一種基于聚合文件的瓦片地圖存儲方法
【專利摘要】一種基于聚合文件的瓦片地圖存儲方法，（1）確定最底層地圖比例尺，基于該比例尺將待存儲地圖進(jìn)行分層；（2）從第0層以及中間層中至少選取一層作為分析對象；分別計算選取的每層地圖中的瓦片圖總數(shù)，并根據(jù)最底層比例尺確定所選擇層的比例尺；（3）對所選擇的每層地圖中的瓦片圖按順序進(jìn)行分組；每組瓦片圖生成一個聚合文件；（4）為每層地圖建立一個文件夾，該文件夾中存儲該層所有聚合文件，文件夾的命名能夠表示所在的金字塔層數(shù)；（5）將步驟（2）中選擇的層數(shù)、步驟（4）中建立的文件夾名稱以及每層對應(yīng)的分辨率、每層地圖的地理范圍、每層聚合文件的數(shù)量以XML格式進(jìn)行存儲。
【專利說明】一種基于聚合文件的瓦片地圖存儲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)器中緩存地圖的存儲機(jī)制，具體涉及到一種基于聚合文件的瓦片地圖數(shù)據(jù)組織方法及存儲方法，該方法的使用能夠提高大數(shù)據(jù)量網(wǎng)絡(luò)地圖數(shù)據(jù)的索引速度，從而提高網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)器的效率。
【背景技術(shù)】
[0002]地圖瓦片技術(shù)是一種地圖預(yù)緩存技術(shù)。地圖瓦片技術(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，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，地圖切圖所獲得的地圖切片也叫瓦片(Tile)。地圖瓦片技術(shù)在WebGIS和地圖服務(wù)中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]瓦片地圖的優(yōu)點(diǎn)在于提前緩存數(shù)據(jù)，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量，較矢量數(shù)據(jù)模型更加適合于網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)器的情況，其缺點(diǎn)在于比例尺較大情況下，瓦片的個數(shù)急劇增加，這些數(shù)據(jù)均以瓦片地圖小文件的形式存放在一級目錄下，造成了存儲空間增加，在海量小文件中檢索某個文件會磁盤頻繁的I/o操作，時間復(fù)雜度高，在利用分布式存儲管理時，產(chǎn)生對主節(jié)點(diǎn)管理壓力過大的情況。急需一種對這些海量小文件的高效的組織方式，來減少存儲空間，提高檢索效率，同時，便于實(shí)現(xiàn)海量小文件在分布式服務(wù)器上進(jìn)行遷移操作。ARCGIS在9.3之后的版本，提出小文件過多的問題的解決方案，即將瓦片地圖利用緊湊型(compact)格式進(jìn)行存儲，緊湊型文件有兩個，一個文件存儲了瓦片地圖在另一個大文件中的位置和長度信息，在另一個聚合大文件中存儲了原始瓦片地圖的信息。這種方法的弊端在于索引文件和聚合文件個數(shù)相當(dāng)，在壓縮瓦片地圖文件的個數(shù)的同時，增加了新的小文件數(shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:針對大數(shù)據(jù)量瓦片地圖在存儲上占有大量空間，在檢索上頻繁I/o操作造成的時間消耗，在利用分布式文件存儲時，文件個數(shù)多造成主節(jié)點(diǎn)壓力大的問題，本發(fā)明主要是解決以上三方面的問題，提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的地圖響應(yīng)性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于聚合文件的瓦片地圖存儲方法，步驟如下:
[0006]( I)根據(jù)待制作電子地圖的矢量數(shù)據(jù)組織情況，確定最底層地圖比例尺，基于該比例尺將待存儲地圖按照瓦片金字塔模型進(jìn)行分層；
[0007](2)從步驟(I)中選取第O層以及中間層中至少選取一層作為分析對象；分別計算選取的每層地圖中的瓦片圖總數(shù)，并根據(jù)最底層比例尺確定所選擇層的比例尺；
[0008](3)對所選擇的每層地圖分別進(jìn)行如下處理:根據(jù)計算機(jī)內(nèi)存，將待處理層地圖中的瓦片圖按順序進(jìn)行分組，每組中瓦片圖的個數(shù)為M行*N列；每組瓦片圖生成一個聚合文件；聚合文件包括文件頭、索引文件和瓦片地圖文件三部分；其中文件頭中存儲該組瓦片地圖的個數(shù)和瓦片地圖的起始行列號；索引文件中存儲每個瓦片地圖的行列號及偏移量；瓦片地圖文件中存儲瓦片地圖的原始信息；
