CN115408406A - 一种基于地图服务的高密度船位动态渲染系统 - Google Patents

一种基于地图服务的高密度船位动态渲染系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，包括：服务身份验证模块、数据处理模块、自动发布切片模块、自定义样式模块和点击交互模块；本发明从船位与WebGIS引擎特性出发，利用GeoServer并结合前、后端技术，解决了目前切片制作速度慢、无法更换样式、无法交互等一系列问题，实现浏览器端的高效、动态、海量、高密度、可交互、可自定义样式的船位渲染。

Description

一种基于地图服务的高密度船位动态渲染系统
技术领域
本发明属于地理信息技术领域，尤其涉及一种基于地图服务的高 密度船位动态渲染系统。
背景技术
目前在浏览器端加载船位主要通过请求获取JSON或GeoJSON(一 种对各种地理数据结构进行编码的格式，基于JavaScript对象表示 法的地理空间信息数据交换格式)格式数据，以矢量要素(vector) 的形式加载至图层中。但受浏览器性能限制，传统方案无法满足海量 船位数据的加载需求。为解决该问题，主流的解决方案主要有以下三 大类：
(1)基于要素聚合的船位动态显示技术
该方案通过简化要素结构或合并要素等方法达到加载海量数据 的目的，聚合效果如图1(a)、图1(b)所示，聚合优点是前端可 以采用常规要素操作方法控制要素，但船位作为展示核心要素，需要 在地图上完整展示，因此该方案只能作为一种临时的解决方案。
(2)基于切片服务的船位动态显示技术
常用的Web地图瓦片服务(WMTS)有栅格切片(Rastertiles) 和矢量切片(vectortiles)两类。栅格切片服务的底层数据类型是栅 格图片，是目前理论中最适合渲染高密度船位的方案，但传统的栅格 切片服务存在切片速度过慢、切片缓存包过大、无法实现动态变化和 无法交互等问题；矢量切片是一种可交互的地图服务，包含GeoJSON、topoJson和mapboxvectortile(MVT)等多种格式。如图2(a)、 图2(b)所示，虽然可以MVT实现前端自主控制样式渲染，但其本 质仍是对矢量要素进行聚合和稀疏处理，因此也不适用于高密度船位 渲染。
(3)其他
该类方案主要基于WebGL技术实现，该方案通常需要对WebGIS 引擎框架的底层进行修改，开发成本较高，实际使用中海量数据需实 时请求传输，网络服务压力较大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于地图服务的高密度船 位动态渲染系统，通过在后端利用GeoServer服务器发布地图服务， 并对其提供的RESTAPI进行加工处理和封装，浏览器端进行适量的 规则约束，最终系统的解决了目前切片制作速度慢、无法更换样式、 无法交互等一系列问题，实现浏览器端的高效、动态、海量、高密度、 可交互、可自定义样式的船位渲染。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于地图服务的高密度船位 动态渲染系统，包括：
服务身份验证模块、数据处理模块、自动发布切片模块、自定义 样式模块和点击交互模块；
所述服务身份验证模块用于对后端服务架构进行系统的设计，实 现后端的业务服务器和GeoServer服务器的分离；
所述数据处理模块用于对保存在业务服务器数据库中的船位数 据进行数据预处理，生成ShipFile文件；
所述自动发布切片模块用于利用后端调用GeoServer服务器提 供的API，实现对所述ShipFile文件进行发布；
所述自定义样式模块用于利用后端开发技术与GeoServer服务 器提供的API和发布的所述ShipFile文件，实现对船位的自定义渲 染；
所述点击交互模块用于利用JavaScript和WebGIS前端技术，提 高用户在前端的使用体验。
优选的，所述服务身份验证模块的工作内容包括：
用户登录后获取密钥，前端对WMTS服务URL进行改造并将密钥 作为参数参见至URL中，后端通过请求获取key，并对key进行验证， 实现后端的业务服务器和GeoServer服务器的分离。
优选的，所述数据处理模块进行数据预处理的过程包括：
从船位数据库中，获取需要通过栅格切片展示的船位数据；
将所述船位数据中的多字段数据融合至一个字段；
删除所述船位数据中的冗余字段，仅保留所述船位数据中的经纬 度、终端号和设备类型信息。
优选的，所述自动发布切片模块在第一次发布ShipFile文件后， 需进入GeoServer服务器的GeoWebCache管理页面检查发布服务是否 开启切片缓存功能，开启切片缓存功能后，会有本地目录下生成栅格 缓存文件，在切片服务更新后需及时删除缓存文件，防止GeoServer 服务器继续调用旧服务缓存资源。
优选的，切片服务更新后，前端的WebGIS需要重置URL以防止 由于浏览器缓存资源而导致用户船位数据不更新的问题。
