下几点。
图3 多粒度时空对象驱动的网络电子地图生成过程

Fig. 3 Generation process of the web electronic map driven by multi-granularity spatio-temporal objects

（1）多粒度时空对象与符号的映射。数据可视化的本质是数据向符号的映射,地图这种空间数据可视化的形式也是如此。以往的地图生成是将复杂的空间实体高度抽象为同类的地图要素的结果,必然会过滤掉地理实体太多的细节。而在物联网和数字孪生等技术的背景下,对每一个地理实体又要求其尽可能全的信息。作为人和数据交互的界面,地图要尽可能得提供给用户一个访问对象所有信息的交互接口,于是仅仅依靠图层来展示要素并且通过关联属性表访问信息,就显得低效且不够智能。多粒度时空对象数据模型是现实世界中实体的高度还原,每一个数据对象代表着特定时空域下的实体对象,若实现地图符号与数据对象的映射,则就能反应地图符号与实体对象之间的映射,这样的地图就“活”了起来。同时,在可视化时将多粒度时空对象进行类别上的划分,按照属性相近、符号样式基本一致的要求,将对象分为几个大类,并在此基础上再次细分为若干子类,赋予对象类唯一的类型标识码,每一个子类对应于一种符号的样式,并与网络地图上的矢量符号（SVG）进行绑定,依靠对象子类的属性实时对符号进行变换。与图层不同的是,对象子类较为完整地保留了对象不同尺度下的形态数据,例如城区对象类中的单个对象在不同尺度下可能有点状形态和面状形态。针对对象子类中对象形态的不同,只需在符号化时,根据对象的形态匹配对应的符号即可。
（2）组成结构和关联关系等特征可视化。多粒度时空对象数据可以描述地理实体的多粒度特征,这也体现在对象的组成结构（父对象与子对象）和关联关系（对象和其他对象）2种特征上,例如对象组成结构层次的变化,使其所包含的空间范围粒度也随之变化[18]。在多粒度时空对象数据中可以非常快速的查询图数据,以获取对象的关联关系和组成结构关系,以展示时空对象的多粒度特征。而在传统的网络电子地图生成时,一是矢量瓦片不提供这些数据,而且利用外接数据生成关联关系非常的复杂且难以动态维护。
（3）动态特征可视化。多粒度时空对象中包含了对象的多个时间版本,因此依靠版本管理技术可以动态显示对象随时间变化的动态特征。传统的网络电子地图中,尽管可以借助动画技术来显示动态信息,或者对少量的符号进行平移变换,但是在可视化对象的轨迹（空间位置变化）,关系变化等方面存在较大难度。
多粒度时空对象直接驱动的网络电子地图,直接将对象数据同网页文档（DOM）进行了绑定,确保了经过时空查询出来的对象都能对应到一个图元符号或注记上。这种方法生成的网络电子地图较之传统方法具有如下优势：① 突破图层的局限。目前以图层进行组织的制图软件及技术,一定程度上割裂了实体之间的关联关系,在进行交互时通常需要对多个图层进行反复搜索与操作。而多粒度时空对象存贮了自身与其他对象相关联的一切信息,以其为制图数据,在进行交互时可以减少前后端的通信次数并减轻前端的计算压力。② 丰富网络电子地图表达内容。以多粒度时空对象数据直接作为制图数据,能够更好地发挥其全数据、多属性、关联性的优势,为地图提供更丰富的表达内容,满足用户更多的表达需求。③ 拓展多粒度时空对象数据模型的应用场景。该模型目前尚未形成大范围的应用,且尚未应用在网络电子地图生成中。因此,该方法的提出可以为模型在网络电子地图方面的应用提供新的思路和实践经验。

4 方法实现与地图生成实验

为验证上述两种方法的可行性和其生成网络电子地图的特点,本文用不同的技术予以实现,并针对同一数据开展了如下实验：

4.1 实验数据与开发环境

本研究所用的实验数据是2017年郑州市矢量地图数据[19],共含有郑州市主城区的居民地类、水系类、交通类等对象类中的对象1322个。为体现对象的时空属性,本研究模拟了2014、2016、2020年的数据,其空间范围均做了明显的区别。郑州市原始矢量数据来源于全国地理信息资源目录服务系统。为了体现对象的多粒度特征,在实验二中增加了多个院校对象数据[20],均为模拟数据。
本研究采用Java Script的React网络应用框架搭建地图生成平台,并利用Node.js实现了全栈开发。调试环境为Firefox浏览器和Sublime Text3编辑器共同搭建。运行环境为Window 10操作系统,硬件为i7处理器,8 GB内存。

