摘 要：本文研究了Mobile SVG的移動(dòng)GIS數(shù)據(jù)可視化方法與實(shí)現(xiàn)的可行性，通過GIS數(shù)據(jù)可視化方法，結(jié)合顯示對(duì)象轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和地圖符號(hào)的可視化表達(dá)對(duì)Mobile SVG的地理數(shù)據(jù)可視化表達(dá)方式經(jīng)行分析。Mobile SVG能夠帶來一些傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)可視化方法無法提供的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明，Mobile SVG解決了柵格地圖數(shù)據(jù)量大和縮放失真問題，實(shí)現(xiàn)了地圖數(shù)據(jù)的矢量化表達(dá)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)GIS Mobile SVG 可視化

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（a）-0021-03

GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)[1]。

隨著技術(shù)進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⒎?wù)需求也不斷增加，急切要求一種具有移動(dòng)性能且能夠以任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何設(shè)備方式進(jìn)行工作的GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）。在此背景下，移動(dòng)地理信息系統(tǒng)（Mobile GIS，MGIS）破土而生，近幾年也得到了快速發(fā)展。

移動(dòng)GIS是建立在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境、有限處理能力的移動(dòng)終端條件下，提供移動(dòng)中的、分布式的、隨遇性的移動(dòng)地理信息服務(wù)的GIS[2]。

移動(dòng)GIS系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)是其要解決的首要問題。目前地理數(shù)據(jù)可視化表達(dá)主要有兩種方式：矢量化圖形和柵格圖像。

矢量化表達(dá)方式的優(yōu)點(diǎn)是地圖不失真、數(shù)據(jù)量小，缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜和需要終端具有很強(qiáng)的圖形處理能力。柵格圖像表達(dá)方式的優(yōu)點(diǎn)是容易操作和實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大和地圖操作有可能產(chǎn)生失真現(xiàn)象。

SVG（Scalable Vector Graphics，可擴(kuò)展矢量圖形）是一種以XML為基礎(chǔ)規(guī)范，描述矢量圖形和矢量/點(diǎn)陣混合圖形的標(biāo)記語言。根據(jù)移動(dòng)智能設(shè)備的特點(diǎn)，W3C組織在SVG規(guī)范的基礎(chǔ)上開發(fā)了適應(yīng)移動(dòng)智能設(shè)備的Mobile SVG基本規(guī)范，它含有兩個(gè)子集：Mobile SVG Basic—— 用于高端移動(dòng)智能設(shè)備圖形表達(dá)和Mobile SVG Tiny——用于低端移動(dòng)智能設(shè)備圖形表達(dá)。

本文正是基于Mobile SVG Tiny這種矢量圖形的可視化技術(shù)，來研究移動(dòng)GIS地理數(shù)據(jù)的可視化方法。

1 移動(dòng)終端GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

由于地理數(shù)據(jù)本身的特殊性和可視化需求，需要將其轉(zhuǎn)換到移動(dòng)終端顯示設(shè)備可輸出的圖形/圖像格式；其中包含可顯示地圖對(duì)象的轉(zhuǎn)換，和地圖坐標(biāo)與顯示屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

1.1 顯示對(duì)象轉(zhuǎn)換

移動(dòng)地理信息系統(tǒng)的物理載體—— 移動(dòng)智能終端可顯示對(duì)象有：圖形對(duì)象、文字、圖像和標(biāo)記等，通過Mobile SVG中對(duì)相應(yīng)對(duì)象進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如表1。

折線、面、矩形、文字、圖形、圓形、直線等都有對(duì)應(yīng)的圖形/圖像標(biāo)記元素進(jìn)行表達(dá)。圖像用image標(biāo)記描述，image屬性含：圖像左上角坐標(biāo)（x，y）、圖像高度height、圖像寬度width和超鏈接xlink：href。地圖標(biāo)記用symbol表達(dá)，symbol必須與use一起使用；symbol用來定義標(biāo)記，use用來渲染symbol對(duì)象[3]。

