黃 冠，蔡忠亮，2，吳俊法，張曉倩，陳燕妮

（1.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.武漢大學(xué)地理信息系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079；3.貴州省第三測(cè)繪院，貴州 貴陽 550004）

伴隨著人民生活水平的提高，全國(guó)各地都出現(xiàn)了旅游熱，種類多樣的旅游信息化產(chǎn)品也隨之而來，其中就有部分是為用戶提供旅游信息的旅游系統(tǒng)。張洋等實(shí)現(xiàn)了一款具有出游輔助決策和旅游信息論壇功能的新疆經(jīng)典旅游信息系統(tǒng)[1]。梁智學(xué)利用互聯(lián)網(wǎng)的開放特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一款“網(wǎng)友共建、信息共享”的旅游信息系統(tǒng)[2]。Liu Yangyang等基于移動(dòng)GIS的特點(diǎn)，開發(fā)了焦作自助旅游系統(tǒng)[3]。Ren Ze基于GIS平臺(tái)的空間信息存儲(chǔ)和空間分析能力，利用MapGIS K9實(shí)現(xiàn)了武漢市旅游信息系統(tǒng)[4]。劉海鵬等利用SuperMap iMobile GIS組件實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)端導(dǎo)游系統(tǒng)[5]。

這些旅游系統(tǒng)為用戶提供了景點(diǎn)位置信息查詢、景點(diǎn)簡(jiǎn)介、景點(diǎn)照片瀏覽等功能，但仍有一定的缺陷。具體表現(xiàn)在：①系統(tǒng)數(shù)據(jù)源單一。旅游系統(tǒng)中使用的地圖數(shù)據(jù)均為電子地圖數(shù)據(jù)，地圖展示形式單一，容納信息量有限；②景區(qū)內(nèi)部景點(diǎn)介紹不足。用戶抵達(dá)旅游景區(qū)后，旅游系統(tǒng)便失去了作用。用戶仍需使用景區(qū)的紙質(zhì)導(dǎo)游圖為自身游覽參考；③景點(diǎn)介紹不夠直觀。旅游系統(tǒng)僅通過文字和照片為用戶介紹景點(diǎn)信息，使得用戶無法對(duì)景區(qū)形成較為全面直觀的感受。

針對(duì)以上問題，有學(xué)者做了相應(yīng)研究，符韶華利用國(guó)家天地圖的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了基于天地圖的實(shí)景旅游信息系統(tǒng)[6]；景昕蒂應(yīng)用旅游專題地圖、導(dǎo)游圖，開發(fā)了大連市旅游信息系統(tǒng)[7]；張鳳梅等借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建三維場(chǎng)景，為用戶帶來最直觀的景區(qū)介紹[8-10]。

本文在上述研究的基礎(chǔ)上深入整合，基于國(guó)家測(cè)繪部門旅游GIS數(shù)據(jù)精確、詳實(shí)，專題地圖數(shù)據(jù)精美、豐富，全景地圖數(shù)據(jù)精細(xì)、美觀的特點(diǎn)，將GIS、地圖、全景圖三類數(shù)據(jù)集成，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了貴州省Web全景旅游電子地圖系統(tǒng)，全面解決了旅游系統(tǒng)地圖數(shù)據(jù)單一、旅游景區(qū)內(nèi)部介紹不夠、旅游景點(diǎn)介紹直觀度不足的缺陷，為用戶提供了精細(xì)、精確、直觀的旅游信息。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

旅游電子地圖系統(tǒng)以測(cè)繪部門旅游GIS數(shù)據(jù)、旅游專題圖數(shù)據(jù)、全景圖數(shù)據(jù)作為源數(shù)據(jù)，以“一圖，多專，密全景”為集成框架。“一圖”即整個(gè)旅游信息系統(tǒng)基于一張旅游資源電子地圖為底圖展開，其數(shù)據(jù)為旅游GIS數(shù)據(jù)；“多?！奔瓷鲜雎糜钨Y源電子地圖依據(jù)空間位置將對(duì)應(yīng)多幅景點(diǎn)、景區(qū)旅游專題地圖；“密全景”表示在一張旅游專題地圖上，各個(gè)具體景點(diǎn)將通過密集的全景圖熱點(diǎn)進(jìn)行表示，系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

