流媒体的地理信息实时渲染技术开发

摘要

　　目前WebGIS应用进入了一个自下而上的!由广大用户集体智慧和力量主导的信息大众传播阶段,形成了具有互联网级别海量计算资源支持的webOS体系。具有高度互动性!丰富用户体验及能聚合地理信息数据并统一表现的客户端,成为目前WebGIS开发技术的一个重要研究课题。

　　基于Flash富客户端的WebGls综合了地理信息分布式计算,多源空间数据渲染,开放式地理空间信息传播等地理信息系统领域的前沿技术,在公众地图服务框架和传统GIS平台共同支持下实现了地理信息在传统互联网信息发布领域的有效传播,为人们提供一种可直观地观察数据!分析数据!揭示数据间内在联系的方法,为webGIs在浏览器端的功能提升提供一条解决途径。

　　针对上述问题和现象,本论文主要研究内容如下:

　　1.分析整理了webGls在Flash平台的应用需求与发展现状,提出了一种运行时动态自适应表达地理信息数据的渲染框架,并研究了该框架在结合具体地理信息系统业务环境下的应用。

　　2.针对WebGIS中的地理信息数据传输问题,结合数据流在Flash平台下点对点传输协议的特点,采用分布式哈希表算法组织网络内的信息节点,研究在非集中式资源搜索模式下,降低网络数据传输负荷和丰富资源共享的途径。

　　3.讨论了Flash平台下数据流格式的相关问题,设计了一种利用Flash流媒体点对点传输协议扩展的地理信息数据传播通道,并研究了ActionseriPt的类映射技术,以BlazeDS为例研究了支持Flash前端环境的后台技术。

　　4.采用SPring--Hibemate架构设计并实现了一个基于Flash流媒体传输技术的城市规划系统实时渲染系统,对本论文的相关研究内容进行验证。

　　关键词：Flash流媒体!点对点数据传输!实时渲染

　　WebGIS又称为万维网地理信息系统,是建立在Intemet或者Intranet网络环境下存储、处理、分析、显示与应用空间信息的地理信息系统。WebGIS的基本思想就是在互联网上的任意一个节点通过浏览器就可以获得地理信息系统中的数据和功能服务,实现GIS互操作,对各种地理空间数据及其属性数据、图像、文件进行地理空间分析。地理空间数据包括带有空间位置特征的图像、图形和与此相关的文本数据等。在网络有限带宽的环境下,对海量地理空间数据的存储、管理和处理等各种应用要求WebGIS实现的架构要满足分布式计算和空间数据的渐进式传输,目前,WebGIs实现技术总的归纳起来可以分成两种架构风格。

　　远程会话求值风格在基于B/S架构风格的Gls应用中最为常见,可以视为客户端服务器模式(C/S)在互联网上的延伸,服务器组件提供了一组永不终止的服务,并监听对这些服务的请求。每个客户端组件通过连接器触发请求发送到服务器,在服务器上启动一个会话,调用服务器的一系列服务器功能组件执行请求并将响应发送回客户端(例如服务器端动态绘制地图,生成栅格地图图片后发送给浏览器),最后退出会话,如果客户端是只采用标准的WEB技术(如HTTP、HTML和JavascriPt等)的瘦客户端,应用状态被完全保存在服务器上,如果客户端是通过下载安装插件(plug一in、Aetivex控件技术、JavaApPlet技术等)来增强浏览器能力的胖客户端,应用状态将选择性的保存在服务器端或客户端的连接器上。远程会话求值风格架构的优点是:集中制定在服务器的接口组件,能充分利用服务器端资源(CPU周期、空间数据引擎等等)实现复杂分析(如Buffer分析、路径分析),执行代码适应于服务器内部的环境,除了正在被会话使用的资源外,不会影响到相同服务器的其他客户端,易于实现和部署。它的缺点是:由于要在服务器上保存应用状态,降低了服务器的可伸缩性;因为监视程序必须要知道服务器的完整状态,降低了交互的可见性;由于计算负载都在服务器端,浪费了客户端的计算资源也降低了服务器的物理扩展性和逻辑扩展性,对执行环境的管理本身会导致与部分会话上下文同步和低鲁棒性等相关的难题。

　　面对全球尺度地理现象,如果不对当前的数据表达技术作重大扩展,那么海量地理空间数据在大尺度、甚至全球范围研究中的作用仍然有限。公众地图服务框架风格式一种基于地图瓦片金字塔模型的位置搜索服务框架,由GoogleMap推出TileMapImage方式提供的地图位置服务之后而影响甚广。目前GoogleMap使用上万台PC组成的服务器集群,在保证系统延展性和良好运行效率的基础上每天处理着海量数据和复杂计算,其可靠性,稳定性和计算能力上,均达到了大型计算机的标准,其核心数据存储机制使用了可扩展的具备日志的分布式文档系统。

