趙志宇+呂維新+李士濤+王艷濤+陳仁星

[摘 要] 針對WEBGL技術(shù)規(guī)范、電力GIS系統(tǒng)的特點提出了一種新的三維場景數(shù)據(jù)格式，該格式有以下特點：對web環(huán)境友好、高可擴展性、支持多圖層、支持LOD、遵循REST API規(guī)范。

[關(guān)鍵詞] 對web環(huán)境友好；高可擴展性；LOD；多圖層 REST；API

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 23. 085

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2016）23- 0162- 04

0 概 述

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、各大瀏覽器產(chǎn)商對WEBGL技術(shù)規(guī)范支持，在WEB瀏覽器上就可以實現(xiàn)三維場景交互，電力GIS系統(tǒng)也從傳統(tǒng)的三維地圖也從傳統(tǒng)的C/S模式逐步變成B/S模式，本文針對WEBGL技術(shù)規(guī)范、電力GIS系統(tǒng)的特點提出了一種新的三維場景數(shù)據(jù)格式，該格式有以下特點：

（1）對WEB環(huán)境友好，傳輸方便、可在瀏覽器端快速解碼、可按需請求資源；

（2）可擴展，可持續(xù)擴展，以便支持新的數(shù)據(jù)類型；

（3）支持多圖層；

（4）遵循REST API規(guī)范；

（5）LOD。

1 數(shù)據(jù)文件包含內(nèi)容

該格式的一份完整的數(shù)據(jù)包含了：元數(shù)據(jù)、圖層、矢量瓦片、地圖要素、符號等內(nèi)容以下為信息內(nèi)容。

（1）該格式的場景數(shù)據(jù)包含的元數(shù)據(jù)通過MetaInfo類來實現(xiàn)，該類型包含屬性如表1所示。

通過以上屬性可以獲取初步獲得該文件包含的場景數(shù)據(jù)信息，版本號標識當前格式的版本，layers屬性為包含的圖層ID號數(shù)組，通過該值可以進一步獲取對應圖層的信息。

（2）場景包含的圖層通過Layer類來實現(xiàn)，包含以下屬性如表2所示。

通過以上屬性可以獲得圖層的基本信息，其中最大、最小比例尺信息用來控制圖層的展示的比例尺范圍，xmin、ymin、xmax、ymax 描述了圖層在場景中的矩形邊界，CRS表示邊界坐標采用的坐標系，TileSize表示圖層瓦片的大小，為一個正方形區(qū)域，單位為像素，DPI表示分辨率。柵格瓦片是在地圖中最常用的一種瓦片格式，通過切換層級加載不同的瓦片來實現(xiàn)LOD，而本文中描述的數(shù)據(jù)格式使用矢量瓦片，矢量瓦片具有這樣的特點，地圖縮放時在客戶端實時繪制，不會隨地圖的縮放而失真，在不同比例尺下都可以使用同一張瓦片。因此本文描述的數(shù)據(jù)格式圖層只有一個層級，結(jié)合上述的圖層的屬性可以計算出各個瓦片的行、列號。瓦片通過以Tile類來實現(xiàn)。

（3）Tile類包含信息如表3所示。

瓦片在本文中描述的數(shù)據(jù)格式中的主要作用是快速獲取當前地圖所需要繪制的要素集合。根據(jù)當前地圖邊界信息調(diào)用WFS服務獲取要素的一個缺點是，服務器端需要動態(tài)的生成要素集合。而矢量瓦片由于確定了邊界可以實現(xiàn)預生成、緩存，從而大幅度降低對服務器的性能要求。

（4）要素通過Feature類來實現(xiàn)，包含信息如表4所示。

Properties屬性值為鍵值對表，包含了要素的一系列信息，lod屬性描述了要素在不同比例尺下繪制時需要的信息。詳情見LOD類的設計，geometry屬性描述要素的地理空間信息。

（5）LOD類包含的信息如表5所示。

LOD技術(shù)在地圖繪制中起至關(guān)重要的作用，通常LOD切換分兩種，一種是在不同比例尺下繪制不同的要素，如CITYGML格式將要素進行了劃分，要素之間存在父子關(guān)系。另外一種是對同一要素使用高低模來繪制，本文采用后一種模式。前一種方式也可以通過控制不同圖層的比例尺范圍來實現(xiàn)。同一個要素可以根據(jù)上述的LOD列表，在不同比例尺范圍下使用不同的模型來繪制。