1.2 地圖坐標(biāo)與顯示屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換坐標(biāo)是空間實(shí)體對(duì)象位置的描述，就是從一種坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一種坐標(biāo)系統(tǒng)的過程。可以通過建立兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)之間一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的算法來實(shí)現(xiàn)。是各種比例尺地圖測(cè)量和編繪中建立地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)必不可少的步驟。

我國常用的大地坐標(biāo)系統(tǒng)有：1954年北京坐標(biāo)系、1980年西安坐標(biāo)系、WGS84坐標(biāo)系、ITRF坐標(biāo)框架和地方坐標(biāo)系統(tǒng)等[4]。

Mobile SVG圖形/圖像對(duì)象的坐標(biāo)系統(tǒng)屬于二維平面坐標(biāo)系。它與笛卡爾平面坐標(biāo)系不同的是y軸向下。（如圖1）

地圖數(shù)據(jù)在移動(dòng)終端進(jìn)行平面直接將地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到Mobile SVG的坐標(biāo)是不合適的，它需要按照數(shù)學(xué)法則將地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地圖平面坐標(biāo)，再將地圖平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到Mobile SVG坐標(biāo)。地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地圖平面坐標(biāo)有很多投影變換算法，不再贅述。

Mobile SVG圖形坐標(biāo)與地圖平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法見公式1。其中，（Xs，Ys）是Mobile SVG圖形坐標(biāo)，（Xg，Yg）為地圖平面坐標(biāo)，Scale是地圖縮放比例，（Xs_c，Ys_c）為Mobile SVG圖形中心坐標(biāo)，（Xg_c，Yg_c）為地圖中心坐標(biāo)。

（1）

2 移動(dòng)GIS數(shù)據(jù)對(duì)象的可視化表達(dá)

2.1 用Mobile SVG表達(dá)地圖符號(hào)

根據(jù)符號(hào)的幾何特征，地圖符號(hào)主要分為點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)[5]。

Mobile SVG不是專為地圖表達(dá)制定的規(guī)范的，并沒有預(yù)先定義常用的地圖符號(hào)。如要使用Mobile SVG表達(dá)地圖，必須自行設(shè)計(jì)地圖符號(hào)。

（1）點(diǎn)狀符號(hào)。

點(diǎn)狀符號(hào)的定位點(diǎn)表示物體的位置，其形狀或顏色的色相來表示物體的含義。Mobile SVG中沒有地圖點(diǎn)狀符號(hào)元素，只能用Mobile SVG元素或元素組合來表達(dá)地圖里的點(diǎn)狀符號(hào)。圖2是一些點(diǎn)狀符號(hào)的設(shè)計(jì)示例。

可以用Mobile SVG的symbol元素來定義要顯示的點(diǎn)狀符號(hào)的形狀、樣式和色彩等，再用use元素來渲染和定位。代碼如下：

......

......

......

代碼中的“…”是自定義元素本身，每個(gè)自定義元素必須有id屬性，因?yàn)閡se是根據(jù)id來渲染自定義元素?！?defs>…”用來聲明自定義元素，在它的內(nèi)部進(jìn)行嵌套自定義元素，可以嵌套多個(gè)。

由于Mobile SVG Tiny不支持symbol元素的渲染，還可以用“…”定義點(diǎn)狀符號(hào)。示例如下：

......

......

......

