矢量瓦片技术在广电资源管理的应用

摘要：资源管理系统是运营商综合运营平台的重要组成部分，南通广电资源管理系统主要用于对企业外线资源的可视化呈现与管理。系统通过引入矢量瓦片技术对基础地图数据以及资源数据的瓦片分割、分发和显示，使得空间数据可以在Web端和移动端流畅显示。该系统已成为企业在网络设计规划与管理中不可或缺的重要工具。本文主要介绍了矢量瓦片技术的特点及其在南通资源管理系统中的实现情况。

关键词：矢量瓦片技术；MapboxMVT规范；MVTCache引擎；WebGIS技术

1引言

随着南通广电事业的发展以及市政开发建设，外线资源的种类和数量不断增长，为了对广电各类资源进行更有效地管控，我们在2010年立项完成了C/S架构的南通广电资源管理系统的开发。通过系统的应用，解决了一直困扰我们的问题，即在进行网络设计时，我们的设计人员为了解原有管线资源需要查询大量图纸，却还是不能得到准确信息。由于系统是在公司局域网内运行的，对于网络运维、现场施工人员来说，大部分情况是需要在现场进行资源的图像化查询的，如何能够提供在线查询网络资源，以避免因定位不准确造成施工错误、遗漏或不能及时找到对应地点等问题呢？这就需要在线端（包括Web端以及移动端方式）系统的支撑。对于在线资源管理系统的查询，最核心的问题就是基础底图在线端的流畅显示。目前，南通广电资源系统中的基础数据具有海量性、多样性两大特点。海量性体现在数据量动辄几个G；多样性体现为图形来源多样性、格式多样性、类别多样性、展示多样性等。如何高效有序的将这些数据组织起来、应用起来，是我们需要解决的课题。以图片为介质的栅格瓦片使得在线地图显示效果高，传输方便，但随着地图的移动化和应用的逐渐深入，栅格瓦片占用宽带和存储空间都较大，不利于地图在移动设备上的应用。另外，生成栅格瓦片后无法修改地图的数据和风格，只能修改原始数据后重新切栅格瓦片，增加了很多工作量。为了弥补栅格瓦片的不足，矢量瓦片应运而生。矢量瓦片数据以矢量形式存在，同一个地图切矢量瓦片体积小，压缩度高，占用的存储空间比栅格瓦片要小上千倍，且数据传输体量小，地图更新的代价小。基于目前有多种GIS软件可以切矢量瓦片图，通过比较，最终我们选择了SuperMapiObject产品来进行南通广电资源管理系统中基础数据的生成、入库、显示等操作的技术实现。

2矢量瓦片技术的特性

对于实现基础地图数据的在线地图服务，目前市场上通常采用的技术有栅格瓦片技术和矢量瓦片技术。栅格瓦片技术就是预先在服务器端绘制好固定的PNG和JPG图片集合；矢量瓦片技术则将地图分割成小块，以点线面的形式将数据存储在服务器端，通过不同的描述文件对数据进行组织与定义，客户端进行解析数据并完成绘制。两者都是将地图提前切好成相应的瓦片，这样可以大大提高在线地图访问效率。栅格瓦片技术是以图片为介质的瓦片呈现技术。在在线地图应用上，此方法应用较早，优势在于显示效率高，方便传输。但是随着地图Web端、移动端应用的逐渐深入，栅格瓦片占用带宽较大，存储容量也较大的特性使其应用受到了限制。矢量瓦片技术的产生稍晚于栅格瓦片技术，而其弥补了栅格瓦片技术的不足。矢量瓦片技术将数据以矢量的形式进行存储，矢量瓦片体积比较小，压缩比较高，占用空间较少，数据传输数量也少，地图更新的代价也比较小。目前，国内的高德地图、百度地图都是采用的此项技术。栅格瓦片和矢量瓦片的各自特点如表1所示。当然，由于矢量瓦片技术还没有栅格瓦片成熟，因此还需要研发工作不断突破和完善，但在此系统部署和应用中，矢量瓦片技术体现了极高的性能优势，为系统良好运行提供了技术支撑，也为后续扩展打下良好基础。

3系统分析

3.1基础地图数据组成

南通广电系统基础数据来源为测绘局提供的市区及乡镇基础数据图（1:1000的是511幅，1:2000的是345幅，CAD格式），它以覆盖1400km2的Google影像数据做为参照，如图1所示。其中测绘局提供的是矢量数据，Google影像数据为栅格数据，两类数据的入库、组合、显示及性能是我们面对的技术挑战。不只是CS端、BS端，未来手机移动端地使用都要提前做好布局。其中系统WebGIS加载的就是结合瓦片缓存方式进行地图加载的。

3.2面对问题

面对如此大的数据范围和数据体量，如何在系统中高效便捷地应用是我们需要面对的问题。栅格瓦片是目前使用最广、技术成熟的底图技术，但随着应用的不断升级，栅格瓦片的局限性（栅格瓦片体积大、创建效率低、更改配图方案需要重新创建栅格瓦片、栅格瓦片底图对高分辨率显示屏支持不足）越来越凸显。以往，我们都是用栅格瓦片加本地缓存的方式进行处理，但由于效率低、体量大，我们不得不寻求其他解决方案。矢量瓦片诞生的意义在于弥补栅格瓦片的不足。矢量瓦片具有创建效率高、传输和渲染速度快、数据和风格样式独立，更改配图方案无需重新创建瓦片的优势。同时，矢量瓦片还具有高显示质量，能够很好地支持高分辨率显示屏的优势。

