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瓦片地图的制作方案和接口设计

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摘要:

探讨了如何利用商业软件建设瓦片地图服务,使之符合天地图市级节点的建设规范,且有利于数字城市建设成果的推广应用。通过计算和测试,得出了使用ArcGIS等商业软件制作瓦片地图的可行方案。还设计了接口拓展方案,方便各种第三方平台对服务的调用,对“数字马鞍山”的推广起到了促进作用。

关键词:

数字马鞍山;天地图;瓦片地图服务;规范;推广

“数字马鞍山”地理空间框架建设项目自2010年启动以来,建设了DLG、DOM、DEM、地名地址库等多种形式、多种比例尺的地理空间数据,建成了统一的基础地理信息数据库,建立了马鞍山市权威、通用的地理信息公共平台。2011年,国家测绘地理信息局印发了《关于“天地图”省市级节点建设方案的通知》“,天地图”省、市级节点是指国家地理信息公共服务平台公众版的省级分节点和市级信息基地,是“天地图”的重要组成部分,也是各省、市级地理信息公共服务平台。因此,“数字马鞍山”地理信息公共平台公众版建设和天地图马鞍山市级节点建设应当合二为一,作为核心内容的瓦片地图服务既要满足天地图互联互通的需要[1],也要最大限度地方便马鞍山市各企事业单位和公众调用。

1技术难点分析

要将“数字马鞍山”地理信息公共平台接入天地图国家主节点,瓦片地图服务是一项核心内容,是国家测绘地理信息局对市级节点的重要评估对象,也是“数字马鞍山”应用单位对地理信息服务最基本、最重要的需求。因此,在瓦片制作和服务接口设计时必须满足天地图接入的规范[2],方便国家天地图主节点和其他天地图用户调用;接口尽可能覆盖应用单位的需求,使相关单位对系统不作改动即可直接调用“数字马鞍山”瓦片地图服务,这有利于“数字马鞍山”的推广,全面发挥数字城市建设的价值[3,4]。本文重点讨论天地图马鞍山瓦片地图服务的设计方案,探讨利用商业软件制作地图瓦片的推算与设定,以及服务接口差异分析和拓展方案。

2瓦片制作方案

地图瓦片是指按不同的比例尺将地图划分为固定大小的图片,客户端根据视图范围和比例尺直接调用已生成的图片,大大提升了服务器的响应效率,优化用户体验[5]。根据建设要求,天地图市级节点需要制作和发布矢量、矢量注记、影像、影像注记4种瓦片地图服务,利用ArcGIS或类似商业软件制作符合要求的地图瓦片成为天地图马鞍山建设的重要内容。在国家局下发的技术规范中,市级节点需要发布18、19、20三级切片,比例尺分别是1∶2257.00、1∶1128.50、1∶564.25,规范中对于瓦片分块的起始点(-18090)、分块大小(256×256)、数据格式(JPG或PNG)、屏幕分辨率取值(96DPI)等参数都有详细的说明。实际上,即使地图数据的坐标系统完全正确,在商业软件中套用这些参数时也很可能生产不出符合要求的地图瓦片,导致客户端加载时空间位置发生偏离。客户端加载地图瓦片时,空间位置计算主要是根据地图原点(-18090)、行列号和显示比例(即瓦片的地面分辨率)。为了使来自天地图各个节点的地图服务可以相互叠加,必须采用统一的金字塔分层规则,固定各层的显示比例。电子地图规范中给出了各级别的显示比例和分辨率(单位为m),由于天地图所采用的坐标系统为CGCS2000,客户端在使用分辨率数据时,必须将m为单位的分辨率数据转换为以°为单位,如表1所示。无论使用何种商业软件生产地图瓦片,我们都应保证每个级别的瓦片分辨率单位与天地图国家主节点一致,是确定空间位置的重要参数。有些商业软件在将m和°进行换算时,采用的标准和国家标准不一致,如ArcGIS的转换参数如表2所示,需要统一。以ArcGIS为例,软件默认°和m的转换关系为1°等于111194.872221777m,以此推算出的地面分辨率(m)和显示比例作为参数,才能生产出符合天地图市级节点要求的地图瓦片,整个流程如图1所示。根据°表示的分辨率计算比例尺的公式为:地图显示比例=1∶地面分辨率×屏幕分辨率。

