鄭 莉，羅躍軍

(1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079;2.光庭導(dǎo)航數(shù)據(jù)(武漢)有限公司，湖北武漢430073)

基于Ajax的城市公眾服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

鄭 莉1，羅躍軍2

(1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079;2.光庭導(dǎo)航數(shù)據(jù)(武漢)有限公司，湖北武漢430073)

為提高公共服務(wù)平臺(tái)空間信息資源共享的服務(wù)效率和能力，針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用廣泛的瓦片式地圖服務(wù)模式，探討基于Ajax的瓦片式地圖服務(wù)研究，開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的瓦片式切圖工具，為空間信息資源共享提供數(shù)據(jù)保障。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有很高的瓦片切圖效率，對(duì)提高傳統(tǒng)WebGIS的響應(yīng)速度具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

瓦片地圖;切割;合成;Ajax;公眾服務(wù)系統(tǒng)

一、引 言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市中的各類信息資源也越來(lái)越多，各種信息資源與空間地理位置的聯(lián)系也越來(lái)越緊密，如何將城市中各行各業(yè)，種類繁多的信息資源與空間信息進(jìn)行分類與整合，從而依托地理空間位置信息實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的共享服務(wù)［1-2］，這已經(jīng)成為城市信息化建設(shè)中急需解決的問(wèn)題。建設(shè)地理信息公眾服務(wù)平臺(tái)，利用當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，整合相關(guān)信息資源，面向公眾提供地理信息服務(wù)，不僅可以降低地理信息應(yīng)用的成本門檻，滿足公眾對(duì)地理信息資源使用的需求，而且可以更好地利用測(cè)繪成果為社會(huì)服務(wù)。傳統(tǒng)的WebGIS服務(wù)模式可以達(dá)到地理空間信息資源共享的目標(biāo)，它可以實(shí)時(shí)請(qǐng)求地圖服務(wù)器傳輸?shù)貓D，但該模式消耗資源(如網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、服務(wù)器負(fù)載等)相對(duì)比較大，因此，不能滿足多用戶、高并發(fā)的地理空間信息資源共享服務(wù)效率的要求。瓦片式地圖服務(wù)模式首先把空間信息數(shù)據(jù)按照特定的瓦片式切圖算法生成規(guī)矩的瓦片式地圖存儲(chǔ)于硬盤目錄下，然后以鏈接圖片的方式在瀏覽器中還原地圖［3］。該服務(wù)模式響應(yīng)速度要快于傳統(tǒng)WebGIS服務(wù)模式，而且對(duì)地圖服務(wù)器的負(fù)載也相對(duì)小一些。本文就是針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用廣泛的瓦片式地圖服務(wù)模式，探討基于Ajax的瓦片式地圖服務(wù)研究，開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的瓦片式切圖工具，為空間信息資源共享提供數(shù)據(jù)保障。

二、瓦片地圖服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)

瓦片式地圖可分為兩種：一種是客戶端瓦片技術(shù)，即在客戶端將本來(lái)只需一次請(qǐng)求即可獲得的地圖圖片分解為多次請(qǐng)求，由客戶端將這多次請(qǐng)求獲得的地圖圖片組合起來(lái)，形成一幅完整的地圖，但它對(duì)WebGIS服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的荷載要求非常大;另一種是服務(wù)器端的瓦片技術(shù)，即預(yù)先在服務(wù)器上切割出金字塔結(jié)構(gòu)的地圖圖片，讓客戶端來(lái)訪問(wèn)，這種方式不涉及WebGIS服務(wù)器的解析和地圖生成過(guò)程，而是一個(gè)存儲(chǔ)的圖像加載，因此速度比客戶端瓦片技術(shù)和非瓦片式GIS快［4］。本研究是基于服務(wù)器端的瓦片技術(shù)，系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，GIS數(shù)據(jù)處理平臺(tái)采用MapInfo 8.5，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用Oracle、MySQL6以及自定義數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)采用的開(kāi)發(fā)工具是 Microsoft Visual Studio.NET 2008、php5，以及Flex3等。平臺(tái)服務(wù)器環(huán)境為Red Linux Advance Server 5或者Windows Server 2003。應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)是自主開(kāi)發(fā)的JavaScript地圖組件、ArcGIS Server 9.3以及Flash地圖組件等。瓦片地圖服務(wù)采用多層體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由用戶層、瓦片地圖服務(wù)中間件和數(shù)據(jù)層構(gòu)成，以增加應(yīng)用系統(tǒng)的可伸縮性和靈活性。

