数字城市电子地图瓦片更新系统的设计与实现

李福洪，朱雪虹，张书亮,3

（1.江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013；2.南京师大学 虚拟地理环境教育部重点实验室，江苏 南京 210023；3.江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，江苏 南京 210023）

数字城市电子地图瓦片更新系统的设计与实现

李福洪1，朱雪虹2，张书亮2,3

（1.江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013；2.南京师大学 虚拟地理环境教育部重点实验室，江苏 南京 210023；3.江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，江苏 南京 210023）

研究和设计了数字城市电子地图瓦片更新系统，实现了电子地图数据、服务、瓦片的一体化管理与动态切片等功能，减少了地图服务运维代价，解决了瓦片数据管理中的历史追溯与推演的问题。

数字城市；地图瓦片；动态切片

随着国内众多数字城市的建成并投入应用，保持地理信息公共平台数据的现势性与提升数据更新的效率成为数字城市运行维护工作的核心[1]。受限于当前地理信息开发和软件架构等技术，以切片形式大量存在的电子地图不仅是平台的重要数据资源，还是平台对外展示的重要载体形式。传统的数字城市地图服务的更新方式往往是由用户提出需求，运维人员向数据部门提出工作计划，最终由数据部门完成。此间至少涉及了3个部门与2次传递过程，无形中增加了运维周期。如何改变以往手工整体配图、切片的低效方法，将相关变更的数据及时转换成电子地图，提高电子地图运维的效率及质量成为目前平台数据运维的首要工作。

数字城市电子地图瓦片更新系统对电子地图数据、服务、瓦片进行一体化管理，可根据电子地图数据变化区域或图幅对地图动态切片，并自动完成切片数据的备份、版本对比与更新瓦片的迁移。在数据更新时，通过一体化管理完成动态更新，改变了传统地图切片更新的模式，使得地图切片的管理可以由单一技术人员甚至是用户一键式操作完成，从而降低地图服务运维门槛，缩短数据更新周期，解决瓦片数据管理中的历史追溯与推演的问题。

1 系统总体设计

数字城市电子地图瓦片更新系统采用C/S体系结构，整个系统由支撑层、数据层、逻辑层与应用层搭建而成，如图1所示。支撑层主要包括软硬件、网络及运维保障制度等支撑环境；数据层由电子地图数据、电子地图服务、地图更新区域及电子地图瓦片组成；逻辑层主要为系统提供算法支撑，包括动态更新算法、历史瓦片管理技术及事务流管理技术；应用层是基于数字城市电子地图瓦片更新系统的瓦片成果形成的电子地图瓦片备份工具和电子地图瓦片迁移工具。

图1 总体框架

2 系统实现

以ESRI ArcGIS10.1为GIS开发平台，基于oracle11g，在.NET环境下研究并实现了数字城市电地图数据、服务与瓦片，提供一体化管理与动态切片等功能。系统界面如图2所示。

图2 系统界面

2.1 关键技术

1）地图切片技术。地图切片技术是一种地图预缓存技术。地图切片技术将配置好的一定坐标范围的地图，按照固定的若干个比例尺（瓦片级别）和指定图片尺寸，切成若干行及列的正方形图片，以指定的格式保存成图像文件，按一定的命名规则和组织方式存储到目录系统中或是数据库系统里，形成金字塔模型的静态地图缓存[2]。所获得的地图切片也叫瓦片（Tile）。瓦片金字塔模型是一种多分辨率层次模型，从瓦片金字塔的底层到顶层，分辨率越来越低，但表示的地理范围不变。

瓦片地图由于采用了以“空间换取时间”的策略，预先缓存地图，当用户访问地图时，读取静态的图片并在客户端拼接浏览，很大程度上减轻了服务器压力，提高请求数量和访问速度[3]。

2）瓦片存储技术。紧凑型缓存是ArcGIS10推出的新的瓦片缓存文件格式。与松散型相比，它具有迁移方便、创建速度快等优点，已经成为创建切片缓存的默认格式。紧凑型缓存，每一级比例尺包含2种文件：.bundle和.bundlx文件，其中bundle文件用以存储切片数据，bundlx是bundle文件中数据的索引文件[4]。一个bundle文件中最多可以存储16 384个瓦片，但是创建瓦片时并不是一张张单独生成，而是以4 096 像素（无抗锯齿或2 048（有抗锯齿））为边长渲染的，如果设定瓦片边长为256像素并开启了抗锯齿，那么每次ArcSoC进程（正在运行的服务实例）创建的是一张8×8个切片拼接成的大图，然后切割存入bundle文件中。在同等情况下，松散型缓存的创建时间较长，占用磁盘空间较大，迁移时间明显很慢，从缓存管理方面来说紧凑型格式更高效一些。对于松散型缓存，瓦片一张张单独生成，并以零散的图片形式保存在磁盘上，当需要生成的瓦片数量很大时，要求频繁地更换切图范围和读写磁盘，持续时间较长。而紧凑型缓存以bundle作为处理单元，服务器将更多精力投入到连续切图中去，而不是频繁更换切图范围，生成的瓦片存储在紧凑、连续的文件流中，也不会频繁读写磁盘，节省了时间。

