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摘 要：基于Web前端地理数据可视化技术，本文探索研究地理数据可视化技术及充分挖掘地理数据中隐含的位置信息，系统地研究可视化类库的技术框架及核心类库，探究地理事物、现象的空间分布和发展规律，在項目开发中实践应用。数据可视化研究普遍是关于非空间属性信息，难以解读数据的空间信息。数据可视化普遍采用常规的统计图表来展现、分析和解读数据。随着互联网技术的发展以及移动智能设备、传感设备等的不断普及，海量数据中包含了大量地理位置相关信息，同时各行业和领域产生海量包含地理信息的数据，且呈爆炸增长的趋势。
关键词：Web前端；地理数据；可视化数据
中图分类号：208 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0336-02
1 引 言
传统地理数据软件专业性较强，功能庞大复杂，非专业人员不易操作。一方面需要借助专业软件如ArcGIS、MapInfo等进行辅助管理，另一方面，用户需要购买或下载软件，并在本地安装，便利性不够。地理空间数据管理平台通过集成桌面软件的主要功能和简化各功能模块的操作流程，将用户常用功能在web平台上实现，提供更简便的操作，特定用户需要的功能通过高级定制的方式实现。使用在线地理空间数据管理平台可以给用户提供便利：①该管理平台是基于WebGIS的一个B/S结构的免安装在线平台，减轻用户的使用成本；②该平台集成了桌面软件的常用功能，简化了操作流程，既满足用户需求，又可以减少用户的学习成本；在线地理空间数据管理平台有以下特点：
（1）该平台提供了空间数据导出和在线分享功能，用户将地图数据导出到本地，也可随时随地一键分享自己的地图给特定组别，作为一个成果分享的交流平台。
（2）基于在线环境提供地图的编辑及可视化。
（3）可以在线创建空间要素以及对要素的空间数据进行简单的地图编辑。
地理空间数据可视化与科学计算可视化存在差异，最显著的差异就是图形符号化的概念。地理空间数据可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、査询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频、音频等可视化形式显示，并进行交互处理的理论、方法和技术。地理空间数据可视化是科学计算可视化在地学领域的特定发展。地理空间数据可视化改变了传统地图的应用和使用形式。从新的制图技术和表达内容来讲，可以认为地理空间数据可视化是一种广义的地图制图过程，其成果是广义地图。
地理空间数据可视化具有三个方面的重要作用：
（1）可视化可用来表达地理空间信息。
（2）可视化能用于地理空间分析。
（3）可视化可以用于数据的仿真模拟。
地理空间数据可视化在解析地理空间信息方面发挥着重要作用，它可以指导打井作业、节约资金，大大提高寻找矿藏效率。
显然，科学计算可视化在学科的广泛程度上包括了空间信息的可视化，因为从复杂的多维数据中产生图形是空间信息可视化的基本内容，不管是空间数据的显示，还是空间分析结果的表示、空间数据的时空迁移以及每一空间数据处理的过程，无一不是其基本内容。
2 整体架构设计
根据前期的需求分析，确定相应的功能模块，设计相应的UI界面。确定框架后，通过设置CSS样式，尽可能的在网页中还原UI的界面，此时网页还只是静态页面，无法与用户进行交互，需要利用Javascript编写响应用户的各种事件，在交互过程中需要通过AJAX实现前后端数据的传递。本文使用标签元素搭建网页的整体框架。在服务器端利用平台为Web服务器，可以充当地图服务和数据库操作引擎。通过这些形成一套完整的前后端空间数据服务平台。
3 关键技术
3.1 服务器端数据库设计
