瓦片数据快速可视化研究及在林区地图服务中的应用
发布时间：2021-07-27 23:03
在地理信息系统（Geographic Information System,GIS）中,瓦片地图服务是空间数据可视化过程中最基础与核心的地图服务模式。面对海量多源的空间数据,传统可视化方法难以兼顾空间数据渲染精度和渲染性能,地图瓦片可视化速度慢,系统资源占用高,限制了地图服务集成与应用。本研究提出瓦片数据快速可视化方法,探索利用地图瓦片数据模型,结合瓦片内存缓存策略,优化瓦片数据组织管理和内存利用,提高地图瓦片可视化效率。本研究从瓦片数据组织管理模型、内存瓦片缓存结构和缓存替换策略三个方面入手,优化瓦片地图服务性能。第一,通过设计地图瓦片组织管理技术,为其可视化提供高效数据支持。提出自适应分辨率矢量瓦片构造算法,结合Z-Index索引,实现矢量瓦片高效组织管理。同时,使用预加载和地图包两种缓存方式,提升不同网络状态下的瓦片数据请求效率。实验表明,上述方式可以在保证要素绘制效果的同时,减少矢量瓦片数据冗余,使数据量更均衡,请求加载效率更高,为实现大规模矢量数据快速可视化提供新的解决思路。第二,针对空间上呈现集聚分布的地图瓦片数据,依据瓦片空间自相关系数,设计邻域瓦片集群缓存结构。实验表明...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维空间Z曲线填充变分辨率矢量瓦片示意图
2地图瓦片组织管理技术15Z-Index索引是一种重要的空间映射方法，能够在保留瓦片空间聚集拓扑关系的基础上，将二维空间中的瓦片索引映射至1维空间（聂云峰等，2012）。具体的构造过程是首先在网格中构造Z曲线，再沿着Z曲线的方向对网格排序编码，在二维空间中，任意瓦片单元t的二进制索引为：121222G,nnXXXXXYYYYY1010（2-5）则该瓦片的Z值即为在Z曲线上的位序：112212Z-IndexnnXYXYXYYtX100（2-6）然后按各矢量瓦片的Z值，升序相连即为二维空间Z曲线，二维空间Z曲线填充如图2.5所示。瓦片索引应用8字节长整型存储Z-Index值，采用二进制形式的瓦片编码方式，其码位分配如图2.6所示，其中前5位为缩放级别位，可表示的缩放级别为0-31级；后58位可存储瓦片在格网矩阵中的Z-Index索引，最大范围可表示292922的格网矩阵，完全满足瓦片地图服务应用需求。ZInd(Z,X,Y)数据检索效率要优于格网索引TileID=(Z,X,Y)。图2.5二维空间Z曲线填充变分辨率矢量瓦片示意图Figure2.5SchematicdiagramofvariableresolutionvectortilesfilledwithZcurvein2Dspace图2.6Z-Index编码示意图Figure2.6Z-Indexcodingdiagram自适应分辨率矢量瓦片剖分虽然破坏了矢量要素的完整性，但是在矢量瓦片内部，全图幅矢量要素索引FtID依旧可以作为矢量要素的索引，可唯一确定图层中的矢量
瓦片数据快速可视化研究及在林区地图服务中的应用16要素，使得被格网分割的矢量要素可以通过FtID索引与属性数据库属性关联，即使同一视角下不同尺度的分辨率矢量瓦片也可以通过FtID索引实现拓扑链接和属性归并，矢量瓦片内部要素索引逻辑如图2.7所示。其中，在点、线、面等要素切割过程中难免会生成的新的边界节点，在相邻瓦片层级的条件下，这些节点基本不影响显示效果，在要素的合并过程中却发挥着至关重要的作用，此时可以选择性的结合FtID索引，对于位于裁剪边界上的一对中断点，采取缓冲区分析的方法执行要素合并操作，修复瓦片边界裁剪对要素完整性的破坏，光滑裁剪处的要素构造。图2.7矢量瓦片内部要素索引逻辑模型示意图Figure2.7Schematicmodelofvectortileinternalelementindexlogicmodel2.4地图瓦片多级缓存结构为配合后文将介绍的地图瓦片内存缓存策略，在此提出基于“内存-地图瓦片文件”双缓存的瓦片数据缓存方案，设计方案如图2.8所示。在磁盘中，地图瓦片文件缓存提供在线预加载和离线地图包等缓存方式。在网络条件允许的情况下，在线预加载缓存机制能够充分利用网络请求的空窗期，可以将预先下载可视域范围附近的地图瓦片数据并缓存至本地备用，命中请求可直接从本地获取瓦片数据，大幅提高地图瓦片的请求效率。同时，本地离线地图包也可将新请求的地图瓦片数据备份至本地地图包中，在网络质量较差的情况下，地图包可替代网络下载，实现空间数据的离线获龋图2.8地图瓦片多级缓存结构示意图Figure2.8Multi-leveltilecachestructurediagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种二三维联动地理信息系统的实现[J]. 唐昊,刘建波,葛双全,成勋,张亚林,孟德壮. 科学技术与工程. 2019(32)
