移動三維景觀地圖系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)_博客

1、移動三維景觀地圖系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)_博客1 緒 論1.1研究背景和意義隨著智能手機(jī)與 3G 網(wǎng)絡(luò)的使用與普及，移動終端不再僅僅是通訊網(wǎng)絡(luò)的終端，同時也成為了互聯(lián)網(wǎng)的終端。2近幾年來，移動終端的應(yīng)用軟件和服務(wù)已經(jīng)有了迅速的發(fā)展，尤其以地圖應(yīng)用最為明顯。根據(jù) 2013 年中國移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r報告中所述，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，普通大眾對于交通狀況、出行線路和本地生活服務(wù)的需求不斷增加，手機(jī)地圖發(fā)展迅猛，逐漸從單一的導(dǎo)航、線路查詢向移動位置生活服務(wù)平臺發(fā)展，在方便用戶出行的同時，也滿足了多樣化的生活信息服務(wù)需求，從而吸引了更多用戶。目前，手機(jī)地圖在我國手機(jī)網(wǎng)民中的滲透率達(dá) 35.4%，已具備較大的市場規(guī)模

2、。3由此可見，手機(jī)地圖的確是能給大眾帶來很多便捷，提供多樣化的服務(wù)。目前市場上充斥著各種各樣的手機(jī)地圖軟件，他們的功能都大同小異。但是針對不同的群體，不同的生活環(huán)境，他們所需要的服務(wù)也是不盡相同的。這就是為什么現(xiàn)在有更多的私人定制的服務(wù)出現(xiàn)。在中國海洋大學(xué)這個大環(huán)境下，為廣大師生量身定制一款專屬地圖服務(wù)軟件，將會為大家?guī)砀啾憷?。高校作為一個特殊的環(huán)境，每年都面臨迎來送往的場景。以中國海洋大學(xué)為例，學(xué)校目前占地 3000 多畝，分布于嶗山、魚山和浮山三個校區(qū)，擁有 200 多棟建筑和幾千個辦公室，近百個院系和行政管理單位。因校區(qū)分散，管理部門眾多，給教師、學(xué)生學(xué)習(xí)、辦公帶來了極大的不便。偌大

3、的校園，近百個院系，不同的行政管理部門以及數(shù)以千計的教師辦公室，都讓所有同學(xué)都無所適從。隨著學(xué)校規(guī)模不斷擴(kuò)大，校園面積大幅增加，樓宇和建筑也不斷增多，相應(yīng)的一些本地生活的必備設(shè)施也在增加。為了讓老師和同學(xué)通過最簡單直接的方式更快地了解校園，方便在校園中的學(xué)習(xí)和生活，提出了這個基于海大校園的移動三維景觀地圖系統(tǒng)。通過研發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)、多維地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，開發(fā)海大校園移動三維景觀地圖系統(tǒng)，以便使用者或管理者直觀快速地了解到三校區(qū)各建筑的區(qū)域位置、院系和行政部門的空間分布和校園的景觀布局等有效信息。.1.2應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢移動三維景觀地圖具有三維景觀系統(tǒng)的特點(diǎn)，是一個能夠?qū)^(qū)域內(nèi)空間

4、對象進(jìn)行真三維描述和分析的 GIS 系統(tǒng),是一個可視現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)集成的系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、住宅小區(qū)綜合管理、市政管理、公共交通、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、區(qū)域開發(fā)規(guī)劃、旅游等多種領(lǐng)域。近年來, 隨著數(shù)字地理信息系統(tǒng)(Cyber GIS)的提出和發(fā)展,包括數(shù)字城市、數(shù)字地球和數(shù)字海洋等，作為數(shù)字地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)的數(shù)字景觀模型在城市規(guī)劃、設(shè)施管理、旅游應(yīng)用等方面的優(yōu)勢為人們所關(guān)注。5另一方面, 隨著移動設(shè)備的普及和快速發(fā)展, 為人們了解現(xiàn)實(shí)中的三維世界提供了很大的方便和可能性。6手機(jī)地圖軟件開發(fā)經(jīng)歷了幾年的發(fā)展，用戶的需求層出不窮，及時響應(yīng)市場需求變化十分重要。在這個需求的背景下誕生了為手機(jī)軟件

