基于Mapbox展示GDAL处理的3D行政区划展示实践

news2024/10/6 0:34:14

目录

前言

一、Gdal数据处理

1、数据展示

2、Java数据转换

 二、Mapbox可视化

1、定义Mapbox地图

2、地图初始化

3、创建地图

三、界面优化

1、区域颜色设置

2、高度自适应和边界区分 

3、中文标注

总结

前言

        最近有遇到一个需求，用户想在地图上把行政区划数据做成那种3D凸出的效果，同时支持各个行政区划按照不同颜色进行展示，在行政区划上还能展示不同的标注，各个行政区的立体高度可以动态设置。刚开始收到这个需求的时候想用cesium来实现或者threejs来实现，要想实现3D的凸出特效，传统的Leaflet和OpenLayers似乎都有没有这种组件进行支持。各位朋友如果有相应的组件，欢迎留言指导指导。最后查找了一些Mapbox的资料，发现在Mapbox中有直接的样式配置就可以满足上述的需求实现。

        由于这里要展示3D行政数据，因此首先准备一份北京的行政区划实例。作为演示数据，这里并不保证数据的准确性。重点演示软件的功能。行政区划数据刚开始拿到的是Shp数据，为了在Mapbox中方便展示，可以将shp数据处理成矢量瓦片，这里为了演示方便，直接处理成geojson，关于geojson的基本知识，以后有时间可以进行深入讲解。

        本文首先讲解使用Java语言调用Gdal将shp数据转为geojson数据，然后使用Mapbox将处理好的Geojson行政区划数据进行3D展示，同时将不同行政区划进行动态颜色标绘，可以对行政区划的名称进行中文标注，最后动态设置不同行政区划的高度。如果您在项目中也有这种需求，可以参考本文进行开发。

一、Gdal数据处理

        由于默认的行政区划数据是采用Shp格式存储，为了在前端展示的方便，我们预先将shp数据转换成geojson。关于Gdal的相关知识，这里不赘述，在java开发语言中使用GDAL，在之前的博客中有进行详细的说明，各位朋友可以简单进行了解。使用Gdal进行处理，主要是方便进行服务调用，方便进行程序扩展。如果您实在不了解gdal，为了进行下一步，也可以采用诸如Qgis、Arcgis、SuperMap等这样的地图软件，直接将shp数据处理成geojson也是可以的。并不影响后面的效果展示。

1、数据展示

        这里采用的数据默认是shp格式，我们在qgis中查看其空间位置和属性信息。

         上面本人已经默认进行中文标注以及颜色渲染，不过这是在qgis中进行标注实现的。下面来看一下数据的属性。

序号属性类型说明
1namestring行政区划名称

        在Qgis中，打开属性表可以看到以下的数据（ps：这里的数据不准确，仅供参考）。这里的数据比较老，与现行的行政区划是不一致的，同时北京市城区没有进行更详细的划分。

2、Java数据转换

        数据格式转换从shp到geojson，这里采用Gdal组件作为转换插件。这里将转换程序的源码进行详细分析说明，让大家对转化过程有一个详细的了解。下面项目配置采用Maven进行编译，jdk使用1.8。首先来看一下Pom的定义。

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
	xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
	xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
	<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
	<groupId>com.yelang</groupId>
	<artifactId>gdal_demo1</artifactId>
	<version>1.0.0</version>
	<name>gdal_demo1</name>
	<description>gdal试验</description>
 
	<properties>
		<project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
		<maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
		<maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
	</properties>
 
	<dependencies>
		<dependency>
			<groupId>org.gdal</groupId>
			<artifactId>gdal</artifactId>
			<version>3.4.3</version>
			<scope>system</scope>
			<systemPath>${project.basedir}/lib/gdal.jar</systemPath>
		</dependency>
		
		<dependency>
		    <groupId>net.sf.ucanaccess</groupId>
		    <artifactId>ucanaccess</artifactId>
		    <version>4.0.4</version>
		</dependency>
 
		<dependency>
			<groupId>junit</groupId>
			<artifactId>junit</artifactId>
			<version>4.11</version>
			<scope>test</scope>
		</dependency>
		
