CN113032513A - 一种针对空间地理数据的切片方法及渲染方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及数据处理领域，尤其涉及一种针对空间地理数据的切片方法及渲染方法，其中，针对空间地理数据的切片方法，包括：将在空间坐标系下采集的矢量数据导入地理数据库中；将地理数据库中的矢量数据进行预处理，以形成对应的图层数据集；根据图层数据集的空间坐标系形成预定义的切割网格，在切割网格下对图层数据集进行瓦片切割；对切割形成的矢量瓦片进行优化和/或压缩，聚合优化和/或压缩后的矢量瓦片，形成矢量瓦片数据集，以减少矢量瓦片的传输量。本申请可以使得矢量瓦片切割一次便能够满足不同的坐标系地图的应用，并且提高矢量瓦片的加载速度。

Description

一种针对空间地理数据的切片方法及渲染方法

技术领域

本申请涉及数据处理领域，尤其涉及一种针对空间地理数据的切片方法及渲染方法。

背景技术

空间地理数据是指与地理位置相关的或包含地理信息的数据。在地理信息领域，用矢量数据（坐标和其他数据组合的数据结构）抽象表达真实世界中的点、线、面状地理要素。

空间数据在客户端中用经过分割的瓦片形式来调用，以提高网络传输速率和存储速率，瓦片有图像瓦片和矢量瓦片两种。图像瓦片通常是经过预先配置样式，渲染成图片并切割组织为图像瓦片集。矢量瓦片是结构化的原始数据，一个矢量瓦片内包含瓦片所代表区域内的地理要素。

由于矢量瓦片本身就包含了原始的数据，可以不预先设置样式，经过对数据的解析，可以重新设置样式，也可以对数据进行压缩和再加工，相比图像瓦片，客户端可以从矢量瓦片中获取更多信息，应用方式更加多样化。但是，对于矢量瓦片来说，数据的加载速度是影响客户端体验的重要因素。

另外，现有技术中对于地理信息具有不同的坐标系，通常绝大多数矢量瓦片切割工具是基于Web墨卡托坐标系实现的，并只能应用于该坐标系的地图中，但是Web墨卡托坐标系可能与一些国家或地区常用的坐标系不兼容或精度不同（比如我国使用的CGCS2000坐标系），无法满足任意坐标系的地图应用。

因此，如何使得矢量瓦片切割一次，便在不同坐标系的地图客户端中转化为矢量数据并渲染，并且提高矢量瓦片的加载速度，是目前本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种针对空间地理数据的切片方法及渲染方法，以使得矢量瓦片能够应用于不同的坐标系，并且提高矢量瓦片的加载速度。

为解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种针对空间地理数据的切片方法，包括如下步骤：步骤S110、将在空间坐标系下采集的矢量数据导入地理数据库中；步骤S120、将地理数据库中的矢量数据进行预处理，以形成对应的图层数据集；步骤S130、根据图层数据集的空间坐标系形成对应的切割网格，在切割网格和预定义切割参数下对图层数据集进行瓦片切割；步骤S140、对切割形成的矢量瓦片进行优化和/或压缩，以减少矢量瓦片的传输量；步骤S150、聚合优化和/或压缩后的矢量瓦片，形成矢量瓦片数据集，以进行存储。

如上所述的针对空间地理数据的切片方法，其中，优选的是，步骤S130包括如下子步骤：步骤S131、根据图层数据集中各图层的空间坐标系建立切割网格；步骤S132、将不同的图层数据集均映射至切割网格内，并根据切割网格对不同的图层数据集均进行瓦片切割。

如上所述的针对空间地理数据的切片方法，其中，优选的是，空间坐标系与切割网格之间设置有转化规则，将空间坐标系下的图层数据集映射投影至切割网格内，按照切割网格所覆盖的范围对不同的图层数据集进行切割，形成具有指定空间参考和范围的矢量瓦片。

如上所述的针对空间地理数据的切片方法，其中，优选的是，根据各个缩放级别所代表的屏幕分辨率和比例尺，在保持地图要素表达清晰的前提下，对矢量数据进行简化和抽稀，以预处理矢量数据，减少不必要的数据。

