网络地图影像下载与拼接研究-以天地图为例.doc

网络地图影像下载与拼接研究-以天地图为例路立伟1 李 斌2（1河北省地质测绘院，廊坊 065000,2中国科学院对地观测与数字地球科学中心，北京 100094 ）摘 要 本文以网络地图天地图为例，分析其金字塔影像的组织规则和网络发布方式，在Visual C+6.0平台上设计开发了其金字塔影像下载软件，其主要功能包括根据图片坐标与经纬度的换算实现按经纬度确定所要下载的区域范围，使用线程技术实现选定范围内某个缩放级别相关影像下载。对下载下来的地图瓦片影像，借助开源的GDAL库编程实现了高清影像的无缝拼接，并通过mapeasy实现了脱机条件下的地图无缝漫游。最后对下载和拼接程序的优化加速提出了解决建议。关键词 天地图；金字塔影像；下载与拼接；GDAL；mapeasy；Study of downloading and merging images of map on Internet-taking Tianditu for exampleLu Liwei1，Li Bin2（1 Hebei Institute of geological surveying and mapping, Langfang 065000, 2 Center for earth observation and digital earth Chinese academy of sciences, Beijing 100094）Abstract：This paper analyzed the structure and release method via Internet of pyramid images provided by Tianditu, developed a software on Visual C+6.0 platform to download pyramid images, the main functions include determining the downloading area according to the conversion between picture coordinates and longitude and latitude, and downloading certain bounding and level images by thread technique; then realized high resolution images merging without gap or overlap by open source library GDAL, and roaming on offline condition by mapeasy, finally some suggestions on accelerating the speed of downloading and merging were put forward.Key words：Tianditu, pyramid images, downloading and merging, GDAL,mapeasy1 研究背景如今建设地理信息服务的大潮正在涌起，各种网络地图服务如雨后春笋般出现。天地图作为国家测绘地理信息局的官方监制门户网站，其国内的地图影像数据更新较其他国内门户网站更快，现势性更好，其免费提供的地理信息资源对地质测绘工作者的生产活动，诸如野外测绘、地图修测、路线选定等提供相当大的便利。目前网络上的地图资源十分丰富，但大部分生产单位的地质和测绘工作者对于网络地图影像图的组织及发布方式不了解，从而不能充分的利用这些优秀的地图资源。大多数工作者对于网络地图的使用依旧停留在简单的拷屏裁接上，这样制作的影像图不能很好的实现无缝拼接，而且耗时耗力。例如有的测绘工作者在AutoCAD绘图软件中, 按照截图区域绘制好图廓和公里格网, 再逐张将截图插入到正确的位置1, 拼接成完整的图像。Google提供了GetScreen软件进行拼接，但其拼接原理是基于拷屏的，需要保持屏幕实时显示影像。虽然也有一些其他比较成熟的影像下载软件，但是需要购买，给大家的使用带来了不便。本文设计开发了下载和拼接天地图影像数据的相关程序软件，采用先下载瓦片影像，然后对其进行物理拼接的方式，可以转入后台进行拼接处理，克服了上述局限性。并通过实验数据进行了检验分析，此软件足以满足生产、科研工作者的用图要求。2 研究数据天地图拥有多种地图形式可供选择，包括矢量图、影像图、地形图、三维图。由于影像图信息丰富，形象直观，故本文以影像图的下载作为研究对象。天地图根据用户需要将地图不同比例尺进行分割、存储与显示, 形成比例尺由小到大、数据量由小到大的金字塔形结构, 以便于用户对栅格图像能够按照相应的算法进行管理、读取、显示，等等2。天地图金字塔影像四叉树结构如下图所示：图1 影像四叉树结构天地图定义了图片坐标系，坐标系的原点在西经180 度，北纬90度，即是原来墨卡托投影坐标系的左上角，坐标系横轴往东为正，纵轴往南为正。天地图满足横纵比例x:y=2:1。其中每幅图对应一个图片坐标（行列号与缩放级别），这个坐标可以通过网络下载中的缓存信息中查看。例如第一张图片的服务器地址为：/ DataServer?T = sbsm 1518&X=0&Y =0&L=1。相关参数的意义如下：sbsm1518表示服务器名； X、Y、L分别为图片的X、Y坐标和对应的缩放级别。3 研究方法与结果3.1 网络地图影像的下载为获取某经纬度图片的网页地址（URL），就需要把经纬度转化为X、Y坐标3，每一层图片的数量是与比例尺相关的，每一层瓦片的数量为2（2n-1）;按此对应关系可以根据某组经纬度坐标所包含的地理范围反算出相对应的图片坐标范围。