標(biāo)準(zhǔn)圖幅下的切片方案管理和展示方法研究

田鵬，何偉

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

瓦片地圖是利用地圖切片技術(shù)將矢量數(shù)據(jù)或者影像數(shù)據(jù)制作成按照“級、行、列”的金字塔網(wǎng)格形式存儲的圖片集，可以在網(wǎng)頁中根據(jù)用戶選擇的地圖級別和視圖范圍有選擇性地快速加載，主要作為地圖底圖或者復(fù)雜的大比例尺專題圖，滿足用戶對地圖加載速度和效果上的要求。

瓦片地圖的切片方案是計(jì)算瓦片地圖“級、行、列”的依據(jù)，主要由切片原點(diǎn)、切片分辨率(比例尺)、切片范圍和切片像素大小構(gòu)成。

①切片原點(diǎn)：切片原點(diǎn)是定義切片網(wǎng)格坐標(biāo)系的起點(diǎn)位置，一般分布在地圖的左上角或左下角；

②切片分辨率(比例尺)：切片分辨率和比例尺是一一對應(yīng)的。比例尺指的是圖上一個(gè)單位代表實(shí)際多少距離，而分辨率代表屏幕上一個(gè)像素代表實(shí)際多少距離。

③切片范圍：切片范圍是指進(jìn)行切片的地圖圖幅范圍；

④切片像素大小：每張切片圖片的長寬像素值。切片像素值乘以切片分辨率即確定了當(dāng)前比例尺下的切片實(shí)地大小。默認(rèn)的切片大小為 256 px×256 px。

2 大比例尺地形圖的前端展示方法

目前對大比例尺地形圖的前端展示方法分為標(biāo)準(zhǔn)柵格切片展示和矢量數(shù)據(jù)符號化展示兩種。

標(biāo)準(zhǔn)柵格切片是將CAD文件去圖框轉(zhuǎn)成帶坐標(biāo)文件的整幅PNG+PGW文件，再作為柵格影像集導(dǎo)入到切圖軟件中(如ArcGIS)進(jìn)行批量切圖，生成預(yù)設(shè)切片方案下的切片文件。地形圖更新時(shí)，需要制作更新區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)圖幅PNG+PGW文件，在切圖軟件中對已有的切片文件進(jìn)行局部更新。標(biāo)準(zhǔn)柵格切片對切圖工具的依賴性較高，并且需要專業(yè)性的人工干預(yù)，后期切片更新的工作煩瑣復(fù)雜，導(dǎo)致基本圖瓦片數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和更新周期都比較低，一般一年更新一版或者僅在重大節(jié)點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行更新。

矢量數(shù)據(jù)符號化是利用矢量數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)生成用戶請求的要素，根據(jù)要素的描述屬性調(diào)取符號庫的對應(yīng)符號生成的一種實(shí)時(shí)基本圖展示。矢量數(shù)據(jù)符號化的自動化程度高，可以根據(jù)矢量數(shù)據(jù)庫的更新對基本圖進(jìn)行自動更新。該方法對基本圖制作時(shí)的“圖庫一體性”要求較高，需配置詳盡的地形圖符號庫，并且由于CAD基本圖的圖面整飾原因，最終的符號化展示效果明顯弱于CAD原圖效果。

3 標(biāo)準(zhǔn)圖幅大小的地形圖切片制作

各城市基礎(chǔ)測繪部門依據(jù)各地的實(shí)際情況，制作了固定圖幅大小的大比例尺基礎(chǔ)地形圖。如 1∶2 000比例尺地形圖，CAD文件圖幅大小為 50 cm×50 cm，實(shí)地尺寸 1 000 m×1 000 m；1∶500比例尺地形圖，CAD文件圖幅大小為 50 cm×50 cm，實(shí)地尺寸 250 m×250 m。

鑒于以上標(biāo)準(zhǔn)柵格切片展示和矢量數(shù)據(jù)符號化展示兩種展示方法的局限性，本文研究了一種標(biāo)準(zhǔn)圖幅大小的地形圖切片制作方法，通過設(shè)計(jì)自定義切片方案，利用標(biāo)準(zhǔn)圖幅大小的整張圖片去代替標(biāo)準(zhǔn)柵格切片，無須進(jìn)行切圖操作，即可實(shí)現(xiàn)大比例尺地形圖的展示和切片管理。