三、瓦片切圖工具設(shè)計(jì)

1.瓦片地圖預(yù)先生成

本系統(tǒng)運(yùn)用Ajax技術(shù)，客戶端與服務(wù)器可以進(jìn)行異步多線程數(shù)據(jù)交互，在地圖服務(wù)中以分塊傳輸?shù)貓D。將瀏覽器地圖容器分割成尺寸相等(一般為256像素×256像素大小)的若干正方形地圖方塊，并根據(jù)客戶的操作，先從緩存中搜索相應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)，如果緩存中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)，Ajax引擎會(huì)根據(jù)一定的算法計(jì)算出需要新加載的瓦片，以異步多線程方式向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求。在用戶操作時(shí)候，使用JavaScript和DHTML立即更新地圖信息，并向服務(wù)器發(fā)出異步請(qǐng)求，以執(zhí)行更新或查詢緩存與數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)請(qǐng)求返回時(shí)，就可以使用JavaScript和CSS來(lái)相應(yīng)地更新頁(yè)面，而不是刷新整個(gè)頁(yè)面。地圖分塊技術(shù)極大地改進(jìn)了客戶端和服務(wù)器端的交互效率，減輕了服務(wù)器負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)。

地圖緩存模塊用于存儲(chǔ)地圖數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的效率，降低反應(yīng)時(shí)間。當(dāng)用戶訪問(wèn)地圖的某一區(qū)域時(shí)候，系統(tǒng)將會(huì)讀取該區(qū)域臨近區(qū)域的數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存在緩存中，方便用戶查詢。而用戶查詢的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)先從緩存中讀取，如果不能命中，系統(tǒng)會(huì)向數(shù)據(jù)庫(kù)查詢模塊發(fā)送請(qǐng)求，查詢地圖數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶在操作地圖的同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)從后臺(tái)的服務(wù)器中讀取數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到緩存中，此時(shí)用戶還根本沒(méi)有意識(shí)到瀏覽器正在與服務(wù)器通信。而用戶訪問(wèn)其他區(qū)域的時(shí)候，訪問(wèn)就會(huì)變得非常流暢［5］。本系統(tǒng)采取LRU(least recently used)算法來(lái)動(dòng)態(tài)置換緩存中的內(nèi)容。LRU算法原理局部性原理是：在前面一系列操作中使用頻繁的區(qū)域很可能在后面的操作中頻繁使用。反過(guò)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)很久沒(méi)有使用的區(qū)域很可能在未來(lái)較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)被用到，所以在每次調(diào)換時(shí)，找到最近最少使用的那個(gè)區(qū)域并調(diào)出內(nèi)存。

2.地圖切割與合成

地圖瓦片可由矢量地圖或柵格地圖切割而成。地圖切割程序根據(jù)投影類型、地理坐標(biāo)、縮放級(jí)別、地圖瓦片像素大小等參數(shù)生成柵格形式的地圖瓦片，并用縮放級(jí)別、x坐標(biāo)和y坐標(biāo)等標(biāo)識(shí)為圖片命名。圖1為圖片裁切具體流程，先將圖片加載進(jìn)來(lái)，在裁切時(shí)，需要明確產(chǎn)生Cells數(shù)組的大小以及影像對(duì)象，并告知影像中每個(gè)圖片的大小，則圖片會(huì)自動(dòng)初切割成等尺寸的畫面(Tile);然后將處理后的圖片寫入到目錄中。網(wǎng)站在使用這些圖片時(shí)，會(huì)根據(jù)圖片裁切原理，通過(guò)工具組合還原成需要的圖片，并顯示在網(wǎng)站的頁(yè)面中。不過(guò)當(dāng)影像數(shù)據(jù)很大時(shí)，需要考慮建立文件索引，但這會(huì)引起性能下降。建議將裁切工具作為單獨(dú)工具，而不進(jìn)行實(shí)時(shí)切片。

地圖的合成由Ajax引擎在客戶端完成。Ajax引擎首先分析瀏覽器地圖容器中的當(dāng)前縮放級(jí)別、地理坐標(biāo)和容器大小等參數(shù)，計(jì)算出需要哪些地圖瓦片;然后異步并發(fā)地向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，當(dāng)?shù)貓D瓦片返回后，將其放到瀏覽器地圖容器中的正確位置上。各相鄰地圖瓦片均無(wú)縫隙，所有瓦片合成后在用戶眼里是一整塊地圖，圖2為圖片合成具體流程。