（6）繪制要素需要的符號通過Symbol類來實現(xiàn)，該類包含信息如表6所示。

（7）符號需要的材質(zhì)資源、材質(zhì)對應的參數(shù)由Group類實現(xiàn)，該類型包含信息如表7表示。

三維場景中需要的數(shù)據(jù)類型多種多樣，為了具有高擴展性符號通過接口來描述，符號數(shù)據(jù)通過Javascript函數(shù)統(tǒng)一獲取。在WEB瀏覽器端只要實現(xiàn)了對應的接口便可以支持新的數(shù)據(jù)類型。在電力GIS系統(tǒng)中，要素的幾何類型主要分為點和線兩種，桿塔、斷路器、變電站等設備的位置信息通過中心點所在的經(jīng)緯度、高程來描述。架空線、電力電纜、電器連接線的位置信息通過折線坐標來描述，繪制地圖所需的符號，對于不同的要素類型可以有不同的實現(xiàn)方式。

（1）直接模式：通過直接存儲頂點的坐標，這個方式適合復雜要素，如桿塔、開關(guān)等，數(shù)據(jù)可以通過建模軟件制作的模型轉(zhuǎn)換生成。

（2）間接模式：通過公式描述如貝塞爾曲線可以使用公式，引用此類型符號的要素通過調(diào)用函數(shù)，從而間接動態(tài)生成頂點數(shù)據(jù)，這個方法適合頂點坐標規(guī)律性比較強的要素，比如架空線，可以根據(jù)其物理特性、環(huán)境因素生成頂點信息，兩種模式都可以使用上述的接口。

以上各類的關(guān)系如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)的訪問方法和返回格式

數(shù)據(jù)全部通過REST API獲取，設定以下訪問方式：

path/root，path為URL路徑，以下相同。

（1）path/root/metainfo/ 獲得場景數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)按以JSON的格式返回格式如下，

{

name：服務名稱，

descriptions：描述，

layers：[0..n]，

Vesion：1.0

}

（2）path/root/layer/0....n，通過上一步可以獲得場景包含的所有圖層ID，通過該節(jié)點則可以訪問對應ID的圖層信息，圖層信息按JSON格式返回，格式如下，

{

Layerid：n，

LayerName：”圖層名稱”，

LayerInfo：”xxx圖層，copyright....”，

Maxscale：N，//數(shù)值

Minscale：M，//數(shù)值

Vesion：1.0，

TileSize：512，

DPI：96，

CRS：EPSG：4326，

Basescale：X，//數(shù)值

xmin：a，

xmax：b，

ymin：c，

ymax：d，

}

（3）path/root/layer/n/row/col/ 通過上一個節(jié)點可以根據(jù)需要動態(tài)請求所需要的切片，其中n表示層級，row為行號，col 列號為非負整數(shù)，以Google開源的protobuf 的數(shù)據(jù)格式進行編碼，該格式的特點是基于二進制，比傳統(tǒng)的XML表示同樣一段內(nèi)容要短小得多，效率比XML和JSON都高。由于protobuf文件格式可讀性差，因此以下以等價的JOSN格式說明，

{

count：n，//整數(shù)表示包含的要素總量

features：[

{id：m，properties：{“name1”：”value1”，...，“namen”：”valuen”}，geometry：{type：”xxx”，coordinates：xxxx}，lod：[

{symbolid：123，fromindex：0，toindex：1024，minSacle：10000，maxSacle：1000，id：1}，

{symbolid：456，fromindex：0，toindex：2048，minSacle：1000，maxSacle：100，id：2}，

{symbolid：789，fromindex：0，toindex：20480，minSacle：100，maxSacle：50，id：3}，....

]}]}

（4）path/root/symbol/0....n 通過上一步的節(jié)點可以獲得切片內(nèi)部包含的要素，進而可以獲得繪制要素需要的符號資源，其中n為符號ID 非負整數(shù)，返回Javascript腳本文件，該文件包含以下格式的函數(shù)，

var gettype= function（）{........}，

var getPositions= function（）{.....}，

var getNormals=function（）{....}，

var getUV=function（）{....}，

var getGroups=function（）{.....}

主要參考文獻

[1]聶曉旭，于鳳芹，欽道理 .基于Protobuf的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議[J].計算機系統(tǒng)應用，2015，24（8）.

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