標準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將矢量數據或者影像數據制作成按照“級、行、列”的金字塔網格形式存儲的圖片集，可以在網頁中根據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，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成。

①切片原點：切片原點是定義切片網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據符號化展示兩種。

標準柵格切片是將CAD文件去圖框轉成帶坐標文件的整幅PNG+PGW文件，再作為柵格影像集導入到切圖軟件中(如ArcGIS)進行批量切圖，生成預設切片方案下的切片文件。地形圖更新時，需要制作更新區的標準圖幅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，并且需要專業性的人工干預，后期切片更新的工作煩瑣復雜，導致基本圖瓦片數據的現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點時間進行更新。

矢量數據符號化是利用矢量數據庫實時生成用戶請求的要素，根據要素的描述屬性調取符號庫的對應符號生成的一種實時基本圖展示。矢量數據符號化的自動化程度高，可以根據矢量數據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

各城市基礎測繪部門依據各地的實際情況，制作了固定圖幅大小的大比例尺基礎地形圖。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據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勢：

①擺脫切圖軟件的束縛，實現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格，每一網格內的切片由該圖幅對應的地形圖整張圖片代替。后期更新時，只需要替換更新區域的基礎地形圖PNG文件即可。

②可建立隨時間軸變化的動態切片方案。

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的最新地形圖圖片，也可根據輸入時間，動態生成隨時間軸變化的地形圖。

③可開發相關的展示接口，支持ArcGIS、OpenLayers等地圖API的接入。

通過開發重構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，與現有的技術和系統無縫對接。

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，根據城市 1∶2 000基本圖的圖幅結合表范圍，可以選擇結合表最左和最上的網格坐標作為切圖原點，如圖2中結合表范圍的左上角(Xmin，Ymax)為切圖原點。

②切片分辨率(比例尺)選擇。根據基本圖CAD文件轉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切片網格大小。 1∶2 000圖的實地尺寸為 1 000 m×1 000 m，根據分辨率計算可得網格大小為 5 000 px×5 000 px，同法可得1∶500圖的切片網格大小為 2 500 px×2 500 px。

圖2 標準圖幅切片方案

④根據以上起算數據，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 數據準備

①CAD基本圖數據。準備全市標準圖幅的地形圖CAD文件或者更新區域的標準圖幅CAD文件。 1∶2 000圖一般 1∶2 000結合表的網格坐標作為文件名，1∶500圖是 1∶2 000圖的基礎上16等分，從左至右由上至下按01到16進行編號，與 1∶2 000結合表的網格坐標組合編號作為文件名。

②標準圖幅PNG。利用CAD插件，轉存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，輸入數據更新時間，根據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信息，并保存到關系數據庫中。

④PNG文件入庫。利用入庫程序，上傳PNG文件到文件服務器，并采用關系數據庫中的加密文件名對PNG文件進行重命名。

4.3 API接口重構

利用ArcGIS API中的TiledMapServiceLayer類，重構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，獲取到響應切片加載函數getTileUrl中的level，row，col等參數。

4.4 前端地圖展示

①切片加載接口請求

根據響應切片加載函數中的level，row，col參數，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

根據格網坐標代碼和時間戳信息調用關系數據庫接口，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重構接口調用標準圖幅切片，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測，如圖7和圖8所示。

圖7 紅框內為加密后的標準圖幅切片的加載情況

圖8 標準圖幅切片的預覽效果

6 結 論

本文基于瓦片地圖切片原理，設計了一套大比例尺地形圖的標準圖幅切片方案，通過設計切圖原點和切圖網格大小，使得 1∶2 000圖或1∶500圖標準圖幅大小的圖片能代替傳統的地圖切片，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雜專題圖切片工作中對切圖軟件和專業操作上的要求。通過重構開發ArcGIS API和OpenLayers API等地圖接口實現了對標準圖幅切片的支持，可直接對現有GIS系統進行升級。同時設計了相關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系統提供了多時態、更高效的地圖切片資源，也為城市基礎測繪部門在基礎地形圖的管理上提供了一定的參考。