　　区别与远程会话求值风格WebGIS的实时请求地图服务器传输地图,PMSJ首先用特定的检索方式预生成规矩的瓦片地图存储于分布式文档系统目录下,以链接图片的方式快速定制,而将频繁变动的数据封装成表属性状态转移(REST)的抽象接口通过用客户端脚本进行操作,利用HTTP(超文本转移协议)原始的动作映射能力表述内建指定语言(DSL)提供一个用于表达问题的简便语法来传递POI(例如GeoRSS,KML),地理空间数据的将表述与通过URI标识的语义关联起来后,完成了该地理信息资源的松祸合混搭组装。公众地图服务框架风格架构的优点是:PMsl可以脱离专业的Gls平台,通过现有的互联网技术(如搜索引擎、Ajax、Rss技术等)实现空间位置服务,具有缓存风格运行时,可以支持应用的代码级独立热部署来减少交互延迟,因此响应速度要快于传统的WebGIS,同时对地图服务器的网络负载和服务器负载也比较小,地图服务(接口)语义由专业化转向平民化,能混搭(mashuP)形成随需应变的屏蔽网络和设备异构的虚拟计算环境。其不足是跨平台交互时,地理空间数据源的标准定义和语义转换,以及如何在未知关于应用的任何知识条件下建立被用户代理和中间组件所理解的网络API。

　　流媒体的地理信息实时渲染技术内容截图：

墓于RDF语义定义的数据共同制作协作

BlazeDS数据映射架构

PureMvC架构图

AMF前后台解析过程示意图

目录

　　致谢
　　摘要
　　Abstract
　　目录
　　1 绪论
　　　　1.1 选题背景与研究意义
　　　　　　1.1.1 WEBGIS的现状与局限
　　　　　　1.1.2 浏览器PZP架构的产生
　　　　　　1.1.3 RIA的兴起和前景
　　　　　　1.1.4 地理信息实时渲染技术的意义
　　　　1.2 国内外相关技术研究进展与应用现状
　　　　　　1.2.1 认z匕bGIS表现层研究现状
　　　　　　1.2.2 流媒体传输技术应用现状
　　　　1.3 论文研究的内容及论文的组织
　　　　　　1.3.1 研究内容
　　　　　　1.3.2 章节安排
　　2 基于Flash的地理信息数据渲染框架
　　　　2.1 地理信息数据驱动的客户端模型
　　　　　　2.1.1 Flash客户端介绍
　　　　　　2.1.2 数据驱动的客户端模型SOC
　　　　2.2 Flash流媒体数据格式协议
　　　　　　2.2.1 Flash数据传输协议
　　　　　　2.2.2 Flash流媒体数据格式
　　　　2.3 Flash渲染引擎介绍
　　　　　　2.3.1 0penScale
　　　　　　2.3.2 Paperversion3D
　　　　　　2.3.3 Altemativa3D
　　　　2.4 基于Flash的地理要素渲染分类
　　　　　　2.4.1 二维矢量要素渲染
　　　　　　2.4.2 三维矢量要素渲染
　　　　　　2.4.3 栅格要素渲染
　　　　2.5 本章小结
　　3 基于A-K模型的流媒体传输框架
　　　　3.1 集中式PZP数据传输模式和应用
　　　　　　3.1.1 edZk文件分享网络
　　　　　　3.1.2 BitTorrent协议
　　　　3.2 Kademha协议传输模式
　　　　　　3.2.1 Kademlla介绍
　　　　　　3.2.2 Kad网络节点拓扑定义
　　　　　　3.2.3 路由查询和协议消息
　　　　3.3 基于Flash的实时传输A一K模型
　　　　　　3.3.1 A一K模型的层次结构
　　　　　　3.3.2 A一K模型的运行原理分析
　　　　3.4 本章小结
　　4 GIS实时渲染系统功能设计
　　　　4.1 设计思路
　　　　4.2 数据传输相关功能设计
　　　　　　4.2.1 资源控制评价机制
　　　　　　4.2.2 传输中间层类映射代理
　　　　4.3 实时渲染DCI框架功能设计
　　　　　　4.3.1 PureMVC客户端组件管理
　　　　　　4.3.2 GIS业务DCI框架服务
　　　　　　4.3.3 空间数据实时渲染
　　　　4.4 本章小结
　　5 基于Flash流媒体实时渲染的城市规划系统实现
　　　　5.1 系统开发背景
　　　　5.2 系统运行环境
　　　　5.3 系统层次架构
　　　　5.4 系统运行界面
　　　　　　5.4.1 系统工作流表单自定义
　　　　　　5.4.2 城市规划效果渲染
　　　　5,5 本章小结
　　6 结论与展望
　　　　6.1 工作总结
　　　　6.2 后续研究展望
　　参考文献
　　作者简介

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