王星捷，李春花

(成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂山 614007)

0 引 言

當(dāng)前，許多國內(nèi)的旅游系統(tǒng)大多還處在圖文為載體的景區(qū)景點(diǎn)和旅游線路的介紹上，數(shù)據(jù)處理與分析[1]還存在一定的發(fā)展空間。文中將GIS和旅游系統(tǒng)相結(jié)合，加入數(shù)據(jù)處理與分析功能，實(shí)現(xiàn)將地理信息和常規(guī)管理系統(tǒng)的相互融合，適應(yīng)了現(xiàn)今大數(shù)據(jù)環(huán)境下的信息背景。

文中以圓明園景區(qū)為研究對(duì)象。為了逼真地體現(xiàn)圓明園，滿足智能化旅游系統(tǒng)[2]的功能，在地圖矢量數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)圖制作、最短路徑算法和服務(wù)區(qū)算法分析、平臺(tái)框架設(shè)計(jì)以及技術(shù)開發(fā)等方面進(jìn)行了深入的探索和研究。

1 數(shù)據(jù)模型制作

數(shù)據(jù)的精細(xì)度[3]是決定該系統(tǒng)成功與否的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，制作一張精細(xì)的矢量底圖尤其重要。矢量底圖是關(guān)系到該系統(tǒng)體驗(yàn)效果的關(guān)鍵。

制作圓明園矢量底圖，采用圓明園柵格圖、高程數(shù)據(jù)圖[4]為基礎(chǔ)；根據(jù)具體設(shè)計(jì)中的需要建立詳細(xì)的數(shù)據(jù)圖層[5]。例如，系統(tǒng)中需要對(duì)景區(qū)內(nèi)各景點(diǎn)和服務(wù)設(shè)施等信息進(jìn)行查詢，需要建立園區(qū)內(nèi)景點(diǎn)和各服務(wù)點(diǎn)分布情況的圖層[6]；景區(qū)路徑查詢和路徑導(dǎo)航需要建立路徑網(wǎng)絡(luò)圖，則需要建立景區(qū)道路圖層[7-8]等等。具體的圖層設(shè)計(jì)見表1。完成矢量底圖數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)分析[9]后，使用地圖服務(wù)[10]平臺(tái)對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布，便于瀏覽器對(duì)地圖數(shù)據(jù)的訪問。

表1 矢量數(shù)據(jù)圖層

2 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包含四層架構(gòu)，分別為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層、表現(xiàn)層，圖1展示了各架構(gòu)層之間的關(guān)系。

圖1 系統(tǒng)框架

(1)數(shù)據(jù)層。

數(shù)據(jù)層主要包括空間數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)的存取，本次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)將統(tǒng)一存儲(chǔ)于ArcGIS數(shù)據(jù)庫中。

(2)服務(wù)層。

服務(wù)層主要包括地圖服務(wù)和Web服務(wù)。地圖服務(wù)由已在ArcMap中制作完成的圓明園景區(qū)地圖發(fā)布得到，由ArcGIS Server實(shí)現(xiàn)，Web服務(wù)由Silverlight實(shí)現(xiàn)。Web服務(wù)主要是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁和屬性數(shù)據(jù)讀取相關(guān)服務(wù)，地圖服務(wù)則提供基礎(chǔ)的地圖服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)、幾何服務(wù)以及其他服務(wù)等。

(3)業(yè)務(wù)層。

業(yè)務(wù)層主要由所建項(xiàng)目的各項(xiàng)功能服務(wù)實(shí)現(xiàn)，此結(jié)構(gòu)層主要由系統(tǒng)需求決定，目前項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的功能有景區(qū)簡介、景區(qū)復(fù)原圖瀏覽景區(qū)景點(diǎn)查詢、景區(qū)路徑導(dǎo)航、緩沖區(qū)分析、最佳視野距離功能。

(4)表現(xiàn)層。

表現(xiàn)層是用戶和系統(tǒng)交互的窗口，用戶可以通過在表現(xiàn)層的操作對(duì)功能層的各個(gè)功能進(jìn)行調(diào)用，并使得功能代碼獲取服務(wù)層中的地圖等服務(wù)，最終提取儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)。經(jīng)由功能代碼調(diào)用處理，將處理結(jié)果反饋在表現(xiàn)層，最終被用戶直觀感受。文中采用ArcGIS API for Silverlight接口實(shí)現(xiàn)。

3 主要技術(shù)

1.Silverlight技術(shù)。

Silverlight是一種新的Web呈現(xiàn)技術(shù)，能在各種平臺(tái)上運(yùn)行。它提供了一套開發(fā)框架，并通過使用基于向量的圖像圖層技術(shù)，支持任何尺寸圖像的無縫整合，基于asp.net、AJAX在內(nèi)的Web開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)了無縫連接，有效實(shí)現(xiàn)在Windows和Macintosh上多種瀏覽器中運(yùn)行的內(nèi)容豐富、界面絢麗的Silverlight應(yīng)用程序。

2.迪杰斯特拉算法。

迪杰斯特拉算法能解決從一個(gè)頂點(diǎn)到其余各頂點(diǎn)的最短路徑問題，其主要特點(diǎn)是以起點(diǎn)為中心向外進(jìn)行擴(kuò)散，直到擴(kuò)展到終點(diǎn)位置。

