王 琨，周 启，任 福，任东宇，杜清运，鲁月新

(1. 武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079; 2. 四川省第二测绘地理信息工程院，四川 成都 610100)

0 引 言

测绘地理信息的社会化应用是当前测绘地理信息行业的工作重点，地图集通过对一个区域进行系统化和集成化的汇编，反映了该地区的地理、经济或其他方面的特点，是测绘地理信息社会化应用的重要组成部分。传统的地图集编制要求作业人员具备扎实的专业知识，编制地图集需要收集大量不同的空间数据与专题统计数据。编制人员需要进行大量数据处理工作，再根据图集用途以及数据内容进行地图集设计与编制[1]，生产效率较低。在信息化时代，如何面向互联网高效的进行在线地图集产品一体化编制成为了当前的一个热点话题。

目前，国内外地图集编制与发布的相关技术研究较多，如注记自动配置技术[2-3]、基于模板的快速制图技术[4-6]、专题地图智能化设计技术等[7-9]。但这些技术研究相对零散，只涉及地图集生产的某一环节。关于地图集在线一体化编制、发布与服务平台相对较少，主要集中在网络专题地图发布与制图服务方面，如武汉大学杜清运教授所带领团队研究的在线地图服务技术[8-11]、北京超图软件公司发布的“地图慧”等[12]。这些研究对网络地图集与地图在线服务技术进行了探索与尝试，但是由于缺乏地图集与在线地图服务的集成，还不能最有效地利用已有基础测绘地理信息成果，在一定情况下也影响了地图发布与服务的质量。论文对在线地图集发布与服务系统进行了设计与开发，旨在对地图集与在线地图服务进行集成，实现在线地图集及地图产品一体化的编制，形成一套完备的地图集产品编制、发布与服务软件一体化体系。

1 系统设计

1.1 总体框架

在线地图集发布与服务系统是在专家知识库、专题数据库、标准底图数据库等的基础上，使用交互引导的方式辅助用户进行地图集的制作与展示。用户通过浏览器访问“在线地图集发布与服务系统”的表现层，通过系统页面生成请求，将请求提交到业务层中对应的逻辑处理模块，逻辑处理模块通过访问调用数据层中相应的数据进行逻辑处理，并将处理结果反馈至表现层，用户获得最终成果。总体框架自下而上包括基础设施层、数据层、业务层、表现层以及用户层5个部分，如图1所示。

图1 总体技术框架Fig.1 General technical framework

1）基础设施层：主要包括软硬件设施及相关的安全、稳定性等基础设施，用以支撑系统的安全、可靠、稳定的运行。

2）数据层：包括系统数据服务层与专家知识库两部分。系统数据服务层主要包括标准底图数据库、专题信息数据库、发布产品数据库等。标准底图数据库存储管理路网、地貌、水系、境界、居民地等基础地理底图要素。将标准地理底图数据在ArcGIS 上发布成地图服务，采用系统直接调用地图服务的形式进行访问；专题信息数据库采用Oracle 存储管理点、线、面、统计图表等多种形式的社会经济专题信息要素，为专题符号的生成提供数据支持；发布产品数据库存储用户已经发布的专题图产品，以及系统中已有的地图集产品。专家知识库存储管理知识规则库、地图定义文件库、符号库、颜色库和地图模板库，将其与系统无缝集成，有效应用于专题地图设计与实施过程，可以在提高用户制图效率的同时降低系统对用户专业知识的需求。

3）业务层：接收用户从表现层传递过来的请求，对请求进行分析，分配到各个业务处理模块。然后从数据层调用需要的数据，在对应业务模块中进行计算分析，并将最终处理结果返回给表现层，展现给用户。各个模块之间相互衔接，高内聚，低耦合，从而方便应用层的复用以及系统的维护。

4）表现层：即面向用户的系统平台界面，采用图形界面交互接口供用户使用，通过调用逻辑层的相关功能接口实现应用系统的具体业务功能。最终将专题地图及专题数据通过浏览器的平台展示给用户，支持HTML +JavaScript 方式下的纯B/S 架构，表现形式主要为以网页形式组织起来的专题地图、表格、图表、图片和文字等。

5）用户层：系统的用户集可以对系统进行如下操作：通过浏览器就可以访问制作完成的地图集产品；利用数据库中的数据制作地图集产品，基于专家知识库制作专题图；对系统数据的维护与更新以及监控各类数据的浏览、下载和使用等情况，保证系统的稳定运行。

1.2 物理结构

在线地图集发布与服务系统的物理结构规定了组成软件系统的物理元素（包括进程、线程及作为类运行的实例对象等）、各物理元素之间的关系及其硬件部署策略，通过进程调度、线程同步、进程或线程通信等反映系统平台动态运行时的组织情况，包括数据产生的运行单元、数据的存储及使用方式、跨网络复制和共享等。

在线地图集发布与服务系统的物理结构如图2所示，系统基于B/S 结构开发，通过客户端浏览器连接到Web 服务器上即可使用相关功能，系统可以直接连接到数据库服务器，请求其中的地理底图数据、专题信息数据、用户信息数据等，结合建立的专家知识库，引导用户在浏览器端制作出地图集产品。系统接受用户上传数据及地图产品，根据编码规则编号入库，实现对地理信息数据和地图产品的上传和对地图集产品的浏览和发布。

