嵌入式GIS地圖快速顯示方法的應用

　　對于矢量數據的分塊方法分別是對點(diǎn)、線(xiàn)、面的矩形分割， 即將地圖數據根據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)， 系統只需根據顯示層次讀入與顯示覆蓋區域相交的部分圖塊， 快速將地圖繪制在屏幕上。

　　在對地圖數據進(jìn)行分塊處理時(shí)， 需要重點(diǎn)考慮分割圖塊的大小。 因為一定矢量數據劃分的圖塊較大， 則讀入內存的非屏幕顯示區域的數據就會(huì )越多， 增加了不必要的冗余數據； 而數據劃分的圖塊越小， 讀取數據的準備時(shí)間就越長(cháng)， 且對矢量數據的分割還會(huì )增加顯示的數據量， 也會(huì )影響顯示速度。 因此在數據分塊時(shí)要根據實(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(cháng)×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量為N, 縱向劃分圖塊數量為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）推導得該地圖應劃分為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度當前顯示范圍所涉及的矢量數據， 因此還需建立空間索引。針對逐層分塊的地圖組織策略， 建立了基于文件存儲的網(wǎng)格索引。

　　基于文件的網(wǎng)格索引以索引文件存儲索引數據， 通過(guò)名為POSITION 的位置指針可以對每個(gè)空間目標的首地址進(jìn)行快速定位， 具有操作簡(jiǎn)潔、直接訪(fǎng)問(wèn)、適應廣泛的優(yōu)點(diǎn)， 其索引結構如圖3 所示。

圖3 基于文件的網(wǎng)格索引結構圖

　　索引數據按地圖層次存儲， 每層索引數據與相應的地圖分層數據對應。 索引數據結構包括索引頭、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據的名稱(chēng)、編號和劃分層數； 層次描述信息包括各層次的編號、左下角點(diǎn)坐標、分塊的寬度和高度、分塊的行數和列數以及該層圖塊索引在索引文件中的位置； 圖塊索引內容主要包括圖塊數據在地圖數據文件中的位置指針及其地理要素概要信息， 包括標識、要素類(lèi)型編碼、外接矩形、占用存儲空間大小等。

　　建立網(wǎng)格索引后， 地圖顯示時(shí)系統首先計算出當前層次覆蓋顯示區域的圖塊； 然后根據每個(gè)圖塊的地理要素信息進(jìn)行重復顯示判斷， 過(guò)濾掉已經(jīng)顯示的地理要素； 再根據位置指針， 從地圖文件中讀取該圖塊的矢量數據， 進(jìn)行顯示處理。 因此網(wǎng)格索引能直接過(guò)濾掉非屏幕顯示區域圖塊及地理要素， 極大地減少地圖數據的讀取量， 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據， 有效縮短了檢索時(shí)間。

　　4 性能測試與分析

　　為驗證本文設計的嵌入式GIS 地圖快速顯示方法的有效性， 本文選擇UT6410 開(kāi)發(fā)板搭建嵌入式試驗平臺進(jìn)行了測試。 實(shí)驗平臺擁有主頻667MHz 的ARM處理器、128MB 內存、8GB SD 卡存儲器和分辨率800×480 的顯示屏幕， 并搭載嵌入式Linux 系統； 測試地圖是比例尺分別為1:50 000 和1:250 000 同一地區的全要素矢量地圖。 實(shí)驗將采用本文方法及未采用本文方法時(shí)直接全圖讀入內存顯示方法的地圖顯示性能進(jìn)行了對比測試， 實(shí)驗結果參見(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比

　　由實(shí)驗結果可以看出， 在矢量地圖數據相同的條件下， 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， 并達到了平滑漫游和縮放的顯示要求。

　　5 結語(yǔ)

　　為使矢量地圖能夠在嵌入式GIS 平臺上實(shí)現快速顯示， 本文基于對矢量地圖顯示數學(xué)模型的分析， 從減少地圖非屏幕顯示區域的數據量和快速檢索并調度當前顯示數據兩方面入手， 引入LOD 思想構建了逐層分塊地圖數據組織模型， 結合嵌入式矢量地圖數據訪(fǎng)問(wèn)特點(diǎn)重點(diǎn)研究了地圖分層、分塊的策略及實(shí)施， 并在此基礎上建立了文件存儲的網(wǎng)格索引。 定性分析和實(shí)驗結果表明， 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。