[2]ArcGIS与91卫图助手软件结合在永平县新一轮退耕还林工作中的应用[J]. 马晓伟,施俊美. 林业调查规划. 2019(06)
[3]基于Google Earth Engine的红树林年际变化监测研究[J]. 刘凯,彭力恒,李想,谭敏,王树功. 地球信息科学学报. 2019(05)
[4]煤矿一张图数据均衡非均匀矢量瓦片构建研究[J]. 苏颖,李梅,智宁,毛善君. 煤炭科学技术. 2019(10)
[5]多源数据分布式森林资源监测平台研建[J]. 陈伟,孙永涛,洪奕丰,马秀,郑炳斌. 华东森林经理. 2019(02)
[6]基于GIS技术的哈尔滨市内林业资源调查一体化平台研究[J]. 李新颖. 科技通报. 2018(12)
[7]一种稠稀矢量瓦片的构建方法[J]. 韩超伟,史绍雨,韩晓冬,汪汇兵,欧阳斯达. 测绘科学技术学报. 2018(06)
[8]地球大数据科学工程[J]. 郭华东. 中国科学院院刊. 2018(08)
[9]全国林地“一张图”高性能地图瓦片服务技术研究[J]. 罗鹏,许等平,任怡. 中南林业科技大学学报. 2018(07)
[10]矢量瓦片支持下的在线交互可视化工具设计与实现[J]. 宋磊,霍亮,方敏,鲍鹏,王锐,王金地. 测绘通报. 2018(04)
硕士论文
[1]影像重采样GPU并行实现及瓦片缓存策略优化研究[D]. 张婷婷.浙江大学 2018
[2]移动GIS中空间数据快速可视化研究[D]. 高文灵.北京林业大学 2018
[3]基于一种改进缓存替换算法的校园电子地图研究[D]. 史孝国.山东大学 2015
[4]县级林地年度变更信息管理系统研究[D]. 聂雄.中南林业科技大学 2015
[5]空间自相关分析方法与应用研究[D]. 龙良辉.昆明理工大学 2015
[6]基于数字地球的海量场景数据实时调度与绘制技术[D]. 董来稳.电子科技大学 2015
[7]基于数字地球的大规模矢量数据三维实时绘制技术[D]. 杨泉.国防科学技术大学 2012
[8]三维数字地球构建关键技术研究[D]. 李晶.电子科技大学 2012
本文编号：3306714
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维空间Z曲线填充变分辨率矢量瓦片示意图
2地图瓦片组织管理技术15Z-Index索引是一种重要的空间映射方法，能够在保留瓦片空间聚集拓扑关系的基础上，将二维空间中的瓦片索引映射至1维空间（聂云峰等，2012）。具体的构造过程是首先在网格中构造Z曲线，再沿着Z曲线的方向对网格排序编码，在二维空间中，任意瓦片单元t的二进制索引为：121222G,nnXXXXXYYYYY1010（2-5）则该瓦片的Z值即为在Z曲线上的位序：112212Z-IndexnnXYXYXYYtX100（2-6）然后按各矢量瓦片的Z值，升序相连即为二维空间Z曲线，二维空间Z曲线填充如图2.5所示。瓦片索引应用8字节长整型存储Z-Index值，采用二进制形式的瓦片编码方式，其码位分配如图2.6所示，其中前5位为缩放级别位，可表示的缩放级别为0-31级；后58位可存储瓦片在格网矩阵中的Z-Index索引，最大范围可表示292922的格网矩阵，完全满足瓦片地图服务应用需求。ZInd(Z,X,Y)数据检索效率要优于格网索引TileID=(Z,X,Y)。图2.5二维空间Z曲线填充变分辨率矢量瓦片示意图Figure2.5SchematicdiagramofvariableresolutionvectortilesfilledwithZcurvein2Dspace图2.6Z-Index编码示意图Figure2.6Z-Indexcodingdiagram自适应分辨率矢量瓦片剖分虽然破坏了矢量要素的完整性，但是在矢量瓦片内部，全图幅矢量要素索引FtID依旧可以作为矢量要素的索引，可唯一确定图层中的矢量
