1. 2.5D地图GIS概述
1.1. 概述
2.5维地图就是根据dem、dom、dlg等数据，以及真三维模型在⼀定⾼度、视⾓和灯光效果，按照轴侧投影的⽅式⽣成的地图。本⽂ 以电⼦地图服务平台为例，详细阐述了2.5维电⼦地图关键技术以及其实现⽅式。
1.2. 地图的发展和概述
地图作为记录地理信息的⼀种图形语⾔形式是按照⼀定的数学法则，根据地图投影、地理坐标和⽐例尺，经过制图概括，在⼀定的载体上⽤各种地图符号（点、线、⾯状符号）和⽂字注记、颜⾊来表⽰⼀定区域内的地形、地貌、地物等地理信息。它反映各种⾃然和社会经济现象的空间分布、组合、联系及其动态变化。因此，地图是对地理空间信息的抽象化、符号化的描述。 歌剧伤逝⼈类⽣活在⼀个真三维的现实世界⾥，⽽传统的⼆维地图只对处于三维空间中的各种地理对象全部进⾏向⼆维平⾯投影的简化处理，导致第三维⽅向（即垂直⽅向）上的⼏何位置信息、空间拓扑信息和部分
语义信息的损失，不能完整地反映客观世界。随着计算机技术，特别是计算机图形学、⽹络、多媒体、虚拟现实技术、三维仿真技术的快速发展，传统的⼆维电⼦地图被注⼊了新的活⼒正在向⽹络化、互动化以及三维化的⽅向发展
1.3.
2.5D地图GIS概念和特点
2.5维地图在最近⼏年得到了飞速的发展，如百度、搜狗等地图⽹站的兴起让更多的⽤户感觉到了真三维地图带来的震撼。
什么是2.5维地图呢？就是根据dem、dom、dlg等数据，以及真三维模型在⼀定⾼度、视⾓和灯光效果，按照轴侧投影的⽅式⽣成的地图。2.5维数字地图既具有三维数字地图表现⼒丰富的、视觉效果好，⼜具备数据量⼩、现实速度快的优点，需要的⽹络环境、软硬件要求较低，满⾜了在远程访问下对三维地图的快速浏览访问，在传统⼆维地图和真三维地图很好地起到⼀个承上启下的作⽤，同时，利⽤三维模型制作成下游产品的2.5维数字地图，具有准确的坐标信息，还可以制作成东、南、西、北多个⾓度，相对意义上的三维，因此得到了许多⽤户的推崇。⽽且如果要求不⾼2.5维地图的制作⽅式可以采⽤可视⾓内进⾏贴⾯，其它不再处理的⽅⾯，这⼤⼤降低了地图的建设成本，节省⼤量的财⼒和⼈⼒，同时数据更新效率也可以⼤⼤提⾼。
2. 关键技术及实现
2.1. 制作流程
2.5维数字地图制作的基本流程：制作基本思路，对基础数据进⾏原始资料收集和现场采集测绘。将整个场景按x、y两个⽅向，利⽤专
业空间建模软件，分割渲染成若⼲张分辨率固定的栅格地图图⽚，最后基于专业软件进⾏拼合并做后期。主要分为6个阶段：
（1）数据准备。基础数据主要是镇海三维仿真规划模型成果，该三维模型采⽤当今国际流⾏多边形建模技术，保证还原建筑真实形状。在制作模型的时候，根据采集照⽚对建筑物结构进⾏分析，对每⼀栋建筑进⾏细致的贴图，建筑外墙、窗体、装饰物的材质来⾃采集的照⽚或者精选的素材库，尽量还原建筑的真实外观。制作好建筑后，按照地形图上建筑的位置对制作好的建筑进⾏摆放，减少建筑与建筑之间、建筑与地表之间的位置误差。
（2）框架数据搭建。由于已有的三维模型数据为全模，数据量巨⼤，因此不能将⼤⾯积的模型合并在⼀起渲染。⾸先以路⽹模型作为整个场景的框架，然后将需要渲染的规划管理单元建筑模型和场地模型分别合并进路⽹场景中，如果某个规划控制管理单元数据过多，还要可以将其再拆分。
（3）场景设置。场景设置主要包括摄像机假设和渲染器设置，摄像机主要作⽤有让其按照固定的路径以⼀定的⾼度和⾓度运动⾃动运动。先将摄像机向左和向下分别旋转后再将其绑定在⼀条有夹⾓的直线路径上。这时摄像机可以沿该路径⾃动运⾏，同时也能满⾜轴侧⽆透视变形的地图渲染要求。由于在三维软件中，⾥⾯的光的热能传递却不是很明显，所以在渲染的时候，为了实现真实的场景效果，就要在渲染器中指定全局光照，为了使2.5维数字地图有良好的层次感和丰富的⾊彩，必须采⽤能够渲染全局光的渲染器。选⽤⼀定的渲染模式，能够在增强⽴体层次的时候既不刺眼，⼤⼤提⾼地图表现效果。
