何鵬舉

（1.福建省基礎(chǔ)地理信息中心，福建 福州 350002）

天地圖大規(guī)模標注顯示的探討

何鵬舉1

（1.福建省基礎(chǔ)地理信息中心，福建 福州 350002）

對現(xiàn)有興趣點數(shù)據(jù)的查詢顯示進行分析，在后端采用空間索引技術(shù)，以加快數(shù)據(jù)的查詢效率，在前端根據(jù)瓦片范圍異步加載顯示興趣點，以減少用戶等待的時間。該方案不僅能減少用戶操作電子地圖的等待時間，還能提供興趣點詳細信息的交互查詢，有效提升用戶體驗。該方案已應(yīng)用于天地圖·福建的專題地圖模塊，應(yīng)用效果良好。

地圖標注；天地圖；空間索引；Ajax

天地圖為公眾和企業(yè)提供了權(quán)威、可信、統(tǒng)一的地理信息服務(wù)，這些服務(wù)所提供的數(shù)據(jù)詳細程度高、數(shù)據(jù)量大，要在瀏覽器端進行展示就要考慮顯示的效率問題。作為底圖的切片數(shù)據(jù)只在當前視圖范圍內(nèi)顯示少量圖片，在顯示效率上不存在問題。而作為查詢結(jié)果所顯示的興趣點若需要全部顯示，則可能在進行一次查詢后進行大量繪制工作。在現(xiàn)有的實現(xiàn)中，考慮到一次性加載所有興趣點會造成不支持HTML5規(guī)范的低版本瀏覽器（如Internet Explorer 8及其先前版本）無法響應(yīng)的問題[1]，所以采用了顯示當前分頁興趣點的方式。該方式不能全面展示興趣點的分布情況，容易影響到用戶查找所需信息的效率，在用戶體驗上不能夠滿足需求。天地圖作為面向公眾的地圖網(wǎng)站，需要追求優(yōu)良的用戶體驗，同時對于主流瀏覽器應(yīng)具有良好的支持，因此本文對在主流瀏覽器上同時顯示大量標注的方案進行研究。

1 提高繪制標注效率的方案

在測試標注顯示效率的過程中可以發(fā)現(xiàn)，在瀏覽器中一次性顯示幾十個點時對效率的影響并不明顯，而增加測試數(shù)據(jù)到成百上千個點時性能就會迅速下降。這是由于每個標注的DOM元素內(nèi)容較為復(fù)雜，通常包含了前景、陰影、可點擊區(qū)域等。因此加載大量點時就需要耗費大量的資源，這種現(xiàn)象在低版本的瀏覽器中尤其突出。要解決瀏覽器的效率問題，可以從單次操作中所加載點的數(shù)量或簡化DOM元素入手，而簡化DOM元素容易導(dǎo)致程序交互能力的下降，因此本文采用了前一種方案。要控制單次操作中加載點的數(shù)量，通常使用的是減少所要顯示點數(shù)量的方法，選擇顯示重要的興趣點或?qū)σ欢ǚ秶鷥?nèi)的點進行聚合[2]。這樣的辦法在顯示效率上更有優(yōu)勢，但需以犧牲顯示細節(jié)來達成。

本文通過控制單次操作所加載點的數(shù)量，將所要查詢的興趣點數(shù)據(jù)分別保存為2種格式：一種是只包含興趣點數(shù)據(jù)的切片，用于在用戶查詢時快速地顯示興趣點的分布狀況；另一種是保存在數(shù)據(jù)庫中的矢量數(shù)據(jù)，在用戶在某個區(qū)域進行詳細信息的查詢操作時，才從數(shù)據(jù)庫中獲取屬性并繪制DOM元素。

該方式在最初加載地圖的時候只使用服務(wù)端傳輸?shù)娇蛻舳说臉俗Ⅻc切片，然后在用戶將鼠標移動地圖上時，客戶端就向服務(wù)器請求鼠標所在切片及其周圍切片的標注點數(shù)據(jù)。這種方法直觀地體現(xiàn)興趣點的地理分布，同時在用戶交互體驗上還能接近已經(jīng)加載了所有標注點。本文選取這種方法進行研究。

