劉 鵬，趙 羲，史宜南

（1. 武漢大學(xué) 中國南極測繪研究中心，湖北 武漢 430079；2. 武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430079）

1 地圖緩存與瓦片存儲方式

地圖緩存是一個目錄，包含在特定比例尺級別下，對地圖范圍進(jìn)行規(guī)則劃分。需要先規(guī)劃好比例尺級別（圖1中地圖被緩存成2個比例尺），設(shè)置緩存屬性，然后服務(wù)器按照一定的數(shù)學(xué)法則根據(jù)每個比例尺下的地圖生成若干瓦片保存在緩存目錄。使用ArcGIS Server發(fā)布緩存地圖的大致流程如圖2所示。在客戶端發(fā)出地圖請求后，服務(wù)器可以直接將這些瓦片進(jìn)行拼接返回給客戶端，而不需要實時地動態(tài)繪制地圖，因而響應(yīng)速度大大加快[1-5]。

圖1 緩存成2個比例尺的地圖

圖2 地圖緩存生成流程

ArcGIS 9.3及之前版本生成的緩存屬于松散型，ArcGIS 10推出了一種新的瓦片緩存文件格式——緊湊型緩存。與松散型相比，它具有遷移方便、創(chuàng)建速度快等優(yōu)點，已經(jīng)成為創(chuàng)建切片緩存的默認(rèn)格式。

1.1 松散型緩存

服務(wù)器切圖完成后，地圖服務(wù)緩存的目錄結(jié)構(gòu)如圖3所示。在緩存根目錄中，第一級是地圖服務(wù)命名的文件夾，第二級是切圖的DataFrame命名的文件夾。由于圖3展示的是單一融合方式切圖，所以第三級是_alllayers。如果采用多層緩存方式，那這里就是MXD中每個圖層的序號文件夾。第四級目錄是切圖設(shè)置的各個比例尺級別，如L00代表第一級比例尺。第五級是某個比例尺的行文件夾，命名規(guī)則是R加上8位行號（16進(jìn)制），不足補零。比如圖中的R00000001表示此比例尺中的第1行。每行文件夾下就是該行的所有瓦片文件，命名規(guī)則是C加上8位列號，不足補零，比如C00000000表示第一列的圖片，其他依此類推?？梢钥闯觯缮⑿途彺孀畹讓佣际菃蝹€的PNG圖片。

第三級中的conf.xml文件是緩存配置文件，描述了瓦片的各項參數(shù)，包括空間參考、比例尺級別等。

圖3 松散型緩存目錄

1.2 緊湊型緩存

ArcGIS 10.0引入了緊湊型緩存格式，如圖4所示。新的方法將9.3版本中的瓦片歸組到大文件中，而不是以單獨的圖片形式存儲。緊湊型緩存，每一級比例尺包含2種文件：.bundle和.bundlx文件（圖4第五級所示），其中bundle文件用以存儲切片數(shù)據(jù)，bundlx是bundle文件中數(shù)據(jù)的索引文件[6]。一個bundle文件中最多可以存儲16 384個瓦片，但是創(chuàng)建瓦片時并不是一張張單獨生成，而是以4 096像素（無抗鋸齒）或2 048（有抗鋸齒）為邊長渲染的，如果設(shè)定瓦片邊長為256像素并開啟了抗鋸齒，那么每次ArcSOC進(jìn)程（正在運行的服務(wù)實例）創(chuàng)建的是一張8×8個切片拼接成的大圖，然后切割存入bundle文件中。

圖4 緊湊型緩存目錄

在瓦片創(chuàng)建過程中，每個包都會被分配給一個ArcSOC.exe進(jìn)程，由該進(jìn)程為包創(chuàng)建瓦片，2個ArcSOC.exe進(jìn)程不能同時處理同一個包[6]。當(dāng)生成緩存的要素邊界都比較小時，容易出現(xiàn)服務(wù)器資源未被充分利用的情形。