[0009](4)為每層地圖建立一個文件夾，該文件夾中存儲該層所有聚合文件，文件夾的命名能夠表示所在的金字塔層數(shù)；
[0010](5)將步驟(2)中選擇的層數(shù)、步驟(4)中建立的文件夾名稱以及每層對應(yīng)的分辨率、每層地圖的地理范圍、每層聚合文件的數(shù)量以XML格式進(jìn)行存儲。
[0011]所述的M、N的取值一般5-100。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為:
[0013](I)本發(fā)明使用聚合文件的方法對瓦片地圖進(jìn)行重新組織，減少了在搜索小文件時頻繁的I/o操作造成的時間消耗，同時，將小文件聚合存儲，大大減少文件的存儲空間。
[0014](2)采用嵌套金子塔索引的方式，將聚合文件按照行列號矩陣來命名，文件名稱本身代表了圖片的索引信 息，聚合文件本身在各比例尺中，按照金字塔方式進(jìn)行存儲，聚合文件的頭文件中又存儲了該聚合文件多包含的瓦片地圖的索引信息，通過嵌套金字塔的雙重索引方式，提高對瓦片地圖的索引速度。
[0015](3)本發(fā)明充分利用瓦片地圖的響應(yīng)速度和聚合文件的查詢速度，大幅降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對地圖響應(yīng)的時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為瓦片金字塔模型；
[0017]圖2為存儲流程圖；
[0018]圖3為地圖坐標(biāo)示意圖；
[0019]圖4為瓦片地圖命名示意圖；
[0020]圖5為cimg文件及命名示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明一種基于聚合文件的瓦片地圖存儲方法，如圖2所示步驟如下:
[0022]( I)根據(jù)待制作電子地圖的矢量數(shù)據(jù)組織情況，確定最底層分辨率，基于該比例尺將待存儲地圖按照瓦片金字塔模型進(jìn)行分層；
[0023]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。瓦片金字塔模型的構(gòu)建算法如下:
[0024](1.1)首先確定地圖服務(wù)器所要提供的縮放級別的數(shù)量L，把縮放級別最低、地圖比例尺最大的地圖圖片作為金字塔的底層，即第O層，并對其進(jìn)行分塊，從地圖圖片的左上角開始，從左至右、從上到下進(jìn)行切割，分割成相同大小(比如256X256像素)的正方形地圖瓦片，形成第O層瓦片矩陣；瓦片地圖格式可以是PNG，JPEG等，瓦片地圖的命名規(guī)則為原點(diǎn)設(shè)置在左上，行、列分別表示距原點(diǎn)的縱向和橫向距離。
[0025](1.2)在第O層地圖圖片的基礎(chǔ)上，按每2X2像素合成為一個像素的方法生成第I層地圖圖片，并對其進(jìn)行分塊，分割成與下一層相同大小的正方形地圖瓦片，形成第I層瓦片矩陣；
[0026](1.3)采用同樣的方法生成第2層瓦片矩陣；…；如此下去，直到第L-1層，構(gòu)成整個瓦片金字塔。見圖1所示為瓦片金字塔模型。
[0027](2)從步驟(1)中選取第O層即最底層、第2層、第4層作為分析對象；分別計算選取的每層地圖中的瓦片圖總數(shù)，并根據(jù)最底層比例尺確定所選擇層的比例尺；
[0028](2.1)計算待制作電子地圖的實(shí)際距離
[0029]長度Y=Ymax-Ymin,覽度 X=Xmax-Xmin ;
[0030]其中，Xmin, Xmax分別為待制圖區(qū)域的最左和最右側(cè)坐標(biāo)，Ymin, Ymax為待制圖區(qū)域的最上方和最下方坐標(biāo)，見圖2。
[0031](2.2)計算第O層金字塔下，瓦片地圖的行列數(shù)，計算公式如下:
[0032]TotalRow0= (Int) (DPI*Y*ScaleQ/ (0.0254*256))+1 ;
[0033]TotalColomn0= (Int) (DPI*X*Scale0/ (0.0254*256))+1 ;
[0034]其中TotalRowci第O層金字塔中的瓦片圖行數(shù)；TotalColomnQ為第O層金字塔中的瓦片圖列數(shù)。DPI為繪圖機(jī)器的顯示分辨率，PC機(jī)取96，Y為地圖的實(shí)際高度，X為地圖實(shí)際寬度，求解算法見(1.1)，Scale0為第O層金字塔的地圖比例尺，可根據(jù)出圖所用的矢量數(shù)據(jù)組織情況約定，例如可以為可設(shè)1:213即1:4096或者1:2^1:21°等均可。
[0035](2.3)計算第O層地圖的四至坐標(biāo)
[0036]由于地圖用256*256的瓦片圖片繪制，因此需要地圖的制圖范圍是256*256的整數(shù)倍，計算O層地圖的 四至坐標(biāo)，
