6.2 WebGIS技术方案对比分析
除了基于空间近似查询的GIS技术方案外,WebGIS已有的技术方案分为两类,一类是以地图瓦片为基础的方案,另一类是服务端实时处理为基础的方案。现有的其他全矢量技术方案,包括以ActiveX、Java Applet为客户端基础的技术方案,与基于空间近似查询的在线GIS技术方案有一定的相似性,但若以空间数据库为服务端或以一次性下载的空间数据作为数据源,则其应用场景极为有限,此处不进行方案对比。
以地图瓦片为基础的WebGIS分为两类,一是基于预绘制的栅格瓦片。这些瓦片是按给定像素大小(如256×256、512×512)预先根据特定的地图符号化和渲染过程所生成的图像,它们是地图的拼接单元。二是基于预分块的矢量瓦片。这些瓦片是按给定的地理范围预先将相关的矢量图层中的空间对象进行分割并且集成存储形成的二进制字节流,包含的是空间对象的坐标串及属性等信息,它们也是客户端地图的拼接单元。地图瓦片方案各有特点,其主要区分在于地理空间数据绘制成地图的过程中所需要的图形渲染是在服务端完成的还是在客户端完成的。
以空间近似查询引擎为基础的技术方案与服务器实时处理的技术方案的主要区别在于地图的生成是在服务端完成还是在客户端完成。通常而言,客户端绘图是直接使用本地的图形设备进行绘图,地图的表现力与样式可以灵活调整,具有更好的用户体验。表6-1从12种功能特性上对目前WebGIS的三种主要的方案进行了对比分析,以下简要说明这些功能项在不同方案下的实现方法及其特点。
(1)地图生成
地图生成考查用户所面对的地图是如何生成的。在本方案中,地图由客户端取得空间对象的几何数据后实时绘制生成。在矢量瓦片方案中,地图同样也由客户端使用本地图形设备基于瓦片化的矢量数据绘制生成;在栅格瓦片方案中,则是使用服务器端预先渲染生成好的栅格图像,地图的生成是由服务端预先集中完成并存储的。在服务端实时方案中,地图是服务端即时地查询空间数据库并根据结果实时绘图,并将绘制生成的地图以图像形式传送到客户端。
(2)自定义样式
自定义样式考查用户是否具有对地图进行符号自定义或其他图形风格自定义的能力。由于栅格瓦片是预先生成的图像,因此无法在使用时指定符号化样式,而空间近似查询方案、矢量瓦片方案及服务器实时处理的方案,都能够自定义样式,只是前两者的自定义实现过程是由客户端完成,后者的实现由服务端完成。
(3)高亮点选
高亮点选考查用户是否能够在地图上通过交互式选择将地图要素进行高亮显示。由于栅格瓦片方案与服务器实时方案在客户端都不具有关于要素几何形态的任何信息,因此只能将点击坐标传回服务端进行查询,然后再传回一个单一要素的高亮渲染结果,通过特殊处理以支持高亮点选。空间近似查询方案与矢量瓦片方案两者都在本地管理着地图要素的几何信息,因此能够实现高亮点选。但由于矢量瓦片可能将同一个要素分割在不同瓦片,因此高亮点选需要先将被分割的要素进行合并,这项操作在客户端完成并不容易。
(4)数据编辑
数据编辑考查用户是否具有对地图要素增加、删除、更改的能力。由于栅格瓦片是图像格式,因此不支持数据编辑;矢量瓦片方案只能对当前范围的瓦片进行编辑,操作复杂,不能实现瓦片间的无缝衔接;服务器实时处理的方案在一定程度上支持编辑,但当数据集较大时,存在客户端加载缓慢的问题;空间近似查询方案则可以实时获取编辑的要素,实现在线编辑更新,并能保持拓扑一致性和完整性。
(5)数据分析
