RIA在GIS动态数据管理与展示中的技术解析zz

作者：（超图软件）  张颖娜 袁林道 曾明 金建波

 

原文地址： http://www.supermap.com.cn/sup/xwtxpage.asp?orderID=405

 

      从2010年开始，“云计算”成为公众对于网络的新兴认知。随着“云计算”逐步揭开神秘面纱登上互联网的舞台，它为政府、企业和普通用户提供了更具伸缩性和强大计算与存储能力的服务，而处在用户交互感知最前端的客户端技术，也朝着更具表现力和互动性的方向发展。
      带有地理位置的动态数据（包括历史版本数据），具有完整的时空特性，大数据量的动态数据则在历史推演、实时监控、科学研究、辅助决策等方面都具有重要意义。
      目前这种大数据量的动态数据管理与运算，纷纷转移到了“云GIS”端，从而使得网络客户端必须提供良好的技术手段，才能在确保良好用户体验的前提下，实现数据的有效管理与最佳展示。本文将以SuperMap iClient 6R for Flex（以下简称iClient Flex）为基础，通过研究“云GIS”时代网络客户端管理和展示（渲染/呈现）动态数据的技术手段与解决方案，包括动态数据的存储、更新、显示、浏览（互操作）、特效等，提出基于RIA（Rich Internet Application）在动态数据管理与展示中的技术思路与解决方案。

SuperMap iClient 6R for Flex数据类型
      SuperMap iClient 6R for Flex是超图软件推出的富客户端产品之一。它是一套完备的富客户端GIS二次开发平台，不仅继承了Adobe Flex技术所具有的开发效率高、可拓展性强、性能优越等优点，同时它还可完全脱离IDE,在Flash Player的支持下，直接访问GIS基本功能以及GIS服务功能。
      作为一套成熟的GIS客户端产品，它在数据的展现形式上是多样的。按照数据模式，iClient Flex核心库将数据分为三大部分：要素数据、元素数据、栅格数据。
      1. 要素数据是指基本的地理元素：点、线、面。
      2. 元素数据主要用于使用音频、视频等多媒体数据，以及组件等表达某一地理对象或现象。
      3. 栅格数据在iClient Flex中用于构建地理底图。
上述数据类型在iClient Flex客户端由对应的实体类来表示或承载，它们之间的关系如表1所示：

表1  iClient Flex数据类型与类库API之间的关系
（*上表中的ImageLoader为内部使用类，未开放）

      下面以要素数据、元素数据为例（如无特殊说明，下文所提到的数据均指这两种），介绍iClient Flex平台是如何高效的管理、显示、浏览数据，以及如何完美的融合特效技术展示数据。

动态数据管理
       数据是GIS得以发展的基础，如何管理数据是一个GIS产品需要解决的首要问题。在数据管理方面，iClient Flex针对不同的处理采用不同的管理机制。
      1. 数据存储
数据存储是进行后续数据处理（主要包括添加、删除、更新、获取）的前提。iClient Flex采用两种数据存储机制：一种是数组，另一种是哈希表。当用户添加数据时，系统内部会同时在数组、哈希表中存储数据。
      a 数组存储
      采用数组存储数据是最常见的数据存储方法之一，主要用于批量，或通过索引等获取、删除、添加数据；在FeaturesLayer和ElementsLayer中，用于存储数据的数组类型接口分别为：FeaturesLayer:features、ElementsLayer:elements，当用户使用其它接口（如 addFeature()）添加\删除\修改数据时，此接口均会更新。
      b 哈希表存储
      哈希表是一种根据关键码值直接访问记录的数据结构，具有查找方便、访问速度快等优点。iClient Flex哈希表存储机制主要用于通过ID获取数据项，数据结构如表2所示：

 