（4）、图⽚输出。景搭建好后就可以渲染输出了。
（5）、图⽚拼合。最后按照渲染的顺序将图⽚进⾏总拼。
（6）、图⾯整饰。按照现场照⽚来进⾏环境的布局，对背景影像dom数据进⾏扭曲变形等处理；对道路、河流等实体⽮量数据进⾏⽂字标注；对照照⽚布置绿化、草地、树⽊，在保证在真实的情况下对环境做美化处理，增强地图的可读性，并附上坐标信息。
2、投影变换的算法及实现
（1） 投影变换分类与选择
2.5维地图为了与⼆维数据快速匹配定位，以及poi数据动态匹配叠加显⽰必须将⼆三维地图⽆缝集成，需要严格保持地物的⽐例以及相关⼏何关系，平⾏投影保持物体的有关⽐例不变，这是三维绘图中产⽣⽐例图画的⽅法，物体的各个⾯的精确视图可以由平⾏投影得到，因此，需要选择平⾏投影⽅式。平⾏投影⼜分为正平⾏投影和斜平⾏投影，正平⾏投影根据投影⾯与坐标轴的夹⾓⼜可分成两类：正投影(三视图)和正轴侧投影。当投影⾯与某⼀坐标轴垂直时，得到的投影为三视图，这时投影⽅向与这个坐标轴的⽅向⼀致。否则，得到的投影为正轴测投影。正轴侧投影是能够显⽰形体多个侧⾯的投影变换，如果投影平⾯不与任⼀坐标轴垂直，就形成正轴侧投影。正轴侧投影有正等测、正⼆侧和正三侧三种，当投影⾯与三个坐标轴之间的夹⾓都不相等时为正三测，正三侧投影中三个坐标分量的变化⽐例各不相同。
由于在选择输出⽤户视图视⾓时，投影平⾯（屏幕）与三个坐标轴之间的夹⾓各不相同，因此我们选择正三侧投影变换模型。
（2）求算变换矩阵进⾏动态匹配，建⽴2.5维地图与⼆维地图之间的逻辑对应关系。
3、⽡⽚技术及影像⾦字塔模型
随着webgis在各⾏各业不同程度的推⼴，⽡⽚式技术(tile cache)已成为臻图ZTMap系列2.5D地图数据访问的关键技术之⼀。tile cache是⼀个地图⽡⽚缓存器，由于预先⽣成了地图图⽚，在后端不需要读
取空间数据库数据和实时渲染地图，因此⼤⼤节省了系统运⾏时间，加快地图响应速度，⽤户并发的限制将取决于硬盘的读取和⽹络传输。实现了平滑的移动和漫游，地图移动不再露⽩，放⼤缩⼩和漫游⼏乎不需要等待时间，⽽且地图图⽚内容也⾮常复杂和美观，不再受平台限制。
⼀张⼀定⽐例尺下的地图可以看成是由⼀定⼤⼩的图⽚组成的，我们把这些⼀定⼤⼩的图⽚称为⼀个地图单元，我们为这些在⼀定⽐例尺和范围的地图单元按照⼀定的规则进⾏命名并存放在⼀个图库中。具体实现了地图的快速浏览有2步：
（1）采⽤地图拼接机制
采⽤地图拼接机制把⼀⼤块地图分割成⼀定⼤⼩的图⽚，这样在下载过程中分别下载，并在客户端进⾏拼接，从⽽体现实现地图的快速显⽰。
（2）采⽤地图缓存机制
为了实现地图的快速显⽰，采⽤了浏览器的缓存机制。只要访问过的地图就可以采⽤缓存中的地图进⾏显⽰，这样⼤⼤的加快了地图的显⽰速度。
2.2. 地图功能模块
2.2.1. 基本功能
l 放⼤
⽤⿏标点击地图中的任意部分，或按住⿏标左键拉出⼀个矩形框，即可获得指定区域放⼤后的地图。对地图进⾏⽆级放⼤，随着地图的放⼤，系统⾃动显⽰⼀些相关的信息。
l 缩⼩
⽤⿏标点击地图中的任意部分，或按住⿏标左键拉出⼀个矩形框，即可获得指定区域缩⼩后的地图。
对地图进⾏⽆级缩⼩，随着地图的缩⼩，地图上显⽰的信息将会减少以达到最好的显⽰效果。
l 显⽰全图
显⽰电⼦地图全貌。可以让⽤户⽅便的回到地图的初始状态。
l 移图
移动地图，将地图视野以外的地图移动到视野内。可按住⿏标左键任意拖动地图，使之达到理想位置。
l 测距