瓦片数据快速可视化研究及在林区地图服务中的应用16要素，使得被格网分割的矢量要素可以通过FtID索引与属性数据库属性关联，即使同一视角下不同尺度的分辨率矢量瓦片也可以通过FtID索引实现拓扑链接和属性归并，矢量瓦片内部要素索引逻辑如图2.7所示。其中，在点、线、面等要素切割过程中难免会生成的新的边界节点，在相邻瓦片层级的条件下，这些节点基本不影响显示效果，在要素的合并过程中却发挥着至关重要的作用，此时可以选择性的结合FtID索引，对于位于裁剪边界上的一对中断点，采取缓冲区分析的方法执行要素合并操作，修复瓦片边界裁剪对要素完整性的破坏，光滑裁剪处的要素构造。图2.7矢量瓦片内部要素索引逻辑模型示意图Figure2.7Schematicmodelofvectortileinternalelementindexlogicmodel2.4地图瓦片多级缓存结构为配合后文将介绍的地图瓦片内存缓存策略，在此提出基于“内存-地图瓦片文件”双缓存的瓦片数据缓存方案，设计方案如图2.8所示。在磁盘中，地图瓦片文件缓存提供在线预加载和离线地图包等缓存方式。在网络条件允许的情况下，在线预加载缓存机制能够充分利用网络请求的空窗期，可以将预先下载可视域范围附近的地图瓦片数据并缓存至本地备用，命中请求可直接从本地获取瓦片数据，大幅提高地图瓦片的请求效率。同时，本地离线地图包也可将新请求的地图瓦片数据备份至本地地图包中，在网络质量较差的情况下，地图包可替代网络下载，实现空间数据的离线获龋图2.8地图瓦片多级缓存结构示意图Figure2.8Multi-leveltilecachestructurediagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种二三维联动地理信息系统的实现[J]. 唐昊,刘建波,葛双全,成勋,张亚林,孟德壮. 科学技术与工程. 2019(32)
[2]ArcGIS与91卫图助手软件结合在永平县新一轮退耕还林工作中的应用[J]. 马晓伟,施俊美. 林业调查规划. 2019(06)
[3]基于Google Earth Engine的红树林年际变化监测研究[J]. 刘凯,彭力恒,李想,谭敏,王树功. 地球信息科学学报. 2019(05)
[4]煤矿一张图数据均衡非均匀矢量瓦片构建研究[J]. 苏颖,李梅,智宁,毛善君. 煤炭科学技术. 2019(10)
[5]多源数据分布式森林资源监测平台研建[J]. 陈伟,孙永涛,洪奕丰,马秀,郑炳斌. 华东森林经理. 2019(02)
[6]基于GIS技术的哈尔滨市内林业资源调查一体化平台研究[J]. 李新颖. 科技通报. 2018(12)
[7]一种稠稀矢量瓦片的构建方法[J]. 韩超伟,史绍雨,韩晓冬,汪汇兵,欧阳斯达. 测绘科学技术学报. 2018(06)
[8]地球大数据科学工程[J]. 郭华东. 中国科学院院刊. 2018(08)
[9]全国林地“一张图”高性能地图瓦片服务技术研究[J]. 罗鹏,许等平,任怡. 中南林业科技大学学报. 2018(07)
[10]矢量瓦片支持下的在线交互可视化工具设计与实现[J]. 宋磊,霍亮,方敏,鲍鹏,王锐,王金地. 测绘通报. 2018(04)
硕士论文
[1]影像重采样GPU并行实现及瓦片缓存策略优化研究[D]. 张婷婷.浙江大学 2018
[2]移动GIS中空间数据快速可视化研究[D]. 高文灵.北京林业大学 2018
[3]基于一种改进缓存替换算法的校园电子地图研究[D]. 史孝国.山东大学 2015
[4]县级林地年度变更信息管理系统研究[D]. 聂雄.中南林业科技大学 2015
[5]空间自相关分析方法与应用研究[D]. 龙良辉.昆明理工大学 2015
[6]基于数字地球的海量场景数据实时调度与绘制技术[D]. 董来稳.电子科技大学 2015
[7]基于数字地球的大规模矢量数据三维实时绘制技术[D]. 杨泉.国防科学技术大学 2012
[8]三维数字地球构建关键技术研究[D]. 李晶.电子科技大学 2012
本文编号：3306714
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3306714.html
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