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在线电子地图及其服务技术
在线地图及其服务技术

摘要：如今，地理信息系统（GIS）在各种领域都有广泛的应用，比如军事、农林、国防、交通等。然而以往单机操作的GIS系统已经远远不能满足人们的各种需求，需要一个在线的系统能够进行信息交流，这就产生了在线电子地图。现今，互联网上已经有了大量的提供地图服务的网站，这些地图网站的开发中涉及了各种各样的在线地图服务技术，为了让这些技术能更加容易的让人理解，本文从在线电子地图说起，先是概略的讲述了电子地图与传统地图的区别和优势，然后简要讨论了在线地图的存储管理和获取的方法，最后介绍了地图API的概念。
关键词：在线地图；API；服务技术
1 互联网电子地图服务现状
传统的地理信息技术是专业性很强的领域, 在地理信息服务发展的初期阶段, 面向的用户群体狭窄, 更着重于地理信息数据管理应用平台的搭建。如今, 随着地理信息开发技术的日趋成熟, 面向公众应用与互动功能的不断扩展, 越来越多的人开始关注并使用电子地图服务。
地理信息的应用领域, 也逐渐从严格的内部应用, 专业的行业应用, 逐渐扩展到了无限制的网络应用。近年来, 互联网上的电子地图, 如雨后春笋, 快速的发展壮大, 呈现出一种蓬勃的发展趋势。我们在谷歌上输入电子地图约有15700000项查询结果, 在百度上约有27500000项, 在雅虎上约有16200674项,在搜狗上约有24186277项, 在有道上约有11300000项等。根据2007年底的统计数据,国家测绘局通过采用网上搜索和重点抽查的方式检查出登载地图的互联网站8962个, 互联网地理信息服务网站有595个,这个数字足以显示当前电子地图市场的发展壮大。
2 在线地图与传统地图的区别和优势
互联网在线地图是以互联网为传播介质的一种新型的数字地图，与传统纸质地图有很大的区别。
由于传统观念根深蒂同，制图专业人士常常用纸质地图的思维方式来判断设计互联网地图，结果往往得不到用户的认同。在总结多年互联网地图运作的经验教训后，作者认真分析了互联网地图与纸质地图的不同，转变了观念，并由此带来认识上的创新。
2.1 读图方式不同
在线地图是在电脑屏幕上看图，用户可以通过放大来查看细节，但是它的整体效果差，用户无法像使用传统地图那样一目了然．把握全局。因此，在设计互联网地图时，要充分考虑和适应屏幕方式，不能让用户满屏移动鼠标却找不到其需要的兴趣点，这就要求把用户关心的内容、事物强化为关键点，并能使其快速搜索到结果，达到使用的目的。
2.2 比例尺概念不同
对纸质地图而言，比例尺是非常重要的内容，读者首先在纸质地图上测量，再通过比例尺换算，可以得出两地间的实际距离；而互联网地图可以随时放大缩小，不像纸质地图有一个固定的比例尺，两地间的距离也不需要通过比例尺换算，可以通过内部程序计算得出来。相同比例尺的纸质地图可以接边，不同比例尺的纸质地图不存在接边问题；而互联网地图的屏幕显示比例是实时变化的，可设定显示比例，在不同的屏幕比例显示不同的地物要素，这就需要数据库内不同比例尺底图之间要接边和一致，才能在显示时保持一致。
2.3 负载量不同
编制纸质地图时。要考虑地图要素的负载量问题，既要避免编制出的地图内容太少、图面太空信息量不够，又要避免地图内容太多、图面拥挤、读图不清晰。而互联网地图不受这样的限制，地图数据库存储海量数据，通过内部程序设定不同的显示级别，可以将一栋写字楼内的几百家单位、公司都表示出来，这在纸质地图上是不可想象的。
2.4 现势性更新
纸质地图的现势性更新，一般需要由专业人士在收集各种最新地图资料后，统一制作，这样周期一般都比较长；而网上地图就可以由各地信息员及网民，在各自所在的区域实时添加自己知道的现势性信息，从而保持更好的地图现势性，当然，对信息员要进行一定的培训，并且后台要有地图审查员把关。
2.5 保密问题
对纸质地图而言，国家基本比例尺地形图和较大比例尺地图都存在保密问题，重要地理信息数据的表示应当以国家依法公布的数据为准，互联网地图和传统地图同样适用，不允许随意公开出版。由于互联网地图显示受到屏幕尺寸限制，比例尺、经纬度、地图投影等反映数学精度的信息，都是通过内部程序运算的，稍加处理浏览者是得不到这些精确信息的，这样就有利于地图内容的保密。
3 网上电子地图的种类
网上电子地图种类繁多，归纳起来主要有二维地图、影像地图、伪三维地图、三维影像地图、街景地图集中表现形式。当然，大部分电子地图网站并不只是单独提供某种类型的电子地图，而是提供多种类型的复合电子地图，用户可以根据需要选择自己适合的方式操作。例如“E都市”地图网站就提供了伪三维地图、二维地图、影像地图三种方式查看统一地方的地形地貌、周围环境、地表建筑等信息。
3.1 二维地图
目前，网络上的电子地图主要以二维地图为主，图吧（MapBar）、GoogleMap、丁丁地图都是这种类型的电子地图。它主要是以矢量要素为主，有的可能会叠加背景影像。
3.2 影像地图
