校园多尺度地图切片算法研究及实现

1 前言

近年来国外在地图与互联网地图领域的研究主要集中在两部分:其一是建立理论的支撑、发展技术模型, 包括了地图可视化的自适应组织、新型的地图数据模型以及地图数据的在线传输技术等;其二是基于位置的服务 (Locationbased Services, LBS) 的应用。技术应用也随着更进, 商业化地理信息软件越来越多。本文主要针对目前地图服务软件关于局部地区资料的缺失问题, 以某大学校园为实验对象, 对地图投影、多尺度地图制作、瓦片生成和索引算法、瓦片地图的加载进行研究。采集了校园内部高分辨率航飞影像作为地图基础数据, 以Eclipse作为开发平台利用JAVA编程语言开发了瓦片地图的自动生成工具。实现了校园瓦片地图的的设计与实现。

2 校园瓦片地图实现

校园瓦片地图金字塔模型是一种多尺度地图的多分辨率层次模型。从瓦片金字塔的底层到顶层, 地图上表示地物越来越少, 地图分辨率越来越低, 但表示的地理范围不变。

2.1 校园地图切片设计与数据处理

2.1.1 地图尺度选择

本文中, 校园地图切片是以百度地图API为基础进行的程序开发, 分析百度地图的分级比例尺设计, 百度地图的层次模型一共有为18个级别, 而开发提供的平台支持17个级别, 不支持最大比例尺“20m”。

在可开发的切片等级中, 分析得出其能够满足要求。地图的最大精度“50m” (17级) 能够满足大学校内导航的精度要求;地图的最小精度可以在屏幕上展现某大学的全貌以及同周围其他建筑的关系, 根据分析200m (15级) 满足要求。

在不同缩放等级的地图中, 依据多尺度表达的系统标准, 现实世界中事物的性质用分类的方法表达, 而其等级和数量使用分级的概念表达。具体需要满足的原则如下

⑴“50m”矢量地图展现测量所需尽可能详尽的内容。

⑵“100m”矢量地图展现校园主体建筑的大致位置。

⑶“200m”矢量地图展现校园全貌以及与周围邻接地物的关系。

2.1.2 校园多尺度地图数据采集

(1) 采用了无人机低空航拍测量, 得到了校园的高分辨率影像数据。再通过航飞图像上的控制点信息同时完成倾斜改正和投影改正, 重采样得到正射影像, 将正射影像拼接即可得到如下的完整测区的正射影像图。该文件的存储模式为未经压缩的.tif格式, 影像分辨率为23396像素*12167像素, 水平分辨率为2000dpi, 垂直分辨率为2000dpi。

(2) 由于只经过正射校正的图像是不具有任何地理信息的, 所以采用了手持GPS采集像控点坐标的方式对航飞图像进行几何校正, 给该航空影像赋上空间信息 (WGS84坐标系) 。

(3) 利用百度地图提供的坐标拾取系统采集校园内的特征地图点经纬度, 校正航飞影像的坐标系。

(4) 对影像地图进行矢量化、再添加设计的地图符号可以得到校园电子地图, 本次研究区域的具体设计如图1-1所示。

(5) 如前文所述, 已经得到了用经纬度描述地理位置的地图, 但为了制作瓦片地图球面上的形状需要经过投影才能变为平面上的形状, 变换后应该采用平面坐标系统来描述地图上的位置信息。

2.2 校园地图切片实现

为了弥补百度地图在局部地区的缺失, 也是为保证后续系统功能的开发建立基础, 现制作校园多尺度瓦片地图作为系统的底图。

(1) 校园瓦片的切割方式

如下介绍校园瓦片组织方式, 因为与之前提到的瓦片组织结构存在差异, 尤其是与谷歌地图的QRST四叉树模式存在较大差异, 现与某大学实际情况结合来制作, 如图2-3是已经投影完成后的某大学校园地图。

整个地图原始图片的尺寸为3634像素*2540像素。其中地图上方为正北方向, 本文中制作的是格式为256像素*256像素的瓦片。在第18级下南翼楼所在图块共有4块, 如图2-2所示。

(2) 切片成果展示

第16级切片共有16个瓦片数据如图4-11是数据的部分展示、第17级切片数据共有54个瓦片数据图4-12是数据的部分展示、第18级切片数据共有165个瓦片数据如图2-3是数据的部分展示。

3 结论

本文针对百度地图在校园地区的资料缺失, 分析完整地图加载效率存在的问题, 研究了地图投影原理和多尺度地图以及瓦片地图在网络传输中采用的相关技术, 并就瓦片地图的生成算法进行了详细介绍。结合了某大学的实际情况选取校园多尺度地图为例, 详细介绍了该系统的设计与实现, 并利用Eclipse完成了百度地图切片自动生成工具, 并将生活层的地图切片作为底图加载到百度地图中进行展示。

本文主要解决了以下问题:

(1) 本文利用校园高分辨率航飞影像制作了高精度、地物信息丰富的校园地图, 解决了百度地图提供的公共电子地图在成都理工大学本校区的资料不足。

(2) 本文利用数据预生成技术将校园地图制作成了瓦片数据, 解决了地图数据的加载效率问题。

(3) 本文利用了校园瓦片金字塔制作了校园多尺度地图, 满足了不同使用者对于校园数据的不同使用需求。

摘要：本文基于移动地图对特定区域的内部地理信息缺失的问题, 以某大学为例, 对校园高分辨率航飞影像进行正射校正, 在Arc GIS上完成多级比例尺的校园电子地图制作, 并利用JAVA编程语言实现了基于瓦片技术的地图自动切片程序的设计。

关键词：多尺度,移动地图,瓦片地图,切片算法

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