標(biāo)準(zhǔn)圖幅大小的地形圖切片制作有以下四方面的優(yōu)勢：

①擺脫切圖軟件的束縛，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片的快速簡單更新。

標(biāo)準(zhǔn)圖幅大小的地形圖切片采用基本圖幅表作為切片方案網(wǎng)格，每一網(wǎng)格內(nèi)的切片由該圖幅對應(yīng)的地形圖整張圖片代替。后期更新時(shí)，只需要替換更新區(qū)域的基礎(chǔ)地形圖PNG文件即可。

②可建立隨時(shí)間軸變化的動態(tài)切片方案。

利用基本圖幅表，對每個(gè)圖幅的地形圖圖片按照時(shí)間順序進(jìn)行集中存放，前端展示時(shí)默認(rèn)顯示所有圖幅內(nèi)的最新地形圖圖片，也可根據(jù)輸入時(shí)間，動態(tài)生成隨時(shí)間軸變化的地形圖。

③可開發(fā)相關(guān)的展示接口，支持ArcGIS、OpenLayers等地圖API的接入。

通過開發(fā)重構(gòu)ArcGIS、OpenLayers等地圖API的特定接口，可支持直接加載標(biāo)準(zhǔn)圖幅大小地形圖切片，與現(xiàn)有的技術(shù)和系統(tǒng)無縫對接。

④切片文件加密處理，提高地圖瓦片在線瀏覽時(shí)的安全性。

采用類似高德、百度地圖的切片文件加密方法，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片文件的加密處理，提高在線地圖瓦片安全性。

本文以ArcGIS API調(diào)用1∶2 000圖和 1∶500圖標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片的整個(gè)操作流程為例進(jìn)行具體闡述。

4 ArcGIS API調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片流程介紹

標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片制作和使用分四個(gè)階段進(jìn)行，如圖1所示：

圖1 標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片制作和使用

4.1 切片方案制定

①切圖原點(diǎn)選定。采用ArcGIS API支持的左上角坐標(biāo)作為切圖原點(diǎn)，根據(jù)城市 1∶2 000基本圖的圖幅結(jié)合表范圍，可以選擇結(jié)合表最左和最上的網(wǎng)格坐標(biāo)作為切圖原點(diǎn)，如圖2中結(jié)合表范圍的左上角(Xmin，Ymax)為切圖原點(diǎn)。

②切片分辨率(比例尺)選擇。根據(jù)基本圖CAD文件轉(zhuǎn)PNG圖片的最佳顯示效果， 1∶2 000基本圖的分辨率為0.2，1∶500圖的分辨率為0.1。

③切片網(wǎng)格大小。 1∶2 000圖的實(shí)地尺寸為 1 000 m×1 000 m，根據(jù)分辨率計(jì)算可得網(wǎng)格大小為 5 000 px×5 000 px，同法可得1∶500圖的切片網(wǎng)格大小為 2 500 px×2 500 px。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片方案

④根據(jù)以上起算數(shù)據(jù)，可整理得 1∶2 000圖和1∶500圖的最終切片方案。

"lods"：

[

{ "level"：7，"resolution"：0.2，"scale"：2000 }，

{ "level"：8，"resolution"：0.1，"scale"：500 }

]

4.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

①CAD基本圖數(shù)據(jù)。準(zhǔn)備全市標(biāo)準(zhǔn)圖幅的地形圖CAD文件或者更新區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)圖幅CAD文件。 1∶2 000圖一般 1∶2 000結(jié)合表的網(wǎng)格坐標(biāo)作為文件名，1∶500圖是 1∶2 000圖的基礎(chǔ)上16等分，從左至右由上至下按01到16進(jìn)行編號，與 1∶2 000結(jié)合表的網(wǎng)格坐標(biāo)組合編號作為文件名。

②標(biāo)準(zhǔn)圖幅PNG。利用CAD插件，轉(zhuǎn)存CAD文件到固定分辨率大小的PNG文件，圖片文件名同CAD文件名一致。

③PNG文件信息入庫。利用入庫程序，輸入數(shù)據(jù)更新時(shí)間，根據(jù)PNG文件名中的坐標(biāo)信息，生成時(shí)間戳和加密后的文件名等相關(guān)信息，并保存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