⽤户可以在地图上，沿着⾃⼰想要测量的线路，⽤⿏标单击地图，在上⾯画出⼀条直线或者折线，然后，在结束点双击，即可得到这条线所代表的实际线路的距离。
l 三维图
切换显⽰三维仿真图
l 影像图
叠加显⽰影像图
2.2.2. ⾼级功能
2.2.2.1. 地图叠加分析
控制每个图层的显⽰、选择、标注等。可以打开或关闭任意⼀个图层；设置图层是否可选；设置每个图层中点、线、⾯对象的显⽰样式（如点符号样式、线条样式、粗细、颜⾊、⾯的填充样式等），设置每个图层的标注的字体、样式等。实现不同图层的任意叠加显⽰。
2.2.2.2. 地理编码（Geocoding）
对门牌号、地址等信息进⾏地理编码，⾃动计算匹配其地理位置，在地图上进⾏标注。诸如门牌地址、路⼝路名等描述性信息，通过地理编码功能，可以迅速将这些描述性信息转变为地理空间位置，并显⽰在地图上。
2.2.2.
3. 路⼝查询
⾃动查询任意两条或多条道路的相交路⼝。查询与某⼀道路相交的所有道路以及相应的每个路⼝信息，对于路⼝在地图上进⾏快速显⽰定位。
2.2.2.4. 地名查询
通过输⼊地名，系统⾃动检索各类地名图层，匹配相关的地名信息。地名可以是各种主要建筑物的名称、居民⼩区、标志性建筑物、机关单位等。系统检索到相关结果后返回查询列表，同时在地图上进⾏快速⾼亮定位。
2.2.2.5. 点图查询
可以直接⽤⿏标在地图上点击查询，系统⾃动查询出点击位置的地图对象信息。
2.2.2.6. 拉框查询
⽤户可以在地图上拉⼀个矩形框，系统⾃动查询出拉框范围内的地图对象信息。
2.2.2.7. 拉圆查询
⽤户可以在地图上拉⼀个圆形区域，系统⾃动查询出圆形区域内的地图对象信息。
2.2.2.8. 多边形查询
⽤户可以在地图上通过点击⿏标绘制⼀个任意形状的多边形区域，系统⾃动搜寻出该多边形区域内的地图对象信息。
2.3. 地图应⽤开发API
n Webservices：提供基于http协议的webservice接⼝，采⽤xml格式作为通讯格式。实现符合OGC规范的地图操作
n Javascript API：提供⾯向javascript语⾔的开发类库，完全基于javascript快速构建GIS应⽤，⽀持PC和⼿机多平台。
n Flex API：提供⾯向Flex开发环境，符合actionscript开发语⾔的开发包，完全基于flex快速构建GIS应⽤
n Android API：提供符合Android SDK规范的，能够在Android应⽤开发环境下使⽤Java语⾔开发的API
n IOS API：提供符合Object-C编程规范的开发包，快速构建IOS平台上的GIS应⽤
n Windows Phone API：提供能⽤在Windows Phone平台上调⽤的开发包，⽤于在windows移动平台上快速开发GIS应⽤
3. 2.5D地图平台技术特点和优势
本平台具有⾼性能，此外还具有多源数据集成、海量数据访问⽀持、服务器集等⾼级特性；采⽤多级缓存结构设计；可以同时⽀持多种地图引擎协同⼯作等。
3.1. 符合⾏业国际标准的地图服务
实现跟符合标准的OGC规范的地图服务器进⾏地图数据的交互。使得平台能够在⾃⾝不⽣产存储地图数量的情况下实现以第三⽅OGC服务为底层数据的平台应⽤。同时，本平台提供的所有地图浏览和查
询服务均符合OGC的相关协议规范，包括WMS、WFS、WMTS等，从平台功能性和松耦合性的设计原则上来讲，应该针对OGC的主要地图服务接⼝封装⼀套介于地图引擎应⽤和OGC服务器接⼝之间的接⼝，该接⼝根据WMS、WFS地图服务接⼝规范封装相关的请求细节，⽅便地图引擎进⾏调⽤。
3.2. 全组件化技术
全组件化的设计思想，作为⼀个成熟的Web GIS开发平台，在多个⾏业进⾏了⼴泛的应⽤。组件化设计的优点主要有以下⼏点：