如上所述的针对空间地理数据的切片方法，其中，优选的是，在不同的缩放级别下对矢量瓦片进行二进制格式编码和键-值映射编码，形成矢量瓦片缓存，将各图层数据集对应的矢量瓦片缓存合并为一个瓦片，以进行优化处理。

如上所述的针对空间地理数据的切片方法，其中，优选的是，采用浏览器及HTTP服务器支持的GZIP压缩格式对合并形成的瓦片进行压缩处理。

如上所述的针对空间地理数据的切片方法，其中，优选的是，对合并形成的瓦片进行压缩后，将其进行聚合，形成了矢量瓦片数据集。

一种针对空间地理数据的渲染方法，接收上述任一项所述的矢量瓦片数据集，对矢量瓦片数据集进行渲染，具体包括如下步骤：步骤S310、解析预先配置好的样式描述；步骤S320、解析矢量瓦片数据集中各个图层的矢量瓦片中的矢量数据并转换为目标坐标系数据；步骤S330、依据样式描述及目标地图的显示坐标系，对解析到的每个图层中的矢量数据均进行坐标转换和图形渲染，形成地图进行显示。

如上所述的针对地理空间数据的渲染方法，其中，优选的是，依据切割网格，以及目标地图所用的坐标系，通过坐标系参数库和对应的坐标投影变换方法，将矢量瓦片中的原始数据转为目标地图视图所用坐标系数据；依据样式描述将矢量数据中的地理要素绘制成点、线、面，并对其渲染外观；依据样式描述将矢量数据中的非地理要素在指定位置绘制成文字注记、图标，并对其渲染文字效果。

如上所述的针对地理空间数据的渲染方法，其中，优选的是，通过不同的线程并行处理解析样式描述、解析矢量瓦片数据集、对矢量数据进行渲染。

相对上述背景技术，本申请所提供的针对地理空间数据的切片方法及渲染方法，可以使得矢量瓦片在不同的坐标系视图中显示，并且提高矢量瓦片的加载速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的针对空间地理数据的切片方法的流程图；

图2是本申请实施例提供的对图层数据集进行瓦片切割的流程图；

图3是本申请实施例提供的针对空间地理数据的渲染方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的针对空间地理数据的切片方法的流程图。

本申请提供了一种针对空间地理数据的切片方法，包括如下步骤：

步骤S110、将在空间坐标系下采集的矢量数据导入地理数据库中；

采集空间坐标系下的点、线、面等矢量数据，例如：采集Web墨卡托坐标系（国际通用坐标系统，是网络电子地图主要使用的坐标系）下的点、线、面等矢量数据、采集CGCS2000坐标系下的点、线、面等矢量数据。

待采集到矢量数据后，将矢量数据导入到地理数据库中，由于是在一定的空间坐标系下采集的矢量数据，因此在将矢量数据导入到地理数据库中时，还携带了矢量数据所归属的空间坐标系的信息。

步骤S120、将地理数据库中的矢量数据进行预处理，以形成对应的图层数据集；

对地理数据库中存储的表示同一范围的矢量数据进行预处理。作为举例，采集存储在地理数据库中的矢量数据是大比例视图下（例如国家范围内）的矢量数据，那么这些矢量数据必然是众多的，太多的矢量数据会堆叠在一起，太过详尽的矢量数据对于查看也没有意义，因此要根据各个缩放级别所代表的屏幕分辨率和比例尺等，在保持地图要素表达清晰的前提下对矢量数据进行简化和抽稀（比如：百度地图在北京市整个范围看时，只显示重要的地标单位；随着放大，会逐渐显示更多的东西），以预处理这些矢量数据，减少不必要的数据，从而避免全部的要素叠加在一起，导致看不到主要目标，并大幅减少数据量。