图2 物理结构图Fig.2 Physical structure

1.3 数据库建设

系统中涉及的数据库主要为专题数据库，包括社会经济等各领域专题点位数据和统计指标数据，按照系统要求的格式进行存储和组织。根据系统的需要，选用Oracle 11g数据库为系统数据库。

数据库的建设主要包含以下内容。

1）数据库结构

存储在Oracle 数据库中的主要有3类数据：地图集产品数据、专题统计数据、专题符号参数数据。各类数据结构简要设计如图3所示。

图3 数据结构简要设计Fig.3 Brief design of data structure

2）数据库存储、访问设计

数据库存储、访问涉及到三层结构（如图4所示）。数据服务器层即数据库层：系统中数据分两种方式存储，数据文件存储和数据库存储；应用服务器层：系统采用Tomcat 服务器对应用程序部署和数据库连接池实施部署；客户端访问：客户端采用B/S 模式架构，用户通过Web Browser 访问应用软件，达到浏览、查询和分析数据库数据的目的。

图4 数据库存储、访问设计Fig.4 Design of the database storage and access

3）数据表设计

存储在Oracle 数据库中的数据主要有以下几种：地图产品数据、专题统计数据、专题符号参数数据，以及点、线、面状分布的专题数据。部分数据的表结构字段设计，见表1、表2、表3。

表1 专题统计数据表Tab.1 Thematic statistical data

表2 专题符号参数表Tab.2 Thematic symbol parameters

表3 地图产品参数表Tab.3 Map product parameters

1.4 主要功能

在线地图集发布与服务系统的功能包括地图管理、地图操作、底图定制与专题图定制4个大模块，主要功能列表如图5所示。地图管理是管理在线动态地图集的模块，实现对地图集产品的新建、上传、保存等操作；底图定制、专题图定制、地图操作是使用在线地图服务的模块，主要实现专题地图产品的定制、编辑等操作。

图5 系统主要功能Fig.5 Main function of the system

2 关键技术

2.1 基于制图模板发布专题图技术

制图模板是指导用户如何在在线地图集发布与服务系统上完成一幅相关的专题地图制作方案。模板将大量复杂的专题地图制作过程封装在一个模板中，采用交互引导的方式引导用户在每个阶段选择出适当的模板选项，传递不同的制图参数，由系统自动完成数据处理、符号化，以及地图整饰过程，完成一幅专题地图的制作[14]。使用ArcGIS 软件将制图模板存储为 mxd 文件，系统通过调用该mxd 文件实现制图模板功能。模板文件中包含上述基本背景数据、整饰要素和制图框架等。为便于调用，按照模板样式、纸张类别、纸张方向等要素对模板进行分类制作，存储于模板库中。

2.2 地图集设计流程专家知识库构建技术

知识库属于知识工程的范畴，表现为可以存储于计算机中的结构化、组织化的互相联系的知识集群[14]。在线地图集发布与服务系统将地图集设计流程结构化与模型化，用信息化的语言描述地图集设计和制作的各个过程，并总结以往地图集设计的经验与常用设计方案形成多个专家模板。将这些专家模板进行总结与结构化，构建出地图集设计流程专家知识库，实现地图集设计流程的系统化与工程化，满足地图集设计过程的向导化与智能化。专家知识系统是实现地图集设计向导的核心，应包含地图集设计的常用模板。在此基础上，系统构建的专家知识库内容包括知识规则库、地图定义文件库、符号库、颜色库和地图模板库五部分，覆盖地图集设计过程中包括内容设计、版式设计、图幅设计、符号设计、色彩设计，装帧设计等的主要流程。专家知识库参与引导的制图流程如图6所示。

图6 专家知识库参与引导的制图流程Fig.6 Mapping process using expert knowledge base

3 系统展示

在线地图集发布与服务系统通过客户端浏览器连接到Web服务器上即可使用系统的全部功能。系统可以直接连接到数据库服务器，请求其中的地理底图数据、专题信息数据、用户信息数据等，结合建立的专家知识库，生成专题地图。系统支持用户使用专家知识，引导用户在页面中制作出地图集产品，以及对地图集产品进行浏览和发布。主要制图界面如图7所示。

图7 专题地图制图界面Fig.7 Thematic mapping interface

4 结束语

本文对在线地图集发布与服务系统从设计到开发实现及应用进行了详细探讨与研究。同时，文章对在线地图集发布与服务系统的关键技术进行讨论，包括基于制图模板发布专题图技术、地图集设计流程专家知识库构建技术、统计符号引擎构建技术、交互式网页应用的网页开发技术，这些技术对在线地图集发布与服务系统的开发与集成具有极为关键的作用。相对传统地图集而言，该系统具有更快的制图与发布速度与更高的现势性。在线地图集发布与服务系统对用户的专业技能要求不高，集地图集发布与在线动态专题制图于一身，具有在线专题图定制、地图集浏览与上传、在线统计图表生成等主要功能，实现了地图集编制与发布一体化的设想。在下一步工作中将对地图专家知识库的知识规则机制、在线地图集发布与服务系统的移动端应用等方面开展进一步的探索与研究。