优选的，所述自定义样式模块包括图标上传子模块、创建符号系 统子模块、创建样式子模块和图层样式子模块；
所述图标上传子模块用于将图标文件从前端上传至后端，后端再 将图标文件的数据流转换为对应的格式文件；
所述创建符号系统子模块用于根据指定过滤规则，转换格式后的 图标文件自动生成对应的SLD规则样式内容；
所述创建样式子模块用于调用GeoServer服务器中的Styles相 关API，将生成的SLD规则样式内容上传至GeoServer服务器的样式 中；
所述图层样式子模块用于利用GeoServer服务器中API，获取指 定图层原有的样式记录，对原有的样式记录进行修改后，生成新的样 式记录并再次调用Layers相关API将新的样式记录应用至指定图层 上。
优选的，所述点击交互模块包括地图点击交互事件子模块、WMTS 服务与矢量要素切换渲染子模块；
所述地图点击交互事件子模块用于通过前端WebGIS引擎获取点 击位置的坐标并传给后端业务服务器；
所述WMTS服务与矢量要素切换渲染子模块用于在地图缩1-14级 之前强制前端地图引擎采用地图服务的方式进行船位渲染，15级以 后强制采用矢量要素方式渲染船位。
优选的，通过前端WebGIS引擎获取点击位置的坐标并传给后端 业务服务器的过程包括：
根据瓦片矩阵集反算点击位置的相对位置，请求GeoServer服务 器获取船位识别号；
根据船位识别号查询数据库中的船位相关信息，对查询结果进行 标准化处理后返还给前端，即实现前端点击切片服务地图达到与点击 矢量要素相似的效果。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
(1)定时从数据库获取船位数据并发布栅格切片服务，实现地 图服务的动态更新；
(2)用户可根据需求自定义WMTS服务中的船位样式；
(3)浏览器端流畅的进行船位渲染，实现任意缩放等级下的地 图数据交互效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本 申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的 不当限定。在附图中：
图1为基于要素聚合的船位动态显示技术要素聚合效果示意图， 其中，(a)为聚合前示意图，(b)为聚合后示意图；
图2为基于切片服务的船位动态显示技术MVT预览图，其中，(a) 为Z级别下的MVT预览图，(b)为Z+1级别下的MVT预览图；
图3为本发明一种基于地图服务的高密度船位动态渲染系统结 构示意图；
图4为本发明身份验证流程图；
图5为本发明定时发布服务示意图；
图6为本发明自定义样式流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例 中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本 申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算 机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻 辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或 描述的步骤。
GeoServer是一款基于JE22的开源地图服务器，其遵循OGC开 放标准，具有功能全、拓展性高等优点，并且为用户提供REST规范 API，用户可通过API完成对GeoServer中的workspace(工作区)、 datastore(存储空间)、layers(图层)及styles(样式)等内容 进行管理操作。
为解决浏览器端动态、海量、高密度船位的渲染问题，本发明从 船位与WebGIS引擎特性出发，利用GeoServer并结合前、后端技术， 提出一种基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，本发明的技术方 案需要前端、后端、GeoServer协同处理方能实现最终的效果。
如图3所示，本发明提供一种基于地图服务的高密度船位动态渲 染系统，根据功能可以划分为服务身份验证模块、数据处理模块、自 动发布切片模块、自定义样式模块和点击交互模块4大模块进行阐述：
服务身份验证模块，对后端服务架构进行系统的设计，实现后端 业务服务器和GeoServer服务器的分离，即所有的GeoServer操作必 须通过后端验证后方可进行，控制用户的高危操作行为并减轻 GeoServer服务器压力。如图4所示，用户登录成功时，后端服务器 会返给key用于身份验证，由于WebGIS引擎在请求切片时无法直接 在请求头中携带key且请求方式采用的GET方式，因此在切片请求的 URL中直接携带密钥key，服务器截获URL后获取密钥，进而进行身 份验证。