影像地图主要以各种卫星影像、航空影像为数据源，同时也叠加了地名等部分矢量数据。此种地图制作简单、快捷，但数据源更新速度快、现势性强，在网上也吸引了很大一批用户。
3.3 伪三维地图
伪三维地图主要是利用人们的视觉效果来获得三维视觉效果，实质上它还是二维地图，只不过是叠加了制作精美的地面建筑物效果图，在本报告中称此种地图为伪三维地图，网络上也把它称之为三维地图。此种地图制作精美、突出重点，有很大的视觉冲击力，很能吸引用户的眼球。
在“E都市”的网站中，大量使用了此种电子地图。但是由于制作成本和工作量较大，南昌电子地图主要表示了中心城区。
3.4 三维影像地图
三维影像地图将矢量数据、影像数据、高程数据、三维模型数据、地物纹理数据等空间信息整合叠加在一起，构建一个虚拟现实的数字区域模型。它用高程数据对地表进行渲染，影像数据用作地表纹理，用三维建模数据来对地表建筑物建模，是真正的三维地图。用户能够在这个模型上进行三维漫游、查询统计、位置标注、空间分析等操作。
Google地球（Google Earth）是此类电子地图的典型代表。它是由美国Google公司开发的虚拟地球仪软件， 把卫星照片、航空相片和GIS布置在一个地球的三维模型上，除空间信息外同时还承载了大量的非位置信息。Google Earth 采用C/S（客户端/服务器）模式设计，用户需要在本机上安装客户端软件。
4 在线地图服务技术
在线电子地图服务是现今很多地图服务公司非常关注的一个领域，包括地图的加载，以及在线地图的存储、注册和管理，接下来，我们对此进行一些说明。
4.1 在线电子地图服务资源的注册、存储与管理方法
从过去的十几年到现在，地图数据或者GIS数据的存储形式一次经历了以下几个阶段的发展：第一阶段，用文件存储并且管理所有数据；第二个阶段：用文件存储空间坐标数据，用数据库存储属性数据；第三个阶段：用关系型数据库存储并且管理空间坐标数据库和属性数据，但是空间数据和属性数据在在结构上分为多个表存储[2]；第四个阶段：基于对象关系模型在数据库中按面向对象的方式存储空间坐标数据和属性数据，显然，最后一种方式的逻辑性和结构性更强[2]。
地理信息数据的存储结构分为地理数据存储结构、空间数据存储方式和制图辅助数据存储结构[5]。其中，地理数据一般来源于地图或者其他测绘成果的数字化，不同的比例尺和不同的区域的数据存储的地方不相同，而同一图幅中，根据几何属性的不同和地物类型的不同进行分层存储。
而空间数据的存储方式是按照面向对象的思想，每条记录存储的一个地物，都会包括它的一般属性和空间属性，即空间坐标[5]。空间数据的存储方式一般有俩种，第一种方法，就是借助软件Oracle提供的支持空间的数据类型的插件Oracle Spatial中的数据结构类型。而第二种就是利用Oracle软件所提供的二进制的大对象类型BLOB，它可以把开发者所制定的规则按照顺序一个一个的存入一个类型为BLOB的字段中，当需要读取这些数据的时候，可以再根据这些规则取出。
制图辅助数据包括符号数据和字体数据，分别表示符号和注记俩部分[5]。其中符号部分包括符号库和符号配置规则，而注记部分则包括字体库和字体配置规则。
总而言之，地图数据一般都包括四个部分，地理数据、地物与符号对应的信息，符号图形数据和注记数据。其中，地理数据是地图数据最基础的部分。
4.2 在线电子地图服务特定区域地图元数据的获取方法
目前，互联网上已经存在了很多的地图网站，这些在线地图网站的开发过程中都会涉及到一个最基本也是最重要的问题——如何获取地图的数据源。根据目前国内外一些情况，一般只有一些国家机构或者大公司才设有专门的机构采集地理信息数据，制作地图，但是其中一些主流的地图网站都会提供开放式的地图API，如谷歌地图、百度地图等等，这些开放的API为开发人员获取地图元数据提供了很大的便利，下面，简单介绍一下API技术及其在获取地图元数据中的一些基本应用。
4.2.1 地图API技术
近几年来，基于互联网的在线地图服务越来越得到人们的关注，通过网络，人们可以轻松、快捷、方便的使用地图进行位置或者线路查询，而API左肋一个通用的网络编程接口，在各种地图类软件或者网站中的开发得到了非常广泛的使用。
地图 API 是一种通过 JavaScript（JSP）将地图嵌入到网页的 API。该API提供了大量实用工具用以处理地图，并通过各种服务向地图添加内容，从而使开发者能够在网站上创建功能全面的地图应用程序[3]。
地图API为开发者提供了四种形式的接口，即：iframe、JavaScript、http+xml、Web Service。
这些接口可以满足各种B/S或者C/S体系框架的基于网络地图服务的应用。据统计，调用地图API的网站已经超过百万，当前主流的地图API服务有Google Map API，Virtual Earth API，51 map API，Map-bar API，等[8]。
每一个地图API服务商提供的地图API都有大同小异的差别，但是总的看来地图API提供的通用功能如下图2-1所示：
访问地图数据
地图显示
地图操作
地图API
事件响应
地图标注
地图编辑
地图查询
图层叠加

