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一、背景
矢量切片技术目前已成为互联网地图的主流技术,无论是Mapbox还是高德地图、百度地图,如今打开F12看到的数据源请求不是当年传统的一张张图片切片,而是一种protobuf格式的压缩的二进制数据,如下图:
矢量切片直接复用了基于XYZ的地图切片技术原理进行数据切片(这一点和栅格切片是一样的思路),切片数据使用谷歌的Protobuf进行数据压缩以优化网络传输效率,然后在客户端结合WebGL技术进行大量地理数据的渲染。Protobuf和WebGL自2015年以来在web地图领域已成为主流技术的核心部分,而在栅格切片的年代,前端还没有进入H5和WebGL的年代,受制于当时的技术用图片直接拼图就成了必然的选择了。
二、矢量切片
矢量切片和栅格切片一样的思路,以金字塔的方式切割矢量数据,只不过切割的不是栅格图片,而是矢量数据的描述性文件,目前矢量切片主要有以下三种格式:
- GeoJSON
- TopoJSON
- MapbBox Vector Tile(MVT)
矢量切片的主要优点有:
- 服务端只关注数据, 无需进行繁琐的配图;
- 网络传输快, 因为只有括矢量数据;
- 客户端渲染, 服务端的一套矢量数据, 在客户端可以有多种的表现形式;
- 充分利用客户端硬件
- 适配客户端屏幕, 根据屏幕解析度进行高精度矢量渲染;
- 利用 OpenGL/WebGL 实现海量空间数据渲染;
目前制作矢量切片的方式主要有:
- ArcGIS 系列产品:生成矢量切片包, 上传到 ArcGIS Portal 和 Server , 这套工具最完善, 但是也最贵;
- 开源的 GeoServer :在2.11beta版中出现了对矢量切片的支持,主要依赖于开源插件geoserver-2.11-SNAPSHOT-vectortiles-plugin以及内嵌的GeoWebcahce完成切片工作。适合熟悉GeoServer的用户,操作还比较简单,缺点是切片的行列号与一般的XYZ编号不同不容易单独部署,且不同geoserver稳定性不一致,笔者曾在某些版本部署崩溃无法应用。
- 基于tippecanoe的矢量切片工具方案,该工具提供了很多高级功能在数据定制化上有很强的优势,但只能部署在Linux,并不是跨平台,只能读取geojson文件,不能直连数据库,不是很好,如果有幸您是c++开发大神,可以改下库的编译绑定平台,使其支持windows,再更改下数据源底层,使其能支持空间数据库,那么该工具会有更多的应用空间。
Mapbox,目前已经提出了一套开放的矢量切片标准,并被多个开源团队所接受。
三、Mapbox的矢量切片格式
mvt全称Mapbox Vector Tile,是Mapbox定义的一种矢量瓦片标准,是一种轻量级的数据格式,用于存储地理空间矢量数据,例如点、线和多边形。矢量切片被编码为Google Protobufs(PBF)格式,允许序列化结构化数据。Mapbox 矢量切片使用.mvt
文件后缀。数据解析原理官方文档中介绍的比较详细。这种方式可以实现数据切片渲染。
mvt矢量切片规则:
四、PostGIS生成矢量切片
PostGIS 是关系数据库 PostgreSQL 的空间扩展, 提供了强大的空间数据查询和处理能力, 对矢量切片也提供了支持, 相关的函数有:
- ST_AsMVTGeom将数据库存储的空间坐标转换为矢量切片坐标;
- ST_AsMVT将矢量空间坐标聚合为符合矢量切片格式规范的二进制数据;