表2  iClient Flex哈希表数据结构

       当数据添加至图层时，数据将以（key,value）的形式存储于哈希表中，如：HashTable.add(featureID,Feature)。相比于以往循环遍历数组获取数据项的方法，使用该机制存储数据，能够通过键值ID在哈希表中直接“拿”数据，有效缩短了通过ID获取数据项的处理时间。
      2. 数据更新
      通过侦听“数据改变”事件，iClient Flex支持全部/单个数据项的实时更新，包括地理位置、外观风格、属性信息等。
      3. 数据获取/添加/删除。
      a 数据获取，
      支持通过数组、哈希表两种方式获取数据，对应的接口如表3：

表3  iClient Flex数据获取API

      b 数据添加/删除
      当用户添加数据时，系统内部同时在数组、哈希表存储两份；同理，当用户删除数据项时，数组和哈希表中对应的数据也会被删除。iClient Flex提供的有关添加/删除数据的接口如表4：

表4  iClient Flex数据删除/添加API

分级加载显示
      基于“云”端大数据量的显示性能，一直是GIS富客户端关注的问题，iClient Flex采用分级加载显示方式逐级显示数据，用户在毫秒级便可浏览到数据，大幅缩短以往浏览大量数据的等待时间，甚至是无需等待，为用户带来新的体验效果。
      1. 分级加载显示原理
      首先将用户传入的数据（features/elements）分为n组（n的大小可由用户自定义），然后以组为单位进行遍历，将每组数据批量加载至承载容器中，先加载的数据不会延迟等待下一批数据的加载，而是实时绘制显示。因此，分级加载显示数据是一个过程，用户会在很短时间内浏览到第一组数据，较之以往的一次性全部加载的等待时间缩短很多。分级加载显示原理图如图1：

图1  分级加载显示原理

      分级加载使用前后对比模型如图2：

图2  分级加载使用前后对比模型

      2. 分级加载显示适用范围
      分级显示功能适用于大数据量、批量加载数据时，批量加载数据对应的API接口如表5所示：

表5  iClient Flex数据批量加载API

      3. 实例代码
      以要素数据Feature为例，在Flash Builder 4中使用分级加载显示功能的代码片段如表6：

表6  分级加载显示代码片段

数据浏览
      解决大数据量的显示性能问题后，必然引起人们对其浏览性能的思考。GIS数据浏览主要包括平移和缩放，针对要素、元素数据的特点，iClient Flex综合采用剪裁和快照两大技术，大幅度提升了数据浏览速度。
      1. 剪裁
      剪裁是指仅绘制、显示当前图层可视范围内数据，将不在可视范围内的数据“裁掉”，不做处理。剪裁原理模型如图3所示（以平移为例）：

图3  剪裁原理模型

      根据上图，当平移地图过程中，图层可视范围发生改变，图层中的数据需要实时更新。使用剪裁前，实时更新的是整幅图层中的所有数据；但使用剪裁后，仅更新图层可视范围内的数据项，这样可大幅度节省重绘时间。
      2. 快照
      Adobe Flex SDK 4.0中ImageSnapshot:capture-BitmapData接口是实现快照技术的基础，在地图平移/缩放开始时，首先利用该接口截取当前屏幕范围内的快照图片；然后以图片填充整幅图层；当平移/缩放完成后，再对图层中的数据进行重绘制，即用户在平移/缩放过程中所浏览到的地图是快照图片。
      使用快照技术前，地图在平移/缩放过程中数据一直在实时刷新；使用快照技术后，平移/缩放过程中使用快照图片，不对数据刷新，Adobe Flex对图片缩放、移动功能的支持已相当成熟，因而在此过程中无需花费时间；最后，平移缩放结束后再对图层中的数据统一刷新，在时间上会取得显而易见的效果。
      3. 剪裁与快照的搭配使用
      由1可知，使用剪裁技术时，地图可视范围发生变化的过程中，虽然地图仅更新可视范围内的数据，但在这整个过程中，地图是不断地刷新；由2可知，使用快照技术时，地图可视范围发生变化的过程中，地图不会刷新，但当可视范围变化结束后，会对整幅图层上的所有数据进行刷新。由此可见，剪裁与快照是两个优势互补的技术。
      iClient Flex考虑到要素数据和元素数据在平移、缩放中的不同特点，分别采用了不同的技术，具体如表7所示： 