2.2 系统功能实现

系统包含地图管理、服务管理、瓦片管理、更新管理、地图操作、地图查询、地图编辑7大功能模块，如图3所示。

1）地图管理提供对地图文档的查看和管理功能，主要包括地图导入、地图显示以及地图明细查看。

图3 系统功能

2）服务管理提供对电子地图服务注册、服务明细查看、服务瓦片参数查看、地图服务控制等功能。服务注册提供地图服务目录树管理，可以添加、查看、删除地图服务；服务明细查看提供已注册的服务明细信息查看功能，包括服务链接和注册事务信息；地图服务控制提供已注册的服务控制功能，可以启动、停止、重启服务，并可查看该服务。

1.把好语音关。学生听不懂，很大一部分归结于读不准，没有正确的输入，自然没有有效输出。高一开学伊始，我就让学生重学48个音标，并强化自然拼读的学习，系统地学习语音变化的一些现象，如：连读、弱读、失去爆破、同化等。我将这些语音现象拆分成一个个小的知识点，每节课上课之前学一个知识点，这样既不耽误课程，也不会使学生一下子接受太多产生排斥心理。强化音标学习的同时让学生自己拼读每单元的新单词并在全班带读，这样学生会自己加强语音方面的学习，为后面的听力练习做好准备。

3）瓦片管理提供地图切片、切片事务查看、瓦片管理以及瓦片更新等功能。瓦片管理提供各服务相关备份瓦片事务信息（如备份次数、备份时间、备份路径、备份人等）的查看；实现不同时期备份瓦片的浏览及比对；基于缓存文件夹路径、地图服务、瓦片区域等参数，实现变更区域瓦片的备份。

4）更新管理。用户可以加载SHP格式的更新区域数据，或通过系统提供的事务信息编辑和绘图工具创建、修改更新区域。系统提供了更新区域的信息管理。在此基础上，系统提供图幅级别的更新区域管理，可以对指定的单个或多个待更新图幅进行地图切片，并可为切片提供相应的事务及数据管理。

5）地图操作提供放大缩小、漫游、视图切换、坐标定位、地图量测、打印等基本功能。

6）地图查询提供点击查询、拉框查询、多边形查询及自定义查询功能。

7）地图编辑提供地图要素的添加、修改与删除及地理要素与属性表的编辑功能。

3 系统特色与创新

1）切片业务流程化。实现了“选择地图服务-指定或重新绘制切片区域-地图切片-切片管理-瓦片备份-瓦片迁移”为主的切片业务的流程化，方便数据运维人员开展切片工作。

2）切片区域灵活化。改变以往因数据局部变更而不得不重新全图切片的弊端，可根据指定的数据变化区域（图幅/多边形）进行地图切片，切片耗时短，瓦片数目呈几何级降低。

3）切片数据版本化。实现了不同变更区域下不同历史时间地图瓦片的查看、对比分析。

4）切片管理科学化。将地图瓦片作为一种宝贵的空间数据资源，实现了地图瓦片的查看、切片、对比、迁移，推动了地图切片管理的科学化。

3.2 技术创新

系统针对ArcGIS Server发布的地图服务，在不影响其使用的情况下，完成地图切片的局部更新，提高地图切片更新的效率；为解决瓦片局部备份难题，自主研发ArcGIS瓦片文件解析技术，支持更新区域瓦片的导出和融合；以文件形式组织和管理瓦片，可进行瓦片时间点的回溯。

4 结 语

通过该电子地图瓦片更新系统，可以完成数据的更新、瓦片的复制迁移、历史瓦片的管理等自动化操作，实现了对电子地图数据、服务、瓦片的系统化管理，丰富了管理手段，提高了管理效率，解决了目前电子地图瓦片数据管理及更新中存在的一些问题，为数字城市建设的顺利推进提供了保障。

[1] 卫东.地理空间数据一体化更新发布系统的技术研究[J].测绘通报,2013(7)：77-81

[2] 黄梦龙.瓦片地图技术在桌面端GIS中的应用[J].地理空间信息,2011,9(4)：149-151

[3] 刘冰,谢轲,陈小乐,等. 基于GIS的瓦片式地图切图算法的设计与实现[J].科技信息,2011(7)：60-61

[4] 刘鹏,赵羲,史宜南.ArcGIS Server平台下地图瓦片存储关键技术研究[J].地理空间信息2014,12(5)：89-90

[5] 聂小波,何芸,范伟,等.电子地图瓦片数据管理系统的设计与实现[J].地理空间信息,2012,10(4)：165-167

[6] 苏旭明,谭建成. WebGIS中瓦片地图关键技术研究[J].北京测绘,2012(2)：9-12

[7] 郭明武,彭清山,李黎.ArcGIS Server中地图瓦片实时在线局部更新方法研究[J].测绘通报,2012(2)：35-38

P208

B

1672-4623（2016）08-0038-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.013

李福洪，高级工程师，研究方向为测绘工程、地理信息系统工程。

2016-04-08。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41171301）；江苏高校优势学科建设工程项目。