李心颖　李峰　吴洪丽

【摘 要】在基于WebGIS的海南旅游地理信息系统中，通过对VML、SVG和Ajax等技术的分析来研究WebGIS中空间数据可视化问题。构建WebGIS客户端矢量图形的方法，建立基于SVG、RESTful Web Services和Ajax的WebGIS体系结构模型，对提高海南旅游地理信息系统的性能及功能有很重要的意义。

【关键词】空间数据；可视化；SVG；Ajax

The Application of Spatial Data Visualization Based on WebGIS Technology Research

LI Xin-ying1 LI Feng2 WU Hong-li3

（1.Haikou College of Economics，Haikou Hainan 570100，China；2.Hubei University of Arts and Science，Xiangyang Hubei 441000，China；

3.Hainan Normal University， Haikou Hainan 570100，China）

【Abstract】In hainan tourism geographic information system based on WebGIS， through analyzing the VML， SVG and Ajax technology to study spatial data visualization in WebGIS. build WebGIS client vector graphic method， based on SVG， RESTful Web Services and Ajax WebGIS system structure model， to improve the performance of hainan tourism geographic information system has very important meaning and function.

【Key words】The spatial data；Visualization；SVG；Ajax

0 引言

随着“数字地球”的研究兴起，地理信息系统（Geographic Information System，GIS），在全球范围内得到了飞速发展。由于相关技术的发展和应用领域的用户需要，地理信息系统将向着数据标准化、数据空间多维化、平台网络化、系统智能化的方向发展。而WebGIS技术的发展更进一步开拓了其应用领域，使GIS能够为更多的用户在更广泛的领域提供空间信息服务。利用互联网在Web上发布空间信息，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能己经成为WebGIS的主要功能。但WebGIS自身还有一些关键技术函待解决，仍面临着一系列的瓶颈。

（1）异构、多源的空间数据的共享和互操作性。

目前现有的WebGIS已有自己特定的空间数据，为了便于管理和考虑安全问题，这些空间数据大多是面向行业、依赖于特定的支撑环境和运行平台，并且各自独立、无法相互沟通和协作。因此WebGIS用户不能同时查看其他不同空间数据库中的数据，无法实现异构、多源空间数据的共享、交换和互操作。

（2）缺乏丰富的空间信息表现手法。

HTML、ASP是WebGIS中最主要的信息传输和表达的工具，但由于HTML、ASP采用的标记固定，缺乏对数据的内部结构和关系的描述，而且不支持矢量图形等缺陷，不能实现在互联网上针对复杂空间地理信息的查询、整合和定位，空间信息表现单一。

（3）图形信息的传输速度与可视化。

由于Internet的网络带宽及路由限制，海量空间数据的传输及图形图像的表达一直是WebGIS的技术瓶颈。怎样建立快速的响应和传输机制，向用户提供通俗易懂的、多样化的图形操作界面，动态地表现地理空间数据是目前WebGIS要突破的问题。

（4）无法实现跨平台数据访问。

由于微软的DCOM、Sun的RMI和OMG的CORBA等分布式对象技术要求客户端与服务器本身之间进行耦合，因此基于这些平台开发的WebGIS无法实现跨平台的数据访问。

1 地理空间数据可视化相关技术

1.1 可视化技术与GIS应用

3S技术的发展与融合，让GIS技术深入到了我国经济建设中的各个领域及各个部门之中，应用越来越广泛。而今，空间信息已经逐渐成为基于IT的信息系统及应用的数据基础。而可视化技术在对空间的数据分析中起着非常重要的作用，主要体现在如下几个方面：（1）可视化技术在空间信息和知识方面的表现方式，被用于展示空间数据分析的最终结果。（2）可视化通过对空间对象中几何特征和拓扑关系的展现，使空间数据变得更加容易理解；（3）可视化作为一种空间数据分析的方法与工具往往被用于空间数据的知识发现。可视化分析能够形象直观地展示空间数据结构特征、复杂关系和规律，进行空间对象的空间性质计算，可以对知识进行更高层次的抽象概括，因此被广泛地应用于空间数据的理解和表现。