[0037]XminO=Xmin^ YminO=Ymin^ XmaxO=XminO+0.0254*256*Τθ tal C。I OmnQ/96*Scal θ0 ；
[0038]Ymax(l=Ymin(l+0.0254*256*TotalRow0/96*Scale0 ；
[0039]其中，Xmin0, Xmax0分別為第O層地圖的最左和最右側(cè)坐標(biāo)，Ymin0和Ymaxtl分別為第O層地圖的最上和最下方坐標(biāo)，見圖3。
[0040](2.4)計算第η層金字塔下，瓦片地圖的的行列數(shù)及制圖的四至坐標(biāo)，計算公式如下:
[0041]Scalen=Scale0/2n;
[0042]TotalRown= (Int) (DPI*Y*Scalen/ (0.0254*256))+1 ;
[0043]TotalColomnn= (Int) (DPI*X*Scalen/ (0.0254*256)) +1 ；
[0044]其中TotalRown第η層金字塔中的瓦片圖行數(shù)；TotalColomnn為第η層金字塔中的瓦片圖列數(shù)。Scalen為第η層金字塔的地圖比例尺。制圖四至坐標(biāo)
[0045]制圖四至坐標(biāo)為
[0046]Xfflinn=Xfflin ；
[0047]Yfflinn=Yfflin ；
[0048]Xmaxn=Xminn+0.0254*256*TotalColomnn/96*Scalen ；
[0049]Ymaxn=Yminn+0.0254*256*TotalRown/96*Scalen ；
[0050]從中選取n=2，4作為研究對象，則第2層金字塔的比例尺Scale2為Scaletl的1/4，第4層金字塔的比例尺Scale4為Scale。的1/16。
[0051](3)對所選擇的每層地圖分別進(jìn)行如下處理:根據(jù)計算機(jī)內(nèi)存及總的瓦片地圖的個數(shù)，對瓦片地圖進(jìn)行分組，組內(nèi)瓦片地圖個數(shù)設(shè)置為M行，N列。具體每組中瓦片圖的數(shù)量M行*N列受用來處理圖片的計算機(jī)內(nèi)存相關(guān)，在內(nèi)存為512M的計算機(jī)，按照平均每個小圖片的大小25k計算，理論上可以取140行140列，而且隨著計算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展，基本不受這個限制。但根據(jù)地圖總的瓦片圖個數(shù)從幾千個到上億個不等，每組中的瓦片圖行列數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值一般為5-100之間均可。對第O層地圖，對瓦片進(jìn)行分組，每組中的瓦片圖行列數(shù)取值M0行列，每組瓦片圖生成一個聚合文件；聚合文件包括文件頭、索引文件和瓦片地圖文件三部分；其中文件頭中存儲該組瓦片地圖的個數(shù)和瓦片地圖的起始行列號；索引文件中存儲每個瓦片地圖的地理坐標(biāo)范圍；瓦片地圖文件中存儲瓦片地圖的原始信息；瓦片地圖命名見圖4.[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種基于聚合文件的瓦片地圖存儲方法，其特征在于步驟如下: (1)根據(jù)待制作電子地圖的矢量數(shù)據(jù)組織情況，確定最底層地圖比例尺，基于該比例尺將待存儲地圖按照瓦片金字塔模型進(jìn)行分層； (2)從步驟(I)中選取第O層以及中間層中至少選取一層作為分析對象；分別計算選取的每層地圖中的瓦片圖總數(shù)，并根據(jù)最底層比例尺確定所選擇層的比例尺； (3)對所選擇的每層地圖分別進(jìn)行如下處理:根據(jù)計算機(jī)內(nèi)存，將待處理層地圖中的瓦片圖按順序進(jìn)行分組，每組中瓦片圖的個數(shù)為M行*N列；每組瓦片圖生成一個聚合文件；聚合文件包括文件頭、索引文件和瓦片地圖文件三部分；其中文件頭中存儲該組瓦片地圖的個數(shù)和瓦片地圖的起始行列號；索引文件中存儲每個瓦片地圖的行列號及偏移量；瓦片地圖文件中存儲瓦片地圖的原始信息； (4)為每層地圖建立一個文件夾，該文件夾中存儲該層所有聚合文件，文件夾的命名能夠表示所在的金字塔層數(shù)； (5)將步驟(2)中選擇的層數(shù)、步驟(4)中建立的文件夾名稱以及每層對應(yīng)的分辨率、每層地圖的地理范圍、每層聚合文件的數(shù)量以XML格式進(jìn)行存儲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚合文件的瓦片地圖存儲方法，其特征在于:所述的M、N的取值一般5-100。
【文檔編號】G06F17/30GK103744855SQ201310631140
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】李亞平, 石郡儒, 唐宜彬, 郭學(xué)武 申請人:航天恒星科技有限公司