表7  数据与剪裁快照技术对应表

动态数据展示特效
      特效是Adobe Flex富客户端技术的特色之一，iClient Flex秉承这一优势，将其完美地融合入GIS数据展示中，主要表现在动态聚散显示。
      1. 聚散显示原理
      聚散显示是指将一定范围内的要素聚合显示至一个点，被聚合的要素可以是地理上具有相关性的要素，或者属性上具有统一性，甚或是没有任何关联性。聚散显示的主要特色在于：一方面它可以从全局的角度表达被聚合要素的共性（如图4-(3)）；另一方面它可以简化要素布局，这种情况适用于大量要素的分布（如图4-(2)）。

(1) 原始图

(2) 聚合后简化要素布局

(3) 表达聚合点共性
图4  聚散显示特色（以点要素为例）

      需要注意的是，虽然被聚合要素在关联性上没有限制，但它们在类型上必须统一，即同为点/线/面要素。同时，iClient Flex产品内部是以要素的某一几何特征点为基础进行聚合的，即当被聚合要素为线/面时，用户可通过Clusterer: featureToGeoPointFunction接口设置线/面要素的几何特征点获取方法，如线中点、面中点或线端点、面的某一角点等等；点要素的几何特征点为其本身。
      iClient Flex产品推出的聚散显示功能包括三种模式，它们之间可以动态实时切换，下面内容所指的“离散点”为被聚合要素的几何特征点，在无特殊说明情况下，统一代表被聚合要素：
      a 中心聚散（CenterClusterer）
      首先将离散点所在的图层按照一定像素大小划分为若干个栅格，然后将每一栅格内的所有离散点聚合至栅格的中心点。原始图如图4-(1)，聚散结果如图5。其中，栅格大小可通过CenterClusterer :size进行设置。

图5  中心聚散

      b 区域聚散（RegionClusterer）
      首先根据一定的权重计算函数，计算每个离散点的权重值；然后，根据用户指定区域（多边形）内每个相邻离散点的权重比例确定聚合中心点，如此返复循环直到区域内所有离散点被聚合。原始图如图4-(1)，聚散结果如图6。其中，离散点权重计算方法通过接口RegionClusterer: featureWeightFunction定义，聚散区域由接口RegionClusterer:regionFeatures定义，可设置多个区域。

 图6  区域聚散

      c 权重聚散（WeightedClusterer）
      首先，根据权重计算公式计算每个离散点的权重值，并将离散点所在的图层按照一定大小划分为若干个栅格。然后，依次遍历每个栅格，在同一栅格内根据相邻离散点的权重比例确定聚合中心点，如此返复循环直到栅格内所有离散点均被聚合。原始图如图4-(1)，聚散结果如图7。其中，离散点权重计算方法通过接口RegionClusterer: featureWeightFunction定义。

图7  权重聚散

      2. 动态聚散显示样式
      iClient Flex设计了三种聚散样式，它们之间可以自由的动态切换，适用于任何聚散模式。样式与类库API对应关系如表8所示：

表8  iClient Flex聚散样式API及对应图例

      下面以中心聚散、发散风格为例，聚散样式设置代码如下表9：

表9  聚散样式示例代码

结束语
      本文基于“云GIS技术”环境，以SuperMap iClient 6R for Flex为基础，研究RIA在动态数据中的处理技术。主要列举了iClient Flex在动态数据应用方面的四个技术特色：动态数据管理、分级加载显示、剪裁与快照、动态数据展示特效。以上几点涉及到数据应用的各个方面，充分显示了iClient Flex在数据处理方面的强大功能。