在后台数据库设计方面，如果将用户上传的表格，直接做为数据库中的一张表来存储，表格在数据库中的字段名必须使用英文名称，虽然这种设计会使后台库表设计以及前端代码逻辑变得简便，但是这种设计使得表格字段在浏览器端显示为英文名称，英文字段名不利于用户的阅读，从而降低了用户的使用体验。这在库表设计上提出了新的要求，在尽可能满足用户需求的情况下，也不会使库表设计的逻辑过于复杂。
通过数据存储表和字段信息表结合使用，可以解决许多的问题，数据存储表用来存储表的数据，虽然这样会浪费少量计算机内存资源，但是通过预留字段可以很好的解决字段添加和删除的问题。字段信息表用来存储字段的中英文映射信息，所有的数据库表的字段映射信息都记录在表格之中。
3.2 前端脚本实现空间数据的管理
前端通过Geoserver 2013提供的SQLScript和WebSQL API实现数据的上传、读取、修改等操作。
3.2.1 数据导入
空间数据的导入分为图层的导入以及属性数据的导入。图层的导入格式支持shp格式，属性数据支持csv格式导入。现有的csv格式的数据导入都是通过将文件整个网络传到服务器端特定目录下，然后利用服务器端语言进行读取然后存入数据库表中，前端HTML和CSS设计好用户上传表格的界面。属性表格数据导入，传统的在Web端表格导入方法都是将csv文件整个传到服务器端，利用服务器端语言来读取该表格中的数据然后存入数据库中，最后删除该临时上传的表格。通过HTML5提供的FileReader API合使用input标签元素，type属性设置为file，利用该API提供的readAsText方法读取表格中的数据保存在浏览器内存中，该方法第一个参数为获取的file对象，第二个参数为设置的读取文件的编码方式，默认是UTF-8，由于csv格式默认使用GB2312编码方式，所以这里编码方式要设置成GB2312。通过该方法可以实现在前端读取表格数据。 3.2.2 数据的查询与展示
在web端显示数据，数据量的大小直接影响页面响应速度的快慢，当数据记录数达到数十万乃至上百万条时，甚至会导致浏览器的崩溃，直接影响用户的体验。本系统在前端显示数据时采用分页显示的方法，当用户点击某一页时只请求相应页的数据。
根据用户选取的数据表，通过WebSQL接口查询字段映射表中对应的所有字段信息，将查询得到的字段信息分别以数组形式保存在内存中，包括字段真实名数组，字段类型数组，字段别名数组，字段对应单位数组，为后续表格的可视化显示做准备，最后根据请求得到的字段真实名数组通过WebSQL接口的SQLQuery方法获取数据。
现有的数据管理系统，在空间数据管理界面上，属性数据的字段都为英文名称，对于非专业用户来说阅读起来相当困难，如果采用中文命名字段名，会增加数据库的不稳定性，容易出现错误。采用字段映射表，存储前端显示字段名和后台存储字段名的对应关系，在请求空间数据之前先请求字段映射信息，从而解决中文字段显示的问题，提高用户的体验。
3.2.3 数据在Web前端的动态管理
由于绘制的表格提供数据的编辑功能，所以需要每个单元格都可以编辑以及整个表格具有插入、删除记录的功能。对于提供单元格编辑功能，在前端动态生成表格的时候给每个单元格插入一个input标签，并把单元格的值赋给这个input标签，所有的input标签绑定change事件，当改变了表格中的值时，用JSON格式动态的记录改变的信息。当添加一行记录时，通过操作DOM在表格的末尾添加一行，将该行的信息保存的内存中。
表格前端编辑功能的具体设计。本技术在编辑数据的时候，将数据分成两部分，一部分是表格中显示的数据，这部分数据是从服务器端请求回来的。另一部分是前端新添加的数据。之所以将数据分成两部分是因为对于前端新添加的数据在数据库中只会进行插入操作，而从服务器端请求来的数据会进行更新和删除操作，采用这种分类设计在前端进行增删改时更加方便和高效。
3.2.4 空间数据的关联
对于空间属性数据和用户自己上传的属性数据可以进行空间关联，用户只需手动选择需要关联的字段，将改关联信息记录在数据库表中。建立关联关系后，在地图上进行点查，多边形查询后就可以显示关联后两个表格中的所有相关的信息，如果关联的字段信息是空间位置字段，还可以根据关联的表格中的字段生成相应的专题图。