GIS的最佳状态应该是尽可能无差错地体现地理世界，既做到数据最小，又要便于用户从中获取所需要的信息和规律，同时数据的范围在原有的空间数据和属性数据基础上增加了应用数据。目前，面对数据量急速扩张的状态，如何实现数据的快速访问和有效存储是关键，因此构建一个合理高效的空间数据模型极为必要。

空间数据的可视化已发展成为空间数据处理的重要手段和技术，GIS可以将空间数据转化为“地图”，使这些数据所表达的空间关系可视化。GIS的可视化主要应用是分析空间对象的空间分布规律，同时对深入分析的数据进行直接查询。GIS中涵盖的海量的空间地理信息，可以提供足够的图形图像数据，并可与相关的数据和资料建立联系，使得人们在分析对象属性位置变化规律的时候，从中分析图形图像所表达的空间关系。

1.2 SVG与WebGIS

SVG——可缩放矢量图形，是一种基于开放标准的、基于XML的用来描述二维矢量图形和矢量/栅格混合图形的语言。SVG在图形图像技术上不局限于一个固定的分辨率和大小，可以在不同分辨率的屏幕上任意显示，也可以在同一个网页中以不同的大小展示全局或细节。SVG描述的是直线、曲线、形状等几何图形，无须像PNG、JPEG等图像格式那样逐象素进行描述，这使得XML文档更小，下载速度也大大提高。同时它还提供了对矢量和矢量/栅格混合图形的描述。

1.3 Ajax与RESTful Web Services

Ajax 的核心是JavaScript对象XMLHttpRequest，Ajax是几种Web客户端技术的集合：（1）基于CSS标准和XHTML的表示；（2）使用了JavaScript绑定一切；（3）使用服务器和XMLHttpRequest进行异步通信；（4）使用DOM实现动态交互和显示。

Web Service是基于网络的、分布式的模块化组件，它主要利用 HTTP 和 SOAP 协议使业务数据在Web上传输，SOAP通过HTTP调用业务对象执行远程功能调用，Web用户能够使用SOAP和HTTP通过 Web调用的方法来调用远程对象。而REST体系架构风格的分布式Web应用的实现与操作，显然要比基于SOAP的RPC体系架构风格更加的简洁。Ajax 技术能够充分运用 HTTP的统一接口来获得网络上的资源，而且完成了HTTP不能实现的异步数据传输的功能。从某种意义上说Ajax 技术是调用 RESTful Web Services的最好技术，且满足了JSON、XML等不同格式的数据传输。

2 基于WebGIS的空间数据可视化技术应用

2.1 SVG、Ajax、REST在WebGIS中的应用研究

SVG图形拥有高质量、高性能，能以任意分辨率显示而不会降低图形的质量。在网络应用方面，它具有支持用户 与图形的交互、可检索性、可在分布式环境下创建图形对象和兼容性好的特点。并且SVG 以文本描述矢量图形，具有文件较小、传输速度快等优点。SVG的这些优点正好可以很好的满足 WebGIS对于空间数据图形显示的要求，可以向用户提供多样化、直观易懂、动态的图形用户界面，从而使它成为空间数据可视化的有效格式，可以提供高质量的WebGIS服务。

在SVG中，地理数据可被唯一地标识，便于信息查询和搜索，便于网上资源共享，提高WebGIS服务的互操作性，减少了服务器和客户之间的频繁交互，使系统网络负载大大减轻，从而提高GIS用户的互操作速度。所以将SVG 技术应用到WebGIS中是可行性的。

而Ajax技术的出现为Web开发提供了一种全新的可能性，Ajax技术优秀的用户体验、提高Web程序的性能、提高可靠性等优点，相对于传统的Web技术中的交互方式都有着巨大的优势。传输数据的方式是Ajax模式与传统模式在性能上的最大区别。Ajax模式是通过XML HttPRequest向服务端提交数据，并且通过XML返回需要的少量数据或者HTML Text片段；而在传统的模式中数据提交是通过表单，获取数据是整页的HTML+CSS，与传统的模式相比，Ajax模式必然是节约了很多的资源。

同时随着REST设计思想的逐渐深入，Ajax和REST的结合做到了从客户端JavaScript调用Web服务方法时，既能满足REST对统一接口的要求，又无须对整个页面进行刷新。这种Ajax调用WCF Web Services的方法同样可以提高Web用户的体验。

