瓦片地圖的制作方案和接口設(shè)計(jì)范文

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摘要：

探討了如何利用商業(yè)軟件建設(shè)瓦片地圖服務(wù)，使之符合天地圖市級(jí)節(jié)點(diǎn)的建設(shè)規(guī)范，且有利于數(shù)字城市建設(shè)成果的推廣應(yīng)用。通過計(jì)算和測試，得出了使用ArcGIS等商業(yè)軟件制作瓦片地圖的可行方案。還設(shè)計(jì)了接口拓展方案，方便各種第三方平臺(tái)對(duì)服務(wù)的調(diào)用，對(duì)“數(shù)字馬鞍山”的推廣起到了促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：

數(shù)字馬鞍山；天地圖；瓦片地圖服務(wù)；規(guī)范；推廣

“數(shù)字馬鞍山”地理空間框架建設(shè)項(xiàng)目自2010年啟動(dòng)以來，建設(shè)了DLG、DOM、DEM、地名地址庫等多種形式、多種比例尺的地理空間數(shù)據(jù)，建成了統(tǒng)一的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，建立了馬鞍山市權(quán)威、通用的地理信息公共平臺(tái)。2011年，國家測繪地理信息局印發(fā)了《關(guān)于“天地圖”省市級(jí)節(jié)點(diǎn)建設(shè)方案的通知》“，天地圖”省、市級(jí)節(jié)點(diǎn)是指國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)公眾版的省級(jí)分節(jié)點(diǎn)和市級(jí)信息基地，是“天地圖”的重要組成部分，也是各省、市級(jí)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)。因此，“數(shù)字馬鞍山”地理信息公共平臺(tái)公眾版建設(shè)和天地圖馬鞍山市級(jí)節(jié)點(diǎn)建設(shè)應(yīng)當(dāng)合二為一，作為核心內(nèi)容的瓦片地圖服務(wù)既要滿足天地圖互聯(lián)互通的需要[1]，也要最大限度地方便馬鞍山市各企事業(yè)單位和公眾調(diào)用。

1技術(shù)難點(diǎn)分析

要將“數(shù)字馬鞍山”地理信息公共平臺(tái)接入天地圖國家主節(jié)點(diǎn)，瓦片地圖服務(wù)是一項(xiàng)核心內(nèi)容，是國家測繪地理信息局對(duì)市級(jí)節(jié)點(diǎn)的重要評(píng)估對(duì)象，也是“數(shù)字馬鞍山”應(yīng)用單位對(duì)地理信息服務(wù)最基本、最重要的需求。因此，在瓦片制作和服務(wù)接口設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足天地圖接入的規(guī)范[2]，方便國家天地圖主節(jié)點(diǎn)和其他天地圖用戶調(diào)用；接口盡可能覆蓋應(yīng)用單位的需求，使相關(guān)單位對(duì)系統(tǒng)不作改動(dòng)即可直接調(diào)用“數(shù)字馬鞍山”瓦片地圖服務(wù)，這有利于“數(shù)字馬鞍山”的推廣，全面發(fā)揮數(shù)字城市建設(shè)的價(jià)值[3,4]。本文重點(diǎn)討論天地圖馬鞍山瓦片地圖服務(wù)的設(shè)計(jì)方案，探討利用商業(yè)軟件制作地圖瓦片的推算與設(shè)定，以及服務(wù)接口差異分析和拓展方案。