2 技術(shù)實現(xiàn)

本文將實現(xiàn)分解為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和表現(xiàn)層3個獨立的部分[3]。實現(xiàn)的具體內(nèi)容如圖1。

圖1 技術(shù)實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)層實現(xiàn)

以福州市部分興趣點為實驗數(shù)據(jù)源，包含以Shape文件形式存儲的興趣點和注記數(shù)據(jù)。其中興趣點數(shù)據(jù)需要處理成為切片格式，用于發(fā)布服務(wù)。查詢注記的位置和屬性信息時，服務(wù)器端可能有大量并發(fā)訪問。為了提升查詢效率，首先需要將Shape文件錄入到數(shù)據(jù)庫中，然后為幾何字段建立空間索引，并將注記表及其空間范圍表關(guān)聯(lián)的ID字段設(shè)置為主鍵。

注記由符號和文字組成，在符號化過程中，符號和文字的范圍相互關(guān)聯(lián)，通常符號在文字的左邊。同時在不同的比例尺下需要權(quán)衡注記的位置，以免出現(xiàn)相互覆蓋的情況[4]。為了減輕客戶端和服務(wù)端的計算壓力，在錄入數(shù)據(jù)的同時就根據(jù)當前級別分辨率、符號大小、注記文字長度計算出注記符號和文字的范圍，將得到的范圍存入另外一張與注記表具有相同ID字段的表中，供查詢時直接讀取并繪制。

2.2 服務(wù)層實現(xiàn)

服務(wù)端根據(jù)客戶端所需要的請求方式，以REST方式實現(xiàn)興趣點和注記查詢[5,6]。首先，客戶端需要根據(jù)切片范圍請求興趣點和注記信息，若要顯示興趣點的詳細信息，還需要根據(jù)興趣點的ID進行查詢。主要實現(xiàn)描述的服務(wù)如表1。

表1 興趣點服務(wù)和注記服務(wù)

在興趣點和注記的查詢過程中都涉及到空間范圍的查詢，該查詢的效率也對客戶端的響應(yīng)時間有巨大的影響。為了提高查詢效率，需在之前所建索引的基礎(chǔ)上采用高效的查詢算法。本文在數(shù)據(jù)層中所使用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為Oracle，因此在算法上直接采用Oracle Spatial的空間操作函數(shù)[7]。首先使用服務(wù)中傳入的xMin、yMin、xMax、yMax 4個參數(shù)，得到一個矩形的左下角和右上角這2個點，以這2個點構(gòu)造一個類型為SDO_GEOMETRY的Oracle Spatial矩形對象，然后就可以使用Oracle Spatial的SDO_INSIDE函數(shù)來判斷興趣點是否落在這個矩形范圍內(nèi)。

由于查詢結(jié)果只返回所有興趣點中的一小部分，因此應(yīng)該在數(shù)據(jù)庫端完成數(shù)據(jù)的查詢過濾，以避免大量數(shù)據(jù)在服務(wù)層和數(shù)據(jù)層之間傳輸，減小對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)造成的壓力。服務(wù)層主要負責從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)并向客戶端返回，占用的服務(wù)器資源并不多，查詢過程中的運算壓力集中在數(shù)據(jù)層。若在并發(fā)量大時查詢效率出現(xiàn)問題，可以對數(shù)據(jù)庫的性能進行診斷，從而進一步優(yōu)化。

2.3 表現(xiàn)層實現(xiàn)

客戶端主要實現(xiàn)用戶鼠標位置的監(jiān)聽、切片范圍內(nèi)標注信息的獲取、繪制和標注信息的管理。主要實現(xiàn)圖2中的步驟。

1）鼠標位置監(jiān)聽，確定用戶鼠標的位置是否落在地圖上。若是，則計算鼠標位置所在的緩存切片號。

2）確定鼠標所在緩存切片號以后，再對該切片范圍內(nèi)是否已經(jīng)請求過標注數(shù)據(jù)進行判斷。若沒有請求過，就向服務(wù)端請求切片范圍內(nèi)的標注數(shù)據(jù)。為了具有更好的用戶體驗，客戶端采用Ajax的請求方式，使客戶端在發(fā)出請求以后，用戶界面還能夠?qū)τ脩舻钠渌僮髯鞒鲰憫?yīng)。

