摘 要

在当今GIS的高速发展中，栅格数据格式已经不能达到现如今地理信息系统发展的需求，而矢量数据的需求却大大增加。矢量数据具有精度高，放大不失真，方便用户交互等优点，但是矢量数据的传输对于计算机和网络的性能要求比栅格数据苛刻很多。本文运用一种基于瓦片分割的矢量数据组织管理方法，在传输过程中把整个矢量数据分割成许多矢量瓦片，根据用户的需求分幅传输而并不是传输所有的数据，再结合栅格瓦片金字塔模型，建立矢量瓦片金字塔模型，根据尺度效应，传输符合用户需求尺度的矢量数据，以减少数据传输量并且提高地图显示效率。根据基于瓦片分割的矢量数据组织管理方法进行矢量瓦片地图显示系统设计，将研究方法应用于实践当中，实验证明本文所述的方法确实是可行的，可以提升矢量数据的传输效率。

关键词：网络GIS；矢量瓦片；矢量分割；瓦片合并

Abstract

With the rapid development of GIS today, the raster data format has been unable to meet the needs of GIS development at this stage, but the demand for vector data is increasing greatly. The vector data has the advantages of high precision, no distortion, convenient user interaction and so on, but the transmission of vector data is much more demanding for computer and network performance than the raster data. In this paper, a vector data organization and management method based on tiles segmentation is used to divide the whole vector data into many vector tiles during transmission, which are transmitted according to the needs of the user but not all the data. A vector tile pyramid model will be built combining with the grid tile pyramid model to transmit vector data. It will meet the needs of the user which can reduce the amount of data transmission and improve the efficiency of the map display with the scale effect.According to the vector data organization and management method based on tile segmentation, the vector tile map display system is applied to practice from the research method. The experiments prove that the method described in this paper is feasible and can improve the transmission efficiency of vector data.

Keyword:WebGIS;Vector tile;Vector cutting; Data simplification

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 研究目标与内容 2

1.4 论文章节安排 2

第2章 矢量瓦片 4

2.1 矢量瓦片的概念模型 4

2.2 矢量瓦片的逻辑模型 4

2.3 矢量瓦片的物理模型 5

2.4 本章小结 7

第3章 矢量数据的分割与合并 8

3.1 矢量数据的分割 8

3.1.1 点要素的分割 8

3.1.2 线要素的分割 9

3.1.3 面要素的分割 11

3.2 矢量瓦片的合并 13

3.2.1 点要素的合并 13

3.2.2 线要素的合并 14

3.2.3 面要素的合并 14

3.2.4 瓦片合并策略 15

3.3 本章小结 16

第4章 矢量瓦片组织管理 17

4.1 矢量瓦片组织管理综述 17

4.2 矢量瓦片的金字塔模型 17

4.3 矢量数据的数据化简 18

4.3.1 数据化简的概念 18

4.3.2 矢量数据化简方法综述 19

4.3.3 道格拉斯-普克法 19

4.4 本章小结 20

第5章 矢量瓦片显示系统设计与实验 21

5.1 需求分析 21

5.2 概要设计 21

5.3 详细设计 22

5.3.1 数据层设计 22

5.3.2 服务层设计 23

5.3.3 表示层设计 24

5.4 系统效果展示 25

5.5 系统实验及分析 25

5.4.1 系统运行环境 26

5.4.2 实验数据介绍 26

5.4.3 系统测试实验 26

5.4.4 系统实验分析 29

5.6 本章小结 29

第6章 总结与展望 30

6.1 总结 30

6.2 展望 30

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

从1980年后，地理信息系统行业迅猛崛起和快速发展，出现了大批C/S（客户端/服务器端）架构的GIS软件，这类软件需要在客户机上预先安装GIS客户端，用户再依据需求从服务端请求数据到客户端进行地理信息系统操作。这种桌面版的GIS软件有其独有的优点，例如无需网络支持，开发流程容易，可以实现复杂功能操作，客户端响应速度快速等。于此同时，其缺点亦不可忽视：不利于跨平台操作，不利于进行软件更新，用户必须安装客户端才能使用。从2000年开始，互联网开始了爆发式增长，互联网的铺设建成以及网速的提升都大为增加，这为WebGIS的发展提供了强有力的环境。于是，基于B/S（浏览器/服务器端）的GIS系统如雨后春笋般出现，并且在AJAX（动态网页）技术、RIA（富客户端）技术的涌现和成熟，网络GIS也基本能展现出与C/S架构软件一样的效果功能^[1]。

在WebGIS的发展中，地图一直以栅格数据为主，栅格数据是一种简单的静态的图像，这种数据易于获取且格式简单，方便在网络中传输，已经成为WebGIS中的主流。但是在WebGIS在发展，栅格显示似乎已经到达了现有的网络地图技术的极限，为了实现更好的交互性并改善网络地图的用户体验，栅格数据已经力不从心，因为栅格数据就像是纸质地图一样，只能被用户看到而并不能被进行操纵和触摸等定制化操作^[2]。

实现WebGIS地图交互的进一步解决方案是使用矢量数据。矢量数据是地理对象信息表达的重要方式，具有信息表达精度高、放大不易失真以及数据量较大的特点，是进行空间分析的重要工具，更重要的是矢量数据可以方便用户与地图进行交互。然而运用矢量数据地图的问题也会随之产生，当矢量数据的图层和范围比较大时，从服务器上传输这些数据就会比栅格数据花费更加大量内存和时间，客户端的性能不一将会对传输效率产生很大的影响^[3]。在现有的WebGIS中对于栅格数据的传输运用了切割分片和金字塔模型方法，如果把这些思想应用到矢量数据上将会极大的提升矢量数据的网络传输效率，使数据可视化效率极大的提升。

1.2 研究现状

杨必胜在2005年提出一种WWW上矢量数据的多分辨率传输模型算法，运用以“点删除”为核心技术的方法构建了一个C/S结构的实验软件，实现了传输效率的提升；