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摘要：資源管理系統(tǒng)是運(yùn)營商綜合運(yùn)營平臺的重要組成部分，南通廣電資源管理系統(tǒng)主要用于對企業(yè)外線資源的可視化呈現(xiàn)與管理。系統(tǒng)通過引入矢量瓦片技術(shù)對基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)以及資源數(shù)據(jù)的瓦片分割、分發(fā)和顯示，使得空間數(shù)據(jù)可以在Web端和移動(dòng)端流暢顯示。該系統(tǒng)已成為企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃與管理中不可或缺的重要工具。本文主要介紹了矢量瓦片技術(shù)的特點(diǎn)及其在南通資源管理系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)情況。

關(guān)鍵詞：矢量瓦片技術(shù)；MapboxMVT規(guī)范；MVTCache引擎；WebGIS技術(shù)

1引言

隨著南通廣電事業(yè)的發(fā)展以及市政開發(fā)建設(shè)，外線資源的種類和數(shù)量不斷增長，為了對廣電各類資源進(jìn)行更有效地管控，我們在2010年立項(xiàng)完成了C/S架構(gòu)的南通廣電資源管理系統(tǒng)的開發(fā)。通過系統(tǒng)的應(yīng)用，解決了一直困擾我們的問題，即在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，我們的設(shè)計(jì)人員為了解原有管線資源需要查詢大量圖紙，卻還是不能得到準(zhǔn)確信息。由于系統(tǒng)是在公司局域網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行的，對于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、現(xiàn)場施工人員來說，大部分情況是需要在現(xiàn)場進(jìn)行資源的圖像化查詢的，如何能夠提供在線查詢網(wǎng)絡(luò)資源，以避免因定位不準(zhǔn)確造成施工錯(cuò)誤、遺漏或不能及時(shí)找到對應(yīng)地點(diǎn)等問題呢？這就需要在線端（包括Web端以及移動(dòng)端方式）系統(tǒng)的支撐。對于在線資源管理系統(tǒng)的查詢，最核心的問題就是基礎(chǔ)底圖在線端的流暢顯示。目前，南通廣電資源系統(tǒng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有海量性、多樣性兩大特點(diǎn)。海量性體現(xiàn)在數(shù)據(jù)量動(dòng)輒幾個(gè)G；多樣性體現(xiàn)為圖形來源多樣性、格式多樣性、類別多樣性、展示多樣性等。如何高效有序的將這些數(shù)據(jù)組織起來、應(yīng)用起來，是我們需要解決的課題。以圖片為介質(zhì)的柵格瓦片使得在線地圖顯示效果高，傳輸方便，但隨著地圖的移動(dòng)化和應(yīng)用的逐漸深入，柵格瓦片占用寬帶和存儲空間都較大，不利于地圖在移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用。另外，生成柵格瓦片后無法修改地圖的數(shù)據(jù)和風(fēng)格，只能修改原始數(shù)據(jù)后重新切柵格瓦片，增加了很多工作量。為了彌補(bǔ)柵格瓦片的不足，矢量瓦片應(yīng)運(yùn)而生。矢量瓦片數(shù)據(jù)以矢量形式存在，同一個(gè)地圖切矢量瓦片體積小，壓縮度高，占用的存儲空間比柵格瓦片要小上千倍，且數(shù)據(jù)傳輸體量小，地圖更新的代價(jià)小?；谀壳坝卸喾NGIS軟件可以切矢量瓦片圖，通過比較，最終我們選擇了SuperMapiObject產(chǎn)品來進(jìn)行南通廣電資源管理系統(tǒng)中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的生成、入庫、顯示等操作的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

2矢量瓦片技術(shù)的特性

對于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)的在線地圖服務(wù)，目前市場上通常采用的技術(shù)有柵格瓦片技術(shù)和矢量瓦片技術(shù)。柵格瓦片技術(shù)就是預(yù)先在服務(wù)器端繪制好固定的PNG和JPG圖片集合；矢量瓦片技術(shù)則將地圖分割成小塊，以點(diǎn)線面的形式將數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器端，通過不同的描述文件對數(shù)據(jù)進(jìn)行組織與定義，客戶端進(jìn)行解析數(shù)據(jù)并完成繪制。兩者都是將地圖提前切好成相應(yīng)的瓦片，這樣可以大大提高在線地圖訪問效率。柵格瓦片技術(shù)是以圖片為介質(zhì)的瓦片呈現(xiàn)技術(shù)。在在線地圖應(yīng)用上，此方法應(yīng)用較早，優(yōu)勢在于顯示效率高，方便傳輸。但是隨著地圖Web端、移動(dòng)端應(yīng)用的逐漸深入，柵格瓦片占用帶寬較大，存儲容量也較大的特性使其應(yīng)用受到了限制。矢量瓦片技術(shù)的產(chǎn)生稍晚于柵格瓦片技術(shù)，而其彌補(bǔ)了柵格瓦片技術(shù)的不足。矢量瓦片技術(shù)將數(shù)據(jù)以矢量的形式進(jìn)行存儲，矢量瓦片體積比較小，壓縮比較高，占用空間較少，數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量也少，地圖更新的代價(jià)也比較小。目前，國內(nèi)的高德地圖、百度地圖都是采用的此項(xiàng)技術(shù)。柵格瓦片和矢量瓦片的各自特點(diǎn)如表1所示。當(dāng)然，由于矢量瓦片技術(shù)還沒有柵格瓦片成熟，因此還需要研發(fā)工作不斷突破和完善，但在此系統(tǒng)部署和應(yīng)用中，矢量瓦片技術(shù)體現(xiàn)了極高的性能優(yōu)勢，為系統(tǒng)良好運(yùn)行提供了技術(shù)支撐，也為后續(xù)擴(kuò)展打下良好基礎(chǔ)。

