瓦片地图面面观

前言

当前互联网地图迅猛发展，已经越来越深入到大众生活。而几乎所有互联网地图，如谷歌地图、百度地图、高德地图、腾讯地图、天地图，甚至是开源的OpenStreetMap等都好像有一种默契，不约而同地选择了瓦片地图来实现。

瓦片地图到底是什么？

本博客将陆续放出《瓦片地图面面观》系列文章试图揭开瓦片地图的神秘面纱。

 

什么是瓦片地图

所谓的瓦片地图实际上就是指整个地图各个缩放级别均是由一张张瓦片（通常为256*256像素的png或jpg格式图片）以一定的组织形式行列拼接而成。大家可通过迈高图的瓦片网格（打开迈高图按Ctrl+T开启瓦片网格）来直观感受下，如图1。

图1 迈高图的瓦片网格

 

主流瓦片地图

近年来各互联网大厂纷纷推出自家地图产品，当前市场上瓦片地图有二三十种之多。迈高图汇总了市面上几乎所有主流瓦片地图源，大家可以参考下。

 

常用地图源

迈高图共集成了17种常用地图源，其中包括7种无偏移地图源。

• 谷歌地球：无偏移、WGS84坐标系、经纬直投。
• 谷歌地图（历史）：无偏移、WGS84坐标系，经纬直投。
• 谷歌地图：有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。该地图源为国内服务器，有偏移。
• 谷歌地图（国外）：无偏移、WGS84坐标系）、Web墨卡托投影。该地图源为国外服务器，无偏移。
• 天地图（墨卡托）：无偏移、WGS84坐标系、Web墨卡托投影。
• 天地图（经纬直投）：无偏移、WGS84坐标系、经纬直投。
• 百度地图：有偏移、百度坐标系（GCJ02二次加偏）、Web墨卡托投影。
• 高德地图：有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。
• 腾讯地图：有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。
• 搜狗地图：有偏移、未知坐标系（搜狗地图使用自有坐标系，该坐标系很少使用。归类于未知坐标系）、Web墨卡托投影。
• 必应地图：即BING地图，有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。
• OpenStreetMap：无偏移、WGS84坐标系、Web墨卡托投影。
• ArcGIS Imagery：ArcGIS卫星影像地图，无偏移、WGS84坐标系）、Web墨卡托投影。
• ArcGIS Street：ArcGIS街道图，有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。
• MapQuest：无偏移、WGS84坐标系，Web墨卡托投影。
• 超图：有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。
• 360地图：有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。
   

专题图地图源

迈高图共集成了9种专题图地图源，包括：海图、2.5D地图、地表覆盖图、地质图等。

• 百度个性化地图：有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。该地图源包含十多种百度地图个性化图层配色。
• 海事局海图：有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。
• 船讯网海图：有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。
• e都市2.5D城市地图：有偏移、未知坐标系（该地图源坐标系未知）、Web墨卡托投影。该地图源包含了数十个国内主要城市的2.5D地图。
• SolarGIS专题图：无偏移、WGS84坐标系、Web墨卡托投影。该地图源包含了总水平辐射、直接辐射、人口、地形晕渲、年平均温度等近十种专题图图层。
• GeoQ专题图：无偏移、WGS84坐标系、Web墨卡托投影。该地图源包含了全球水系、全球山体阴影、全球植被覆盖等专题图图层。
• CGLC30地表覆盖图：无偏移、WGS84坐标系、Web墨卡托投影。该地图源包含了全球30米地表覆盖数据。
• 全国地质图：无偏移、WGS84坐标系、经纬直投。
• 全国植被图：有偏移、火星坐标系（GCJ02）、Web墨卡托投影。

17种常用地图源将是《瓦片地图面面观》系列博文重点关注对象。

 

瓦片地图的核心要素

一个瓦片地图包含以下核心要素：

地理坐标系

地理坐标系往往是瓦片地图容易被忽视的一个核心要素，而我们将矢量数据叠加到瓦片地图时，如果产生偏移通常是因为忽视了瓦片地图的地理坐标系导致的。国内瓦片地图常用地理坐标系包括：WGS84、GCJ02、BD09，关于瓦片地图地理坐标系详见《瓦片地图面面观之地理坐标系》。

 

投影

投影决定了瓦片地图如何将地球三维球面如何展开到瓦片地图的二维平面，也直接决定了投影变形性质。国内瓦片地图常用投影包括：Web墨卡托投影和经纬度直投，关于瓦片地图投影详见《瓦片地图面面之投影》。

 

地面分辨率

地面分辨率决定了瓦片地图显示窗口系统与投影平面坐标系之间的关系，与缩放级别直接相关。地面分辨率是瓦片地图中一个非常重要的参数，基本上所有瓦片地图服务必须指定该参数。国内瓦片地图地面分辨率可归于几类，详见《瓦片地图面面观之缩放级别》。

 

瓦片组织

瓦片组织确定瓦片在投影二维平面的排列方式，也决定了如何由投影平面直角坐标系坐标值计算瓦片编号。国内瓦片地图瓦片组织也可归于几类，详见《瓦片地图面面观之瓦片组织》。

 

瓦片地图如何加载瓦片

这应该是大家最关心的一个问题，各家瓦片地图肯定有各家的实现方案，没法做一一讨论。本博文给出统一实现方案，如图：

上图表述的是：给定任意点经纬度加载该点所在瓦片的过程。

对瓦片地图而言只要明确地图窗口内任意一张瓦片编号，根据瓦片组织容易推算地图窗口内所有瓦片编号。

而瓦片加载路径与瓦片编号唯一相关。