4 数据的分享
本平台支持多用户之间的数据分享，每个属性表格数据都有其所在的工作空间，在分享时将分享方式分为两种，只读分享和复制分享。只读分享方式数据不会拷贝，所有用户使用的是同一份数据，并且接受数据的用户只具有查看功能，不具备修改功能。复制分享方式，每个用户将分享的数据加入到自己的工作空间时，系统都会把原始表格复制一份给该用户，这样用户就可以对该表格进行编辑。
在后台控制表格分享的数据库表是资源控制表，分享是以组为单位，用户可以指定将表格分享到自己所在的任意群组。当用户分享数据时，会在资源控制表中增加一条分享的记录，即可动态的控制表格的分享。
5 结 论
本文主要介绍了通过web前端的地理数据可视化技术。简化业务流程，使得非专业的人员也可以使用地理信息系统在线工具管理空间数据制作精美地图。科学可视化技术为在地理信息系统中对复杂的地理现象的理解起到越来越重要的作用。如何进一步將科学可视化技术与地理信息系统技术相结合，是一个十分复杂而又迫切需要解决的问题。地理信息系统，从技术角度看，需要对数据结构、显示技术等方面进行科学可视化的研究与讨论。同时，在应用中也需要走向可视化。
本文从技术上对科学可视化与地理信息系统的结合进行了初步的探讨。结合现有地理数据可视化模型，随着基于体素的时空多维地理数据模型的建立以及可视化研究的深入，为进一步加强对多维体空间数据操作与处理的研究，最终走向应用奠定了基础。
参考文献
[1]王 虹，马俊兴.数据可视化系统的研究与实现[J].河南教育学院学报（自然科学版），2000（03）.
[2]曹淑斌，李 静，韩亮亮，周文军.陆地声纳三分量数据可视化研究[J].软件，2012（03）.
[3]冯欢欣.基于Gnuplot的数据可视化技术研究[J].大众科技，2006（07）.
[4]张 浩，郭 灿.数据可视化技术应用趋势与分类研究[J].软件导刊，2012（5）.
[5]杨彦波，刘 滨，祁明月.信息可视化研究综述[J].河北科技大学学报，2014（2）.
[6]刘 勘，周晓峥，周洞汝.数据可视化的研究与发展[J].计算机工程，2002（8）.
[7]陈 为，张 嵩，鲁爱东，等.数据可视化的基本原理与方法[M].科学出版社.
收稿日期：2018-9-2
作者简介：郭孝基（1986-），男，汉族，广东兴宁人，工程师，工学硕士，研究方向为计算机应用技术。
关键词：Web前端；地理数据；可视化数据
中图分类号：208 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0336-02
1 引 言
传统地理数据软件专业性较强，功能庞大复杂，非专业人员不易操作。一方面需要借助专业软件如ArcGIS、MapInfo等进行辅助管理，另一方面，用户需要购买或下载软件，并在本地安装，便利性不够。地理空间数据管理平台通过集成桌面软件的主要功能和简化各功能模块的操作流程，将用户常用功能在web平台上实现，提供更简便的操作，特定用户需要的功能通过高级定制的方式实现。使用在线地理空间数据管理平台可以给用户提供便利：①该管理平台是基于WebGIS的一个B/S结构的免安装在线平台，减轻用户的使用成本；②该平台集成了桌面软件的常用功能，简化了操作流程，既满足用户需求，又可以减少用户的学习成本；在线地理空间数据管理平台有以下特点：
（1）该平台提供了空间数据导出和在线分享功能，用户将地图数据导出到本地，也可随时随地一键分享自己的地图给特定组别，作为一个成果分享的交流平台。
（2）基于在线环境提供地图的编辑及可视化。
（3）可以在线创建空间要素以及对要素的空间数据进行简单的地图编辑。
地理空间数据可视化与科学计算可视化存在差异，最显著的差异就是图形符号化的概念。地理空间数据可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、査询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频、音频等可视化形式显示，并进行交互处理的理论、方法和技术。地理空间数据可视化是科学计算可视化在地学领域的特定发展。地理空间数据可视化改变了传统地图的应用和使用形式。从新的制图技术和表达内容来讲，可以认为地理空间数据可视化是一种广义的地图制图过程，其成果是广义地图。