通过采⽤全组件化结构，系统的可管理性⼤⼤增强，可以实现单点登录、集中管理。可以管理分布在分布式环境下的各个服务器和服务程序。
基于J2EE技术的组件具有⾃描述特性，不同组件封装了实现不同功能和不同⽬的的模块，从⽽使各个组件可以单独搭建和扩展，使系统的更新⼯作⼤⼤减少，兼容性得到增强。英国首例死亡病例
内置的GIS服务引擎与XTMap的数据处理和开发平台采⽤相同的体系结构，数据只需在服务器上进⾏配置即可直接使⽤，快速发布到Internet上。
组件具有良好的扩充性和开放性。各个层次的组件提供了丰富的接⼝和功能，松散的体系结构为系统的扩充提供了⾜够的扩展空间，⽤户可以通过继承或者聚合等软件重⽤⽅法，开发特殊功能的⾃定义
⾏业组件或者更⾼层次的通⽤组件，统⼀集成到XTMap平台中。
3.3. 多源数据集成与海量数据快速访问
由于XTMap的数据模型搭建的合理性、⾼效性和优化的特点，使得T数据兼容性较强。
多种来源数据不仅可以在桌⾯系统集成，⽽且不需转换即可直接发布到Internet⽹络。包括ArcInfo coverages、ESRI shapefiles、MapInfo mif、AutoCad dxf等常⽤格式
⽀持分析和显⽰各种格式的影像图 （TIFF, JPEG, GIF, ERDAS IMAGINE, MrSID图像压缩格式）
⽮量⼏何对象的压缩、⾼效的复合索引技术可以⼤⼤提⾼⽤户访问数据的速度
3.4. 服务器集，具有⾼度伸缩性
随着应⽤规模的扩⼤，当单台服务器的处理能⼒（不仅包括CPU运算能⼒）不能满⾜应⽤需要时，往往需要将多台服务器集起来同时提供服务。通过集可以实现负载能⼒的成⽐例提⾼，同时还可以减少单点失效的危险，提⾼系统的稳定性。但是集同时会带来服务器的部署、管理复杂度提⾼和负载平衡的问题。
常见集⽅法可以分为业务复制和业务分割两种⽅法。业务复制即将相同的业务复制到多台服务器上进⾏处理，每台服务器承担其中⼀部分⽤户的处理请求；业务分割即将业务划分为不同的部分，每⼀部分放到不同的服务器上去运⾏，⽐如将数据库服务、地图服务、Web服务分别放到不同的服务器上运⾏，可以提⾼性能和增强可靠性。
ZTMapEaay主要通过四种⽅式提⾼多⽤户并发访问的性能：异步⽹络传输，减少⽹络阻塞；GIS服务引擎的分时操作；多应⽤实例并发服务；多服务器集服务。这种特性可以满⾜⼩型⼯作组到⼤型⽹络服务的多种应⽤规模的需要。
3.5. 客户端与服务器多级缓存结构
服务器实现了⾼效的数据缓存和应⽤缓存，通过⼆次开发可以实现针对特定应⽤的处理缓存，随软件提供的客户端设计了巧妙的客户端缓存机制，可以⼤⼤加快地址定位和地图浏览的速度。
可以实现多级缓存模式，对应⽤及其相关数据进⾏⾼速缓存，从⽽⼤幅度提⾼海量数据的处理能⼒。
ü 应⽤实例缓存
预先启动应⽤服务器，装载适当的数据，从⽽减少每次⽤户请求再启动应⽤的时间，服务器可以⾃动分配应⽤的实例。
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ü 应⽤数据缓存
启动应⽤服务时⾃动加载相关数据，从⽽减少每次⽤户请求都需要重新加载和卸载数据的时间。
ü 数据引擎缓存
由于进⾏了应⽤缓存，数据引擎具有的缓存和调度机能可以得到充分发挥，从⽽⼤⼤提⾼数据处理的效率。
ü 处理结果缓存
通过将需要长时间处理或变化较⼩的结果预存在磁盘上，⽤户请求可以直接读取结果⽽不必每次都进⾏处理，从⽽可以减少每次处理的时间，加快⽤户响应的速度。
3.6. 应⽤⽆关性的跨平台开发接⼝
对于臻图信息地图服务接⼝设计的标准性以及应⽤层⽆关性的先进理念，使得原本复杂的WEBGIS⼆次开发⼯作变得简易可⾏。⼤⼤缩短开发周期，提⾼效率。
