WebGIS中瓦片地图关键技术研究

２０１２年第２期·北京测绘·

［收稿日期］　２

０１１－１０－２７［作者简介］　苏旭明（

１９６６—），女，汉族，湖南桃江人，高级工程师，硕士，主要从事地图制图和地理信息系统研究。ＷｅｂＧＩＳ中瓦片地图关键技术研究

苏旭明　谭建成

（中华测绘服务公司，北京１０００８８

）［摘　要］　针对ＷｅｂＧＩＳ系统的特点，提出利用金字塔瓦片地图技术在服务器端预先生成不同级别的瓦片地图方法，

提高地图的生成、发布、显示和浏览效率，减轻服务器负载和网络传输负担。文中简要介绍了瓦片地图技术的实现模型。并对瓦片地图金字塔模型的构建、瓦片地图金字塔数据的组织、瓦片地图索引机制建立等关键技术进行了阐述。

［关键词］　Ｗ

ｅｂＧＩＳ；瓦片地图；金字塔模型；四叉树［中图分类号］　Ｐ２８３．７ ［文献标识码］　Ｂ ［文章编号］　１

００７－３０００（２０１２）０２－４网络地理信息系统（ＷｅｂＧＩＳ）是Ｗｅｂ技术与ＧＩＳ技术相结合的产物，随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术和计算机技术的飞速发展，ＷｅｂＧＩＳ已成为当前ＧＩＳ领域的研究热点。其实现方式多种多样，其

中以基于ＨＴＴＰ、ＸＭＬ、ＧＭＬ的Ｂ／Ｓ结构的瘦客户端和Ａｊａｘ（ＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＪａｖａＳｃｒｉｐ

ｔ　ａｎｄＸＭＬ）的ＲＩＡ（Ｒｉｃｈ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，富网络应用或富客户端）技术模式为主流。其中后者用户只要拥有一台上网的计算机和任一款浏览器，不需要安装任何插件或其他客户端软件，就可以使用ＷｅｂＧＩＳ带来的服务。客户端只完成数据

量较小的简单操作和应用功能，

其它所有的基础性、全局性的ＧＩＳ功能操作都集中在服务器端实现，因此，服务器端的实现方式会直接决定

ＷｅｂＧＩＳ系统的性能。而其中Ｗｅｂ地图的生成、

发布、显示和浏览速度是决定ＷｅｂＧＩＳ系统性能的关键。传统的ＷｅｂＧＩＳ系统是客户端发送一次地图浏览请求，服务器根据请求实时生成一张图片，

时间长、效率低、出图慢。而利用金字塔瓦片地图技术在服务器端预先生成不同级别的瓦片地图，能大大提高地图的生成、发布、显示和浏览速度效率，极大地改进客户端和服务器端的交互效率，减轻服务器负载和网络传输负担。

１　瓦片地图技术的实现模型

瓦片地图技术的实现模型如下图图１所示。主要由服务器端的金字塔瓦片地图库的构建和客户端的Ａｊ

ａｘ技术组成

。图１　瓦片地图技术的实现模型

服务器端的金字塔瓦片地图库的构建方法：

主要是对数据库中的空间数据进行符号化显示和分层瓦片切割（瓦片大小可以是１２８×１２８像

素，２５６×２５６像素，５１２×５１２像素等），生成不同层次的电子地图瓦片，建立地图瓦片金字塔模型，采用数据库或文件目录的方式对瓦片地图数

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据进行入库或存储管理，并对金字塔地图瓦片建立线性四叉树瓦片索引。金字塔的每层分别对应某个比例尺的数据集，最底层的地图比例尺最大，最顶层的地图比例尺最小。每一个比例尺的数据集可以对应一层或多层的金字塔地图瓦片。利用客户端的Ａｊａｘ技术编写各类丰富的客户端操作，使其能够完美地控制地图瓦片和地理信息的显示，以满足复杂的地图操作需求。当用户请求某一范围的地图时，服务器只需将相应的地图瓦片数据返回给用户即可。由于图片无须实时生成，大大减轻了服务器的负担，并缩短了系统响应时间。

