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WGS 1984 Web Mercator 对于在线地图服务的意义

    作者:Flyingis 
 
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    WGS 1984是3S应用的常用大地坐标系之一,和我们的生活息息相关,最典型的应用莫过于手持设备的GPS模块,无论是美国GPS全球卫星定位系统、俄罗斯 GLONASS、欧盟GALILEO,还是中国北斗,都提供了基于WGS 1984坐标系的定位,单位是度分秒,因此不少空间数据都是基于该坐标系,能够方便的进行GPS数据的叠加与分析。

    在WebGIS应用中,“GPS+基础地图服务”应用模式,使用WGS 1984坐标系是最方便了,但是更多的时候,特别是包含小比例尺地图时,我们需要将地图进行投影显示,投到一个平面上,否则,只能像Google Earth一样用球体显示世界地图。一种常规的投影方式是正轴等距圆柱投影,百度百科上的定义:
 
    正轴等距离圆柱投影又称“方块投影”、“方格投影”。圆柱投影中的一种。设圆柱投影面与赤道相切,按经线长度不变条件将经纬线网投影到圆柱面上,再沿一母线剖开展平。这种投影图上,纬线是一组等距平行直线,纬线间隔与实地等长;经线是与纬线垂直的等距平行直线,经线间隔在赤道上与实地相等,离赤道越远越放长;经线与纬线构成方格形(矩形)网格。沿经线方向无长度变形,其面积与角度的变形线与纬线平行,变形值由赤道向高纬度增大。适用于沿赤道或低纬度东西延伸地带的地图。
 
    如果不理解,拿个橙子做个实验就清楚了,典型的例子就是早期ArcGIS Online上的在线地图服务:
    http://server.arcgisonline.com/ArcGIS/rest/services/ESRI_StreetMap_World_2D/MapServer?f=jsapi

    地图学中老师说过,任何投影方式都有优点和缺点,在全球(国家或省级)基础地图服务或公共基础地图服务的应用领域,我们会发现里面存在两个隐蔽的问题,使正轴等距离圆柱投影的优点显得不痛不痒,甚至成为缺点:
 
    1.要利用其优点,研究区选择赤道周围地区。
    对于全球地图服务来说,赤道区域仅仅是其中很少的一部分,对于公共基础地图服务来说,仅需要低纬度地区且呈条带状东西延伸的应用非常有限。地图的角度变形大,无法正确进行地物之间方位的判断。
 
    2.经线逐步变形,纬线间隔与实地等长。
    全屏显示时,地图可以最大限度占据屏幕空间(地图长宽比是2:1),导致的结果是更多的数据量和硬盘存储空间。
 
    我们看美国大片、高清电影都喜欢宽屏,播放器左右长度占满整个显示器,视觉效果舒服。但对于地图服务来说,意味着大量的地图数据,以世界地图服务为例,大家试想,相同比例尺下,假如地图投影后是正方形(地图长宽比是1:1),同样能显示世界范围的地图服务,地图上下宽度占满显示器,那么地图左右将留出一片空白,相比前者能够节省出一半的空间。有人可能会疑问现在硬盘越来越便宜,存储量越来越大,存储问题还是问题吗?对于一般应用确实不必过于担心,但对于公共基础地图服务来说,长宽比从1:1变为2:1犹如蝴蝶效应,在大比例尺级别会带来巨大的数据量。
 
    举个小例子,一般情况下,采用WGS 1984坐标系和512×512切图,在L13(第十四级)将产生1,237,819张图片,而在切图大小相同的WGS 1984 Web Mercator投影坐标系下,L13图片数量将减少一半,这么多小图片,数量少一半还是有诱惑力的吧,并且还可以通过其他方法来进一步进行优化。说了这么多,这里才引出这篇文章的主题--Web Mercator投影,现在主流的在线地图使用的投影,如Google Map,Bing Map,MapABC等等。为什么采用这种投影方式呢?
 
    1.Web Mercator投影地图范围小一半,节省了50%空间。
    2.基于Web的应用需要关注客户端的用户体验,图片切片大容易造成传输缓慢,大片面积的图片无法及时响应,因此可以通过减少图片切片的大小改善用户体验。采用256×256切图,图片数量将增加4倍,综合第一点,图片数量整体增加2倍。在正轴等距离圆柱投影情况下,相比Web Mercator,使用256×256大小切片,将增加8倍的图片数量!
    3.Web Mercator投影地图在两极面积变形极大,并且无法显示高纬度的地图信息,这点在公共地图服务的应用中显得微不足道,南极和北极的人们不会在意你对他们的遗忘,但这些缺失却保证了地图方向和相互位置的正确性,在航海和航空中常常应用,用户在查询地物方向时也不会出错。
 
    ESRI在ArcGIS Online上新增了一系列Web Mercator投影的地图服务,这里还有一个原因:
 
    4.能够和主流的地图服务进行mashup

    所以有了现在的全球在线地图服务:
    http://server.arcgisonline.com/ArcGIS/rest/services/World_Street_Map/MapServer?f=jsapi
 
    更多的地图服务:
    http://blogs.esri.com/Support/blogs/arcgisonline/archive/2009/12/22/arcgis-online-maps-updated-and-migrated-to-google-maps-bing-maps-tiling-scheme.aspx
 
    用最精简的几句话概括WGS 1984 Web Mercator意义:
 
    相同情况下,地图范围更小,减少图片数量==>可以采用256×256切片大小,增加了图片数量,但提升了网络用户体验;
    保证地图方向和相互位置的正确性;
    主流地图服务相互mashup
 
    做公共地图服务,有更好的投影方式吗?

posted on 2010-01-28 10:11 Flyingis 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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