在“一圖，多專，密全景”集成框架下，隨著用戶圖面比例尺發(fā)生變化，地圖主體內(nèi)容也將發(fā)生改變。用戶將在較大尺度范圍內(nèi)通過傳統(tǒng)旅游電子地圖進(jìn)行地圖瀏覽、景點(diǎn)查詢等傳統(tǒng)操作，從整體上了解景點(diǎn)空間信息與整體介紹；在中等尺度范圍內(nèi)通過景區(qū)旅游專題地圖進(jìn)行景區(qū)具體景點(diǎn)導(dǎo)覽，進(jìn)一步獲取景點(diǎn)介紹信息與專題特色信息；在小尺度范圍上通過景點(diǎn)全景圖查看景點(diǎn)具體景觀與景色，直觀地了解與查看景點(diǎn)外觀。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

1.2 技術(shù)選型設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體技術(shù)框架為B/S架構(gòu)。Browser端使用JavaScript與html呈現(xiàn)用戶界面、地圖界面并實(shí)現(xiàn)用戶交互。Server端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Java語言開發(fā)，空間服務(wù)器使用ArcGIS Server服務(wù)器。Browser端與Server端利用Ajax技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行訪問。

1.2.1 地圖引擎ArcGIS JavaScript API

ArcGIS JavaScript API是基于瀏覽器的API，用于開發(fā)便捷、高性能的WebGIS應(yīng)用程序[11]。將ArcGIS JavaScript API與 ArcMap、ArcGIS Server組合使用能夠快捷地將地圖、熱點(diǎn)發(fā)布為網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)(WMS)和網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)(WFS)，并嵌入到個(gè)人的網(wǎng)頁當(dāng)中。ArcGIS JavaScript API中ArcGISDynamicMapServiceLayer和FeatureLayer類可動(dòng)態(tài)地調(diào)用網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)[12]。前者返回一個(gè)可用于查看靜態(tài)的底圖圖層；后者返回一個(gè)動(dòng)態(tài)、可用于交互的熱點(diǎn)圖層。

本系統(tǒng)旅游電子地圖底圖，旅游專題地圖底圖與旅游熱點(diǎn)的加載、顯示、操作、交互等功能將通過ArcGIS JavaScript API實(shí)現(xiàn)。

1.2.2 全景圖框架Krpano

Krpano是一種基于html5的三維全景播放器，它以體積小巧、靈活和高性能著稱，并且具有跨平臺(tái)特點(diǎn)[13]?；谝陨蟽?yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)全景圖加載、顯示等功能將通過Krpano實(shí)現(xiàn)。

Krpano使用簡(jiǎn)便快捷，其所有功能都由對(duì)應(yīng)的插件實(shí)現(xiàn)[14]。這些插件是對(duì)三維全景圖及其功能的封裝。功能包括三維場(chǎng)景顯示、場(chǎng)景變換、三維熱點(diǎn)顯示、三維特效、多媒體信息展示等。

Krpano插件通過將數(shù)據(jù)接口暴露給用戶以實(shí)現(xiàn)具體功能。這些數(shù)據(jù)接口利用XML標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)。對(duì)插件功能的調(diào)用、修改及復(fù)雜場(chǎng)景、效果的定義通過創(chuàng)建或修改XML文件標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)。其中，一個(gè)簡(jiǎn)單場(chǎng)景的定義可通過以下標(biāo)簽嵌套實(shí)現(xiàn)：

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)包含貴州省旅游普查GIS數(shù)據(jù)、貴州省旅游圖集數(shù)據(jù)、貴州省航拍影像數(shù)據(jù)，有著多源、多類型、多尺度的特點(diǎn)。

其中旅游普查GIS數(shù)據(jù)來源于貴州省旅游資源大普查景點(diǎn)數(shù)據(jù)，共約10 000條記錄。每條記錄包含該景點(diǎn)的空間位置、簡(jiǎn)介、等級(jí)、類型、多媒體等信息。數(shù)據(jù)共13大類，69小類與5種等級(jí)共115種組合。景點(diǎn)類型包括：地文景觀、水域風(fēng)光、生物景觀、天象與氣候景觀等。景點(diǎn)等級(jí)包括五級(jí)、四級(jí)、三級(jí)、A級(jí)、非A級(jí)。