２　瓦片地图实现的关键技术

２．１　瓦片地图金字塔模型的构建

瓦片地图金字塔模型，实际上是一个四叉树结构模型，金字塔每一个层级的节点个数是２２ｎ个，层级索引ｎ从０开始计数，第０级为１个节点，通常可以视为根节点，第１级为２１×２个节点即４个节点，第２级为２２×２个节点即１６个节点……以此类推。这刚好可以用来描述一个有规律的地图比例尺和显示分辨率的划分。在第０级时，假设一张图片可以看到整个区域的地图，在第１级的时候，每一张图片只能显示１／４区域的地图，在第２级的时候，就只能看到１／１６了，如图２

。

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时，任何软件系统都不可能将全国范围的同一比

例尺数据生成一张整的图片，这时图片必须分区域生成，区域的划分满足四叉树结构模型即可。区域图片生成后，按同样方法将地图切割成相同大小（２５６×２５６像素）的正方形地图瓦片。下表表１为地图数据比例尺、地图显示比例尺、地图瓦片金字塔模型层数、地图瓦片数量的对应关系表。

表１　地图比例尺与地图瓦片金字塔层数对应关系表地图数据比例尺电子地图显示比例尺地图瓦片金字塔层数

地图瓦片数量（块）１∶４００万１∶８００万０Ｍ×Ｎ１∶４００万１∶４００万１　４×Ｍ×Ｎ１∶４００万１∶２００万２　１６×Ｍ×Ｎ１∶１００万１∶１００万３　６４×Ｍ×Ｎ１∶１００万１∶５０万４　２５６×Ｍ×Ｎ１∶２５万１∶２５万５　１０２４×Ｍ×Ｎ１∶２５万１∶１２．５万６　４０９６×Ｍ×Ｎ１∶２５万１∶６．２５万７　１６３８４×Ｍ×Ｎ１∶２５万

１∶３．１２５万

８　

６５５３６×Ｍ×Ｎ

注：

随着金字塔瓦片层数的增大，有些瓦片区域将没有地图要素，此时可用缺省瓦片替换。

２．２　瓦片地图金字塔数据的组织

在ＷｅｂＧＩＳ系统中，瓦片地图金字塔数据在地图瓦片服务器中可采用文件目录或数据库的方式对瓦片地图进行存储。基于文件目录的空间数据存储模式，是将金字塔瓦片文件直接以文件目录的结构来组织。不同分层上的数据按不同的目录组织，层目录名可由金字塔层数、地图比例尺、原始地图的经度范围和纬度范围根据某种换算生成，如第０层的目录名命名为”０＿４００＿５＿６”（０代表０层金字塔、４００代表１∶４００万地图数据，５－６代表经纬度范围，假设第０层金字塔地图瓦片由５行、６列共３０张地图瓦片组成，每一张地图瓦片有固定的经纬度范围）

。随着金字塔层数的增大，地图瓦片的数量也越来越大，一个文件夹中如果存储如此多的文件，是很难管理和维护的。因此对于每一层的瓦片文件，再建立二级目录，由于地图切片时是行列式排布的方式进行切割的，先行后列。所以二级目录按行命名，直接用数字即可。二级目录中的文件名按地图切片时的列式排布，如Ｍ０．ｊｐｅｇ，Ｍ１．ｊｐｅｇ

，……，ＭＮ．ｊｐｅｇ

。文件目录数据组织具体见图３。

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界瓦片中的多余部分用缺省像素值填充。生成

的地图瓦片的文件名按其所处的瓦片所在的行、

列号进行编号。

（３）线性四叉树的瓦片节点编码

由于瓦片是按行、列矩陈方式切割的。因此

可用二维数组来存储瓦片索引，每个二维数组和

某一层瓦片矩陈相对应，设为Ｔｉｌｅ＿ｎ，其中ｎ表示

瓦片矩阵的层号。二维数组中的每个元素就是

它对应的地图瓦片的存储路径，它的下标值和它

所对应的地图瓦片在矩陈网格坐标中的坐标值

相同。再采用一个一维数组来存储瓦片矩阵的

层号，设为ＬａｙｅｒＴｉｌｅ，一维数组中某个元素的索

引和它所对应的瓦片矩阵的层号相同。具体的

索引布局如图４所示：