4.2 基于MapboxGL的图层重组制图技术

本文利用MapboxGL实现了方法1（3.1）,并对实验数据开展了地图生成实验（以下简称实验1）。根据图2所示的对应关系,将多粒度时空对象数据转化为MapboxGL制图所需要的图层数据。转换好的图层数据重调MapboxGL的添加图层数据源接口（addSource）和增加图层接口（addLayer）进行可视化。为保证2组实验图层数据显示风格一致,实验定义了表1所示的显示风格。
表1 实验1的地图显示风格

Tab. 1 Customised style of maps in experiment-1

图层 渲染类型 渲染属性 渲染参数 示例
面状：居民地、水库和河流 fill paint 颜色、边线颜色等
线状：铁路、城市道路、乡道、
县道、省道和国道		 line layout、paint 颜色、宽度、线条末端线帽样式等
点状居民地 circle、symbol layout、paint 颜色、圆点半径等
注记 symbol layout、paint 内容、颜色、字体等
Mapbox GL提供属性显示功能,可以查询几何要素的属性。实验1通过将多粒度时空对象数据中的属性特征转化为图层属性,可以实现一些属性字段的读取和展示,在实验中选择对地物的对象ID、父对象、要素类国际码等属性信息进行弹窗显示,如图4所示。
图4 实验1中地图的属性查询功能

Fig. 4 Spatial query via maps in experiment-1

实验1的最终结果如图5所示,地图表达了居民地要素、水系要素和交通要素等地理要素的空间位置特征和一般的属性特征,初步实现了以多粒度时空对象数据为数据源进行地图生成的目的,验证了基于图层重组的网络电子地图生成方法的可行性,为集成现有网络制图技术提供了技术参考。
图5 基于图层重组的网络电子地图成果

Fig. 5 The web map generated with layer-reorganization method

4.3 基于D3.js的多粒度时空对象驱动制图技术

本研究利用D3.js可视化技术实现了多粒度时空对象驱动的网络地图生成方法,并对实验数据开展了实验（以下简称实验2）。本实验将数据库中的居民地类、水系类、交通类等对象大类按照属性相近、符号样式基本一致的原则,再次细分为若干子类,如表2所示。其次,结合制图范围和数据时间等查询条件提取制图数据。
表2 多粒度时空对象子类划分

Tab. 2 Division of object subclasses

对象大类 对象子类
居民地类 街区类、村庄类、地方政府类、院校类
交通类 公路类 城市道路类、乡道类、县道类、省道类、国道类
铁路类 标准轨距铁路类
水系类 水库类、河流类、湖泊类
由于D3.js较之于MapboxGL自由度更高,且内置很多数据集管理方法,因此更加适合实验2中将数据对象与图元符号绑定的思想。但由于D3.js中没有内置的地图符号绘制函数,需要依照对象类的描述特征重新进行编写。依据符号绘制的复杂度,本实验设计了简单符号绘制和复杂符号绘制两类函数。简单符号包括水库、河流、街区等对象类中面状形态和乡村对象类中点状形态的符号,对其进行绘制时,将多粒度时空对象集合绑定到单个SVG对象上。复杂符号主要包括铁路、国道等对象类中线状形态的符号,对其进行绘制时,需要组合不同的几何元素。因此,需要先为每一个数据对象分配矢量组（SVG.group）,再分别将不同的几何图元或其他标签添加到SVG.group 中,如图6所示。
图6 实验2中复杂符号绘制样例

Fig. 6 Examples of complex symbols in experiment-2

为了体现对象的多粒度特征,实验2对某大学（A）进行了可视化。A大学包含了3个学院：理学院、工学院和医学院,每个学院又由若干教学楼组成。用户可以通过在地图上选取“A大学”查询该学校的属性（图7（a））和它的组成结构（图7（b））。对象符号的粒度可随地图的尺度动态变化（图8）。随地图的放大,理学院这个对象逐渐从一个兴趣点变化成一片街区,最后展现出各个教学楼的空间分布。
图7 多粒度时空对象及其关联关系特征显示效果