数据处理模块，对保存在数据库中的船位数据进行数据预处理， 预处理工作包含筛选、融合、精简三步。其中筛选：从船位数据库中 获取需要通过栅格切片展示的船位数据；融合：将多字段数据融合至 一个字段，如渔船雷达类型有AIS、北斗等多种类型，将所有雷达类 型字段融合至“type”为例的字段中，type等于1代表AIS、2为北 斗、10为AIS离线等；精简：删除冗余字段，仅保留船位的经纬度、 终端号、设备类型等必要信息。最后将预处理后数据存储至ShapFile 文件中并保存至指定目录下。
自动发布切片模块，利用服务器调用GeoServer提供的API实现。 遵循不存在则新建，存在则先删除旧图层再重新创建的原则，从而达 到数据覆盖的目的。发布的数据源为数据处理模块生成的ShipFile 文件。
具体的，发布服务前对船位数据进行预处理，从数据库中读取船 位数据，筛选过滤后创建ShipFile(一种主流空间数据开放格式) 文件。调用GeoServerAPI中的工作区、存储空间及图层接口实现图 层发布。对API进行二次封装，传入对应参数即可将shp数据发布为 WMTS服务。前后端预定更新频率和时间，通过定时任务即可完成 发布和更新服务即可实现船位的动态渲染。经过实际测试，更新频率 在5分钟时，更新延迟对实际使用体验影响可以忽略不计，如图5所 示。
注意，第一次发布后，需进入GeoServer的GeoWebCache管理页 面检查发布服务是否开启切片缓存功能。开启切片缓存功能后，会有 本地目录下生成栅格缓存文件，因此在切片更新后需及时删除缓存文 件，防止GeoServer继续调用旧服务缓存资源。切片服务更新后，浏 览器前端的WebGIS需要重置URL以防止由于浏览器缓存资源而导致 用户船位数据不更新的问题，前、后端可约定自动更新频率，自动执 行相关任务。目前，该方案存在大量切片数据被存储在内存中的弊端， 当内存紧张时可能会造成服务卡顿，但可通过适量提高服务器性能并 在给GeoServer服务器分配足够数量内存解决该问题。
自定义样式模块，利用成熟的后端开发技术与GeoServer提供的 API，解决WMTS发布后无法修改样式的问题，实现船位的自定义渲染。 自定义样式主要包含图标上传、创建符号系统、创建样式、图层样式 应用四大子模块。
(1)图标上传子模块，利用base64或者XML格式将目标PNG(一 种非失真性压缩位图图形文件格式)或SVG(可缩放矢量图形)文件 从前端上传至后端服务器，后端服务器再将数据流转换为对应的格式 文件，图标文件需要保存至指定的样式目录的同时在数据库中添加相 应记录；
(2)创建符号系统子模块，根据指定过滤规则，系统自动生成 对应的SLD规则样式内容，默认采用8像素红色圆形符号，支持利用 标签绑定船位旋转角度字段。若用户指定使用第一步上传的图标作为 渲染样式，则系统会通过查询数据库获取对应图标的绝对路径并应用 至SLD中；
(3)创建样式子模块，调用GeoServer中的Styles相关API(一 些预先定义的函数)将第二步生成的SLD样式内容上传至GeoServer 的样式中。
(4)图层样式子模块，利用GeoServerAPI获取指定图层原有 的样式记录，对原有样式记录进行修改后，生成新的样式记录并再次 调用Layers相关API将新样式记录应用至指定图层上。
系统对上述步骤进行了全面的封装并以API的形式供用户调用， 用户调用接口时，传入相应的参数即可完成上述任意子模块的执行效 果。
具体的，以切片服务显示指定区域为例，前端在URL(统一资 源定位器)中传入显示区域编号(如370282)并对请求URL增加style 字段，最终请求地址示例如下所示：
http://ltserver.com/wmts？z＝4&x＝13&y＝6&style＝370282&key＝xxxx.xxx
后端根据图6所示流程进行样式配置，即可实现只显示区域编号 为370282的船位效果。
用户要指定船位图标或使用上传图片时，可通过表单的形式将样 式过滤条件上传至后端，后端根据过滤条件创建SLD(一种风格化图 层描述器的简称)内容并生成对应样式。样例中的ship为样式名，zd 为船位终端类型，fwj为角度字段。最终创建名为ship的样式，当zd 等于1时，采用绿色20大小的三角形表示船位，当zd等于2时，采 用geoserver根目录下的sj.png表示点位并以fwj字段值作为图片旋转 角度。适量增加过滤条件即可达到清晰明了的船位渲染效果。
地图交互模块，利用JavaScript(即时编译型的编程语言)和 WebGIS(网络地理信息系统)等前端技术提高用户在浏览器端的实际 使用体验，包含地图点击交互事件、WMTS服务与矢量要素切换渲染 两个子模块
(1)地图点击交互事件子模块，浏览器端通过WebGIS引擎获取 点击位置的坐标并传给后端业务服务器，根据表1所示的瓦片矩阵集 反算点击位置的相对位置，根据相对位置请求GeoServer获取船位识 别号，再根据识别号查询数据库中的船位相信信息，对结果进行标准 化处理后返还给前端，即实现浏览器端点击切片服务地图达到与点击 矢量要素相似的效果。
表1
Figure BDA0003817847940000111