5、跨平臺開發(fā)的中間件。7目前運(yùn)用比較廣泛，同時效果也很好的一種跨平臺方案就是使用動態(tài)腳本進(jìn)行服務(wù)器編寫，在客戶端進(jìn)行展示和交互。如果不是開發(fā)游戲等直接操作硬件底層的應(yīng)用，使用跨平臺方案是十分直接有效的途徑。對于本文涉及的移動三維地圖的發(fā)展時間并不長，但是隨著新的客戶端移動客戶端的普及也展現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。2 系統(tǒng)需求分析2.1 移動三維地圖應(yīng)用需求二維電子地圖作為一種廣泛應(yīng)用的信息傳輸工具，在實(shí)際應(yīng)用中較好地發(fā)揮了地圖的本質(zhì)功能，即傳輸自然地理信息。但它不能直觀地表達(dá)出地面上所有的地理事物。10也就是說二維地圖容易表達(dá)，但是缺乏直觀性，對于一些普通人來說，是不太容易從二維平面地圖上獲取大量信

6、息的。隨著計算機(jī)技術(shù)、3S 技術(shù)及 4D 產(chǎn)品的發(fā)展和完善，尤其是計算機(jī)圖形和圖像技術(shù)的進(jìn)步，利用計算機(jī)來制作三維地圖已日漸成熟。目前一些商用地理信息系統(tǒng)中，已加入了三維 GIS 模塊。利用高精度的 4D 產(chǎn)品延伸制作而成的三維景觀地圖，是地圖發(fā)展過程中一種全新的地圖模式，逐漸被廣大用戶所理解和接受。11所以如今的大部分地圖軟件不僅僅有 2D 平面圖，衛(wèi)星圖等模式，甚至還有 3D俯視圖，不過大部分的俯視圖都只是改變了視角傾斜度，其本質(zhì)仍舊是 2D 圖。很多地圖軟件也在著力于 3D 地圖的開發(fā)和研究，為了實(shí)現(xiàn)立體真實(shí)的效果，對建筑進(jìn)行 3D 建模是目前普遍的一種做法。PC 端在 3D 地圖的研究

7、和開發(fā)上已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展。但是對于移動端來說，本身具備的資源有限，比如屏幕大小有限，內(nèi)存不足，再加上網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定，所以 3D 地圖雖然很多優(yōu)點(diǎn)，但是在移動用戶端也受到了很多限制。因此，針對目前的現(xiàn)狀需要設(shè)計出一款綜合 2D 地圖和 3D 地圖優(yōu)點(diǎn)的景觀地圖系統(tǒng)，另外需結(jié)合智能手機(jī)觸摸屏的特點(diǎn)，并且在用戶操作體驗(yàn)上加以改進(jìn)。傳統(tǒng)三維地圖在移動客戶端存在著加載模型慢、顯示速度慢、占用內(nèi)存大等問題。12為了解決這些問題，系統(tǒng)采用 Openlayers 搭建三維景觀地圖模型框架。.2.2 用戶需求分析系統(tǒng)的用戶可以分為兩類：普通用戶和管理員用戶，根據(jù)他們對系統(tǒng)不同的使用，其各自的需求如下：A.

8、 普通用戶在學(xué)校這個面積有限但是系統(tǒng)龐大而復(fù)雜的環(huán)境中，用戶平常會在地圖中搜索學(xué)校中他們需要去到的或者他們不熟悉的地理名詞，如：行遠(yuǎn)樓，圖書館等等。這些詞匯都具有地區(qū)特征，而且適用地圖來滿足用戶的地圖需求。相對于地圖來說，傳統(tǒng)的文字描述方式是不能夠直接滿足用戶需求的。一般用戶會有以下幾種需求：1 精確查詢：查詢某一特定建筑或地點(diǎn)的精確POI 點(diǎn)、道路、門牌號等信息，需要在搜索功能中提供詳盡的信息；2 廣泛需求：這類需求所在不是惟一的，學(xué)校內(nèi)有多個地點(diǎn)，如食堂、體育場等。另外學(xué)校的用戶也越來越關(guān)注身旁的一些日常生活信息，如：周邊餐飲、公交班車點(diǎn)等等。3 路線查詢：由于學(xué)校是步行就可以到達(dá)所有地方