迪杰斯特拉算法的原理如下：

(1)首先引入輔助常量D，其每個(gè)分量D[i]表示當(dāng)前所找到的從起點(diǎn)v到其他各頂點(diǎn)vi的長度。

(2)D的初始狀態(tài)為：如果v到vi存在連接邊，則D[i]為連接邊上的權(quán)值，否則將D[i]設(shè)置為∞。長度為D[j]=Min{D|vi∈V}的路徑就是從v到vj最短的路徑。

(3)假設(shè)此段路徑終點(diǎn)為vk，那么這條路徑便是(v,vk)和(v，vj，vk)中的一條，此路徑的長度為從v到vk的權(quán)值或是D[j]加上vj到vk的弧上的權(quán)值。

由此可見，下一條稍短一點(diǎn)長度的路徑的長度值必然是：

D[j]=Min{D[i]|vi∈V-S}

其中，D[i]為(v，vi)上的權(quán)值或D[k](vk∈S)和(vk,vi)弧上的權(quán)值的和。

3.服務(wù)區(qū)分析算法。

服務(wù)區(qū)分析算法的原理是給定一個(gè)點(diǎn)和一個(gè)權(quán)值范圍，求在此權(quán)值范圍限制內(nèi)從給定點(diǎn)出發(fā)所能到達(dá)的所有節(jié)點(diǎn)。此算法使用最小生成樹算法，文中使用的是普利姆(Prim)小生成樹算法。

利用普利姆算法構(gòu)造最小生成樹的過程是選擇集合中一個(gè)頂點(diǎn)U={u0}作為初態(tài)，尋找與集合U中頂點(diǎn)相鄰并且具有最小代價(jià)邊的另一個(gè)頂點(diǎn)，直到將集合U擴(kuò)充至U=V為止(如圖2所示)。

圖2 普利姆算法

假設(shè)有N=(V,E)是連通網(wǎng)，TE是連通網(wǎng)N中最小生成樹的邊的集合。令算法從U={u0}(u0∈V)且TE={}開始，重復(fù)執(zhí)行以下操作：

在所有的u∈V中，v∈V-U的邊(u，v)中找出最小邊(u0，v0)并將此邊并入集合TE，同時(shí)在集合U中并入v0。

當(dāng)集合U=V時(shí)，結(jié)束操作，結(jié)束時(shí)集合TE中必然有n-1條邊，此時(shí)T=(V，{TE})為連通網(wǎng)N的最小生成樹。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用Silverlight技術(shù)，簡化了開發(fā)界面的復(fù)雜度，組件化程度高，界面絢麗多彩，功能集成度高，易于擴(kuò)展和維護(hù)。

導(dǎo)航功能的實(shí)現(xiàn)，通過點(diǎn)擊地圖圖層時(shí)，系統(tǒng)記錄點(diǎn)擊的位置，并在地圖上顯示符號(hào)[11]進(jìn)行標(biāo)示，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中對(duì)點(diǎn)的位置預(yù)先設(shè)定容差值[12]，設(shè)置路徑亮點(diǎn)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，查找容差范圍內(nèi)距離最近的一條道路，并將與點(diǎn)最近處設(shè)置為路徑起點(diǎn)和終點(diǎn)。利用矢量數(shù)據(jù)的路徑網(wǎng)絡(luò)圖和迪杰斯特拉算法實(shí)現(xiàn)景區(qū)的最短路徑分析[13]，獲得兩點(diǎn)之間的最佳路徑導(dǎo)航，具體實(shí)現(xiàn)效果如圖3所示。

最佳可見范圍是利用點(diǎn)緩沖分析來實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)緩沖分析[14]通過對(duì)設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行記錄，在點(diǎn)周圍生成一定范圍的緩沖區(qū)?？赏ㄟ^此功能預(yù)先得到自己選定點(diǎn)的最佳可見范圍，從而可以針對(duì)自己想要拍照的景點(diǎn)選定合適的拍照位置，具體實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

利用普利姆算法和網(wǎng)絡(luò)路徑圖，可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)查詢功能，通過此功能查詢網(wǎng)絡(luò)中任何位置的服務(wù)區(qū)。具體服務(wù)區(qū)分析效果如圖5所示。

圖3 路徑導(dǎo)航

圖4 最佳可見范圍

圖5 服務(wù)區(qū)分析

5 結(jié)束語

以圓明園景區(qū)為研究對(duì)象，采用GIS技術(shù)制作了地圖數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)圖，采用WebGIS技術(shù)平臺(tái)[15]和Silverlight技術(shù)對(duì)地圖服務(wù)進(jìn)行發(fā)布和系統(tǒng)開發(fā)，建立了基于WebGIS的旅游系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能查詢、路徑導(dǎo)航、緩沖分析和最佳可視等功能，界面豐富，操作性強(qiáng)，擴(kuò)展和維護(hù)性好。游客可以事前通過系統(tǒng)進(jìn)行查詢和景區(qū)的分析，可以有針對(duì)性地選擇旅游景點(diǎn)，能大大緩解景區(qū)接待的壓力，同時(shí)為WebGIS的系統(tǒng)以及相關(guān)旅游系統(tǒng)的開發(fā)提供一種技術(shù)參考。