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摘要：

探討了如何利用商業軟件建設瓦片地圖服務，使之符合天地圖市級節點的建設規范，且有利于數字城市建設成果的推廣應用。通過計算和測試，得出了使用ArcGIS等商業軟件制作瓦片地圖的可行方案。還設計了接口拓展方案，方便各種第三方平臺對服務的調用，對“數字馬鞍山”的推廣起到了促進作用。

關鍵詞：

數字馬鞍山；天地圖；瓦片地圖服務；規范；推廣

“數字馬鞍山”地理空間框架建設項目自2010年啟動以來，建設了DLG、DOM、DEM、地名地址庫等多種形式、多種比例尺的地理空間數據，建成了統一的基礎地理信息數據庫，建立了馬鞍山市權威、通用的地理信息公共平臺。2011年，國家測繪地理信息局印發了《關于“天地圖”省市級節點建設方案的通知》“，天地圖”省、市級節點是指國家地理信息公共服務平臺公眾版的省級分節點和市級信息基地，是“天地圖”的重要組成部分，也是各省、市級地理信息公共服務平臺。因此，“數字馬鞍山”地理信息公共平臺公眾版建設和天地圖馬鞍山市級節點建設應當合二為一，作為核心內容的瓦片地圖服務既要滿足天地圖互聯互通的需要[1]，也要最大限度地方便馬鞍山市各企事業單位和公眾調用。

1技術難點分析

要將“數字馬鞍山”地理信息公共平臺接入天地圖國家主節點，瓦片地圖服務是一項核心內容，是國家測繪地理信息局對市級節點的重要評估對象，也是“數字馬鞍山”應用單位對地理信息服務最基本、最重要的需求。因此，在瓦片制作和服務接口設計時必須滿足天地圖接入的規范[2]，方便國家天地圖主節點和其他天地圖用戶調用；接口盡可能覆蓋應用單位的需求，使相關單位對系統不作改動即可直接調用“數字馬鞍山”瓦片地圖服務，這有利于“數字馬鞍山”的推廣，全面發揮數字城市建設的價值[3,4]。本文重點討論天地圖馬鞍山瓦片地圖服務的設計方案，探討利用商業軟件制作地圖瓦片的推算與設定，以及服務接口差異分析和拓展方案。

2瓦片制作方案

地圖瓦片是指按不同的比例尺將地圖劃分為固定大小的圖片，客戶端根據視圖范圍和比例尺直接調用已生成的圖片，大大提升了服務器的響應效率，優化用戶體驗[5]。根據建設要求，天地圖市級節點需要制作和矢量、矢量注記、影像、影像注記4種瓦片地圖服務，利用ArcGIS或類似商業軟件制作符合要求的地圖瓦片成為天地圖馬鞍山建設的重要內容。在國家局下發的技術規范中，市級節點需要18、19、20三級切片，比例尺分別是1∶2257.00、1∶1128.50、1∶564.25，規范中對于瓦片分塊的起始點（-18090）、分塊大小（256×256）、數據格式（JPG或PNG）、屏幕分辨率取值（96DPI）等參數都有詳細的說明。實際上，即使地圖數據的坐標系統完全正確，在商業軟件中套用這些參數時也很可能生產不出符合要求的地圖瓦片，導致客戶端加載時空間位置發生偏離。客戶端加載地圖瓦片時，空間位置計算主要是根據地圖原點（-18090）、行列號和顯示比例（即瓦片的地面分辨率）。為了使來自天地圖各個節點的地圖服務可以相互疊加，必須采用統一的金字塔分層規則，固定各層的顯示比例。電子地圖規范中給出了各級別的顯示比例和分辨率（單位為m），由于天地圖所采用的坐標系統為CGCS2000，客戶端在使用分辨率數據時，必須將m為單位的分辨率數據轉換為以°為單位，如表1所示。無論使用何種商業軟件生產地圖瓦片，我們都應保證每個級別的瓦片分辨率單位與天地圖國家主節點一致，是確定空間位置的重要參數。有些商業軟件在將m和°進行換算時，采用的標準和國家標準不一致，如ArcGIS的轉換參數如表2所示，需要統一。以ArcGIS為例，軟件默認°和m的轉換關系為1°等于111194.872221777m，以此推算出的地面分辨率（m）和顯示比例作為參數，才能生產出符合天地圖市級節點要求的地圖瓦片，整個流程如圖1所示。根據°表示的分辨率計算比例尺的公式為：地圖顯示比例=1∶地面分辨率×屏幕分辨率。