待对矢量数据进行预处理后，将属于同一展示范围（例如：同一比例尺）的矢量数据放入一个图层数据集中，同理在不同展示范围（例如：不同比例尺）下对形成图层数据集，从而形成了对应的图层数据集，以满足后续对地图不同范围的展示需求。这里的图层数据集是以不同数据集的形式表示不同的图层，图层中包含地理数据和非地理数据，其中，地理数据是指表示点、线、面等地理要素的矢量数据，非地理数据是指表示文字注记、图标等非地理要素的属性信息。由于矢量数据携带了其所归属的空间坐标系的信息，因此由矢量数据预处理形成的图层数据集中也携带了相应的空间坐标系的信息。

步骤S130、根据图层数据集的空间坐标系形成切割网格，在切割网格下对图层数据集进行瓦片切割；

具体的，如图2所示，包括如下子步骤：

步骤S131、根据图层数据集中各图层的空间坐标系建立切割网格；

由于矢量数据可能是在不同的空间坐标系下采集的，例如：在Web墨卡托坐标系下采集的矢量数据、在CGCS2000坐标系下采集的矢量数据，而不同的空间坐标系之间不兼容或其精度不同，从而影响了在图层数据集中以统一的规则进行瓦片切割。

因此，建立切割网格，使不同空间坐标系下的图层数据集映射至预定义的切割网格内，从而使得图层数据集中的矢量数据不再具有投影或坐标系信息，避免了不同空间坐标系不兼容或精度不同而对瓦片切割造成的影响。

具体的，切割网格使用的是整数存储网格坐标，而空间坐标系使用的是双精度浮点型坐标，整数存储网格坐标与双精度浮点型坐标之间具有一定的转化规则。例如：将Web墨卡托坐标系与切割网格之间设置一个预定的转化规则，通过该转化规则可以将Web墨卡托坐标系下的图层数据集映射至切割网格内，从而使得图层数据集不再具有投影或坐标系信息；将CGCS2000坐标系与切割网格之间设置另一个预定的转化规则，通过该转化规则可以将CGCS2000坐标系下的图层数据集映射投影至切割网格内，从而使得图层数据集不再具有投影或坐标系信息。

步骤S132、将不同的图层数据集均映射至切割网格内，并根据切割网格对不同的图层数据集均进行瓦片切割；

具体的，通过空间坐标系与切割网格之间设置的转化规则，将空间坐标系下的图层数据集映射投影至切割网格内，然后按照切割网格所覆盖的范围对不同实际展示范围的图层数据集进行切割，从而形成若干行和列具有指定空间参考和范围的矢量瓦片。其中，空间参考是坐标系的另一种说法，每个坐标系都有一个参考的近似的地球体，在这里指定空间参考就是预设的切割网格；范围是指瓦片的坐标范围，即该瓦片代表了某个范围的数据。

步骤S140、对切割形成的矢量瓦片进行优化和/或压缩，以减少矢量瓦片的传输量；

具体的，将矢量瓦片抽象编码为二进制格式，由于二进制格式是计算技术中广泛采用的一种数制，是用0和1两个数码来表示的数，而地理坐标点使用双精度浮点坐标，例如：110.237979801230147，会占用大量的空间，因此将矢量瓦片抽象编码为二进制格式，从而可以减小矢量瓦片的数据大小。

另外，还可以遍历矢量瓦片内的矢量数据的属性信息，并将不同类型的属性信息编码为不同的键-值映射，通过仅存储键-值映射中的键值，以避免信息的重复，减小矢量瓦片的数据大小。

在不同的缩放级别下均对矢量瓦片进行上述二进制格式编码和键-值映射编码，形成矢量瓦片缓存，从而使得矢量瓦片缓存的数据大小较小，进而节省了存储空间，也降低了数据的传输量。

此外，由于是通过不同图层数据集在切割网格下形成的矢量瓦片，因此生成的矢量瓦片对应于不同的图层数据集，也就是说矢量瓦片缓存也是对应于不同的图层数据集。本申请中，优选将各图层数据集对应的矢量瓦片缓存合并为一个瓦片，以进行优化处理，从而减少了客户端对同一切割网格的网络请求。