3系統(tǒng)分析

3.1基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)組成

南通廣電系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源為測繪局提供的市區(qū)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖（1:1000的是511幅，1:2000的是345幅，CAD格式），它以覆蓋1400km2的Google影像數(shù)據(jù)做為參照，如圖1所示。其中測繪局提供的是矢量數(shù)據(jù)，Google影像數(shù)據(jù)為柵格數(shù)據(jù)，兩類數(shù)據(jù)的入庫、組合、顯示及性能是我們面對的技術(shù)挑戰(zhàn)。不只是CS端、BS端，未來手機(jī)移動(dòng)端地使用都要提前做好布局。其中系統(tǒng)WebGIS加載的就是結(jié)合瓦片緩存方式進(jìn)行地圖加載的。

3.2面對問題

面對如此大的數(shù)據(jù)范圍和數(shù)據(jù)體量，如何在系統(tǒng)中高效便捷地應(yīng)用是我們需要面對的問題。柵格瓦片是目前使用最廣、技術(shù)成熟的底圖技術(shù)，但隨著應(yīng)用的不斷升級，柵格瓦片的局限性（柵格瓦片體積大、創(chuàng)建效率低、更改配圖方案需要重新創(chuàng)建柵格瓦片、柵格瓦片底圖對高分辨率顯示屏支持不足）越來越凸顯。以往，我們都是用柵格瓦片加本地緩存的方式進(jìn)行處理，但由于效率低、體量大，我們不得不尋求其他解決方案。矢量瓦片誕生的意義在于彌補(bǔ)柵格瓦片的不足。矢量瓦片具有創(chuàng)建效率高、傳輸和渲染速度快、數(shù)據(jù)和風(fēng)格樣式獨(dú)立，更改配圖方案無需重新創(chuàng)建瓦片的優(yōu)勢。同時(shí)，矢量瓦片還具有高顯示質(zhì)量，能夠很好地支持高分辨率顯示屏的優(yōu)勢。

3.3解決辦法

矢量瓦片底圖是一種結(jié)合了柵格瓦片底圖和矢量底圖優(yōu)勢的底圖技術(shù)，具有客戶端靈活繪制、渲染，分塊加載減少請求數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)。目前，已經(jīng)采用矢量瓦片底圖技術(shù)的組織有ESRI、Mapbox、Mapzen、OpenStreetMap、百度地圖、SuperMap。SuperMapiDesktop桌面產(chǎn)品支持將矢量地圖生成遵循MapboxMVT規(guī)范的矢量瓦片（.mvt），瓦片數(shù)據(jù)包含要素的幾何形狀與屬性信息，而要素的風(fēng)格樣式由Mapbox標(biāo)準(zhǔn)樣式文件（style.json）描述。在iDesktop中生成矢量瓦片的步驟如下。（1）配置地圖在iDesktop中將項(xiàng)目中要用到的地圖配置好，并保存。（2）生成地圖瓦片選擇地圖右鍵，可以是單任務(wù)切圖，也可以是多任務(wù)切圖，根據(jù)地圖的數(shù)據(jù)大小來選擇。（3）參數(shù)設(shè)置進(jìn)入“生成地圖瓦片”彈框后，瓦片類型選“矢量瓦片”，并在左側(cè)表1柵格瓦片和矢量瓦片特點(diǎn)比對矢量瓦片柵格瓦片瓦片形式MVT文件圖片文件瓦片格式GoogleProtocolBuffers數(shù)據(jù)序列化格式PNG、JPG、PNG8等瓦片內(nèi)容瓦片對應(yīng)范圍的地圖矢量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)和字段瓦片對應(yīng)范圍的地圖內(nèi)容輸基于Mapbox樣式規(guī)范的瓦片風(fēng)格出的圖片瓦片結(jié)構(gòu)瓦片按照層級和行列號分文件夾存儲可自定義層級比例尺創(chuàng)建瓦采用全球剖分層級比例尺創(chuàng)建瓦片片瓦片大小大小與瓦片對應(yīng)范圍的矢量地圖數(shù)據(jù)量的大小有關(guān)，數(shù)據(jù)量大，瓦片文件就大，相對較小圖片文件大小，相對較大無極縮放支持不支持生成瓦片效率高低瓦片存儲支持原始緩存、緊湊緩存以及存儲在MongoDB數(shù)據(jù)庫圖1兩種來源的基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)圖2勾選要切矢量瓦片比例尺的級別，其他參數(shù)可以默認(rèn)，設(shè)置完后點(diǎn)擊“下一步”，可以設(shè)置瓦片切的范圍，沒有特別需求可以默認(rèn)。（4）生成矢量瓦片點(diǎn)擊確定后會(huì)自動(dòng)生成，生成的快慢取決于瓦片切的范圍和勾選的比例尺級別。范圍越大、勾選的比例尺級別越大，生成矢量瓦片的耗時(shí)越久。（5）矢量瓦片結(jié)果目錄執(zhí)行切圖任務(wù)完成，在輸出窗口會(huì)提示地圖生成平面地圖瓦片成功。在輸出路徑下，將產(chǎn)生如下所示的文件夾和文件。fonts：矢量瓦片使用的字體文件（如果切的地圖中沒有文本則不會(huì)生成這個(gè)文件夾）。sprites：矢量瓦片圖標(biāo)相關(guān)風(fēng)格內(nèi)容資源。styles：矢量瓦片風(fēng)格描述文件。tiles：矢量瓦片數(shù)據(jù)（.mvt文件）。在tiles文件夾下，瓦片按照比例尺層級進(jìn)行分文件夾存儲，文件夾名稱為全球剖分層級，級數(shù)從0開始計(jì)數(shù)。層級文件夾下的子文件夾命名為全球剖分的列號，其下為矢量瓦片文件，格式為.mvt，文件名稱為全球剖分的行號。sci文件：矢量瓦片的元信息描述文件，記錄了數(shù)據(jù)的投影、地理范圍、層級比例尺等信息。

