嵌入式GIS地圖快速顯示方法的應(yīng)用

　　對(duì)于矢量數(shù)據(jù)的分塊方法分別是對(duì)點(diǎn)、線、面的矩形分割， 即將地圖數(shù)據(jù)根據(jù)屏幕顯示范圍大小橫向分為N 份， 縱向分為M 份， 形成由N×M 個(gè)同等大小的基本地理單元組成的圖塊集合。 地圖顯示時(shí)， 系統(tǒng)只需根據(jù)顯示層次讀入與顯示覆蓋區(qū)域相交的部分圖塊， 快速將地圖繪制在屏幕上。

　　在對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理時(shí)， 需要重點(diǎn)考慮分割圖塊的大小。 因?yàn)橐欢ㄊ噶繑?shù)據(jù)劃分的圖塊較大， 則讀入內(nèi)存的非屏幕顯示區(qū)域的數(shù)據(jù)就會(huì)越多， 增加了不必要的冗余數(shù)據(jù)； 而數(shù)據(jù)劃分的圖塊越小， 讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備時(shí)間就越長(zhǎng)， 且對(duì)矢量數(shù)據(jù)的分割還會(huì)增加顯示的數(shù)據(jù)量， 也會(huì)影響顯示速度。 因此在數(shù)據(jù)分塊時(shí)要根據(jù)實(shí)際屏幕顯示尺寸和地圖比例尺綜合考慮分塊大小。

　　若已知屏幕分辨率為L(zhǎng)×W 像素， 地圖的比例尺為1:S, 地圖經(jīng)度覆蓋范圍X, 緯度覆蓋范圍Y, 地圖表示精度記為A, 地球圓周單位秒代表距離為m （m 為常量， m ≈31 米）， 記地圖橫向劃分圖塊數(shù)量為N, 縱向劃分圖塊數(shù)量為M, 則有以下公式：

　　其中， X, Y 單位為秒， A=0.1×10^-3×S.

　　以比例尺為1:50 000, 經(jīng)度范圍25', 緯度范圍15'

　　的矢量地圖和800×480 的屏幕為例， 可由式（2）推導(dǎo)得該地圖應(yīng)劃分為12×12 塊圖塊。

　　3.4 矢量地圖網(wǎng)格索引

　　如前文所述， 提高地圖顯示速度還必須使地圖顯示時(shí)能快速的從外存檢索和調(diào)度當(dāng)前顯示范圍所涉及的矢量數(shù)據(jù)， 因此還需建立空間索引。針對(duì)逐層分塊的地圖組織策略， 建立了基于文件存儲(chǔ)的網(wǎng)格索引。

　　基于文件的網(wǎng)格索引以索引文件存儲(chǔ)索引數(shù)據(jù)， 通過(guò)名為POSITION 的位置指針可以對(duì)每個(gè)空間目標(biāo)的首地址進(jìn)行快速定位， 具有操作簡(jiǎn)潔、直接訪問(wèn)、適應(yīng)廣泛的優(yōu)點(diǎn)， 其索引結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 基于文件的網(wǎng)格索引結(jié)構(gòu)圖

　　索引數(shù)據(jù)按地圖層次存儲(chǔ)， 每層索引數(shù)據(jù)與相應(yīng)的地圖分層數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)。 索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括索引頭、層次描述信息和每層劃分圖塊索引： 索引頭主要包括該地圖數(shù)據(jù)的名稱(chēng)、編號(hào)和劃分層數(shù)； 層次描述信息包括各層次的編號(hào)、左下角點(diǎn)坐標(biāo)、分塊的寬度和高度、分塊的行數(shù)和列數(shù)以及該層圖塊索引在索引文件中的位置； 圖塊索引內(nèi)容主要包括圖塊數(shù)據(jù)在地圖數(shù)據(jù)文件中的位置指針及其地理要素概要信息， 包括標(biāo)識(shí)、要素類(lèi)型編碼、外接矩形、占用存儲(chǔ)空間大小等。

　　建立網(wǎng)格索引后， 地圖顯示時(shí)系統(tǒng)首先計(jì)算出當(dāng)前層次覆蓋顯示區(qū)域的圖塊； 然后根據(jù)每個(gè)圖塊的地理要素信息進(jìn)行重復(fù)顯示判斷， 過(guò)濾掉已經(jīng)顯示的地理要素； 再根據(jù)位置指針， 從地圖文件中讀取該圖塊的矢量數(shù)據(jù)， 進(jìn)行顯示處理。 因此網(wǎng)格索引能直接過(guò)濾掉非屏幕顯示區(qū)域圖塊及地理要素， 極大地減少地圖數(shù)據(jù)的讀取量， 并通過(guò)索引文件中的POSITION 指針直接從地圖文件中查找到矢量數(shù)據(jù)， 有效縮短了檢索時(shí)間。

　　4 性能測(cè)試與分析

　　為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的嵌入式GIS 地圖快速顯示方法的有效性， 本文選擇UT6410 開(kāi)發(fā)板搭建嵌入式試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了測(cè)試。 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)擁有主頻667MHz 的ARM處理器、128MB 內(nèi)存、8GB SD 卡存儲(chǔ)器和分辨率800×480 的顯示屏幕， 并搭載嵌入式Linux 系統(tǒng)； 測(cè)試地圖是比例尺分別為1:50 000 和1:250 000 同一地區(qū)的全要素矢量地圖。 實(shí)驗(yàn)將采用本文方法及未采用本文方法時(shí)直接全圖讀入內(nèi)存顯示方法的地圖顯示性能進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果參見(jiàn)表1.

表1 采用逐層分塊法與全圖讀入法地圖顯示性能對(duì)比

　　由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出， 在矢量地圖數(shù)據(jù)相同的條件下， 采用逐層分塊并建立網(wǎng)格索引方法比未采用此方法時(shí)的地圖顯示速度提高了6~8 倍， 并達(dá)到了平滑漫游和縮放的顯示要求。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　為使矢量地圖能夠在嵌入式GIS 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)快速顯示， 本文基于對(duì)矢量地圖顯示數(shù)學(xué)模型的分析， 從減少地圖非屏幕顯示區(qū)域的數(shù)據(jù)量和快速檢索并調(diào)度當(dāng)前顯示數(shù)據(jù)兩方面入手， 引入LOD 思想構(gòu)建了逐層分塊地圖數(shù)據(jù)組織模型， 結(jié)合嵌入式矢量地圖數(shù)據(jù)訪問(wèn)特點(diǎn)重點(diǎn)研究了地圖分層、分塊的策略及實(shí)施， 并在此基礎(chǔ)上建立了文件存儲(chǔ)的網(wǎng)格索引。 定性分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 本文提供的方法能夠很好地滿(mǎn)足嵌入式環(huán)境下地圖快速顯示的要求， 有效提高地圖操作效率。