旅游專題圖數(shù)據(jù)來源于貴州省旅游圖集。共包含貴陽市、貴安新區(qū)、安順市等10個(gè)地州市及其下轄縣的多種類型專題旅游圖、特色旅游資源圖、旅游景區(qū)專題圖。

航拍影像數(shù)據(jù)為720°全景圖數(shù)據(jù)。全景圖像按照級(jí)別（l1-l4）,方位（f:前方、l:左方、r:右方、b:后方、u:天頂方向、d:地面方向）進(jìn)行切圖。切圖數(shù)據(jù)以jpg格式存放在與其等級(jí)、方位相對(duì)應(yīng)的文件夾中。其中單幅全景圖大小在10～20 MB，總?cè)皥D大小在50～100 GB。

由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)數(shù)量龐大、數(shù)據(jù)類型多樣，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)考慮將空間數(shù)據(jù)庫、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、文件型數(shù)據(jù)庫三種形式相結(jié)合。其中旅游GIS數(shù)據(jù)中的景點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)由關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)；旅游GIS數(shù)據(jù)中的景點(diǎn)空間數(shù)據(jù)和旅游專題圖數(shù)據(jù)由空間數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲(chǔ)；旅游GIS數(shù)據(jù)中的景點(diǎn)多媒體數(shù)據(jù)和全景圖數(shù)據(jù)由文件型數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲(chǔ)。系統(tǒng)所包含數(shù)據(jù)類型以及與數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)圖

1.4 功能設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)與滿足用戶需求，系統(tǒng)共包含9項(xiàng)功能：①地圖瀏覽模塊：為用戶提供基礎(chǔ)地圖瀏覽、漫游縮放功能；②地圖交互模塊：用戶可在圖面中通過熱點(diǎn)懸浮、點(diǎn)擊等操作獲取該景點(diǎn)的基礎(chǔ)簡(jiǎn)介信息；③景點(diǎn)查詢模塊：為用戶提供了基于景點(diǎn)名的模糊搜索功能；④圖層管理模塊：為用戶提供圖層開關(guān)，方便用戶從多種景點(diǎn)類型與景點(diǎn)等級(jí)中篩選感興趣的景點(diǎn)類別與等級(jí)；⑤多媒體瀏覽模塊：在地圖交互模塊獲取景點(diǎn)及文字介紹的基礎(chǔ)上，為用戶帶來景點(diǎn)照片和視頻介紹；⑥地圖工具模塊：包含測(cè)距、鷹眼圖、導(dǎo)航等常用地圖功能；⑦景點(diǎn)統(tǒng)計(jì)模塊：依據(jù)行政區(qū)域統(tǒng)計(jì)了全省不同類型、不同等級(jí)景點(diǎn)數(shù)量，為用戶提供出行區(qū)域參考；⑧全景圖瀏覽模塊：為用戶提供全景圖瀏覽功能；⑨跳轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)模塊：當(dāng)前全景圖中可包含其他景點(diǎn)熱點(diǎn)。它們依據(jù)景點(diǎn)在空間的真實(shí)相對(duì)位置，存在于當(dāng)前全景圖中對(duì)應(yīng)方位。點(diǎn)擊這些全景圖熱點(diǎn)，將直接跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)景點(diǎn)全景圖。

其中①～⑦功能用于旅游電子地圖與旅游專題地圖瀏覽；⑧～⑨功能用于旅游全景圖瀏覽，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 “一圖、多專、密全景”集成框架實(shí)現(xiàn)

“一圖、多專、密全景”集成框架示意圖如圖4所示。該設(shè)計(jì)框架借鑒了分級(jí)瓦片地圖服務(wù)中，隨著比例尺逐漸增大，地圖瓦片內(nèi)容更加精細(xì)，地圖信息更為豐富的特點(diǎn)，根據(jù)三類圖顯示風(fēng)格、所承載旅游信息量、用戶使用習(xí)慣對(duì)旅游景點(diǎn)進(jìn)行“分級(jí)”顯示操作。該“分級(jí)”顯示的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)三類地圖顯示過程的無縫連接。