2瓦片制作方案

地圖瓦片是指按不同的比例尺將地圖劃分為固定大小的圖片，客戶端根據(jù)視圖范圍和比例尺直接調(diào)用已生成的圖片，大大提升了服務(wù)器的響應(yīng)效率，優(yōu)化用戶體驗(yàn)[5]。根據(jù)建設(shè)要求，天地圖市級(jí)節(jié)點(diǎn)需要制作和矢量、矢量注記、影像、影像注記4種瓦片地圖服務(wù)，利用ArcGIS或類似商業(yè)軟件制作符合要求的地圖瓦片成為天地圖馬鞍山建設(shè)的重要內(nèi)容。在國家局下發(fā)的技術(shù)規(guī)范中，市級(jí)節(jié)點(diǎn)需要18、19、20三級(jí)切片，比例尺分別是1∶2257.00、1∶1128.50、1∶564.25，規(guī)范中對(duì)于瓦片分塊的起始點(diǎn)（-18090）、分塊大小（256×256）、數(shù)據(jù)格式（JPG或PNG）、屏幕分辨率取值（96DPI）等參數(shù)都有詳細(xì)的說明。實(shí)際上，即使地圖數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)完全正確，在商業(yè)軟件中套用這些參數(shù)時(shí)也很可能生產(chǎn)不出符合要求的地圖瓦片，導(dǎo)致客戶端加載時(shí)空間位置發(fā)生偏離。客戶端加載地圖瓦片時(shí)，空間位置計(jì)算主要是根據(jù)地圖原點(diǎn)（-18090）、行列號(hào)和顯示比例（即瓦片的地面分辨率）。為了使來自天地圖各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地圖服務(wù)可以相互疊加，必須采用統(tǒng)一的金字塔分層規(guī)則，固定各層的顯示比例。電子地圖規(guī)范中給出了各級(jí)別的顯示比例和分辨率（單位為m），由于天地圖所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)為CGCS2000，客戶端在使用分辨率數(shù)據(jù)時(shí)，必須將m為單位的分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以°為單位，如表1所示。無論使用何種商業(yè)軟件生產(chǎn)地圖瓦片，我們都應(yīng)保證每個(gè)級(jí)別的瓦片分辨率單位與天地圖國家主節(jié)點(diǎn)一致，是確定空間位置的重要參數(shù)。有些商業(yè)軟件在將m和°進(jìn)行換算時(shí)，采用的標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)不一致，如ArcGIS的轉(zhuǎn)換參數(shù)如表2所示，需要統(tǒng)一。以ArcGIS為例，軟件默認(rèn)°和m的轉(zhuǎn)換關(guān)系為1°等于111194.872221777m，以此推算出的地面分辨率（m）和顯示比例作為參數(shù)，才能生產(chǎn)出符合天地圖市級(jí)節(jié)點(diǎn)要求的地圖瓦片，整個(gè)流程如圖1所示。根據(jù)°表示的分辨率計(jì)算比例尺的公式為：地圖顯示比例=1∶地面分辨率×屏幕分辨率。

3瓦片服務(wù)接口方案

天地圖馬鞍山瓦片制作完成后，需在線，服務(wù)接口設(shè)計(jì)須滿足天地圖國家主節(jié)點(diǎn)接入的需要，同時(shí)盡可能地方便數(shù)字城市推廣應(yīng)用。天地圖馬鞍山瓦片地圖服務(wù)接口滿足多種標(biāo)準(zhǔn)，如OGCWMTS、OGCWMS、AGSMapServer等，豐富的接口標(biāo)準(zhǔn)方便了應(yīng)用單位調(diào)用，大部分已建成的專題GIS系統(tǒng)都支持其中一種或多種服務(wù)接口，更改服務(wù)地址即可使用天地圖馬鞍山的瓦片地圖服務(wù)，無需再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造。天地圖國家主節(jié)點(diǎn)要求省市級(jí)節(jié)點(diǎn)提供接入的瓦片地圖服務(wù)符合OGCWMTS標(biāo)準(zhǔn)，在該標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，國家局還作出了更具體的要求，用ArcGIS等商業(yè)軟件的WMTS瓦片地圖服務(wù)并不完全符合。本文將討論接口的具體差異以及如何使用ArcGIS等商業(yè)軟件構(gòu)建符合國家天地圖要求的WMTS服務(wù)接口（以下簡稱天地圖WMTS接口）。OGCWMTS標(biāo)準(zhǔn)是OGC首個(gè)支持RESTful訪問的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)WMTS服務(wù)包括以下3個(gè)操作：GetCapabilities，獲取服務(wù)的元信息；GetTile，獲取切片；GetFeatureInfo，獲取點(diǎn)選的要素信息[6]。客戶端一般通過元信息獲取加載服務(wù)的參數(shù)，在OGCWMTS的元信息中只提供比例尺信息，是由瓦片制作分辨率計(jì)算得到。由于分辨率計(jì)算比例尺時(shí)涉及到一個(gè)重要參數(shù)——DPI，OGCWMTS標(biāo)準(zhǔn)中DPI是90.71，即采用0.028mm作為一個(gè)像素的物理寬度，與天地圖規(guī)范不一致（規(guī)范中DPI應(yīng)為96）。客戶端調(diào)用WMTS接口獲取元信息后，需要根據(jù)元信息中的比例尺和DPI參數(shù)重新計(jì)算瓦片分辨率。天地圖或支持天地圖的相關(guān)產(chǎn)品DPI值為96，ArcGIS等商業(yè)軟件的DPI值為OGC標(biāo)準(zhǔn)中的90.71。

