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算瓦片地圖“級、行、列”的依據(jù)，主要由切片原點、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：切片原點是定義切片網(wǎng)格坐標系的起點位置，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單位代表實際多少距離，而分辨率代表屏幕上一個像素代表實際多少距離。

③切片范圍：切片范圍是指進行切片的地圖圖幅范圍；

④切片像素大?。好繌埱衅瑘D片的長寬像素值。切片像素值乘以切片分辨率即確定了當前比例尺下的切片實地大小。默認的切片大小為 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準柵格切片展示和矢量數(shù)據(jù)符號化展示兩種。

標準柵格切片是將CAD文件去圖框轉(zhuǎn)成帶坐標文件的整幅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，需要制作更新區(qū)的標準圖幅PNG+PGW文件，在切圖軟件中對已有的切片文件進行局部更新。標準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)點時間進行更新。

矢量數(shù)據(jù)符號化是利用矢量數(shù)據(jù)庫實時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)符號生成的一種實時基本圖展示。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行自動更新。該方法對基本圖制作時的“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 標準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，實地尺寸 250 m×250 m。

鑒于以上標準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，本文研究了一種標準圖幅大小的地形圖切片制作方法，通過設(shè)計自定義切片方案，利用標準圖幅大小的整張圖片去代替標準柵格切片，無須進行切圖操作，即可實現(xiàn)大比例尺地形圖的展示和切片管理。

標準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，實現(xiàn)標準圖幅切片的快速簡單更新。

標準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，只需要替換更新區(qū)域的基礎(chǔ)地形圖PNG文件即可。

②可建立隨時間軸變化的動態(tài)切片方案。

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

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，可支持直接加載標準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的安全性。

采用類似高德、百度地圖的切片文件加密方法，實現(xiàn)標準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圖標準圖幅切片的整個操作流程為例進行具體闡述。

4 ArcGIS API調(diào)用標準圖幅切片流程介紹

標準圖幅切片制作和使用分四個階段進行，如圖1所示：

圖1 標準圖幅切片制作和使用

4.1 切片方案制定

①切圖原點選定。采用ArcGIS API支持的左上角坐標作為切圖原點，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)格坐標作為切圖原點，如圖2中結(jié)合表范圍的左上角(Xmin，Ymax)為切圖原點。

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圖的實地尺寸為 1 000 m×1 000 m，根據(jù)分辨率計算可得網(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 標準圖幅切片方案

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)準備

①CAD基本圖數(shù)據(jù)。準備全市標準圖幅的地形圖CAD文件或者更新區(qū)域的標準圖幅CAD文件。 1∶2 000圖一般 1∶2 000結(jié)合表的網(wǎng)格坐標作為文件名，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進行編號，與 1∶2 000結(jié)合表的網(wǎng)格坐標組合編號作為文件名。

②標準圖幅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)更新時間，根據(jù)PNG文件名中的坐標信息，生成時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)出加載標準圖幅切片的TiledCustomLayer類，通過傳遞標準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)，計算要加載的切片資源文件和路徑。以下是計算 1∶2 000圖和1∶500圖的格網(wǎng)坐標代碼。

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準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)坐標代碼和時間戳信息調(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)用標準圖幅切片，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標準圖幅圖片效果

圖5 1∶500圖ArcGIS API前端展示效果

圖6 1∶500標準圖幅圖片效果

谷歌瀏覽器中對加載性能進行監(jiān)測，如圖7和圖8所示。

圖7 紅框內(nèi)為加密后的標準圖幅切片的加載情況

圖8 標準圖幅切片的預(yù)覽效果

6 結(jié) 論

本文基于瓦片地圖切片原理，設(shè)計了一套大比例尺地形圖的標準圖幅切片方案，通過設(shè)計切圖原點和切圖網(wǎng)格大小，使得 1∶2 000圖或1∶500圖標準圖幅大小的圖片能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地圖切片，進而在瀏覽器前端進行加載顯示，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等地圖接口實現(xiàn)了對標準圖幅切片的支持，可直接對現(xiàn)有GIS系統(tǒng)進行升級。同時設(shè)計了相關(guān)的加密算法對切片文件進行加密，保證了標準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。