為此，旅游電子地圖、旅游專題圖和旅游全景圖將首先被分別加載入ID為WebMap、thematicMap的ArcGISDynamicMapServiceLayer以及Krpano全景組件中。

圖4 “一圖，多專，密全景”集成框架示意圖

隨后，建立函數(shù)scaleListener監(jiān)聽地圖比例尺，并設(shè)定合理閾值t1記錄旅游電子地圖和旅游專題地圖的切換比例尺和t2記錄旅游專題地圖和旅游全景圖的切換比例尺。

當(dāng)監(jiān)聽函數(shù)監(jiān)聽到當(dāng)前圖面比例尺進(jìn)入某范圍時(shí)，系統(tǒng)通過上述ID將對(duì)應(yīng)的地圖圖層或組件display屬性設(shè)定為true或block，將其他兩類地圖圖層或組件display屬性設(shè)置為false或none，以實(shí)現(xiàn)三類地圖無縫連接顯示。

2.2 多景點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示與更新

在線電子地圖中熱點(diǎn)顯示的常用方法包括以下兩類：①將每個(gè)地圖熱點(diǎn)作為一條記錄保存至數(shù)據(jù)庫中，每條記錄包括該點(diǎn)的空間屬性與非空間屬性。在顯示熱點(diǎn)時(shí)，從數(shù)據(jù)庫中依次讀取記錄，并調(diào)用地圖API的addPoint方法添加熱點(diǎn)與pointSymbol方法渲染熱點(diǎn)樣式。②事先將地圖熱點(diǎn)發(fā)布為WFS服務(wù)，并調(diào)用地圖API的addServiceLayer方法加載該地圖服務(wù)。

方法一可以簡(jiǎn)便地變化熱點(diǎn)樣式，但由于需要頻繁訪問數(shù)據(jù)庫，因此加載耗時(shí)長(zhǎng)。方法二加載服務(wù)耗時(shí)短，但在更新熱點(diǎn)樣式時(shí)需要重新發(fā)布熱點(diǎn)服務(wù)。

本系統(tǒng)中所涉及的景點(diǎn)類型、等級(jí)組合共115種，景點(diǎn)熱點(diǎn)數(shù)量約10 000個(gè)，既需要保證較快的地圖熱點(diǎn)顯示速度，又需要考慮地圖熱點(diǎn)更新的便捷性。因此在存儲(chǔ)旅游地圖熱點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)將兩類方法合并。發(fā)布服務(wù)時(shí)，依據(jù)熱點(diǎn)類型將熱點(diǎn)分為多個(gè)圖層[layer1,layer2,……layern],并將所有熱點(diǎn)設(shè)置為透明樣式。服務(wù)發(fā)布完畢后，將服務(wù)地址url和圖層應(yīng)有樣式名序列[symbol1,symbol2,……,symboln]保存至數(shù)據(jù)庫中。

加載地圖服務(wù)時(shí)，系統(tǒng)通過url從地圖服務(wù)中獲得熱點(diǎn)空間位置信息，通過景點(diǎn)圖層樣式序列在服務(wù)器端尋找對(duì)應(yīng)的熱點(diǎn)符號(hào)文件[symbol1.png,symbol2.png,……,symboln.png]，以實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)中各圖層熱點(diǎn)樣式的渲染。

此方案有效地解決了多類型數(shù)據(jù)在Web端的顯示問題。在顯示符號(hào)的更新上，僅需替換服務(wù)器端熱點(diǎn)符號(hào)文件即可，避免了重復(fù)發(fā)布服務(wù)而增大工作量的弊端。

2.3 全景圖跳轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)

在全景圖瀏覽時(shí)，用戶界面固定在當(dāng)前景點(diǎn)全景圖。若無跳轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)功能，則當(dāng)用戶需要瀏覽其他景點(diǎn)全景圖時(shí)，必須先回到旅游專題地圖，再進(jìn)入目標(biāo)全景圖，增加了用戶操作繁瑣度。

針對(duì)該問題，本文通過Krpano全景圖熱點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全景圖內(nèi)的跳轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)。