圖1 圖片裁切流程

圖2 圖片組合顯示流程

四、地圖搜索技術(shù)優(yōu)化

1.地圖搜索

所謂地圖搜索，就是用戶在地圖搜索引擎界面下，輸入想要查找地點(diǎn)的關(guān)鍵字，便可在地圖窗口中定位整個(gè)城市范圍內(nèi)想要查找的街道、建筑物等地理位置，并獲得相關(guān)地圖信息［6］。城市公眾服務(wù)系統(tǒng)擁有精準(zhǔn)而充實(shí)的地理信息庫(kù)，最新的興趣點(diǎn)(POI)信息，擁有高性能的搜索技術(shù)，在為用戶提供精準(zhǔn)搜索的同時(shí)，具有優(yōu)良的搜索反應(yīng)速度。

地圖搜索(如圖3所示)實(shí)現(xiàn)具體流程如下：①在Web瀏覽器的地圖搜索界面下，用戶選擇“區(qū)縣列表”中的區(qū)縣(默認(rèn)為城市)，并且輸入欲搜索的街道、商業(yè)建筑等興趣點(diǎn)的關(guān)鍵字，點(diǎn)擊搜索按鈕;②客戶端通過(guò)JavaScript腳本，獲得用戶想要搜索信息的“區(qū)縣”、“關(guān)鍵字”等搜索條件，建立與服務(wù)器端的連接，向服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求(以“Get”方式向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求);③Web服務(wù)器接收客戶端的請(qǐng)求，分析搜索條件，確定用戶激發(fā)的搜索類別，繼而確定具體的搜索引擎;④建立與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的連接，根據(jù)不同的搜索引擎，在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上搜索滿足要求的信息;⑤Web服務(wù)器向客戶端返回搜索結(jié)果(以XML文件返回結(jié)果);⑥在Web瀏覽器的地圖搜索界面下輸出搜索結(jié)果列表(POI名稱、地址、詳細(xì)信息鏈接)，如果搜索的是街道，則在地圖顯示窗口中畫出街道中心線;如果搜索的是興趣點(diǎn)，則在地圖顯示窗口中以字母或數(shù)字標(biāo)出搜索到的興趣點(diǎn)地理位置。

圖3 地圖搜索流程

地圖搜索模塊中采用了Ajax技術(shù)，目的是增強(qiáng)地圖搜索界面的互動(dòng)性，使地圖搜索程序可以像桌面應(yīng)用程序中常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)用戶界面和漂亮的控件一樣，并減少客戶端從服務(wù)器端請(qǐng)求少量信息，而不是整個(gè)網(wǎng)頁(yè)，增加頁(yè)面的數(shù)據(jù)更新但同時(shí)減少頁(yè)面的刷新和刷新等待，減輕空間服務(wù)器的同時(shí)改善用戶體驗(yàn)?？蛻舳耸墙柚贏jax技術(shù)，利用JavaS-cript語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器端的異步數(shù)據(jù)請(qǐng)求，保證用戶無(wú)需等待服務(wù)器端的響應(yīng)而繼續(xù)進(jìn)行其他操作。

2.周邊搜索

周邊搜索顧名思義就是在哪里找什么，也就是查詢或搜索以某一位置為中心的周邊感興趣的信息。輸入地理信息名(指搜索中心地址、地標(biāo)建筑物、POI名稱或是行政區(qū)劃名稱)，以及中心位置周圍的生活信息關(guān)鍵詞，如餐館、KTV、銀行、藥店等，點(diǎn)擊搜索按鈕后，即可獲得中心位置周圍POI列表。還可設(shè)置搜索半徑，即用戶進(jìn)行周邊搜索的時(shí)候，可根據(jù)自己的需要更改搜索半徑的大小。

