基于多级瓦片的矢量数据分块渐进传输研究

Progressive transmission and partitioned transmission have realistic significance on solving the bottleneck of data transfer between massive data and limited network band width. Progressive transmission studies mainly focus on line simplification and rarely discuss on other issues. Partitioned transmission studies, which is based on vector tiles, are at the exploration stage, and have not developed a set of system methods and specifications yet. Studies combined progressive transmission with partitioned transmission are few as well. This study aims to the vector data visualization and interoperability over the Internet, discussing the following issues: (1) partition schema of vector data towards vector tiles; (2) an adaptive cropping and storage method for vector tiles; (3) simplification and select methods towards progressive transmission for multi-level vector tiles; (4) a partitioned progressive transmission strategy, and a data recovery method; (5) A prototype system and data experiment. The study will enrich the research approaches, and facilitate practical application of related vector data transmission approaches.

矢量数据的渐进传输和分块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。已有的渐进传输研究主要集中于几何对象的化简算法，在其他方面研究薄弱且缺乏实际应用。矢量瓦片式的分块传输研究也处于探索阶段，缺乏明确的方法体系以及规范标准，更缺乏将分块传输与渐进传输相结合的研究。本研究以矢量数据的网络互操作和快速可视化为应用目标，重点在基于矢量瓦片的分块渐进传输方面开展工作，研究：（1）面向矢量瓦片的剖分方案；（2）顾及空间疏密性的矢量瓦片自适应裁切和存储技术方法；（3）面向多级矢量瓦片渐进传输的化简和选取方法；（4）矢量数据分块渐进传输调度策略及客户端缓存和拼接方法；（5）矢量数据分块渐进传输原型系统实现和数据实验。本研究提出的结合渐进传输和分块传输的方法将丰富网络地图研究的思路，推进矢量地图优化传输的实际应用，对实现高效的、网络化的矢量地图服务具有现实意义和科学价值。

本研究瞄准大规模矢量数据的网络传输与快速可视化应用，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。面向网络环境下矢量地图“边传输边显示，边显示边操作”的需求，本项目从“模型框架-技术方法-系统构建”三个层面入手开展了一系列研究工作。在模型框架层面，提出了基于瓦片的矢量数据渐进传输框架，并从操作流程的角度明确了矢量数据渐进传输框架不同组成部分间的承接关系，设计了矢量数据渐进传输的系统构架和技术体系，提出了面向矢量数据分块渐进传输的矢量要素瓦片模型。在技术方法层面，本项目从分析矢量数据分块渐进传输的全生命周期入手，按照“瓦片剖分-多尺度综合-分层存储-分块渐进传输-瓦片缓存拼接”的主线，首先提出了面向全球多尺度的矢量数据瓦片剖分方案和顾及瓦片尺度的矢量要素化简、选取方法；其次，研究了矢量要素瓦片的存储方案，提出了属性、瓦片空间、几何空间分层的存储方法，在此基础上研究了矢量瓦片数据调度策略并提出了多轮渐进的矢量瓦片传输方法；最后，研究并提出了矢量要素瓦片传输到客户端高效缓存和拼接的方法，实现了矢量数据经剖分和渐进传输后的快速还原；在系统构建层面，本研究开发了矢量数据分块渐进传输的原型系统，并通过利用不同要素类型矢量数据的分块传输实验验证了上述模型框架和技术方法的实用性。本项目基于多级瓦片分块渐进传输的研究思路对促进空间网格、制图综合和 GIS 多尺度表达等理论方法的综合应用有一定的理论应用意义。并且，本研究瞄准网络环境下矢量数据的组织、传输、可视化及分发，对解决矢量数据在网络应用中的性能瓶颈，丰富空间信息网络互操作方法、技术和规范上具有现实意义和科学价值。同时，本研究将基于多级瓦片的分块传输和面向制图综合的渐进传输相结合，对综合不同传输方式推进矢量地图网络优化传输具有创新意义，为实现高效的、网络化的矢量地图服务提供了参考价值。