④PNG文件入庫。利用入庫程序，上傳PNG文件到文件服務(wù)器，并采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的加密文件名對PNG文件進(jìn)行重命名。

4.3 API接口重構(gòu)

利用ArcGIS API中的TiledMapServiceLayer類，重構(gòu)出加載標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片的TiledCustomLayer類，通過傳遞標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片方案的各類參數(shù)，獲取到響應(yīng)切片加載函數(shù)getTileUrl中的level，row，col等參數(shù)。

4.4 前端地圖展示

①切片加載接口請求

根據(jù)響應(yīng)切片加載函數(shù)中的level，row，col參數(shù)，計(jì)算要加載的切片資源文件和路徑。以下是計(jì)算 1∶2 000圖和1∶500圖的格網(wǎng)坐標(biāo)代碼。

function getTileUrl(level，row，col) {

var requestnumber

if (level == 7 && col >= 0 && row >= 0)

requestnumber += (region.y - row - 1).toString() + (col + region.x).toString() + "00"；

if (level == 8 && col >= 0 && row >= 0) {

var zy = Math.floor(row / 4)；

var zx = Math.floor(col / 4)；

var temp = row % 4；

var z0 = temp * 4 + col % 4 + 1；

requestnumber += (region.y - zy - 1).toString() + (zx + region.x).toString() + padLeft(2，z0)；

}

}

以下是OpenLayers API中直接加載自定義標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片的核心代碼：

var tile2000 = new ol.layer.Tile({

name：'tile2000'，

source：new ol.source.XYZ({

tileSize：vectorTileGrid2000.tmpSize_，

tileGrid：vectorTileGrid2000，

resolutions：[0.2]，

tileUrlFunction：function (tileCoord) {

if (tileCoord[0] == 7 && tileCoord[1] >= 0 && tileCoord[2] >= 0) {

var requestnumber = ""；

requestnumber += (tileCoord[2] + region.y).toString() + (tileCoord[1] + region.x).toString() + "00.png"；

getMytile(requestnumber，call)；

function call(data) {

return getMytile(data)；

}

}

}

})

})

map.addLayer(tile2000)；

②切片展示

根據(jù)格網(wǎng)坐標(biāo)代碼和時(shí)間戳信息調(diào)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫接口，返回加密后的切片文件路徑進(jìn)行前端切片加載展示。

5 效果展示

利用ArcGIS API重構(gòu)接口調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片，展示效果如圖3～圖6所示。

圖3 1∶2 000圖ArcGIS API前端展示效果

圖4 1∶2 000標(biāo)準(zhǔn)圖幅圖片效果

圖5 1∶500圖ArcGIS API前端展示效果

圖6 1∶500標(biāo)準(zhǔn)圖幅圖片效果

谷歌瀏覽器中對加載性能進(jìn)行監(jiān)測，如圖7和圖8所示。

圖7 紅框內(nèi)為加密后的標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片的加載情況

圖8 標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片的預(yù)覽效果

6 結(jié) 論

本文基于瓦片地圖切片原理，設(shè)計(jì)了一套大比例尺地形圖的標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片方案，通過設(shè)計(jì)切圖原點(diǎn)和切圖網(wǎng)格大小，使得 1∶2 000圖或1∶500圖標(biāo)準(zhǔn)圖幅大小的圖片能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地圖切片，進(jìn)而在瀏覽器前端進(jìn)行加載顯示，減少了制作大比例尺底圖和復(fù)雜專題圖切片工作中對切圖軟件和專業(yè)操作上的要求。通過重構(gòu)開發(fā)ArcGIS API和OpenLayers API等地圖接口實(shí)現(xiàn)了對標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片的支持，可直接對現(xiàn)有GIS系統(tǒng)進(jìn)行升級。同時(shí)設(shè)計(jì)了相關(guān)的加密算法對切片文件進(jìn)行加密，保證了標(biāo)準(zhǔn)圖幅切片在線瀏覽的安全性。本文的研究為GIS系統(tǒng)提供了多時(shí)態(tài)、更高效的地圖切片資源，也為城市基礎(chǔ)測繪部門在基礎(chǔ)地形圖的管理上提供了一定的參考。