周邊搜索具體實(shí)現(xiàn)流程如下：①在Web瀏覽器的周邊搜索界面下，用戶首先在中心位置欄中輸入中心地址、地標(biāo)建筑物名稱或行政區(qū)劃等地理信息名稱，并同時(shí)周圍信息欄中輸入信息點(diǎn)關(guān)鍵詞，然后點(diǎn)擊搜索按鈕;②客戶端通過(guò)JavaScript腳本，獲得用戶想要搜索信息的“地理信息名稱”、“周圍信息的關(guān)鍵詞”等搜索條件，建立與服務(wù)器端的連接，向服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求(以“Get”方式向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求);③Web服務(wù)器接收客戶端的請(qǐng)求，分析地理信息名稱，如果是行政區(qū)劃名稱，則以該區(qū)劃中心為圓心，以指定的半徑為搜索半徑，進(jìn)行信息點(diǎn)的搜索;如果是地標(biāo)建筑物等名稱，則以該地標(biāo)點(diǎn)為圓心，以指定的半徑為搜索半徑，進(jìn)行信息點(diǎn)的搜索;④建立與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的連接，根據(jù)周邊搜索的搜索引擎，在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上搜索符合條件的興趣點(diǎn);⑤Web服務(wù)器向客戶端返回XML文件形式的搜索結(jié)果;⑥ 在Web瀏覽器的周邊搜索界面下列出搜索結(jié)果(POI名稱、地址、詳細(xì)信息鏈接)，并在地圖顯示窗口中以字母或數(shù)字標(biāo)出搜索到的興趣點(diǎn)地理位置。周邊搜索模塊實(shí)現(xiàn)所采用的技術(shù)與地圖搜索一樣。流程可參照?qǐng)D3所示。

五、系統(tǒng)性能與實(shí)現(xiàn)

1.系統(tǒng)性能

為了測(cè)試本系統(tǒng)的實(shí)際性能，對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了測(cè)試。在Windows XP平臺(tái)下搭建試驗(yàn)環(huán)境，測(cè)試使用的服務(wù)器是一臺(tái)IBM的PC級(jí)服務(wù)器，配置為Intel 2.8 GHz雙核處理器和4 GB內(nèi)存。在客戶計(jì)算機(jī)上運(yùn)行專門開(kāi)發(fā)的測(cè)試程序，模擬單個(gè)用戶的平移、縮放和快速定位操作，用戶動(dòng)作間隔設(shè)定為1 s。測(cè)試程序記錄每次動(dòng)作的開(kāi)始時(shí)間和完成時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算得到每個(gè)動(dòng)作的等待時(shí)間。為了提高測(cè)試結(jié)果可信度，每次測(cè)試設(shè)定用戶分別進(jìn)行3000次平移、縮放以及快速定位操作，測(cè)試結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，平移操作的響應(yīng)時(shí)間大約只有原來(lái)的1/5，縮放操作的響應(yīng)時(shí)間大約是原來(lái)的1/4，快速定位的響應(yīng)時(shí)間大約是原來(lái)的1/2，系統(tǒng)性能得到了較大的提升。

2.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

圖5是興趣點(diǎn)搜索顯示，將查詢結(jié)果在客戶端瀏覽器中以列表的形式顯示，同時(shí)還將結(jié)果的位置在地圖窗口中標(biāo)注。在查看一個(gè)結(jié)果的詳細(xì)信息時(shí)，并在地圖窗口中把當(dāng)前查看結(jié)果的位置在地圖窗口中居中顯示。在本系統(tǒng)中周邊搜索功能主要是指用戶在確定一個(gè)位置后和一個(gè)距離范圍后，可以查找位于這個(gè)范圍內(nèi)的服務(wù)提供商信息和服務(wù)信息，用戶界面如圖6所示。

表1 操作等待時(shí)間 ms

圖5 興趣點(diǎn)搜索

六、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前公眾對(duì)地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的迫切需求，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的城市公眾服務(wù)系統(tǒng)，整合了多尺度、多時(shí)相、多源、多分辨率空間信息，采用金字塔空間結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，對(duì)客戶端請(qǐng)求的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分割與傳輸，并通過(guò)減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來(lái)加快客戶端顯示效果，快速展示電子地圖，建立了一種高效的面向用戶提供地圖服務(wù)的技術(shù)解決方案運(yùn)行機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)了面向社會(huì)公眾的空間地理信息服務(wù)，提高了公眾對(duì)地理空間信息作用的認(rèn)知度，促進(jìn)了地理空間信息向?qū)嵱没⒁?guī)范化、公開(kāi)化、產(chǎn)業(yè)化方向的發(fā)展。

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Implementation of Urban Public Services System Based on Ajax

ZHENG Li，LUO Yuejun

0494-0911(2012)09-0074-04

P208

B

2011-09-02

測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)科研經(jīng)費(fèi)資助

鄭 莉(1979—)，女，福建福鼎人，博士，講師，主要從事GIS及攝影測(cè)量與遙感的研究工作。