地理空间数据可视化具有三个方面的重要作用：
（1）可视化可用来表达地理空间信息。
（2）可视化能用于地理空间分析。
（3）可视化可以用于数据的仿真模拟。
地理空间数据可视化在解析地理空间信息方面发挥着重要作用，它可以指导打井作业、节约资金，大大提高寻找矿藏效率。
显然，科学计算可视化在学科的广泛程度上包括了空间信息的可视化，因为从复杂的多维数据中产生图形是空间信息可视化的基本内容，不管是空间数据的显示，还是空间分析结果的表示、空间数据的时空迁移以及每一空间数据处理的过程，无一不是其基本内容。
2 整体架构设计
根据前期的需求分析，确定相应的功能模块，设计相应的UI界面。确定框架后，通过设置CSS样式，尽可能的在网页中还原UI的界面，此时网页还只是静态页面，无法与用户进行交互，需要利用Javascript编写响应用户的各种事件，在交互过程中需要通过AJAX实现前后端数据的传递。本文使用标签元素搭建网页的整体框架。在服务器端利用平台为Web服务器，可以充当地图服务和数据库操作引擎。通过这些形成一套完整的前后端空间数据服务平台。
3 关键技术
3.1 服务器端数据库设计
在后台数据库设计方面，如果将用户上传的表格，直接做为数据库中的一张表来存储，表格在数据库中的字段名必须使用英文名称，虽然这种设计会使后台库表设计以及前端代码逻辑变得简便，但是这种设计使得表格字段在浏览器端显示为英文名称，英文字段名不利于用户的阅读，从而降低了用户的使用体验。这在库表设计上提出了新的要求，在尽可能满足用户需求的情况下，也不会使库表设计的逻辑过于复杂。
通过数据存储表和字段信息表结合使用，可以解决许多的问题，数据存储表用来存储表的数据，虽然这样会浪费少量计算机内存资源，但是通过预留字段可以很好的解决字段添加和删除的问题。字段信息表用来存储字段的中英文映射信息，所有的数据库表的字段映射信息都记录在表格之中。
3.2 前端脚本实现空间数据的管理
前端通过Geoserver 2013提供的SQLScript和WebSQL API实现数据的上传、读取、修改等操作。
3.2.1 数据导入
空间数据的导入分为图层的导入以及属性数据的导入。图层的导入格式支持shp格式，属性数据支持csv格式导入。现有的csv格式的数据导入都是通过将文件整个网络传到服务器端特定目录下，然后利用服务器端语言进行读取然后存入数据库表中，前端HTML和CSS设计好用户上传表格的界面。属性表格数据导入，传统的在Web端表格导入方法都是将csv文件整个传到服务器端，利用服务器端语言来读取该表格中的数据然后存入数据库中，最后删除该临时上传的表格。通过HTML5提供的FileReader API合使用input标签元素，type属性设置为file，利用该API提供的readAsText方法读取表格中的数据保存在浏览器内存中，该方法第一个参数为获取的file对象，第二个参数为设置的读取文件的编码方式，默认是UTF-8，由于csv格式默认使用GB2312编码方式，所以这里编码方式要设置成GB2312。通过该方法可以实现在前端读取表格数据。 3.2.2 数据的查询与展示
在web端显示数据，数据量的大小直接影响页面响应速度的快慢，当数据记录数达到数十万乃至上百万条时，甚至会导致浏览器的崩溃，直接影响用户的体验。本系统在前端显示数据时采用分页显示的方法，当用户点击某一页时只请求相应页的数据。
根据用户选取的数据表，通过WebSQL接口查询字段映射表中对应的所有字段信息，将查询得到的字段信息分别以数组形式保存在内存中，包括字段真实名数组，字段类型数组，字段别名数组，字段对应单位数组，为后续表格的可视化显示做准备，最后根据请求得到的字段真实名数组通过WebSQL接口的SQLQuery方法获取数据。
