韓劍姿，陶 嵐，梁智浩，謝潤樺

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 廣東 廣州 510060）

1 引言

近年來，移動互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，在迎來了海量信息時代的同時，手機APP、公眾號、小程序等輕量級移動媒體也逐漸改變著公眾利用碎片化時間獲取信息的方式途徑和閱讀習(xí)慣，社會公眾對地理信息知識服務(wù)的需求也呈現(xiàn)出地圖使用規(guī)范化、信息獲取即時化、媒體形式多元化、移動交互動態(tài)化、文化創(chuàng)新深度化的發(fā)展趨勢[1]。

針對地圖用途多、范圍廣、需求多元的現(xiàn)狀和公眾“問題地圖”從源頭屢禁不止的上問題，廣州市啟動建設(shè)“穗愛圖”地理信息公共服務(wù)系統(tǒng)。本文基于移動端的輕量級GIS系統(tǒng)開發(fā)，探討“穗愛圖”APP的設(shè)計與實現(xiàn)，本系統(tǒng)基于交互電子地圖、AR增強現(xiàn)實等多種技術(shù)[2]，實現(xiàn)公眾基于標準地圖的在線自主制圖，并提供版圖知識科普與城市地理文化地圖服務(wù)，為公眾日常工作生活有圖可用、用圖規(guī)范提供技術(shù)支持。

2 應(yīng)用定位與總體架構(gòu)

“穗愛圖”APP旨在解決公眾生產(chǎn)生活中規(guī)范用圖獲取困難、國家版圖知識薄弱、城市地理文化缺失的問題，定位于服務(wù)普通公眾，采用Android和iOS底層架構(gòu)開發(fā)[3]，整個系統(tǒng)由4個層次構(gòu)成：用戶需求層、應(yīng)用層、組件層和數(shù)據(jù)層。其中，數(shù)據(jù)層設(shè)計包含基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、地理文化專題數(shù)據(jù)庫和多媒體數(shù)據(jù)庫。組件層調(diào)用了交互式電子地圖引擎、AR增強現(xiàn)實[4]、三維全景漫游等中間組件，實現(xiàn)了標準地圖服務(wù)、版圖知識科普、城市地理文化地圖服務(wù)和AR智能交互等功能，為地圖的規(guī)范使用、國家版圖知識科普提供了技術(shù)支撐，系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括測繪與地理信息法律法規(guī)數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、地理文化專題數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫和用戶數(shù)據(jù)庫。其中，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫包括公眾版電子地圖、行政區(qū)劃、地名地址、三維模型等數(shù)據(jù)[5]；地理文化專題數(shù)據(jù)庫包含廣州本地的風(fēng)景名勝、地標建筑、文藝手工等專題方面的空間數(shù)據(jù)和相關(guān)圖文屬性資料；多媒體數(shù)據(jù)庫主要為國家版圖知識科普與本地城市地理文化挖掘服務(wù)，數(shù)據(jù)形式主要包括視頻、動畫、音頻、圖片、文字等；用戶數(shù)據(jù)庫用于記載用戶在系統(tǒng)中使用各功能模塊產(chǎn)生的結(jié)果記錄，包括收藏記錄、制圖記錄、參與活動記錄等。

4 內(nèi)容與功能設(shè)計

旨在為公眾在日常工作學(xué)習(xí)中涉及測繪地理信息行業(yè)的信息查詢、標準用圖提供便利，滿足公眾獲取國家版圖與城市地理文化知識的需求，本系統(tǒng)設(shè)計了標準地圖服務(wù)、版圖知識科普、城市地理文化動態(tài)電子地圖、城市地標AR智能交互5大功能板塊。

4.1 標準地圖服務(wù)

標準地圖服務(wù)模塊，主要功能包括：（1）標準地圖在線查詢：系統(tǒng)集中收錄了市域、市轄區(qū)、街道鎮(zhèn)及中心城區(qū)的200余張標準地圖，可依據(jù)所需地圖范圍、名稱、圖幅大小、要素內(nèi)容等進行快速檢索；（2）標準地圖在線瀏覽與下載：可對標準地圖進行在線瀏覽、縮放和地圖下載；（3）交互式在線自助制圖：以圖層形式組織管理地圖內(nèi)容要素，根據(jù)用戶制圖需求通過點選方式快速制作底圖；支持添加注記；支持顏色、線型、字體、字大編輯；可通過導(dǎo)入統(tǒng)計數(shù)據(jù)制作餅狀圖、柱狀圖、分區(qū)統(tǒng)計圖等簡易專題統(tǒng)計地圖；制圖的成果可通過生成二維碼的形式長期保存在用戶服務(wù)記錄中，滿足用戶隨時隨地下載使用。標準地圖服務(wù)解決了公眾在學(xué)習(xí)生產(chǎn)生活中“無圖可查用、用圖不規(guī)范”的困境[6]。