由于天地图主要服务目标是国内，在此只考虑中国全境所在半球的经纬度坐标转换为图片坐标的转换公式：pic_x=floor（m_lon*（pow（2,i_zoom）/360）;/东经pic_y=floor（m_lat*（pow（2,i_zoom-1）/180）;/北纬以北京天安门附近的经纬度范围（3954N-3955N，11623E-11624E）为例，可以计算出其第17层影像图片坐标范围为，X：107909-107915，Y：18234-18240。在下载程序中使用CHttpFile向HTTP服务器中请求和读取影像。因为下载是一个耗时过程，通常采用启动线程下载以防止程序“假死”。 关键代码如下：for（X= pic_x_1;X= pic_x_2;X+）/图片行号for（Y= pic_y_1;YGetDriverByName（“GTiff”）;char *papszMetadata = poDriver-GetMetadata（）;poDataset=poDriver-Create（C:CREATE.tif,256*21, 256*21, 3, GDT_Byte, papszMetadata）;/创建过渡用的tif文件for（ i=x_1;i=x_2;i+）/行号for（j=y_1;jRasterIO（GF_Read,0,0,256,256,data,256,256,GDT_Byte,3,0,0,0,0）;/读取数据 poDataset-RasterIO（GF_Write,256*（i-x_1）,256*（j-y_1）,256,256,data,256,256,GDT_Byte,3,0,0,0,0）;/写入数据poDriver=GetGDALDriverManager（）-GetDriverByName（“JPEG”）; oDataset2=poDriver-CreateCopy（C:output.jpg,poDataset,3,papszMetadata,NULL,NULL）;/拷贝创建JPG文件 以北京天安门附近的经纬度范围（3954N-3955N，11623E-11624E）为例下载数据，经拼接后精度与天地图显示经纬度几乎一致，可以证明前述转换公式的精度较高（见图3）。图3 天安门地区拼接图同时，本文还以廊坊市市区第18级影像图进行测试，范围为X:216007-216086，Y36737-36791，是由8055的瓦片组成的尺寸为2048014080像素的影像大图。测试平台为AMD Athlon（tm）II 620的四核计算机，时钟频率为2.60GHz，操作系统为Microsoft Windows XP，生成tif文件和拷贝生成jpg文件共耗费时间约为22分钟，生成的tif文件在磁盘上占据825M的物理空间，而jpg文件则仅占67.2M。3.2.2 基于mapeasy的无缝漫游WebGIS充分利用了Web2.0技术，充分挖掘HTML和Javascript的潜力，将图片数据无缝地展示出来，而且可以进行简单的操作。mapeasy是一个类似于谷歌地图的网络客户端应用程序接口，能够轻松的帮助用户搭建地图应用程序7，它是使用javascript语言的浏览器端轻量级的GIS。使用十分简便。鉴于mapeasy使用简便，本文使用其作为脱机浏览地图的工具，只需配置好返回图片的路径和需要显示的地图中心，即可享受其流畅的漫游效果。在首页HTML页面代码中修改地图显示中心和缩放级别：map.setCenter（new Point（121.32, 37.54）, 12）;/ 以12级影像的廊坊市为地图中心针对下载下来的瓦片影像，在MapType.js文件中修改getSrc: function（level, row, column） return D:/bj/X+column+Y+row+L+level+.jpg;/返回的图片路径 由此可得到脱机状态下的网络地图，mapeasy还提供了简单的放大、缩小、量测、鹰眼、位置标注等功能（图4）。图4 mapeasy显示影像4 结论分析与展望通过实验数据分析，根据给定经纬度范围内影像的下载程序精度较高，对地图影像的物理拼接程序高效准确，基于meapeasy的无缝漫游也为脱机条件下展示地图影像提供了便捷的途径。下载程序和拼接程序的关键代码均是一种相互独立的双重循环，当数据量相当大时下载和拼接所需的时间也随之增大，可以考虑使用OpenMP库在多核计算机平台下来实现加速。同时，由于tif文件格式存储量有上限，一般不能存储大于4G的影像数据。2012年6月4日，“天地图 河北”网站（/）开通，“天地图 河北”省级节点运行在面向公众的Internet网中，向上接入国家主节点，向下与市级节点连接，横向为河北省政府、企事业单位、社会公众提供数据应用服务8。“天地图 河北”网站的开通给河北省的用户使用地图带来了极大的方便，经过对比发现，其影像要较其它商业地图网站提供的现势性好。随着开源程序的不断涌现和国家天地图子节点的不断增加与完善，我们相信将来的地质测绘工作者对于地理信息的利用也将越来越便捷和高效。参考文献：1 莫平浩、胡茂林.利用GoogleEarth制作卫星影像图.电力勘测设计J,2008，（2）:30-312 殷福忠、孙立民.基于瓦片金字塔技术的地图发布平台开发研究.测绘与空间地理信息J,2010，33（5）：16-173 崔金红、王旭.Google地图算法研究及实现.计算机科学J,2007,34（11）:193-1954 蒋国才.截拼谷歌地球影像图.贵州地质J,2010年，27（4）:317-3195 李林.GDAL库介绍EB/OL./moin/lilin/gdal-introduce, （2008-07-26）6 刘亚东、李青元、谭海