图2-1 地图API的基本功能
由上图可知，地图API提供了网络地图所应该具备的全部服务功能，所以各类用户可以直接订制应用中的地理底图、各种专题要素和查询要素，这已经成为了一种新型的服务共享和数据共享的方式。
当前使用比较广泛的Web3.0技术具有很强的优势，这种技术使用地图API通常以“静态瓦片地图”、网页缓存和AJAX技术为基础，大大提高地图访问效率和显示的效果，给WebGIS带来了革命性的变化[5]。现今最常用的地图API的工作原理图2-3所示：

图2-2 地图API工作原理图
从上面的图三可以看出，地图数据的提供、处理和发布等一些列的服务都是有对应的地图API所提供的应用服务器和地图服务器完成地。
地图网页的各种请求的方式都以网页文件的格式表达，即xml格式，这样就可以让第三方的网站通过编程调用数据库中的信息，并且在网页中嵌入一些地图和网络服务，而开发人员只需要使用JSP语言既可以轻松的将地图API提供的网络地图嵌入自己的网页中。
4.2.2 基于API的在线地图服务框架
地图API是按照3层B/S的结构搭建起来的网络地图服务平台。而基于API的在线地图服务框架可以直接使用谷歌或者百度等地图API服务提供商所供给的三层架构体系，然后根据自己所设计的架构特点搭建第三方的地理信息数据库，从而实现了利用地图API平台管理第三方的信息，最后需要注意的是，开发商必须根据用户的习惯对地图数据、属性数据和其他的应用信息的查询、标注、叠加显示和多样式输出。具体框架结构如下面的图2-3所示：

图2-3 API框架结构
由引用地图API所制作的在线地图，一般还需要有一些辅助的功能，为了这些功能的实现，一般提供地图API的主流的网站都会提供一些附属的控件。这些基本功能包括：添加标注功能，地图显示，标注显示，属性查询、空间查询等等。
综上所述，在线电子地图与传统纸质地图相比，有很大的优势，在当今的地图服务领域发挥着巨大的作用，并且在线地图服务技术已经成为世界各国一些大的地图服务公司研究的重要技术。而API技术作为互联网地图的一个服务技术，不断推进在线地图的发展，在该领域发挥着举足轻重的作用。所以，如果应用好地图API，成为一个至关重要的问题。

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