數(shù)字城市電子地圖瓦片更新系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

李福洪，朱雪虹，張書亮,3

（1.江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心，江蘇 南京 210013；2.南京師大學(xué) 虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室，江蘇 南京 210023；3.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023）

數(shù)字城市電子地圖瓦片更新系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

李福洪1，朱雪虹2，張書亮2,3

（1.江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心，江蘇 南京 210013；2.南京師大學(xué) 虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室，江蘇 南京 210023；3.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023）

研究和設(shè)計了數(shù)字城市電子地圖瓦片更新系統(tǒng)，實現(xiàn)了電子地圖數(shù)據(jù)、服務(wù)、瓦片的一體化管理與動態(tài)切片等功能，減少了地圖服務(wù)運維代價，解決了瓦片數(shù)據(jù)管理中的歷史追溯與推演的問題。

數(shù)字城市；地圖瓦片；動態(tài)切片

隨著國內(nèi)眾多數(shù)字城市的建成并投入應(yīng)用，保持地理信息公共平臺數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性與提升數(shù)據(jù)更新的效率成為數(shù)字城市運行維護(hù)工作的核心[1]。受限于當(dāng)前地理信息開發(fā)和軟件架構(gòu)等技術(shù)，以切片形式大量存在的電子地圖不僅是平臺的重要數(shù)據(jù)資源，還是平臺對外展示的重要載體形式。傳統(tǒng)的數(shù)字城市地圖服務(wù)的更新方式往往是由用戶提出需求，運維人員向數(shù)據(jù)部門提出工作計劃，最終由數(shù)據(jù)部門完成。此間至少涉及了3個部門與2次傳遞過程，無形中增加了運維周期。如何改變以往手工整體配圖、切片的低效方法，將相關(guān)變更的數(shù)據(jù)及時轉(zhuǎn)換成電子地圖，提高電子地圖運維的效率及質(zhì)量成為目前平臺數(shù)據(jù)運維的首要工作。

數(shù)字城市電子地圖瓦片更新系統(tǒng)對電子地圖數(shù)據(jù)、服務(wù)、瓦片進(jìn)行一體化管理，可根據(jù)電子地圖數(shù)據(jù)變化區(qū)域或圖幅對地圖動態(tài)切片，并自動完成切片數(shù)據(jù)的備份、版本對比與更新瓦片的遷移。在數(shù)據(jù)更新時，通過一體化管理完成動態(tài)更新，改變了傳統(tǒng)地圖切片更新的模式，使得地圖切片的管理可以由單一技術(shù)人員甚至是用戶一鍵式操作完成，從而降低地圖服務(wù)運維門檻，縮短數(shù)據(jù)更新周期，解決瓦片數(shù)據(jù)管理中的歷史追溯與推演的問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

數(shù)字城市電子地圖瓦片更新系統(tǒng)采用C/S體系結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)由支撐層、數(shù)據(jù)層、邏輯層與應(yīng)用層搭建而成，如圖1所示。支撐層主要包括軟硬件、網(wǎng)絡(luò)及運維保障制度等支撐環(huán)境；數(shù)據(jù)層由電子地圖數(shù)據(jù)、電子地圖服務(wù)、地圖更新區(qū)域及電子地圖瓦片組成；邏輯層主要為系統(tǒng)提供算法支撐，包括動態(tài)更新算法、歷史瓦片管理技術(shù)及事務(wù)流管理技術(shù)；應(yīng)用層是基于數(shù)字城市電子地圖瓦片更新系統(tǒng)的瓦片成果形成的電子地圖瓦片備份工具和電子地圖瓦片遷移工具。

圖1 總體框架

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

以ESRI ArcGIS10.1為GIS開發(fā)平臺，基于oracle11g，在.NET環(huán)境下研究并實現(xiàn)了數(shù)字城市電地圖數(shù)據(jù)、服務(wù)與瓦片，提供一體化管理與動態(tài)切片等功能。系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)界面