在此基础上，将合并形成的瓦片进行压缩处理，从而降低数据的存储量和数据的传输量，优选的采用了浏览器及HTTP服务器支持的GZIP压缩格式对合并形成的瓦片进行压缩处理。

步骤S150、聚合优化和/或压缩后的矢量瓦片，形成矢量瓦片数据集，以进行存储。

将进行优化处理而合并形成的瓦片，以及对合并形成的瓦片进行压缩后，将其进行聚合，形成了矢量瓦片数据集，将矢量瓦片数据集存储在服务器，待客户端或者WEB服务器进行请求时，将存储在服务器上的矢量瓦片数据集通过网络传输给客户端或者WEB服务器。

本申请中，通过切割网格可以将多种空间坐标系下的矢量数据转换为矢量瓦片，从而使得切割瓦片的坐标系是一个通用坐标系，进而最终在客户端（比如：浏览器sdk）中将其转换为对应坐标系的坐标；同时还通过优化/压缩减少了矢量瓦片的数据大小，能够节省存储空间、减少了矢量瓦片的并发请求数量、降低了矢量瓦片的网络传输负荷、减少了网络加载时间。

请参阅图3，图3是本申请实施例提供的针对空间地理数据的渲染方法的流程图；

本申请还提供了一种针对空间地理数据的渲染方法，接收上述实施例中形成的矢量瓦片数据集，然后对矢量瓦片数据集进行渲染，具体包括如下步骤：

步骤S310、解析预先配置好的样式描述；

具体的，样式描述中定义了目标地图所要显示的坐标系；定义了点、线、面、文字注记、图标等元素的渲染规则（如颜色、不透明度、描边、大小、粗细等），应用各项渲染规则组合形成了渲染后的效果。

步骤S320、解析矢量瓦片数据集中各个图层的矢量瓦片中的矢量数据并转换为目标坐标系数据；

其中，图层中包含地理数据和非地理数据，地理数据是指具有表示点、线、面等地理要素的矢量数据，非地理是指表示文字注记、图标等非地理要素的属性信息。当客户端或者浏览器接收到存储在服务器中的矢量瓦片数据集后，对矢量瓦片数据集进行解析及坐标转换，转换为目标坐标系数据，得到矢量瓦片数据集中不同图层的矢量瓦片中的点、线、面、文字注记、图标等矢量数据。矢量瓦片元信息中包含其原始坐标系属性，由于不同应用中会使用不同的坐标系，客户端程序中内置了一套坐标转换参数库以及坐标转换方法，能够将矢量瓦片的原始数据经过投影变换转为地图所用坐标系的坐标数据。

步骤S330、依据样式描述及目标地图的显示坐标系，对解析到的每个图层中的矢量数据均进行坐标转换和图形渲染，形成地图进行显示。

具体的，依据矢量瓦片数据的切割定义的切割网格，以及目标地图所用的坐标系，通过坐标系参数库和对应的坐标投影变换方法，将矢量瓦片中的原始数据转为目标地图视图所用坐标系数据。依据样式描述将图层中的地理要素绘制为点、线、面表示的地理类型，然后依据样式描述中的颜色、不透明度等属性为其渲染外观，以完成对地理要素矢量数据的渲染。另外，还依据样式描述将图层中的非地理要素表示为文字注记、图标等，根据其对应的地理要素将文字标注、图标等绘制在指定的位置，并为其渲染文字效果，以完成对地理要素属性信息的渲染。

由于文字标记通常其长度不一，并且还可能存在其注记点靠近造成的文字重叠现象，因此本申请中在将文字标注绘制在指定的位置的时候，可以将文字标注进行换行处理以及碰撞检测，以使文字标注绘制在其地理位置附近、隐藏部分注记、避免叠加造成注记难以看清。

在上述基础上，为加快渲染速度，通过多个独立于主线程的工作线程并行处理通过样式描述进行渲染的工作。具体的，通过不同的线程并行处理解析样式描述、解析转换矢量瓦片数据集、对矢量数据均进行渲染。更进一步的，通过不同的线程并行处理对地理要素矢量数据的渲染和非地理要素矢量数据的渲染。另外，本申请对于针对空间地理数据的渲染方法的实施，需要一个地图样式配置Web程序和矢量瓦片渲染客户端。