ü 标准的应⽤层接⼝和应⽤层⽆关性
socket通信
建⽴在地理信息平台基础之上的应⽤系统的类型是⾮常丰富的。这些应⽤系统最终将由不同⾏业的开发商使⽤不同的开发⼯具，设计不同的应⽤逻辑，所⽀持的其终端类型也从普通的计算机到具有⽂字短信功能的普通⼿机等，能够提供良好的应⽤开发接⼝和系统集成模型，即应⽤层⽆关性。
在应⽤接⼝层：在HTTP协议基础之上设计标准的地图应⽤访问协议并提供丰富的实⽤功能接⼝函数供应⽤系统调⽤，这样的设计符合⼯业标准，⽀持异构操作系统上的应⽤系统。
ü 跨平台多语⾔应⽤开发包
跨平台多层次⼆次开发接⼝。提供从组件库到客户端脚本的多层级⼆次开发API，⽀持Javascript、Flex、Webkit、IOS、Android、Windows Mobile（Phone）等多平台和开发环境语⾔
max2323.7. 完善的⽇志系统股份制商业银行
⼀个完善的⽇志系统是服务器端应⽤程序的必备重要辅助功能，为供系统管理员使⽤的分析模块。本⼦系统会在服务器访问⽇志的基础上，统计分析每天提交的请求数量，某地图功能被调⽤的次数、平均处理耗时等，最终⽣成分析报表。系统管理员可以根据这些结果评价系统⽬前的服务⽔平，分析系统的性能瓶颈。
地图服务⽇志数据库有详细的结构⽂档说明，因此如果系统管理员需要分析其他的内容，⼆次开发⼈
员可以根据其需求定制查询逻辑。
4. 地图功能应⽤
4.1. ⼆三维⼀体化可视化
⼆三维⼀体化地图服务平台集成⼆维地图、航拍影像、三维仿真地图三种地图数据。⼀⽅⾯，平台集成的⼆维地图、航拍影像和三维仿真地图可以在不同的界⾯中相互切换和对应位置联动；另⼀⽅⾯，⼆维地图的兴趣点等信息可以以专题图层的⽅式叠加在三维仿真地图上。
4.1.1. ⼆维街道地图
对于宏观维护的城市基础地图，采⽤⼆维地图的⽅式进⾏呈现。以全市基础⼆维地图作为宏观范围内资产管理的数字化⼿段，使得楼宇等资产管理具备可视化、直观性的特点，能够更加快捷的查询和统计在⾏政区域、空间范围内的建筑等信息。
基于⼆维地图，可以快速查看全市范围内的楼宇在地图上的分布情况，⽤户通过点击地图上的楼宇标识可以进⼀步查看该楼宇的详细属性、所包含的资产情况、资产处置记录等业务信息。
4.1.2. 三维街道地图
⼆维地图从空间区域分布⾓度给整个⾏政区域提供了基本的了解⼿段，但是在真实度和⽴体感等⽅⾯尚有不⾜，因此，在条件允许的情况下，可以建设三维地图，基于卫星影像图、楼宇建筑CAD图、拍照等各种基础数据和技术⼿段，对包括楼宇在内的基础空间对象进⾏三维建模。制作城市2.5D三维地图。
2.5D地图就是以真三维地图建模数据为基础，按照⼀定⽐例对现实世界或其中⼀部分的⼀个或多个⽅⾯的三维、抽象的描述。跟真三维地图相⽐，2.5维地图具备以下特点：
以栅格图⽚作为地图发布形式
只能以某⼀个⾓度进⾏地图展现
不能进⾏地图旋转等操作
地图浏览不需要安装任何客户端浏览器控件
对客户端显卡等硬件没有额外要求
基于2.5D地图，可以为⽤户提供很轻量级的便捷的地图访问，在保持三维⽴体效果的同时，⼤⼤减少了开发制作成本，同时⼜减少了对系统软硬件的要求。效果如下：
4.2. 社区应⽤举例
4.2.1. 楼宇分布查询
在地图上以撒点标注的⽅式显⽰楼宇企业等社区事物的分布情况，点击某个事物可以在地图上快速定位⾼亮显⽰，点击地图上的标记可以查看其详细属性信息。
主要功能点有：
⼆维地图查询浏览
基于⼆维地图的楼宇撒点分布
基于⼆维地图区域的楼宇分布统计
基于2.5D地图的楼宇撒点分布
基于2.5维地图区域的楼宇分布统计
楼宇地图⾼亮定位
楼宇业务属性信息关联查询
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