（2）線狀符號(hào)。

線狀符號(hào)的形狀或顏色的色相表示物體的類別，符號(hào)的中心線表示物體的位置；它有自己的方向性，并且與地圖的比例尺有關(guān)。線狀符號(hào)有單線、雙線、虛線以及點(diǎn)線之分。線狀符號(hào)能夠表達(dá)事物的形狀、彎曲程度及延伸方向。

Mobile SVG用直線—— line和折線——polyline來表達(dá)線狀元素；他們的樣式可以用CSS進(jìn)行定義。復(fù)雜的地圖線狀符號(hào)要借助元素組合來表達(dá)。線狀符號(hào)的Mobile SVG設(shè)計(jì)示例如圖3。

圖3中，鐵路線型需要兩個(gè)線元素組合描述，高速公路線型是三個(gè)線元素組合描述的，等高線型由單個(gè)線元素描述。代碼示例如下。

......

......

（3）面狀符號(hào)。

面狀符號(hào)用顏色的色相、亮度、飽和度等表示物體的性質(zhì)，通過其外圍輪廓線來表示物體的分布范圍。

Mobile SVG用polygon表達(dá)面狀地圖元素。規(guī)則的面狀元素如矩形、圓形等可以分別用rect、circle等來描述。圖4是一些面狀符號(hào)設(shè)計(jì)示例。

如在面狀符號(hào)內(nèi)填充圖案，就需要自定義圖案。對(duì)于不需要填充圖案的面狀符號(hào)，可以用polygon直接表達(dá)。代碼示例如下。

......

patternUnits="userSpaceOnUse"

viewBox="0 0 10 10" >

x="213" y="20" height="50" width="35"

id="rect_id" />

......

2.2 地圖渲染與數(shù)據(jù)解析

移動(dòng)終端業(yè)務(wù)應(yīng)答數(shù)據(jù)封裝在XML中，需要專門的XML解析器進(jìn)行解析數(shù)據(jù)。XML文檔解析的接口目前主要有三種。

（1）SAX。

（2）XPP。

（3）DOM。

XPP是最近開發(fā)的，只能適當(dāng)支持XML文檔的子集但不提供驗(yàn)證的任何支持。它具有尺寸小的優(yōu)勢(shì)。SAX是XML分析器和XML處理器提供的較XML更底層的接口。SAX通過事件驅(qū)動(dòng)來識(shí)別XML文檔的內(nèi)容，即當(dāng)它在XML文檔中發(fā)現(xiàn)特殊符號(hào)時(shí)，它就會(huì)觸發(fā)相關(guān)的事件。DOM不僅提供了對(duì)存儲(chǔ)在內(nèi)存中的XML文檔的一個(gè)完全的表示，也提供了隨機(jī)訪問整個(gè)文檔的方法。與DOM相比，SAX對(duì)內(nèi)存的需求要少得多，可認(rèn)為其是一個(gè)輕量級(jí)的接口集合。

需要從移動(dòng)地理信息系統(tǒng)的實(shí)際情況出發(fā)來選擇解析XML解析器和相對(duì)的解析接口。移動(dòng)終端采用XPP編程接口對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)答數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，利用KXML2解析器。

解析器可以從業(yè)務(wù)應(yīng)答數(shù)據(jù)提取出屬性數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)等。

Mobile SVG渲染地圖模塊調(diào)用Java ME可選包JSR226 API。Mobile SVG的渲染順序是先定義的先渲染。圖5是渲染流程。

3 結(jié)論

Mobile SVG可以實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的矢量化表達(dá)，解決了柵格地圖數(shù)據(jù)量大、縮放失真等缺點(diǎn)。Mobile SVG矢量化地圖數(shù)據(jù)的可視化方法也有客戶端圖形渲染時(shí)間較長(zhǎng)等缺點(diǎn)?？刂菩桎秩緢D形元素?cái)?shù)量是減少圖形渲染時(shí)間的有效手段?？刹捎脠D層控制顯示方法在移動(dòng)終端完成Mobile SVG地圖可視化。將地圖要素按種類分層（如道路層、綠地層等），在地圖顯示之前，用戶選擇需要渲染的圖層，確定顯示元素，即是圖層控制；也即若用戶不需要顯示某些圖層要素，則不進(jìn)行客戶端渲染；這樣就可以大大減少圖形渲染時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

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