3瓦片服務接口方案

天地圖馬鞍山瓦片制作完成后，需在線，服務接口設計須滿足天地圖國家主節點接入的需要，同時盡可能地方便數字城市推廣應用。天地圖馬鞍山瓦片地圖服務接口滿足多種標準，如OGCWMTS、OGCWMS、AGSMapServer等，豐富的接口標準方便了應用單位調用，大部分已建成的專題GIS系統都支持其中一種或多種服務接口，更改服務地址即可使用天地圖馬鞍山的瓦片地圖服務，無需再對系統進行改造。天地圖國家主節點要求省市級節點提供接入的瓦片地圖服務符合OGCWMTS標準，在該標準的基礎上，國家局還作出了更具體的要求，用ArcGIS等商業軟件的WMTS瓦片地圖服務并不完全符合。本文將討論接口的具體差異以及如何使用ArcGIS等商業軟件構建符合國家天地圖要求的WMTS服務接口（以下簡稱天地圖WMTS接口）。OGCWMTS標準是OGC首個支持RESTful訪問的服務標準，一個WMTS服務包括以下3個操作：GetCapabilities，獲取服務的元信息；GetTile，獲取切片；GetFeatureInfo，獲取點選的要素信息[6]。客戶端一般通過元信息獲取加載服務的參數，在OGCWMTS的元信息中只提供比例尺信息，是由瓦片制作分辨率計算得到。由于分辨率計算比例尺時涉及到一個重要參數——DPI，OGCWMTS標準中DPI是90.71，即采用0.028mm作為一個像素的物理寬度，與天地圖規范不一致（規范中DPI應為96）。客戶端調用WMTS接口獲取元信息后，需要根據元信息中的比例尺和DPI參數重新計算瓦片分辨率。天地圖或支持天地圖的相關產品DPI值為96，ArcGIS等商業軟件的DPI值為OGC標準中的90.71。

雖然使用ArcGIS10.1后的版本瓦片地圖服務已經支持WMTS接口，我們依然要對其元信息修改后才能被天地圖客戶端正確調用。同理，天地圖WMTS接口在被ArcGIS、超圖等商業軟件調用時也會出現偏離。數字馬鞍山在城管行業的應用中就遇到了這種問題。另外，天地圖市級節點僅要求1∶2257.00、1∶1128.50、1∶564.25三個級別比例尺的地圖，對應的瓦片級別分別是18、19、20，這樣的級別設置是天地圖國家節點考慮到全國地圖甚至是全世界地圖顯示的需要。針對馬鞍山這樣的城市地圖，如果按此級別設置，會導致最初多個級別的瓦片文件夾均為空，給僅調用城市范圍地圖的數字城市用戶造成不便。作出以上分析后，我們設計了天地圖馬鞍山的瓦片地圖服務接口方案，使用ArcGIS瓦片地圖服務時，在該服務的基礎上進行了拓展，增加對天地圖WMTS的支持。ArcGIS的瓦片地圖服務已支持OGCWMTS、OGCWMS、AGSMapServer3種接口標準，按照城市地圖顯示的需要，1∶2257.00、1∶1128.50、1∶564.25三個比例尺對應的服務級別為8、9、10。由于僅僅是元信息和服務級別的差異，所以并不需要完全實現WMTS，而是利用UrlRewrite技術，對GetTile接口進行級別修改后重定向到OGCWMTS的GetTile接口，重新實現GetCapabilities接口（DPI值取96，重新構造元信息）。圖2展示了天地圖馬鞍山WMTS接口的實現思路，按照這種方式可以在OGCWMTS接口的基礎上快速拓展成天地圖WMTS接口，原OGCWMTS接口也能夠對外提供服務而不沖突，既滿足了天地圖市級節點建設的需要，也滿足了數字城市建設中，一些應用單位使用ArcGIS、超圖等商業軟件調用OGCWMTS服務的需要。

4結語

在天地圖市級節點成為數字城市地理空間框架建設的一項重要內容的背景下，探討了使用ArcGIS等商業軟件制作符合國家測繪地理信息局相關規范要求的地圖瓦片與服務接口的關鍵技術，特別照顧了數字城市用戶調用服務的便利。在此方案下，既能滿足天地圖馬鞍山建設的規范要求，同時進一步豐富了接口，基本覆蓋了數字馬鞍山用戶所需的接口種類。所有調用數字馬鞍山瓦片地圖服務的應用系統，都可以通過簡單改變服務地址來實現，不用對現有系統作復雜改造，這也是數字馬鞍山在多個行業廣泛推廣的一個重要前提。

參考文獻

[1]CH/Z9011—2011.地理信息公共服務平臺電子地圖數據規范[S].

[2]國家測繪地理信息局.“天地圖”建設技術標準與規范[S].

[3]李維森.淺析數字城市地理空間框架建設中的創新[J].測繪通報,2011,(9):1-5

[4]CH/T9004—2009.地理信息公共平臺基本規定[S].

[5]趙大龍.地圖切片技術分析與簡單實現[J].測繪與空間地理信息,2010(1):116-118

[6]周旭.OpenGIS網絡地圖分塊服務實現標準(WMTS)分析[J].地理信息世界,2011,(4):10-14

作者：趙超 侯恩兵 單位：哈爾濱工業大學航天學院