数据分析考查用户是否能够对大规模数据进行分析,提取有用信息。栅格瓦片方案需要提交到服务器端获取要素,然后进行分析;矢量瓦片方案仅能对当前瓦片的要素进行数据分析,当要素分布在不同瓦片中时无法实现整个要素的分析;而空间近似查询方案、服务器实时处理的方案均可以完成数据分析,前者可以根据近似查询反馈的结果直接在客户端实时分析,并可以平衡时间和精度的要求;后者则在服务器端处理完成,返回到客户端显示。
(6)渐进传输
渐进传输考查要素数据是否可以进行渐进式的传输。空间近似查询方案是在不同比例尺下进行实时的数据传输,且如果比例尺发生变化,传输的数据不会重复;栅格瓦片方案不支持渐进传输,矢量瓦片方案在预先处理情况下支持渐进传输;服务器实时处理的方案可以进行数据实时压缩,但其传输效率较低。(https://www.daowen.com)
(7)多分辨率表达
多分辨率表达考查用户是否可以根据分辨率的不同实现不同的表达效果。栅格和矢量瓦片方案在要素预处理条件下支持多分辨率表达,但无法完成动态的间隔变化;服务器实时处理的方案在多分辨率表达方面,对计算机I/O、CPU资源要求较高,效率偏低;空间近似查询方案则根据分辨率的不同,返回不同的结果,随着比例尺越大,返回结果越详细,对象的近似表达越精确,并可以实现动态变化。
(8)要素属性查询
要素属性查询考查用户是否具有对要素名称或其他属性查询的能力。矢量瓦片方案是在加载整个要素后,实现属性查询;栅格瓦片为图像格式,无法实现查询;空间近似查询方案和服务器实时处理的方案均可以实现要素属性查询,但前者的实现必须是在可视范围内完成,后者则需要提交交互过程。
(9)路径规划
路径规划考查用户是否可以从起点到终点规划出一条无障碍的路径。空间近似查询方案是通过大量算法实现,比如Dijkstra算法、A*算法等;栅格瓦片方案无法实现路线规划;矢量瓦片方案需要加载整个要素,实现规划操作比较复杂,不仅需要将数据传送到客户端,还需要完成拼接工作;服务器实时处理的方案,可以实现路径规划,比如WFS图层传送到客户端显示,WMS则可以实时显示。
(10)实时导航
实时导航是指可以为用户提供路线显示、修正、指引和提示的能力。空间近似查询方案是根据近似反馈的结果在客户端完成路线绘制;栅格瓦片方案为图像格式,无法实时导航;矢量瓦片方案则在加载整个要素后,可以实现实时导航;服务器实时处理的方案则需要将结果传送到客户端,完成绘制。
(11)要素选择
要素选择是用户可以选择其所需要要素的能力。空间近似查询方案是根据选择的位置构建缓冲区,搜索其周围的要素,将其显示为选中状态,并完成渲染;栅格瓦片方案不支持要素选择;矢量瓦片方案支持当前瓦片中要素的选择;服务器实时处理的方案需要将找到的要素推送到客户端。
(12)拓扑一致性检查
拓扑一致性检查考查要素的拓扑特征是否得到保持。栅格瓦片方案将坐标信息转化成为像素,但是无法进行拓扑检查;矢量瓦片方案中地理要素在边界处被分割,在衔接时无法做到无缝接边,无法保证拓扑的一致性;服务器端方案也无法保持拓扑一致性;空间近似查询方案将近似结果返回到客户端,地物要素的完整性、与其他要素的拓扑一致性得以保留。
综上所述,以空间近似查询引擎为核心的在线GIS方案能够有效地解决目前在线GIS技术方案存在的一些瓶颈问题,提升基于互联网的地理信息系统建设的广度与深度,充分利用客户端的计算能力,为实现探索性数据分析、在线数据编辑、交互式数据可视化等高级功能奠定基础,为政务决策、商业智能、智慧城市等结合地理信息技术的大型综合复杂信息化应用提供技术支撑。
表6-1 WebGIS技术方案对比分析
