一种基于地图服务的高密度船位动态渲染系统的制作方法

1.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：

2.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：
[0003][0004]
(1)基于要素聚合的船位动态显示技术
[0005]
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。
[0006]
(2)基于切片服务的船位动态显示技术
[0007]
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。
[0008]
(3)其他
[0009]
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。


技术实现要素：

[0010]
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。
[0011]
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：
[0012]
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；
[0013]
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；
[0014]
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；
[0015]
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；
[0016]
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；
[0017]
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。
[0018]
优选的，所述服务身份验证模块的工作内容包括：
[0019]
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。
[0020]
优选的，所述数据处理模块进行数据预处理的过程包括：
[0021]
从船位数据库中，获取需要通过栅格切片展示的船位数据；
[0022]
将所述船位数据中的多字段数据融合至一个字段；
[0023]
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。
[0024]
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。
[0025]
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。
[0026]
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；
[0027]
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；
[0028]
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；
[0029]
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；
[0030]
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。
[0031]
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；
[0032]
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；
[0033]
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。
[0034]
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：
[0035]
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；
[0036]
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。
[0037]
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
[0038]
(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；
[0039]
(2)用户可根据需求自定义wmts服务中的船位样式；
[0040]
(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
[0041]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本 申请的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的 不当限定。在附图中：
[0042]
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；
[0043]
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；
[0044]
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；
[0045]
图4为本发明身份验证流程图；
[0046]
图5为本发明定时发布服务示意图；
[0047]
图6为本发明自定义样式流程图。
具体实施方式
[0048]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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。
[0049]
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。
[0050]
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。
[0051]
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。
[0052]
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：
[0053]
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。
[0054]
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。
[0055]
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。
[0056]
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。
[0057]
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。
[0058]
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。
[0059]
(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；
[0060]
(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；
[0061]
(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。
[0062]
(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。
[0063]
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。
[0064]
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：
[0065]
http://ltserver.com/wmts？z＝4&x＝13&y＝6&style＝370282&key＝xxxx.xxx
[0066]
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。
[0067]
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。
[0068]
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
[0069]
(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。
[0070]
表1
[0071][0072]
(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。
[0073]
以上，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。 因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。