全景圖熱點(diǎn)XML標(biāo)簽為hotspot，熱點(diǎn)表示為

ath為平面方位角，數(shù)值為0～360°；atv為仰角，數(shù)值為－90～90°；兩屬性確定了該熱點(diǎn)在全景圖中的球面坐標(biāo)方位。由于熱點(diǎn)相對(duì)方位不要求完全精確，為簡(jiǎn)化計(jì)算，計(jì)算ath時(shí)由平面坐標(biāo)代替球面坐標(biāo)，由式1所示（atv統(tǒng)一取15°）。

式中，xi、yi為目標(biāo)景點(diǎn)平面坐標(biāo)；x、y為當(dāng)前景點(diǎn)平面坐標(biāo)；θ為無人機(jī)飛行方向與真北方向夾角。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，一幅全景圖僅會(huì)查找距它一定范圍內(nèi)的其他全景圖，并將它們以熱點(diǎn)的形式添加到該全景圖中。

onclick屬性指向名為loadscene的函數(shù)。loadscene()的函數(shù)將根據(jù)傳入?yún)?shù)值找尋對(duì)應(yīng)全景圖場(chǎng)景并加載。在此例中，點(diǎn)擊全景圖熱點(diǎn)，將加載name屬性為tourism的新場(chǎng)景：

……

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在地圖顯示與地圖交互上，系統(tǒng)以“一圖、多專、密全景”為集成框架，實(shí)現(xiàn)了貴州省旅游專題圖、旅游普查GIS數(shù)據(jù)、景區(qū)全景圖的有機(jī)結(jié)合顯示。隨著用戶圖面比例尺由小逐漸增大，地圖主體內(nèi)容將依次呈現(xiàn)旅游電子地圖、旅游專題圖、旅游全景圖，顯示效果如圖5a、b、c所示。隨著地圖主體內(nèi)容的變化，地圖所承載與表達(dá)的信息量、地圖顯示方式、地圖交互方式也將呈現(xiàn)出多樣性。

在系統(tǒng)功能上，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多媒體信息瀏覽、景點(diǎn)查詢、景點(diǎn)統(tǒng)計(jì)等功能。景點(diǎn)多媒體信息瀏覽包括景點(diǎn)照片瀏覽與景點(diǎn)視頻瀏覽；景點(diǎn)查詢實(shí)現(xiàn)了基于景點(diǎn)名稱的模糊搜索；景點(diǎn)統(tǒng)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)了全省各類型，各等級(jí)景點(diǎn)數(shù)量與位置統(tǒng)計(jì)，以上系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)效果如圖6a、b、c、d所示。

圖5 系統(tǒng)瀏覽效果圖

圖6 系統(tǒng)功能效果圖

系統(tǒng)豐富了旅游系統(tǒng)中旅游信息的表現(xiàn)力與表達(dá)形式，較好地輔助了用戶對(duì)地圖景點(diǎn)的瀏覽，增強(qiáng)了用戶對(duì)景點(diǎn)的直觀了解程度。

4 結(jié) 語

利用測(cè)繪部門地理信息數(shù)據(jù)全面精準(zhǔn)的資源優(yōu)勢(shì)、專題地圖精美詳實(shí)的專業(yè)優(yōu)勢(shì)、全景圖精細(xì)美觀的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、以旅游出行為結(jié)合點(diǎn)，使用WebGIS技術(shù)，以ArcGIS JavaScript API為傳統(tǒng)地圖框架，結(jié)合近幾年應(yīng)用廣泛的全景圖技術(shù)，以“一圖、多專、密全景”為集成框架，實(shí)現(xiàn)了貴州省Web全景旅游電子地圖系統(tǒng)。系統(tǒng)通過用戶常用的電子地圖、精美的旅游專題地圖、真實(shí)直觀的全景圖相結(jié)合的方式，使得用戶對(duì)旅游景區(qū)有了更為直觀、全面的了解，為用戶的旅游出行提供了參考，有良好的現(xiàn)實(shí)意義和推廣使用價(jià)值。

在今后的研究中，還可在全景圖的使用上向AR/VR的方向深入研究，探究AR/VR技術(shù)在旅游信息系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。