	</dependencies>
</project>

        为了演示方便，这里使用Junit的方式将处理过程以单元测试的构建方式给出，实际项目开发过程中，需要考虑更多的因素。详细的java转换代码如下：

@Test
	public void testShp2GeoJson() {
		// 注册所有的驱动  
        ogr.RegisterAll();
        // 为了支持中文路径，请添加下面这句代码  
        gdal.SetConfigOption("GDAL_FILENAME_IS_UTF8","YES");  
        // 为了使属性表字段支持中文，请添加下面这句  
        gdal.SetConfigOption("SHAPE_ENCODING","");  
        //shp文件所在的位置
        String strVectorFile = "E:/ruanzhu_4326_vector/2019/GS(2019)1822/beijing.shp";  
        //打开数据  
        DataSource ds = ogr.Open(strVectorFile,0);  
        if (ds == null)  
        {  
            System.out.println("打开文件失败！" );  
            return;  
        }  
        System.out.println("打开文件成功！" );  
        Driver dv = ogr.GetDriverByName("GeoJSON");  
        if (dv == null)  
        {  
            System.out.println("打开驱动失败！" );  
            return;  
        }  
        System.out.println("打开驱动成功！" );  
        //输出geojson的位置及文件名
        dv.CopyDataSource(ds, "E:/shp2geojson/beijing.geojson");  
        System.out.println("转换成功！" );  
	}

        上述的核心API就是使用geojson的驱动，实现将shp转换成geojson。上述代码运行完成后即可完成数据的转换。转换后的数据列表如下：

        将beijing.json数据使用文本文件打开，可以看到以下结果，同时需要进行处理的还有行政区划的边界数据。

 二、Mapbox可视化

        经过上述的数据处理步骤后，即可得到可以直接用于展示的原始数据，将数据进行静态化发布后，即可为前端提供数据源服务。下面将重点对采用Mapbox进行行政区划的3D展示进行详细说明。尤其是在Mapbox中如何进行高度控制，如何结合属性进行动态参数注入控制等操作。要想实现这个需求，主要是需要使用fill-extrusion-xxx属性。通过这个属性来控制地图的可视化效果。

1、定义Mapbox地图

        首先新建Mapbox的html主体框架，关键代码如下所示：

<!doctype html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="utf-8">
  <meta http-equiv="x-ua-compatible" content="ie=edge">
  <title>基于Mapbox的3D行政区划立体展示</title>
  <meta name="description" content="">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, shrink-to-fit=no">
  <link href="css/common.css" rel="stylesheet" />
  <link href="lib/mapbox-gl.css" rel="stylesheet" />
  <style>
    #map,body,html {
      margin: 0;
      padding: 0;
      width: 100%;
      height: 100%;
      overflow: hidden;
      font-size: 16px; }
  </style>
</head>
<body>
<div id="map"></div>
  <script src="lib/mapbox-gl.js"></script>
</body>
</html>

2、地图初始化

        在定义了基本的网页结构后，我们使用javascript进行地图的初始化，首先来添加一个基础栅格影像底图，同时在资源引用列表中，将行政区划geojson和行政区划边界的geojson数据进行引入。关键代码如下：

var mapStyle = {
      "version": 8,
      "name": "Dark",
      "glyphs": "http://localhost:8086/2d/mapbox-gl-js-offline-example/font/{fontstack}/{range}.pbf",
      "sources": {
        "geojson": {
          type: 'geojson',
          data: './assets/beijing.geojson'
        },
        "geojson-b": {
          type: 'geojson',
          data: './assets/beijing-b.geojson'
        },
		"raster-tiles": {
			"type": "raster",
			"tiles": ['http://localhost:8086/data/xxgc/q0403/{z}/{x}/{y}.png'],
			"tileSize": 256,
		}
      },
      "layers": [
		{
			"id": "tdt-img-tiles",
			"type": "raster",
			"source": "raster-tiles",
			"minzoom": 0,
			"maxzoom": 8
		}
      ]
    };

3、创建地图

 map = new mapboxgl.Map({
      container: 'map',
      maxZoom: 18,
      minZoom: 0,
      zoom: 7.6,
      center: [116.56330634582548, 40.20241714634946],
      pitch: 35,
      style: mapStyle,
      attributionControl: false
    });