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

1）地圖切片技術(shù)。地圖切片技術(shù)是一種地圖預(yù)緩存技術(shù)。地圖切片技術(shù)將配置好的一定坐標(biāo)范圍的地圖，按照固定的若干個比例尺（瓦片級別）和指定圖片尺寸，切成若干行及列的正方形圖片，以指定的格式保存成圖像文件，按一定的命名規(guī)則和組織方式存儲到目錄系統(tǒng)中或是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)里，形成金字塔模型的靜態(tài)地圖緩存[2]。所獲得的地圖切片也叫瓦片（Tile）。瓦片金字塔模型是一種多分辨率層次模型，從瓦片金字塔的底層到頂層，分辨率越來越低，但表示的地理范圍不變。

瓦片地圖由于采用了以“空間換取時間”的策略，預(yù)先緩存地圖，當(dāng)用戶訪問地圖時，讀取靜態(tài)的圖片并在客戶端拼接瀏覽，很大程度上減輕了服務(wù)器壓力，提高請求數(shù)量和訪問速度[3]。

2）瓦片存儲技術(shù)。緊湊型緩存是ArcGIS10推出的新的瓦片緩存文件格式。與松散型相比，它具有遷移方便、創(chuàng)建速度快等優(yōu)點，已經(jīng)成為創(chuàng)建切片緩存的默認(rèn)格式。緊湊型緩存，每一級比例尺包含2種文件：.bundle和.bundlx文件，其中bundle文件用以存儲切片數(shù)據(jù)，bundlx是bundle文件中數(shù)據(jù)的索引文件[4]。一個bundle文件中最多可以存儲16 384個瓦片，但是創(chuàng)建瓦片時并不是一張張單獨生成，而是以4 096 像素（無抗鋸齒或2 048（有抗鋸齒））為邊長渲染的，如果設(shè)定瓦片邊長為256像素并開啟了抗鋸齒，那么每次ArcSoC進(jìn)程（正在運行的服務(wù)實例）創(chuàng)建的是一張8×8個切片拼接成的大圖，然后切割存入bundle文件中。在同等情況下，松散型緩存的創(chuàng)建時間較長，占用磁盤空間較大，遷移時間明顯很慢，從緩存管理方面來說緊湊型格式更高效一些。對于松散型緩存，瓦片一張張單獨生成，并以零散的圖片形式保存在磁盤上，當(dāng)需要生成的瓦片數(shù)量很大時，要求頻繁地更換切圖范圍和讀寫磁盤，持續(xù)時間較長。而緊湊型緩存以bundle作為處理單元，服務(wù)器將更多精力投入到連續(xù)切圖中去，而不是頻繁更換切圖范圍，生成的瓦片存儲在緊湊、連續(xù)的文件流中，也不會頻繁讀寫磁盤，節(jié)省了時間。

2.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

系統(tǒng)包含地圖管理、服務(wù)管理、瓦片管理、更新管理、地圖操作、地圖查詢、地圖編輯7大功能模塊，如圖3所示。

1）地圖管理提供對地圖文檔的查看和管理功能，主要包括地圖導(dǎo)入、地圖顯示以及地圖明細(xì)查看。

圖3 系統(tǒng)功能

2）服務(wù)管理提供對電子地圖服務(wù)注冊、服務(wù)明細(xì)查看、服務(wù)瓦片參數(shù)查看、地圖服務(wù)控制等功能。服務(wù)注冊提供地圖服務(wù)目錄樹管理，可以添加、查看、刪除地圖服務(wù)；服務(wù)明細(xì)查看提供已注冊的服務(wù)明細(xì)信息查看功能，包括服務(wù)鏈接和注冊事務(wù)信息；地圖服務(wù)控制提供已注冊的服務(wù)控制功能，可以啟動、停止、重啟服務(wù)，并可查看該服務(wù)。

1.把好語音關(guān)。學(xué)生聽不懂，很大一部分歸結(jié)于讀不準(zhǔn)，沒有正確的輸入，自然沒有有效輸出。高一開學(xué)伊始，我就讓學(xué)生重學(xué)48個音標(biāo)，并強化自然拼讀的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)語音變化的一些現(xiàn)象，如：連讀、弱讀、失去爆破、同化等。我將這些語音現(xiàn)象拆分成一個個小的知識點，每節(jié)課上課之前學(xué)一個知識點，這樣既不耽誤課程，也不會使學(xué)生一下子接受太多產(chǎn)生排斥心理。強化音標(biāo)學(xué)習(xí)的同時讓學(xué)生自己拼讀每單元的新單詞并在全班帶讀，這樣學(xué)生會自己加強語音方面的學(xué)習(xí)，為后面的聽力練習(xí)做好準(zhǔn)備。