9、的，路線規(guī)劃功能在本系統(tǒng)中略顯冗余。由此可見一個真正實(shí)用的地圖產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)接近用戶的生活，并且及時地反映出人們四周的轉(zhuǎn)變，以更好地滿足人們的日常需求。.3 開發(fā)模式與關(guān)鍵技術(shù) .93.1 系統(tǒng)開發(fā)模式.93.2 關(guān)鍵技術(shù)介紹.103.2.1 移動景觀地圖的瓦片渲染發(fā)布技術(shù).103.2.2 基于 HTML5 和 jQuery Mobile 的跨平臺前端瀏覽技術(shù).113.2.3 多點(diǎn)地圖觸控操作技術(shù).123.2.4 其他相關(guān)技術(shù)介紹.124 系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn) . 144.1 總體設(shè)計.144.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計.174.3 移動用戶界面設(shè)計.194.4 功能模塊設(shè)計與實(shí)現(xiàn).234.5 軟件測試.414.5.

10、1 單元測試.414.5.2 集成測試.435 結(jié)束語 . 455.1 總結(jié).455.2 進(jìn)一步工作.454 系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)4.1 總體設(shè)計B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)就是瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)式隨著 Inter技術(shù)的興起和發(fā)展，對 C/S 結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。21B/S 結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)簡化了移動客戶端載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。B/S 結(jié)構(gòu)能夠使不同的用戶在不同的地點(diǎn)，以不同的接入方式（如局域網(wǎng)，廣域網(wǎng)，無線網(wǎng)絡(luò)等）訪問和操作共同的數(shù)據(jù)庫，同時也能夠有效地保護(hù)數(shù)據(jù)平臺和管理訪問權(quán)限，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫也很安全。22其不足在于數(shù)據(jù)的儲存管

11、理功能較為透明。23由于本系統(tǒng)在移動端使用，需要用戶在任何手機(jī)系統(tǒng)環(huán)境下都能訪問本系統(tǒng)，目前 B/S 架構(gòu)的生命力，可擴(kuò)展性，更加容易進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，更高的安全性等特點(diǎn)對于本系統(tǒng)而言，是最為適合的架構(gòu)。圖 4-1 展示了系統(tǒng)的架構(gòu)。系統(tǒng)前端則采用 jQuery Mobile 和 HTML5 構(gòu)建 UI 和邏輯。在現(xiàn)有的 PC 端海大校園三維景觀地圖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對移動用戶，以及移動端的各項(xiàng)特點(diǎn)，對地圖進(jìn)行重新構(gòu)建并簡化功能，產(chǎn)生更好的用戶體驗(yàn)。具體來說就是用Openlayers 構(gòu)建海大校園景觀地圖的基礎(chǔ)地圖部分，包括魚山、浮山和嶗山三大校區(qū)，并且在相應(yīng)的坐標(biāo)上添加院系、辦公樓、教學(xué)樓、宿舍等等建筑或道路信息。另外使用 jQuery Mobile 和 HTML5 實(shí)現(xiàn)能夠用于各個系統(tǒng)的觸摸屏的瀏覽和查詢等功能，并結(jié)合 ext 以及 javascript 庫構(gòu)建出簡約美觀的用戶界面。最終形成一個界面友好，功能實(shí)用的移動服務(wù)系統(tǒng)。對于研發(fā)者來說其優(yōu)勢在于：1. 避免應(yīng)用商店復(fù)雜且長時間的審批過程，大大提高研發(fā)效率；2.支持跨平臺和跨設(shè)備開發(fā)，減少工作量。.總結(jié)本篇論文基于海洋信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)校園三維景觀地圖研發(fā)基礎(chǔ)完成的主要工作和成果如下：研究了三維地圖系統(tǒng)在移動客戶端的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢；分析了當(dāng)前校園用戶的需求與系統(tǒng)應(yīng)用的可行性；設(shè)計了移動端三維景觀地圖