3瓦片服务接口方案

天地图马鞍山瓦片制作完成后,需在线发布,服务接口设计须满足天地图国家主节点接入的需要,同时尽可能地方便数字城市推广应用。天地图马鞍山瓦片地图服务接口满足多种标准,如OGCWMTS、OGCWMS、AGSMapServer等,丰富的接口标准方便了应用单位调用,大部分已建成的专题GIS系统都支持其中一种或多种服务接口,更改服务地址即可使用天地图马鞍山的瓦片地图服务,无需再对系统进行改造。天地图国家主节点要求省市级节点提供接入的瓦片地图服务符合OGCWMTS标准,在该标准的基础上,国家局还作出了更具体的要求,用ArcGIS等商业软件发布的WMTS瓦片地图服务并不完全符合。本文将讨论接口的具体差异以及如何使用ArcGIS等商业软件构建符合国家天地图要求的WMTS服务接口(以下简称天地图WMTS接口)。OGCWMTS标准是OGC首个支持RESTful访问的服务标准,一个WMTS服务包括以下3个操作:GetCapabilities,获取服务的元信息;GetTile,获取切片;GetFeatureInfo,获取点选的要素信息[6]。客户端一般通过元信息获取加载服务的参数,在OGCWMTS的元信息中只提供比例尺信息,是由瓦片制作分辨率计算得到。由于分辨率计算比例尺时涉及到一个重要参数——DPI,OGCWMTS标准中DPI是90.71,即采用0.028mm作为一个像素的物理宽度,与天地图规范不一致(规范中DPI应为96)。客户端调用WMTS接口获取元信息后,需要根据元信息中的比例尺和DPI参数重新计算瓦片分辨率。天地图或支持天地图的相关产品DPI值为96,ArcGIS等商业软件的DPI值为OGC标准中的90.71。

虽然使用ArcGIS10.1后的版本发布瓦片地图服务已经支持WMTS接口,我们依然要对其元信息修改后才能被天地图客户端正确调用。同理,天地图WMTS接口在被ArcGIS、超图等商业软件调用时也会出现偏离。数字马鞍山在城管行业的应用中就遇到了这种问题。另外,天地图市级节点仅要求发布1∶2257.00、1∶1128.50、1∶564.25三个级别比例尺的地图,对应的瓦片级别分别是18、19、20,这样的级别设置是天地图国家节点考虑到全国地图甚至是全世界地图显示的需要。针对马鞍山这样的城市地图,如果按此级别设置,会导致最初多个级别的瓦片文件夹均为空,给仅调用城市范围地图的数字城市用户造成不便。作出以上分析后,我们设计了天地图马鞍山的瓦片地图服务接口方案,使用ArcGIS发布瓦片地图服务时,在该服务的基础上进行了拓展,增加对天地图WMTS的支持。ArcGIS发布的瓦片地图服务已支持OGCWMTS、OGCWMS、AGSMapServer3种接口标准,按照城市地图显示的需要,1∶2257.00、1∶1128.50、1∶564.25三个比例尺对应的服务级别为8、9、10。由于仅仅是元信息和服务级别的差异,所以并不需要完全实现WMTS,而是利用UrlRewrite技术,对GetTile接口进行级别修改后重定向到OGCWMTS的GetTile接口,重新实现GetCapabilities接口(DPI值取96,重新构造元信息)。图2展示了天地图马鞍山WMTS接口的实现思路,按照这种方式可以在OGCWMTS接口的基础上快速拓展成天地图WMTS接口,原OGCWMTS接口也能够对外提供服务而不冲突,既满足了天地图市级节点建设的需要,也满足了数字城市建设中,一些应用单位使用ArcGIS、超图等商业软件调用OGCWMTS服务的需要。

4结语

在天地图市级节点成为数字城市地理空间框架建设的一项重要内容的背景下,探讨了使用ArcGIS等商业软件制作符合国家测绘地理信息局相关规范要求的地图瓦片与服务接口的关键技术,特别照顾了数字城市用户调用服务的便利。在此方案下,既能满足天地图马鞍山建设的规范要求,同时进一步丰富了接口,基本覆盖了数字马鞍山用户所需的接口种类。所有调用数字马鞍山瓦片地图服务的应用系统,都可以通过简单改变服务地址来实现,不用对现有系统作复杂改造,这也是数字马鞍山在多个行业广泛推广的一个重要前提。

参考文献

[1]CH/Z9011—2011.地理信息公共服务平台电子地图数据规范[S].

[2]国家测绘地理信息局.“天地图”建设技术标准与规范[S].

[3]李维森.浅析数字城市地理空间框架建设中的创新[J].测绘通报,2011,(9):1-5

[4]CH/T9004—2009.地理信息公共平台基本规定[S].

[5]赵大龙.地图切片技术分析与简单实现[J].测绘与空间地理信息,2010(1):116-118

[6]周旭.OpenGIS网络地图分块服务实现标准(WMTS)分析[J].地理信息世界,2011,(4):10-14

作者:赵超 侯恩兵 单位:哈尔滨工业大学航天学院

瓦片地图的制作方案和接口设计责任编辑:杨雪    阅读:人次