面向网络服务的地图表达描述研究

摘　要：

摘　要：近年来，网络地图的发展非常迅速。网络地图已经成为人们获取空间信息重要工具，可以有效进行地理信息的传输和发布。目前，地图表达在网络上的应用仍存在一些不足。笔者针对网络服务中地图表达描述中的问题，从基于XML的地图表达、网络地图服务和地理数据可视化服务三个方面分析了各自的地图表达机制的特点，并为地理信息的共享和可视化提供方法。

关键词：

关键词：网络服务　地图表达　可视化服务

     近年来，网络地图发展非常迅速，越来越多的用户通过网络来获取空间信息。网络地图已成为一种有效的地理信息传输途径。地图表达是地理信息表达最直接最重要的表达方式，但目前地图表达在网络上的应用还存在着一些问题：首先，一些网络服务中的地图表达只能提供浏览、查询等功能，在地图制图方面有很大的局限性；其次，地图表达数据格式规范不够统一。本文从地理信息的地图表达描述分析入手，对网络服务中地图表达的特点和不同进行比较和分析。

1　地理信息的地图表达

1.1　图示规范与图示表达

　　图示规范由地图符号的使用规范和图形规范两部分组成(如图1)，两者分别对应于图示表达中的表达规则和表达规范。符号使用规范对地图符号所对应的地理要素特征进行分析，，符号图形规范则用于表示符号的图形参数和几何类型。

　　图示表达是一个抽象的文档，它向开发者提供一般性指导，描述一些使用图示表达要素实例的方法。符号标准(ISO19117)定义了一个以要素为中心基于几何信息和属性信息的规则描述要素实例的地图表达规则。表达信息能够根据图示表达规则的不同使用相应的图示表达规范。图示表达方法使得在同一数据集下用不同方式表达相同要素信息成为了可能[1]。

1.2　样式化图层描述（Styled Layer Descriptor，SLD）

　　在网络地图服务（Web Map Service）规范中，数据集会发布一组预先定义的可视化绘图方案。但是WMS只能告诉用户每个样式的名字，无法让用户知道地图会绘制成什么样，并且用户无法定义自己的样式规则。为了让客户端或用户能够自定义自己的样式规则，需要制定一个样式语言，以方便客户端和服务器端之间的交流和理解。WMS的样式化图层描述规范定义了符号编码如何与WMS进行关联来定义数据集的绘制[2]。

　　SLD中描述的是相似的样式信息，类似于GML的缺省样式，但是二者又有区别，区别如下[3]：不是以SVG（Scalable Vector Graphics，可缩放矢量图形）为基础，但是基于修改后的SVG语法的样式；不支持图形样式化；建立在地图图层概念的基础之上，而GML的缺省样式是建立在要素的基础上的；不支持动画效果；主要是应用于地图服务，而不是GML的地图要素显示。

　　SLD是地图表达的基础，是对图示规范的形式化描述，通过对数据集的绘制来完成表现服务，最终生成地图。

1.3　地图表达模型

　　对地理世界的描述分成内容和样式两种。内容描述的是地理要素信息，样式对应的是地图要素。地图要素算是地理要素的视觉表达。地图表达模型包含了图示表达和地图制图两个部分。

　　图示表达模块的主要功能是实现地图数据的符号化，结果表现形式为地图，他的主要过程包括表达目录、地图制图数据、表达规范以及表达服务这四个相互联系的部分[4]。地图制图模块则是使用人机交互的方式，对符号化后的地图进行相应的编辑。

2　网络服务中的地图表达研究

　　基于网络的地图制图可以动态的整合和显示在线数据，不用受数据模型、软件商家的限制。基于网络的图示表示是利用互联网技术，实现地理信息的在线地图表达。

2.1　基于XML的地图表达

　　可扩展标准语言XML在地理信息科学领域发挥着巨大的作用，专门针对地理数据描述形成了一种特殊语言——地理标识语言（GML，Geographical Markup Language）。GML以一种可以在网络上共享的方式表达地理信息。并且GML可用于描述地图图形的矢量图形标记语言（SVG，Scalable Vector Graphics），以及能够在SVG和GML之间相互转换的可扩展样式单语言（XSLT，Extensible Stylesheet Language Transformations）。

　　可扩展标准语言XML在地图制图中的应用包含两种类型：

　　一种是基于SVG的地图制图结果——地图表达。这又分成三种表现形式。一是利用XSTL把GML转换为SVG格式，对GML进行可视化，从而将符号库和表达规则融为一体。这种方法对地图符号规范有很强的依赖性，更新困难。二是现有的GIS软件与图形软件将地理信息的可视化采用SVG格式发布。三是开放地理信息联盟OGC提供的Web服务WMS，这种方法只可以对现有的地图进行查询，无法用于地图制图。