本申请将矢量瓦片进行地图渲染的过程中，使用各个工作线程承担解析和渲染，能够有效提高海量数据的解析能力，加快渲染速度，避免阻塞主线程的计算和作业流程，从而避免造成页面卡顿。另外，根据渲染规范形成一定的样式描述，根据样式描述将矢量瓦片中的地理要素渲染显示出来，支持高分屏幕，并且渲染速度更快，效果更清晰。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种针对空间地理数据的切片方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S110、将在空间坐标系下采集的矢量数据导入地理数据库中；

步骤S120、将地理数据库中的矢量数据进行预处理，以形成对应的图层数据集；

步骤S130、根据图层数据集的空间坐标系形成切割网格，在切割网格下对图层数据集进行瓦片切割；

步骤S140、对切割形成的矢量瓦片进行优化和/或压缩，以减少矢量瓦片的传输量；

步骤S150、聚合优化和/或压缩后的矢量瓦片，形成矢量瓦片数据集，以进行存储。

2.根据权利要求1所述的针对空间地理数据的切片方法，其特征在于，步骤S130包括如下子步骤：

步骤S131、根据图层数据集中各图层的空间坐标系建立切割网格；

步骤S132、将不同的图层数据集均映射至切割网格内，并根据切割网格对不同的图层数据集均进行瓦片切割。

3.根据权利要求2所述的针对空间地理数据的切片方法，其特征在于，空间坐标系与切割网格之间设置有转化规则，将空间坐标系下的图层数据集映射投影至切割网格内，按照切割网格所覆盖的范围对不同的图层数据集进行切割，形成具有指定空间参考和范围的矢量瓦片。

4.根据权利要求1-3任一项所述的针对空间地理数据的切片方法，其特征在于，根据各个缩放级别所代表的屏幕分辨率和比例尺，在保持地图要素表达清晰的前提下，对矢量数据进行简化和抽稀，以预处理矢量数据。

5.根据权利要求1-3任一项所述的针对空间地理数据的切片方法，其特征在于，在不同的缩放级别下对矢量瓦片进行二进制格式编码和键-值映射编码，形成矢量瓦片缓存，将各图层数据集对应的矢量瓦片缓存合并为一个瓦片，以进行优化处理。

6.根据权利要求5所述的针对空间地理数据的切片方法，其特征在于，采用浏览器及HTTP服务器支持的GZIP压缩格式对合并形成的瓦片进行压缩处理。

7.根据权利要求6所述的针对空间地理数据的切片方法，其特征在于，对合并形成的瓦片进行压缩后，将其进行聚合，形成了矢量瓦片数据集。

8.一种针对空间地理数据的渲染方法，其特征在于，接收矢量瓦片数据集，对矢量瓦片数据集进行渲染，其中矢量瓦片数据集是依据权利要求1-7任一项所述的针对空间地理数据的切片方法得到的，具体包括如下步骤：

步骤S310、解析预先配置好的样式描述；

步骤S320、解析矢量瓦片数据集中各个图层的矢量瓦片中的矢量数据并转换为目标坐标系数据；

步骤S330、依据样式描述及目标地图的显示坐标系，对解析到的每个图层中的矢量数据均进行坐标转换和图形渲染，形成地图进行显示。

9.根据权利要求8所述的针对空间地理数据的渲染方法，其特征在于，依据切割网格，以及目标地图所用的坐标系，通过坐标系参数库和对应的坐标投影变换方法，将矢量瓦片中的原始数据转为目标地图视图所用坐标系数据；依据样式描述将矢量数据中的地理要素绘制成点、线、面，并对其渲染外观；依据样式描述将矢量数据中的非地理要素在指定位置绘制成文字注记、图标，并对其渲染文字效果。

10.根据权利要求8或9所述的针对空间地理数据的渲染方法，其特征在于，通过不同的线程，对解析样式描述的操作、对解析矢量瓦片数据集的操作、对矢量数据进行渲染的操作并行处理。

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