Fig. 7 Display of association relationship between objects

图8 多粒度时空对象在地图的多尺度表达中表现出多粒度特点

Fig. 8 The object shows multi-granularity in multi-scale representation

实验2添加了多种交互手段以体现该市街区对象空间形态特征的动态发展变化,如高亮显示和属性弹窗（图9）。同时为体现对象的时间特征,增加了时间线控件,通过进度条可以控制不同时间版本下的城区空间形态（图10）。
图9 通过交互手段选取不同街区对象效果展示

Fig. 9 Select object-oriented blocks through interactive means

图10 主城区随时间动态发展过程效果展示

Fig. 10 The web electronic map

5 分析与讨论

2组实验分别用不同的技术对基于图层重组的网络电子地图生成方法（方法1）和多粒度时空对象驱动的网络电子地图生成方法（方法2）进行了开发实践。通过对同一组数据进行实验,本研究也发现了两种方法各自的优劣。同时结合现有的网络电子地图生成技术（以下简称已有方法）,分别从几个方面进行讨论：
显示效果：方法1是将多粒度时空对象数据进行重组并应用已有方法进行显示,因此其显示效果和已有方法基本一致。由于各个在线地图平台拥有成熟和配套的地图样式配置方案,因此其显示效果稳定。而方法2所生成的地图,由于一切要从符号配置、注记显示和制图综合各个方面进行研究,就目前而言其效果不如方法1和已有方法。如图11中展示的同一注记随着地图缩放漫游所显示的位置动态变化。但是方法2因为数据为对象化组织,更容易调度和交互。如方法1的属性显示 （图4）和方法2的属性查询（图9）,在方法2中可以通过交互选定对象,并将对象所绑定的符号进行高亮显示。而方法1中可以查询到几何要素和属性信息,但是图层的显示样式是定义好的,无法单独对图层下的对象进行高亮显示,只能添加一个包含选定对象的图层进行样式更改。
图11 同一河流不同河段的注记沿路径显示效果

Fig. 11 Annotation display of different sections of the same river

多粒度特征：实验2证明了方法2可以很好地体现地理实体的多粒度特征,同时也可以快速显示对象的关联关系和组成结构等特征。应用方法1也可以实现这种可视化效果,但是原理大为不同。由于图层数据是固定的,对于多粒度特性来说,其解决方法是为多种粒度下的形态添加多个图层,并根据地图比例尺变化显示或消隐。关联关系也可以通过创建Polyline符号添加在Mapbox地图上,而对于大量的关联关系要创建线要素图层。因此方法2更加灵活、快速。
制图综合：已有方法如Mapbox在线平台,对其自身提供的数据可以进行快速制图综合处理,但是对用户数据并不能进行有效的制图综合,方法1同理。而方法2通过读取多粒度时空对象中面向比例尺的版本,可以实现综合结果的显示,因为其不同比例尺、不同制图综合的几何形态都作为不同的版本进行了存储与管理。因此方法2具有明显的优势。

6 总结与展望

本文提出了2种面向多粒度时空对象的网络电子地图生成方法。一种是基于图层重组的网络电子地图生成方法,将多粒度时空对象数据转换为已有在线制图工具兼容的图层数据,再通过调用现有网络电子地图显示接口进行显示;另一种是多粒度时空对象驱动的网络电子地图生成方法,将多粒度时空对象与网络电子地图符号直接绑定,并进行地图生成。本研究满足了现有网络电子地图的表达功能,从技术层面突破了现有的网络电子地图生成方法割裂图层间实体关系,并且较难提高用户交互的精细化程度等局限,拓展了多粒度时空对象数据模型的应用场景,为更好地表达时空实体多种形态、相互关联、结构复杂且动态变化等特征的能力提供技术参考。未来可以将研究重点放于多尺度、多形态的网络电子地图布局优化方法和制图综合方法上,同时开展面向多粒度时空对象的专题地图生成方法研究。

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