3）在請求數(shù)據(jù)后，地圖還需要響應(yīng)用戶鼠標移動到標注點上的事件。在鼠標沒有移動到切片上時，地圖只顯示標注點的切片數(shù)據(jù)，隱藏矢量數(shù)據(jù)。而若鼠標移動到了標注點位置，則顯示矢量數(shù)據(jù)，并處理相關(guān)的點擊事件。

4）由于用戶操作過程中需要不斷請求標注數(shù)據(jù)，若不對這些增加到內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進行管理，其占據(jù)的空間不斷增加，就會影響到整個程序的效率。因此需要在程序中增加標注信息釋放模塊，該模塊實現(xiàn)以下功能：①根據(jù)用戶可見的地圖范圍管理標注信息，將每個切片對應(yīng)的標注信息存入哈希表中。②在用戶平移地圖的過程中，若某個切片已經(jīng)移出當前視野范圍，則清除該切片范圍內(nèi)的標注信息。③在地圖縮放操作以后，清除之前所在級別的標注信息。

圖2 表現(xiàn)層的實現(xiàn)

2.4 實現(xiàn)效果比較

本文在同樣的代碼基礎(chǔ)上實現(xiàn)2種標注點的加載方式：①前文所描述的方法，該方法在顯示分類為小學(xué)的興趣點時先加載興趣點切片，而后在鼠標移動到某一切片上時才請求具體的興趣點信息。②不加載興趣點切片，一次性請求所有興趣點并顯示。為測試低版本瀏覽器的兼容性，本文選擇在已經(jīng)清除了緩存的Internet Explorer 8中對比2種實現(xiàn)的效率。實驗中查詢主城區(qū)范圍內(nèi)的小學(xué)，屏幕中包含256個小學(xué)。運行第一種實現(xiàn)時，可以迅速地看到所有興趣點的分布，響應(yīng)時間小于0.5 s，而移動到點上以后顯示相關(guān)信息也基本不需要等待。運行第二種實現(xiàn)時，顯示興趣點分布響應(yīng)的時間大于2 s，而且在興趣點顯示完畢之前，用戶無法進行其他操作，嚴重影響了用戶體驗。

2.5 應(yīng)用實踐

圖3 天地圖·福建的專題地圖模塊中標注的交互操作

本文所描述的實現(xiàn)已應(yīng)用于天地圖·福建的專題地圖模塊。如圖3，在選擇專題類別后，地圖上顯示了所選專題中的所有興趣點。地圖中顯示的所有標注點都可以與鼠標互動，在鼠標移動到標注點上的時候，標注點顯示為選中狀態(tài)，點擊后可顯示具有標注點詳細信息的氣泡框。

3 結(jié) 語

本文研究在瀏覽器中顯示大量標注點的解決方案，該解決方案避免了單次加載大量標注所產(chǎn)生的顯示效率問題，且在不同版本的瀏覽器中都具有良好的兼容性和交互性。由于這種顯示方式先加載興趣點切片，因此可以從2種應(yīng)用角度考慮該方案的實施：①對于查詢內(nèi)容相對固定的應(yīng)用場景（如專題地圖和常用關(guān)鍵字的查詢），可對標注點進行預(yù)切片，發(fā)布為WMTS服務(wù)，以獲得更快的響應(yīng)速度。②對于展示內(nèi)容不固定的應(yīng)用場景，可以將標注點圖層發(fā)布為WMS服務(wù)，以適應(yīng)數(shù)據(jù)變動的需求。

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B

1672-4623（2015）01-0174-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.058

何鵬舉，碩士，現(xiàn)從事天地圖·福建、移動地理信息系統(tǒng)建設(shè)。

2014-09-16。

項目來源：福建省測繪地理信息局2013-2014年科技基金資助項目。