面向地图可视的矢量数据流式渐进传输研究

It is realistic significance that the vector data progressive transmission is applied to solving the bottleneck of data transfer between massive data and limited network band width. The related researches mainly focus on simplification of geometry objects and multi-scale organization, but rarely discuss on the selection of geographic features and transfering mechanism over the Internet. The research aims to the applied demands of vector data visualization over the Internet, discuss the following several problems:(1) The quantified model for the importance of geographic features;(2) The transferring mechanisms of streaming progressive transmission and the algorithm for packaging RTP package;(3) The comparison of four typical algorithms for curve simplification on errors, compression ratio, efficiency and the organization structure of multi-scale; (4) The construction of the prototype system and data experiment. The approach to progressive transmission of vector data will be widened based on the research. And it is helpful to the development and practical application of the research on map information transmission.

矢量数据渐进传输研究在解决因大数据量和有限的网络传输速度矛盾所致的传输瓶颈问题具有现实意义。已有的研究主要集中于几何对象的化简与多尺度组织，在地物要素的渐进选取和网络渐进传输机制研究尚显薄弱，一定程度上限制了矢量数据渐进传输的实际应用。本项目瞄准网络环境下矢量地图可视中"边传输边显示"的应用需求，研究(1)基于信息熵构建地物要素重要性的量化模型，作为地物要素渐进选取的依据；(2)引入RTP实时传输协议，研究流式渐进传输机制及地物要素的RTP组包算法和传输质量控制算法；(3)从算法误差、压缩比、时间效率的角度对比四种典型曲线化简算法，确定适于本研究的曲线化简最优算法并设计多尺度组织结构；(4)构建原型系统，选择大数据量矢量数据开展地图渐进可视化应用的数据实验。通过本研究将丰富矢量数据渐进传输的研究思路，使其不仅限于理论方法的讨论，对推进其实际应用及地图信息传输发展具有现实意义和科学价值。

目前，网络地理信息系统（WebGIS）已成为地理信息发布、共享和应用的必然趋势。在网络环境中，为满足大规模矢量数据传输的效率和质量要求，本研究采用矢量数据渐进传输的服务方式，分批次向客户端传输所需数据，从而达到矢量数据在线实时应用的目的。课题组主要针对（1）曲线多尺度化简算法对比分析；（2）基于信息熵理论的地物要素渐进式选取模型和算法；（3）基于实时传输协议（RTP/RTCP）的矢量数据网络传输机制，组包和传输质量控制算法等方面开展了矢量数据渐进传输的研究。主要研究成果包括：（1）设计了矢量数据流式渐进传输的服务框架，包括服务器端地理空间要素选取和流式组织，网络传输层的流式传输和质量保障，客户端缓存及可视化应用等。涵盖了矢量要素信息量度量模型、矢量数据选取策略、矢量数据编码规范、流媒体传输协议与服务、网络传输质量控制、矢量数据可视化等关键技术。（2）从地图可视化角度出发，以化简后的平均偏移距离作为曲线化简效果的核心指标，考虑显示设备、比例尺及人眼识别能力等因素建立了它们之间的关系模型。并提出了对比不同的化简算法要在统一的化简力度下进行。本研究以压缩比、化简时间、偏移距离的标准差为指标对四种典型曲线化简算法进行了对比分析，为实际应用中化简算法的选择提供了依据。（3）定义了基于信息熵的矢量要素信息量度量模型。针对渐进传输中要素的优先选取问题，采用了该模型对矢量地图中的地物要素信息量进行了综合、定量的分析。实验证明该模型可以实现在矢量数据网络传输及可视化中，相对重要的矢量要素优先传输（4）实现了基于实时传输协议的矢量数据流式渐进传输方法。设计了一种基于信息量选取的分块矢量数据结构，满足每个分块可作为独立的单元传输并在客户端处理。并设计了矢量数据包的封包和解包算法。（5）开发了一套矢量数据流式渐进传输的原型系统。实验结果表明，当传输的分组为总数的25%左右时，信息量传输率已达到了总信息量的80%，传输时间相对于WFS减少了40%以上。在响应时间上，本系统的响应时间在5秒之内，满足在线实时应用的需求。本研究实现的矢量数据流式传输机制能够满足大规模矢量地图数据Web在线处理应用的需求，对促进网络地理信息技术的应用具有重要意义。