(2)地图服务与矢量要素动态切换渲染子模块，本方法在地图 缩放1-14级之前强制前端地图引擎采用地图服务的方式进行船位渲 染，15级以后强制采用矢量要素方式渲染船位，以此提高资源利用 效率和用户使用体验。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。 因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，其特征在于，包括：服务身份验证模块、数据处理模块、自动发布切片模块、自定义样式模块和点击交互模块；
所述服务身份验证模块用于对后端服务架构进行系统的设计，实现后端的业务服务器和GeoServer服务器的分离；
所述数据处理模块用于对保存在业务服务器数据库中的船位数据进行数据预处理，生成ShipFile文件；
所述自动发布切片模块用于利用后端调用GeoServer服务器提供的API，实现对所述ShipFile文件进行发布；
所述自定义样式模块用于利用后端开发技术与GeoServer服务器提供的API和发布的所述ShipFile文件，实现对船位的自定义渲染；
所述点击交互模块用于利用JavaScript和WebGIS前端技术，提高用户在前端的使用体验。
2.根据权利要求1所述的基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，其特征在于，所述服务身份验证模块的工作内容包括：
用户登录后获取密钥，前端对WMTS服务URL进行改造并将密钥作为参数参见至URL中，后端通过请求获取key，并对key进行验证，实现后端的业务服务器和GeoServer服务器的分离。
3.根据权利要求1所述的基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，其特征在于，所述数据处理模块进行数据预处理的过程包括：
从船位数据库中，获取需要通过栅格切片展示的船位数据；
将所述船位数据中的多字段数据融合至一个字段；
删除所述船位数据中的冗余字段，仅保留所述船位数据中的经纬度、终端号和设备类型信息。
4.根据权利要求1所述的基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，其特征在于，所述自动发布切片模块在第一次发布ShipFile文件后，需进入GeoServer服务器的GeoWebCache管理页面检查发布服务是否开启切片缓存功能，开启切片缓存功能后，会有本地目录下生成栅格缓存文件，在切片服务更新后需及时删除缓存文件，防止GeoServer服务器继续调用旧服务缓存资源。
5.根据权利要求4所述的基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，其特征在于，切片服务更新后，前端的WebGIS需要重置URL以防止由于浏览器缓存资源而导致用户船位数据不更新的问题。
6.根据权利要求1所述的基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，其特征在于，所述自定义样式模块包括图标上传子模块、创建符号系统子模块、创建样式子模块和图层样式子模块；
所述图标上传子模块用于将图标文件从前端上传至后端，后端再将图标文件的数据流转换为对应的格式文件；
所述创建符号系统子模块用于根据指定过滤规则，转换格式后的图标文件自动生成对应的SLD规则样式内容；
所述创建样式子模块用于调用GeoServer服务器中的Styles相关API，将生成的SLD规则样式内容上传至GeoServer服务器的样式中；
所述图层样式子模块用于利用GeoServer服务器中API，获取指定图层原有的样式记录，对原有的样式记录进行修改后，生成新的样式记录并再次调用Layers相关API将新的样式记录应用至指定图层上。
7.根据权利要求1所述的基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，其特征在于，所述点击交互模块包括地图点击交互事件子模块、WMTS服务与矢量要素切换渲染子模块；
所述地图点击交互事件子模块用于通过前端WebGIS引擎获取点击位置的坐标并传给后端业务服务器；
所述WMTS服务与矢量要素切换渲染子模块用于在地图缩1-14级之前强制前端地图引擎采用地图服务的方式进行船位渲染，15级以后强制采用矢量要素方式渲染船位。
8.根据权利要求7所述的基于地图服务的高密度船位动态渲染系统，其特征在于，通过前端WebGIS引擎获取点击位置的坐标并传给后端业务服务器的过程包括：
根据瓦片矩阵集反算点击位置的相对位置，请求GeoServer服务器获取船位识别号；
根据船位识别号查询数据库中的船位相关信息，对查询结果进行标准化处理后返还给前端，即实现前端点击切片服务地图达到与点击矢量要素相似的效果。
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