现有的数据管理系统，在空间数据管理界面上，属性数据的字段都为英文名称，对于非专业用户来说阅读起来相当困难，如果采用中文命名字段名，会增加数据库的不稳定性，容易出现错误。采用字段映射表，存储前端显示字段名和后台存储字段名的对应关系，在请求空间数据之前先请求字段映射信息，从而解决中文字段显示的问题，提高用户的体验。
3.2.3 数据在Web前端的动态管理
由于绘制的表格提供数据的编辑功能，所以需要每个单元格都可以编辑以及整个表格具有插入、删除记录的功能。对于提供单元格编辑功能，在前端动态生成表格的时候给每个单元格插入一个input标签，并把单元格的值赋给这个input标签，所有的input标签绑定change事件，当改变了表格中的值时，用JSON格式动态的记录改变的信息。当添加一行记录时，通过操作DOM在表格的末尾添加一行，将该行的信息保存的内存中。
表格前端编辑功能的具体设计。本技术在编辑数据的时候，将数据分成两部分，一部分是表格中显示的数据，这部分数据是从服务器端请求回来的。另一部分是前端新添加的数据。之所以将数据分成两部分是因为对于前端新添加的数据在数据库中只会进行插入操作，而从服务器端请求来的数据会进行更新和删除操作，采用这种分类设计在前端进行增删改时更加方便和高效。
3.2.4 空间数据的关联
对于空间属性数据和用户自己上传的属性数据可以进行空间关联，用户只需手动选择需要关联的字段，将改关联信息记录在数据库表中。建立关联关系后，在地图上进行点查，多边形查询后就可以显示关联后两个表格中的所有相关的信息，如果关联的字段信息是空间位置字段，还可以根据关联的表格中的字段生成相应的专题图。
4 数据的分享
本平台支持多用户之间的数据分享，每个属性表格数据都有其所在的工作空间，在分享时将分享方式分为两种，只读分享和复制分享。只读分享方式数据不会拷贝，所有用户使用的是同一份数据，并且接受数据的用户只具有查看功能，不具备修改功能。复制分享方式，每个用户将分享的数据加入到自己的工作空间时，系统都会把原始表格复制一份给该用户，这样用户就可以对该表格进行编辑。
在后台控制表格分享的数据库表是资源控制表，分享是以组为单位，用户可以指定将表格分享到自己所在的任意群组。当用户分享数据时，会在资源控制表中增加一条分享的记录，即可动态的控制表格的分享。
5 结 论
本文主要介绍了通过web前端的地理数据可视化技术。简化业务流程，使得非专业的人员也可以使用地理信息系统在线工具管理空间数据制作精美地图。科学可视化技术为在地理信息系统中对复杂的地理现象的理解起到越来越重要的作用。如何进一步將科学可视化技术与地理信息系统技术相结合，是一个十分复杂而又迫切需要解决的问题。地理信息系统，从技术角度看，需要对数据结构、显示技术等方面进行科学可视化的研究与讨论。同时，在应用中也需要走向可视化。
本文从技术上对科学可视化与地理信息系统的结合进行了初步的探讨。结合现有地理数据可视化模型，随着基于体素的时空多维地理数据模型的建立以及可视化研究的深入，为进一步加强对多维体空间数据操作与处理的研究，最终走向应用奠定了基础。
参考文献
[1]王 虹，马俊兴.数据可视化系统的研究与实现[J].河南教育学院学报（自然科学版），2000（03）.
[2]曹淑斌，李 静，韩亮亮，周文军.陆地声纳三分量数据可视化研究[J].软件，2012（03）.
[3]冯欢欣.基于Gnuplot的数据可视化技术研究[J].大众科技，2006（07）.
[4]张 浩，郭 灿.数据可视化技术应用趋势与分类研究[J].软件导刊，2012（5）.
[5]杨彦波，刘 滨，祁明月.信息可视化研究综述[J].河北科技大学学报，2014（2）.
[6]刘 勘，周晓峥，周洞汝.数据可视化的研究与发展[J].计算机工程，2002（8）.
[7]陈 为，张 嵩，鲁爱东，等.数据可视化的基本原理与方法[M].科学出版社.
收稿日期：2018-9-2
作者简介：郭孝基（1986-），男，汉族，广东兴宁人，工程师，工学硕士，研究方向为计算机应用技术。