雖然使用ArcGIS10.1后的版本瓦片地圖服務(wù)已經(jīng)支持WMTS接口，我們依然要對(duì)其元信息修改后才能被天地圖客戶端正確調(diào)用。同理，天地圖WMTS接口在被ArcGIS、超圖等商業(yè)軟件調(diào)用時(shí)也會(huì)出現(xiàn)偏離。數(shù)字馬鞍山在城管行業(yè)的應(yīng)用中就遇到了這種問題。另外，天地圖市級(jí)節(jié)點(diǎn)僅要求1∶2257.00、1∶1128.50、1∶564.25三個(gè)級(jí)別比例尺的地圖，對(duì)應(yīng)的瓦片級(jí)別分別是18、19、20，這樣的級(jí)別設(shè)置是天地圖國家節(jié)點(diǎn)考慮到全國地圖甚至是全世界地圖顯示的需要。針對(duì)馬鞍山這樣的城市地圖，如果按此級(jí)別設(shè)置，會(huì)導(dǎo)致最初多個(gè)級(jí)別的瓦片文件夾均為空，給僅調(diào)用城市范圍地圖的數(shù)字城市用戶造成不便。作出以上分析后，我們設(shè)計(jì)了天地圖馬鞍山的瓦片地圖服務(wù)接口方案，使用ArcGIS瓦片地圖服務(wù)時(shí)，在該服務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了拓展，增加對(duì)天地圖WMTS的支持。ArcGIS的瓦片地圖服務(wù)已支持OGCWMTS、OGCWMS、AGSMapServer3種接口標(biāo)準(zhǔn)，按照城市地圖顯示的需要，1∶2257.00、1∶1128.50、1∶564.25三個(gè)比例尺對(duì)應(yīng)的服務(wù)級(jí)別為8、9、10。由于僅僅是元信息和服務(wù)級(jí)別的差異，所以并不需要完全實(shí)現(xiàn)WMTS，而是利用UrlRewrite技術(shù)，對(duì)GetTile接口進(jìn)行級(jí)別修改后重定向到OGCWMTS的GetTile接口，重新實(shí)現(xiàn)GetCapabilities接口（DPI值取96，重新構(gòu)造元信息）。圖2展示了天地圖馬鞍山WMTS接口的實(shí)現(xiàn)思路，按照這種方式可以在OGCWMTS接口的基礎(chǔ)上快速拓展成天地圖WMTS接口，原OGCWMTS接口也能夠?qū)ν馓峁┓?wù)而不沖突，既滿足了天地圖市級(jí)節(jié)點(diǎn)建設(shè)的需要，也滿足了數(shù)字城市建設(shè)中，一些應(yīng)用單位使用ArcGIS、超圖等商業(yè)軟件調(diào)用OGCWMTS服務(wù)的需要。

4結(jié)語

在天地圖市級(jí)節(jié)點(diǎn)成為數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容的背景下，探討了使用ArcGIS等商業(yè)軟件制作符合國家測繪地理信息局相關(guān)規(guī)范要求的地圖瓦片與服務(wù)接口的關(guān)鍵技術(shù)，特別照顧了數(shù)字城市用戶調(diào)用服務(wù)的便利。在此方案下，既能滿足天地圖馬鞍山建設(shè)的規(guī)范要求，同時(shí)進(jìn)一步豐富了接口，基本覆蓋了數(shù)字馬鞍山用戶所需的接口種類。所有調(diào)用數(shù)字馬鞍山瓦片地圖服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)，都可以通過簡單改變服務(wù)地址來實(shí)現(xiàn)，不用對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)作復(fù)雜改造，這也是數(shù)字馬鞍山在多個(gè)行業(yè)廣泛推廣的一個(gè)重要前提。

參考文獻(xiàn)

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作者：趙超 侯恩兵 單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院