3）瓦片管理提供地圖切片、切片事務(wù)查看、瓦片管理以及瓦片更新等功能。瓦片管理提供各服務(wù)相關(guān)備份瓦片事務(wù)信息（如備份次數(shù)、備份時間、備份路徑、備份人等）的查看；實現(xiàn)不同時期備份瓦片的瀏覽及比對；基于緩存文件夾路徑、地圖服務(wù)、瓦片區(qū)域等參數(shù)，實現(xiàn)變更區(qū)域瓦片的備份。

4）更新管理。用戶可以加載SHP格式的更新區(qū)域數(shù)據(jù)，或通過系統(tǒng)提供的事務(wù)信息編輯和繪圖工具創(chuàng)建、修改更新區(qū)域。系統(tǒng)提供了更新區(qū)域的信息管理。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)提供圖幅級別的更新區(qū)域管理，可以對指定的單個或多個待更新圖幅進(jìn)行地圖切片，并可為切片提供相應(yīng)的事務(wù)及數(shù)據(jù)管理。

5）地圖操作提供放大縮小、漫游、視圖切換、坐標(biāo)定位、地圖量測、打印等基本功能。

6）地圖查詢提供點擊查詢、拉框查詢、多邊形查詢及自定義查詢功能。

7）地圖編輯提供地圖要素的添加、修改與刪除及地理要素與屬性表的編輯功能。

3 系統(tǒng)特色與創(chuàng)新

1）切片業(yè)務(wù)流程化。實現(xiàn)了“選擇地圖服務(wù)-指定或重新繪制切片區(qū)域-地圖切片-切片管理-瓦片備份-瓦片遷移”為主的切片業(yè)務(wù)的流程化，方便數(shù)據(jù)運維人員開展切片工作。

2）切片區(qū)域靈活化。改變以往因數(shù)據(jù)局部變更而不得不重新全圖切片的弊端，可根據(jù)指定的數(shù)據(jù)變化區(qū)域（圖幅/多邊形）進(jìn)行地圖切片，切片耗時短，瓦片數(shù)目呈幾何級降低。

3）切片數(shù)據(jù)版本化。實現(xiàn)了不同變更區(qū)域下不同歷史時間地圖瓦片的查看、對比分析。

4）切片管理科學(xué)化。將地圖瓦片作為一種寶貴的空間數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)了地圖瓦片的查看、切片、對比、遷移，推動了地圖切片管理的科學(xué)化。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新

系統(tǒng)針對ArcGIS Server發(fā)布的地圖服務(wù)，在不影響其使用的情況下，完成地圖切片的局部更新，提高地圖切片更新的效率；為解決瓦片局部備份難題，自主研發(fā)ArcGIS瓦片文件解析技術(shù)，支持更新區(qū)域瓦片的導(dǎo)出和融合；以文件形式組織和管理瓦片，可進(jìn)行瓦片時間點的回溯。

4 結(jié) 語

通過該電子地圖瓦片更新系統(tǒng)，可以完成數(shù)據(jù)的更新、瓦片的復(fù)制遷移、歷史瓦片的管理等自動化操作，實現(xiàn)了對電子地圖數(shù)據(jù)、服務(wù)、瓦片的系統(tǒng)化管理，豐富了管理手段，提高了管理效率，解決了目前電子地圖瓦片數(shù)據(jù)管理及更新中存在的一些問題，為數(shù)字城市建設(shè)的順利推進(jìn)提供了保障。

[1] 衛(wèi)東.地理空間數(shù)據(jù)一體化更新發(fā)布系統(tǒng)的技術(shù)研究[J].測繪通報,2013(7)：77-81

[2] 黃夢龍.瓦片地圖技術(shù)在桌面端GIS中的應(yīng)用[J].地理空間信息,2011,9(4)：149-151

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P208

B

1672-4623（2016）08-0038-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.013

李福洪，高級工程師，研究方向為測繪工程、地理信息系統(tǒng)工程。

2016-04-08。

項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目（41171301）；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項目。