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

結(jié)合目前南通廣電提供的數(shù)據(jù)與各種技術(shù)辦法，采用矢量瓦片格式進(jìn)行地圖，步驟如下。（1）打開南通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)全要素，配置各個(gè)圖層地圖風(fēng)格。（2）通過SuperMapiDesktop重新創(chuàng)建矢量瓦片風(fēng)格，然后將新創(chuàng)建的矢量瓦片風(fēng)格內(nèi)容替換到待更新風(fēng)格的矢量緩存目錄即可。（3）矢量瓦片結(jié)果目錄中存在的.sci文件，可以在系統(tǒng)應(yīng)用中以打開地圖緩存的方式打開加載。（4）矢量瓦片應(yīng)用在Web端和移動(dòng)端，所以要成對應(yīng)的服務(wù)，用SuperMapiServer來，然后用SuperMapiClient和iMobileforAndroid對接。（5）SuperMapiMobile也可以離線對接矢量瓦片數(shù)據(jù)，使用MVTCache引擎打開這個(gè)數(shù)據(jù)，關(guān)鍵代碼如圖2所示。（6）后應(yīng)用處理好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)瓦片圖即可以WMTS方式加載到CS系統(tǒng)應(yīng)用中，也可以加載到Web、Mobile中，通過工作空間的風(fēng)格定義，實(shí)現(xiàn)同一數(shù)據(jù)源多種應(yīng)用、多樣風(fēng)格的展示。

5結(jié)語

由于引入了矢量瓦片技術(shù)，南通廣電資源管理系統(tǒng)可以在電腦桌面端，即C/S客戶端，實(shí)現(xiàn)資料的管理，通過矢量瓦片技術(shù)實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的瓦片分割、分發(fā)和顯示，可以讓我們方便的通過各型瀏覽器實(shí)現(xiàn)Web端資料查詢。隨著系統(tǒng)地推廣，一線員工不再需要翻閱大量圖紙，或者通過電話與技術(shù)設(shè)計(jì)人員溝通，只要在線訪問系統(tǒng)就能了解到當(dāng)下廣電外線資源的地理分布情況。系統(tǒng)滿足了工程設(shè)計(jì)人員、工程施工人員、工程運(yùn)維人員、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃人員等各類技術(shù)管理人員的廣泛應(yīng)用需求,提高了工作效率，優(yōu)化了工作流程，也提高了資源利用率。特別是對于運(yùn)維工作，系統(tǒng)起到了突出的輔助作用，保證一旦出現(xiàn)故障，就能立即找到相應(yīng)位置的影像信息，降低了總體運(yùn)維時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了為用戶提供高效高質(zhì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維服務(wù)的目標(biāo)。如今，該系統(tǒng)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃、工程管理過程中不可或缺的要工具，也成為了公司運(yùn)營的重要支撐系統(tǒng)之一。

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作者：陸賀 陳易 邱俊 周建如 單位：江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司南通分公司