4.2 國家版圖知識科普

國家版圖知識科普板塊設(shè)計制作了“地圖的故事”系列科普動畫視頻和科普文章?？破談赢嫿榻B了國家版圖、省市地圖的正確表達和規(guī)范使用方式；科普文章則以HTML5動態(tài)網(wǎng)頁的形式[7]，介紹了地圖審查制度等知識。

國家版圖知識科普板塊主要功能包括：（1）可觀看國家版圖知識科普系列視頻和版圖知識科普文章；（2）可對感興趣的視頻、文章進行社交媒體分享和收藏。

4.3 城市地理文化地圖服務(wù)

城市地理文化動態(tài)地圖功能板塊，緊扣廣州城市定位和城市性質(zhì)，將城市精髓和地理空間信息相融合，設(shè)計了“歷史名城”“廣府文化”等十余個可交互的專題電子地圖，展現(xiàn)了廣州的城市風(fēng)貌和人文情懷。

城市地理文化動態(tài)地圖主要功能包括：（1）電子地圖瀏覽，支持常用的平移、漫游、縮放等功能；（2）專題要素分類查詢；（3）交互顯示：動態(tài)顯示感興趣的專題信息。

4.4 城市地標AR智能交互

城市地標AR智能交互板塊，設(shè)計了一款戶外AR互動小游戲，構(gòu)建了城市地標手繪大地圖，設(shè)計了3條獨具特色的專題地標游覽路線，通過對城市地標進行實地掃描打卡的方式了解地標的前世今生故事。

城市地標AR智能交互的主要功能包括：（1）AR掃描識別城市地標建筑；（2）瀏覽地標三維建筑模型和全景漫游，支持縮放與360°旋轉(zhuǎn)；（3）收藏已打卡解鎖的地標至用戶記錄，可隨時隨地點閱。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 交互式電子地圖

交互式電子地圖技術(shù)主要采用矢量瓦片（Vector Tile）組織空間數(shù)據(jù)，其協(xié)議遵循 MapBox Vector Tile Specification，根據(jù)專題圖的成圖結(jié)果，提取設(shè)計樣式，并以 MapBox Style 形式組織[8]。獨立圖表部分采用D3 渲染，以增強交互性。

交互式電子地圖技術(shù)主要應(yīng)用于城市地理文化動態(tài)地圖板塊，將城市文化專題數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)相融合，采取矢量瓦片技術(shù)組織數(shù)據(jù)，利用Mapbox GL在用戶前端進行地圖效果的渲染，并開發(fā)主題互動操作功能。該功能可進行專題要素的動態(tài)顯示和動畫演示，實現(xiàn)專題圖由“靜”到“動”的轉(zhuǎn)換和快速發(fā)布，有效提升了專題地圖的在線顯示度和用戶參與度。見圖2。

圖2 交互式電子地圖技術(shù)路線圖

5.2 基于Vuforia+Unity的AR增強現(xiàn)實技術(shù)

針對圖像的特性，利用AR圖像識別技術(shù)便可識別地物身份信息，可以通過移動終端攝像頭將地標建筑圖像保存到終端上，識別到一定的區(qū)域，傳輸獲取該地標建筑的相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，最終展示在移動終端上，達到獲取地理位置相關(guān)多樣化信息數(shù)據(jù)的目的[9]。

將基于Vuforia+Unity的圖像識別增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于城市地標AR智能交互板塊，可以構(gòu)建地標建筑心象形象與地標顯示形象的虛實聯(lián)動，增強用戶屏幕中虛擬地標與真實世界地標建筑的聯(lián)動交互性和趣味性。

5.3 基于 Krpano的三維全景漫游技術(shù)

Krpano兼容HTML5和FLASH兩種模式的，屬于 WebGL下的一款靈活度高、性能優(yōu)越的輕量型實景在線漫游軟件，可以用于各種實景圖像和互動虛擬模式[10]。Krpano的渲染效果采用 Action script語言實現(xiàn)，場景內(nèi)容的配置則由 xml標記語言負責(zé)，使得實景場景的配置更加靈活。

地標全景漫游功能基于Krpano全景播放器，系統(tǒng)除了具有基本的瀏覽、縮放、旋轉(zhuǎn)功能外，還具有多種場景導(dǎo)航方式，包括平面圖導(dǎo)航、場景列表導(dǎo)航等，并且實現(xiàn)了場景中感興趣對象的信息展示功能。

6 結(jié)語

在國家大力推進地理信息公共信息成果轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量地理信息公共服務(wù)惠及民眾的大環(huán)境下，面向公眾生產(chǎn)生活切實需求和難點痛點，基于交互式電子地圖技術(shù)、AR增強現(xiàn)實技術(shù)和三維全景漫游技術(shù)，“穗愛圖”APP解決了公眾在生產(chǎn)學(xué)習(xí)中“無圖可用，用圖不準”的困境；國家版圖科普和城市地理文化專題地圖服務(wù)也極大地提升了公眾使用標準地圖捍衛(wèi)主權(quán)完整的責(zé)任感和城市歸屬感。