　　另外一种类型则是基于XML的地图制图过程的表达，这种类型也分成两种表现形式：一是XSLT，它能够实现不同XML语言之间的转换；二是地图制图数据标记语言MapML（Mapping Markup Language），便于地图制图[4]。

　　基于XML的地图表达模型是对图示表达机制的创新，是基于地图服务器的交互式地图发布方式的进一步发展，同时也为面向服务架构SOA的网络服务的信息传递提供统一的数据交换格式。

2.2　网络地图服务WMS

　　网络地图服务WMS是根据地理信息动态生成具有空间参考数据的地图的服务。WMS所代表的并不是地理数据本身，而是对数据绘制后的图片，可以是PNG、GIF或JPEG格式，还可以是基于矢量图形元素的格式（SVG）。

　　WMS请求的内容包括地图显示的信息、窗口显示的区域、地图所选择的坐标参考系统、输出图片的高度和宽度，以及多源数据地图图片叠加等。如图3所示，WMS通过Http Get方式发送GetMap操作请求的结果。

　　WMS可以划分为基本WMS和可查询WMS，基本WMS提供了GetCapabilities和GetMap操作，可查询WMS是在基本WMS的基础上提供GetFeatureInfo操作[5]。为了提高地图服务的性能，OGC还提出了网络地图瓦片服务（Web Map Tile Service，WMTS），定义了GetCapabilities，GetTile和GetFeatureInfo等操作，通过在服务器端预先生产地理数据瓦片提高服务响应速度。

　　网络地图服务也是一种基于XML的地图表达模型，并且具有OGC指定的标准服务规范，是开源地理信息发展所采用的主流形式。同时，WMS为网络覆盖服务（WCS，Web Coverage Service）和网络要素服务（WFS，Web Feature Service）提供前端数据可视化服务。但网络地图服务只能提供浏览、查询功能，不能完成对制图数据的编辑操作，所以不能用于地图制图。

2.3　地理数据可视化服务

　　地理数据可视化服务主要针对的是地理要素的符号化服务。它不仅包括WMS所提供的二维可视化地图表达服务，也包括基于虚拟地球技术的三维可视化服务。针对地图符号可视化共享的需求，ISO/TC211制定了ISO19117标准。该标准定义了基于可视化描述规则的地理信息可视化机制。

　　ISO19117地理信息图示标准定义了一种地理信息绘制模式，主要包括描述符号的方法和从通用模式到应用模式的映射。但它只提供了地图符号的标准化，并没有详细描述地理符号编码的具体实现。一般而言，一个绘制模式包括三个主要部分来定义基本的绘制操作，即绘制服务、绘制目录包合绘制规范包。绘制服务主要用来对要素实例进行符号化；绘制目录包定义绘制规则，规则对绘制服务如何调用绘制操作的行为进行了定义；绘制规范包则定义了符号化所需要的参数[6]。OGC也对网络地图接口实现规范进行了定义。根据OGC给出的定义，这种空间信息可视化方式主要包含四个基本过程——查询、生成、扩展和显示。查询是指根据用户的请求从原始数据集中获取需要的数据；生成，是指把查询得到的数据结果组合生成一个显示元素序列；扩展，又称为成形，是将得到的显示元素序列声称得到最终的地图结果；最后的显示部分则是将地图呈现到数据终端进行实现地图显示。

　　地理数据可视化服务的可视化形式多种多样，包括栅格地图、矢量地图、三维地图和虚拟地理环境等，它可以根据用户的显属需求，通过基础数据即时呈像。整个流程囊括了数据选取、组织、可视化等一系列流程，能够满足用户的综合需求。比较成功的数据可视化服务有Google地图服务、国家地理信息公共服务平台“天地图”等。

3　总结

　　本文主要从图示规范与图式表达、样式化图层描述和地图表达三个方面，引出网络服务中地图表达的几种方式。基于XML的地图表达主要是采用国际通用标准，实现地理信息的分布式共享和互操作，为网络服务中地理数据传输提供基础支撑。网络地图服务是最常见的地图表达方式，根据用户的请求返回所需的地图，但受于其功能的局限性，只能浏览、查询，不符合常见的地图表达模式（图式表达+地图制图）。地理数据可视化服务是对网络地图服务的进一步扩充，不仅实现栅格地图和矢量地图的可视化，还能提供三维模型和虚拟地理环境的可视化，丰富了网络服务中地图表达的描述方式。