因此，利用SVG、Ajax、REST三者的结合来实现WebGIS可以很好的解决地图“按需”下载，对WebGIS平台整体性能和响应速度能有很大提升。

2.2 基于WebGIS的海南旅游地理信息系统的优化

在基于WebGIS的海南旅游地理信息系统实现方法的基础上，分析SVG、AJAX技术在减轻网络传输负载、加快地图显示速度、空间数据可视化方面的作用和可行性。实现空间数据可视化技术在旅游地理信息系统中的应用，构建基于SVG和Ajax、RESTful Web Services的WebGIS体系结构模式，可以最大化的优化基于WebGIS的海南旅游地理信息系统的性能，主要内容有：

（1）地图数据的符号化及B/S架构下地图数字化及其它编辑功能的设计，构建WebGIS客户端矢量图形的方法。利用SVG、Ajax等技术实现WebGIS的基本功能。

（2）分析现存空间数据可视化不足，根据 WebGIS图像的传输方法，对VML、SVG和Ajax技术在 WebGIS 中的应用进行分析，进行基于SVG、Ajax技术的WEBGIS空间数据可视化模型设计。

（3）引入ROA原则和REST体系架构风格，且使用Web Services构建分布式Web应用的思想，来解决目前分布式Web在应用开发中，存在的难以适应Web应用、紧密耦合以及规模可伸缩性不够等情况。使客户端和服务端的应用得到充分的解耦，最终的开发模式是客户端只负责数据的呈现与解析，服务端只是负责数据的提供，二者都是通过Ajax技术来进行通信。

2.3 可视化技术应用中的关键问题

（1）空间数据转换。GML文档是包含了地理信息的XML文档，用于进行集成异构空间数据的，且是以中间层的形式而存在的。GML文档不能以地图形式直接显示，而是需要转换成SVG、X3D、VML等矢量格式后来显示，因此要去研究将GML文档转换成SVG的原理及方法。

（2）为确保系统具备更好的可扩展性，选取面向对象的空间建模技术进行数据组织，并将对象与属性数据和应用进行绑定。

（3）在系统分析 Web Services、REST 和 ROA 原则、WCF以及Ajax框架技术特点、工作原理的基础上，建立以URI、资源抽象设计为中心的 RESTful Web Services 设计方案。

3 结论

在GIS应用中利用计算机技术实现空间数据的图形显示和分析，以充分直观的表示空间数据处理分析的结果尤为重要。由于传统WebGIS技术存在着有限网络带宽的限制、特定支撑环境的依赖、空间数据的有效转换、缺乏丰富的数据表现力和数据共享困难等不足，使得GIS发展面临着严峻的挑战。

通过对VML、SVGA、Ajax及RESTful Web Services等技术能有效地消除针对现有专有空间数据格式所产生的数据转换和传播中的问题，结合地理空间元数据的特点，分析元数据应用流程和可视化的影响原因，建立空间数据可视化数学模型，构建WebGIS客户端矢量图形的方法，为不同类型、不同需求的用户提供高效可靠的解决方案。由此可以实现离散时序空间数据的解析、渲染和地理底图的快速动态可视化，图形质量高、表现力强及传输速度快等优点，这对提升基于WebGIS的海南区域旅游地理信息系统的性能及功能有非常重要的意义。

【参考文献】

[1]张浩，郭灿.数据可视化技术应用趋势与分类研究[J].软件导刊，2012（05）.

[2]李学义，李岩.SVG在线空间自相关分析方法及其应用[J].地理与地理信息科学，2012（05）.

[3]陈瑛琦，扶晓，刘劲.可视化数据挖掘技术[J].电脑编程技巧与维护，2011（14）.

[4]肖卫东，孙扬.层次信息可视化技术研究综述[J].小型微型计算机系统，2011（1）：137-146.

[5]解永青.基于SVG的矢量WebGIS性能优化方法研究[J].安徽农业大学，2012.

[6]韩双旺.基于SVG的矢量WebGIS实现技术研究[J].测绘科学，2010，35（2）：193-196.

[7]黄梦雄，朱勤东，赵跃.基于REST和AJAX的WebGIS设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2013，36（7）：57-59.

[责任编辑：朱丽娜]