3.3解决办法

矢量瓦片底图是一种结合了栅格瓦片底图和矢量底图优势的底图技术，具有客户端灵活绘制、渲染，分块加载减少请求数量的优点。目前，已经采用矢量瓦片底图技术的组织有ESRI、Mapbox、Mapzen、OpenStreetMap、百度地图、SuperMap。SuperMapiDesktop桌面产品支持将矢量地图生成遵循MapboxMVT规范的矢量瓦片（.mvt），瓦片数据包含要素的几何形状与属性信息，而要素的风格样式由Mapbox标准样式文件（style.json）描述。在iDesktop中生成矢量瓦片的步骤如下。（1）配置地图在iDesktop中将项目中要用到的地图配置好，并保存。（2）生成地图瓦片选择地图右键，可以是单任务切图，也可以是多任务切图，根据地图的数据大小来选择。（3）参数设置进入“生成地图瓦片”弹框后，瓦片类型选“矢量瓦片”，并在左侧表1栅格瓦片和矢量瓦片特点比对矢量瓦片栅格瓦片瓦片形式MVT文件图片文件瓦片格式GoogleProtocolBuffers数据序列化格式PNG、JPG、PNG8等瓦片内容瓦片对应范围的地图矢量数据的坐标和字段瓦片对应范围的地图内容输基于Mapbox样式规范的瓦片风格出的图片瓦片结构瓦片按照层级和行列号分文件夹存储可自定义层级比例尺创建瓦采用全球剖分层级比例尺创建瓦片片瓦片大小大小与瓦片对应范围的矢量地图数据量的大小有关，数据量大，瓦片文件就大，相对较小图片文件大小，相对较大无极缩放支持不支持生成瓦片效率高低瓦片存储支持原始缓存、紧凑缓存以及存储在MongoDB数据库图1两种来源的基础地图数据图2勾选要切矢量瓦片比例尺的级别，其他参数可以默认，设置完后点击“下一步”，可以设置瓦片切的范围，没有特别需求可以默认。（4）生成矢量瓦片点击确定后会自动生成，生成的快慢取决于瓦片切的范围和勾选的比例尺级别。范围越大、勾选的比例尺级别越大，生成矢量瓦片的耗时越久。（5）矢量瓦片结果目录执行切图任务完成，在输出窗口会提示地图生成平面地图瓦片成功。在输出路径下，将产生如下所示的文件夹和文件。fonts：矢量瓦片使用的字体文件（如果切的地图中没有文本则不会生成这个文件夹）。sprites：矢量瓦片图标相关风格内容资源。styles：矢量瓦片风格描述文件。tiles：矢量瓦片数据（.mvt文件）。在tiles文件夹下，瓦片按照比例尺层级进行分文件夹存储，文件夹名称为全球剖分层级，级数从0开始计数。层级文件夹下的子文件夹命名为全球剖分的列号，其下为矢量瓦片文件，格式为.mvt，文件名称为全球剖分的行号。sci文件：矢量瓦片的元信息描述文件，记录了数据的投影、地理范围、层级比例尺等信息。

4系统实现

结合目前南通广电提供的数据与各种技术办法，采用矢量瓦片格式进行地图，步骤如下。（1）打开南通基础数据全要素，配置各个图层地图风格。（2）通过SuperMapiDesktop重新创建矢量瓦片风格，然后将新创建的矢量瓦片风格内容替换到待更新风格的矢量缓存目录即可。（3）矢量瓦片结果目录中存在的.sci文件，可以在系统应用中以打开地图缓存的方式打开加载。（4）矢量瓦片应用在Web端和移动端，所以要成对应的服务，用SuperMapiServer来，然后用SuperMapiClient和iMobileforAndroid对接。（5）SuperMapiMobile也可以离线对接矢量瓦片数据，使用MVTCache引擎打开这个数据，关键代码如图2所示。（6）后应用处理好的基础数据瓦片图即可以WMTS方式加载到CS系统应用中，也可以加载到Web、Mobile中，通过工作空间的风格定义，实现同一数据源多种应用、多样风格的展示。

5结语

由于引入了矢量瓦片技术，南通广电资源管理系统可以在电脑桌面端，即C/S客户端，实现资料的管理，通过矢量瓦片技术实现对基础地图数据以及业务数据的瓦片分割、分发和显示，可以让我们方便的通过各型浏览器实现Web端资料查询。随着系统地推广，一线员工不再需要翻阅大量图纸，或者通过电话与技术设计人员沟通，只要在线访问系统就能了解到当下广电外线资源的地理分布情况。系统满足了工程设计人员、工程施工人员、工程运维人员、网络规划人员等各类技术管理人员的广泛应用需求,提高了工作效率，优化了工作流程，也提高了资源利用率。特别是对于运维工作，系统起到了突出的辅助作用，保证一旦出现故障，就能立即找到相应位置的影像信息，降低了总体运维时间，实现了为用户提供高效高质网络运维服务的目标。如今，该系统已经成为网络运维、网络设计规划、工程管理过程中不可或缺的要工具，也成为了公司运营的重要支撑系统之一。

参考文献

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作者：陆贺 陈易 邱俊 周建如 单位：江苏省广电有线信息网络股份有限公司南通分公司