2 實驗比較

使用服務(wù)器創(chuàng)建緩存是一項耗時耗資源的工作，尤其在涉及大比例尺的情況下，往往需要生成成千上萬張瓦片。這些瓦片不僅會占用大量的磁盤空間，而且會帶來數(shù)據(jù)遷移困難的問題。下面從緩存管理效率和磁盤利用率兩個方面對這兩種緩存格式進(jìn)行比較，其中緩存管理效率主要涉及3個方面：創(chuàng)建時間、占用磁盤空間（全部瓦片在磁盤上占用的空間）、遷移時間（全部瓦片從一臺電腦轉(zhuǎn)移到另一臺電腦耗費時間）；磁盤利用率主要考慮2個方面：緩存實際文件大?。ㄈ客咂募笮】偤停┡c實際占用磁盤空間是否一致、是否會導(dǎo)致磁盤碎片。為保證結(jié)果的公正性，本文引用ESRI官方公布的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

從表1和表2的數(shù)據(jù)比較（數(shù)據(jù)來源：2010 ESRI中國區(qū)域用戶大會[7]）可以看出，在同等情況下，松散型緩存的創(chuàng)建時間較長，占用磁盤空間較大，遷移時間明顯很慢，從緩存管理方面來說緊湊型格式更高效一些。對于松散型緩存，瓦片一張張單獨生成，并以零散的圖片形式保存在磁盤上，當(dāng)需要生成的瓦片數(shù)量很大時，需要頻繁地更換切圖范圍和讀寫磁盤，持續(xù)時間較長。而緊湊型緩存以bundle作為處理單元，服務(wù)器將更多精力投入到連續(xù)切圖中去，而不是頻繁更換切圖范圍，生成的瓦片存儲在緊湊、連續(xù)的文件流中，也不會頻繁讀寫磁盤，節(jié)省了時間。

從表3（數(shù)據(jù)來源：2010 ESRI中國區(qū)域用戶大會[7]）中橫向?qū)Ρ瓤梢钥闯?，緊湊型緩存文件的實際大小與占用磁盤空間基本一致，松散型緩存下二者差距比較大，浪費了大量磁盤空間。這是因為Windows平臺下主流的磁盤分區(qū)NTFS文件系統(tǒng)默認(rèn)簇大小為4 KB[8]（可分配的最小存儲單位，文件大小不足4 KB仍占用4 KB磁盤空間），對于松散型緩存，當(dāng)小的瓦片（文件大小不足4 KB）數(shù)量較多時會造成大量的磁盤空間浪費，并且小的瓦片容易產(chǎn)生磁盤碎片；而緊湊型緩存將一定數(shù)量的瓦片合并到bundle大文件中，出現(xiàn)小文件的幾率較小，對磁盤的利用率比較充分，不易產(chǎn)生磁盤碎片。

從以上對比分析可以看出，緊湊型緩存管理相對方便，并且磁盤利用率高，是利用ArcGIS10及更高版本創(chuàng)建緩存的首選方式。需要注意的是，緊湊型緩存只支持ArcGIS客戶端（包括Web APIs）讀取，如果想在自由應(yīng)用中讀取緩存文件，則必須使用松散格式的緩存。ArcGIS 10中與緩存相關(guān)的GP工具可將之前的松散型緩存轉(zhuǎn)換為緊湊型格式，也可以將緊湊格式轉(zhuǎn)換成松散格式。

表1 美國路易斯安那州（150萬張切片）

表2 歐洲全圖（380萬張切片）

表3 中國全圖1︰400萬（緩存級別 L0～L10）

3 結(jié) 語

本文對基于ArcGIS Server的地圖緩存技術(shù)進(jìn)行研究，在介紹其原理的基礎(chǔ)上深入剖析了ArcGIS Server平臺下的2種瓦片存儲方式：松散型和緊湊型，并從緩存管理效率和磁盤利用率2方面對2者進(jìn)行了比較。實驗數(shù)據(jù)證明，緊湊型緩存創(chuàng)建時間較短、遷移速度快、磁盤利用率高、管理相對方便，是創(chuàng)建緩存的首選方式。

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[6]ESRI.Inside the Compact Cache Storage Format[EB/OL].http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//005300000137000000,2013-10-20

[7]林雪淋.ArcGIS 10地圖緩存與設(shè)計策略[EB/OL].http://www.esrichina-bj.cn/market/2010uc/upload/Web2/ArcGIS10地圖緩存與設(shè)計策略.pdf,2013-10-22

[8]居錦武,王蘭英. NTFS文件系統(tǒng)剖析[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2007,28(22):5 437-5 438