        使用上述代码对地图进行初始化后，我们把数据添加到地图中进行展示。

map.on('load', () => {
      map.loadImage('./assets/ground.PNG', function(error, image) {
        if (error) throw error;
        map.addLayer({
          id: 'geojson-fill',
          source: 'geojson',
          type: 'fill-extrusion',
          paint: {
			'fill-extrusion-height': 15000,
            'fill-extrusion-base': 0,
            'fill-extrusion-opacity': 0.85,
			'fill-extrusion-color': "#F84E2D"
          },
        })
      });
    })

        到这里已经完成地图的基础展示，也实现了高度的自动配置。只不过每个行政区划的高度是一致的。实际效果如下：

三、界面优化

        经过上面的可视化展示，基本已经实现了行政区划的3D立体展示。只是目前还存在一些明显的问题，比如行政区划边界不明显，各个行政区划无明显颜色区分，行政区划没有中文标注，各区域没有明显高度值差别。下面我们逐一来进行可视化调整优化。

1、区域颜色设置

        为了将各个行政区区分开来，我们采用不同的颜色进行标注。下面将fill-extrusio欧诺个n-color进行动态设置，根据属性列表中的name属性，不同的区域名称设置不同的颜色。下面的代表示，怀柔县采用#F84E2D展示，如果没有匹配的，最后一个是默认颜色#AAAAAA。关键设置如下：

fill-extrusion-color': [//根据数值中加载相对应颜色
	'match',
	['get', 'name'],
	'怀柔县', '#F84E2D',
	'密云县','#44DEA3',
	'平谷县','#ffd0a6',
	'延庆县','#FFC544',
	'顺义县','#ff704e',
	'大兴县','#6C44FF',
	'北京市', '#1372EC',
	'#AAAAAA'
    ]

        经过以上调整，来看具体的效果：

2、高度自适应和边界区分 

        为了模拟各个行政区划的高度不一样，比如各区域的人口密度展示，我们会展示不同的高度，同时将行政区划的边界更加明显的展示出来。首先实现动态高度展示：

'fill-extrusion-height': [//根据数值中加载相对应颜色
				'match',
				 ['get', 'name'],
				 '怀柔县', 15000,
				 '密云县',17000,
				 '延庆县',19000,
				 '大兴县',21000,
				 '北京市', 23000,
				 15000
			],

        然后添加行政区划边界信息图层，使区域信息更加明显。添加后再来看具体的效果。

map.addLayer({
          id: 'geojson-fill-b',
          source: 'geojson-b',
          type: 'fill-extrusion',
          paint: {
			'fill-extrusion-height': [//根据数值中加载相对应颜色
				'match',
				 ['get', 'name'],
				 '怀柔县', 16100,
				 '密云县',17100,
				 '延庆县',19100,
				 '大兴县',21100,
				 '北京市', 23100,
				 16100
			],
            'fill-extrusion-base': 14950,
            'fill-extrusion-opacity': 1,
            'fill-extrusion-color': '#fff'
          },
        })

3、中文标注

        行政区划标注是最简单的，再添加图层后，指定symbol类型进行展示即可。来看核心代码：

map.addLayer({
    'id': 'geojson-label',
    'type': 'symbol',
    'source': 'geojson',
     layout: {
        'text-field': ['get', 'name'],
         'text-size': 14,
         'text-allow-overlap': true,
         'text-justify': 'center'
     },
     paint: {
        'text-color': 'rgb(159, 96, 55)',
         'text-halo-color': '#fff',
         'text-halo-width': 1.8,
      },
  });

        在地图上添加中文标注后，来看最后的实际效果。

        到此即实现了在Mapbox中实现对行政区划的3D展示，同时实现动态标注，边界展示，动态高度设置等需求。 

总结

        以上就是本文的主要内容，本文首先讲解使用Java语言调用Gdal将shp数据转为geojson数据，然后使用Mapbox将处理好的Geojson行政区划数据进行3D展示，同时将不同行政区划进行动态颜色标绘，可以对行政区划的名称进行中文标注，最后动态设置不同行政区划的高度。如果您在项目中也有这种需求，可以参考本文进行开发。在使用Mapbox展示的时候，主要是采用fill-extrusion-xx关键字，同时在进行属性动态设置时的匹配规则的合理采用。本案例在实现时重点参考了以下博客，并优化了数据的展示和属性的配置。站在前人的肩膀上，可以看到更远的地方。在此感谢以下博文。

1、牛老师讲gis mapboxGL中3d行政区实现。

2、mapboxgl绘制3D线教程。

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