地图下载器 002 根据下载范围获取要下载的瓦片信息

时间：2023-01-28 12:08:27

1、瓦片信息的存储方式设计

下载地图瓦片的第一步，就是要计算出要下载哪些地图瓦片。根据上篇内容，我们了解了谷歌瓦片组织的理论知识，现在就需要写代码实现这些内容。

一般情况下，我们会选择一个矢量面文件作为下载的范围，需要计算出这个矢量面数据覆盖了哪些瓦片，并存储起来。存储的时候，需要记录每个瓦片的x、y和z，分别代表在x方向上的瓦片索引、y方向上的瓦片索引以及级别。

最开始的时候，我是使用xml文件记录这些数据，但后面继续开发的时候，老觉得当瓦片数据非常大的时候，例如当瓦片有几十万条的时候，xml需要一次性存储和打开，此时可能会有性能问题。其次xml数据不直观，不能直接展示每个瓦片的位置和范围。所以最终决定用Shape文件存储瓦片。Shape文件的定义规则如下。

1、面Shape文件，空间参考为WGS1984SphereWebMercator；

2、字段包含x、y和z都是int类型，分别代表在x方向上的瓦片索引、y方向上的瓦片索引以及级别。

2、下载的瓦片计算实现

1、获取下载范围的外包矩形框，得到左上角和右下角的坐标值。

因为方便，我们依然在ArcObejcts SDK的基础上开发，如果大家不想依赖ArcObejcts SDK，可以基于开源的 DotSpatial或者SharpMap都可以。首先我们打开下载范围的Shape文件，获取数据的外包矩形，进而得到左上和右下角的坐标值。

Type myType = Type.GetTypeFromProgID("esriDataSourcesFile.ShapefileWorkspaceFactory");
object myObject = Activator.CreateInstance(myType);
IWorkspaceFactory myWorkspaceFactory = myObject as IWorkspaceFactory;
IFeatureWorkspace myFeatureWorkspace = myWorkspaceFactory.OpenFromFile(System.IO.Path.GetDirectoryName(pShapeFilePath), 0) as IFeatureWorkspace;
IFeatureClass myFeatureClass = myFeatureWorkspace.OpenFeatureClass(System.IO.Path.GetFileNameWithoutExtension(pShapeFilePath));
var myEnvelope = (myFeatureClass as IGeoDataset).Extent;

2、根据级别和左上右下坐标获取要下载的瓦片信息，并保存成Shape文件。

有了左上和右下的坐标信息，就可以根据级别计算要下载哪些瓦片了。我们先创建Shape文件，创建代码如下。

string myTileShapeFile = Framework.Helpers.FilePathHelper.GetTempShapeFilePath();
List<IField> myFieldList = new List<IField>();
var myWorldMercator = Framework.Helpers.SpatialReferenceHepler.GetBySRProjCSType((int)esriSRProjCS2Type.esriSRProjCS_WGS1984SphereWebMercator);
myFieldList.Add(Framework.Helpers.FieldHelper.CreateShapeField(esriGeometryType.esriGeometryPolygon, myWorldMercator));
myFieldList.Add(Framework.Helpers.FieldHelper.CreateField("X", typeof(int)));
myFieldList.Add(Framework.Helpers.FieldHelper.CreateField("Y", typeof(int)));
myFieldList.Add(Framework.Helpers.FieldHelper.CreateField("Z", typeof(int)));
IFeatureClass myTileFeatureClass = Framework.Helpers.ShapeFileHelper.CreateShapeFile(myTileShapeFile, myFieldList);

创建后，根据范围坐标，循环等级，得到各等级的瓦片信息，写入到Shape文件中。

double myMinLng = pEnvelope.XMin;
double myMinLat = pEnvelope.YMin;
double myMaxLng = pEnvelope.XMax;
double myMaxLat = pEnvelope.YMax;

int myK = 0;
IFeatureBuffer myFeatureBuffer = myTileFeatureClass.CreateFeatureBuffer();
IFeatureCursor myFeatureCursor = myTileFeatureClass.Insert(true);
foreach (int myZoom in pZoomList)
{
    //将第一个点经纬度转换成平面2D坐标，左上点和右下点
    var myLTPoint = this.LngLatToPixel(myMinLng, myMaxLat, myZoom);
    var myRBPoint = this.LngLatToPixel(myMaxLng, myMinLat, myZoom);
    int myStartColumn = (int)(myLTPoint.X / 256);  //起始列
    int myEndColumn = (int)(myRBPoint.X / 256);   //结束列
    if (myEndColumn == Math.Pow(2, myZoom))  //结束列超出范围
    {
        myEndColumn--;
    }
    int myStartRow = (int)(myLTPoint.Y / 256);  //起始行
    int myEndRow = (int)(myRBPoint.Y / 256);   //结束行
    if (myEndRow == Math.Pow(2, myZoom))  //结束行超出范围
    {
        myEndRow--;
    }

    int myTotalTileCount = (myEndRow - myStartRow + 1) * (myEndColumn - myStartColumn + 1);
    for (int i = myStartRow; i <= myEndRow; i++)
    {
        for (int j = myStartColumn; j <= myEndColumn; j++)
        {
            myFeatureBuffer.Shape = this.RowColumnToMeter(i, j, myZoom);
            myFeatureBuffer.Value[2] = j;
            myFeatureBuffer.Value[3] = i;
            myFeatureBuffer.Value[4] = myZoom;
            myFeatureCursor.InsertFeature(myFeatureBuffer);
            myK++;
            if (myK % 1000 == 0)
            {
                myFeatureCursor.Flush();
                string myProcessMessage = "正在创建第{Zoom}级瓦片,{K}/{TotalTileCount}"
                    .Replace("{Zoom}", myZoom.ToString())
                   .Replace("{K}", myK.ToString())
                   .Replace("{TotalTileCount}", myTotalTileCount.ToString());
                pProcessInfo.SetProcess(myProcessMessage);
            }
        }
    }
}
if (myK % 1000 > 0)
{
    myFeatureCursor.Flush();
}
ComReleaser.ReleaseCOMObject(myFeatureCursor);
Framework.Helpers.FeatureClassHelper.ReleaseFeatureClass(myTileFeatureClass);
return myTileShapeFile;

该代码中有两个调用函数，一个是根据缩放级别zoom 将经纬度坐标系统中的某个点 转换成平面2D图中的点，另外一个是把行列转换成以米为单位的多边形。两个函数的定义如下。

/// <summary>
/// 根据缩放级别zoom  将经纬度坐标系统中的某个点 转换成平面2D图中的点（原点在屏幕左上角）
/// </summary>
/// <param name="pLng"></param>
/// <param name="pLat"></param>
/// <param name="pZoom"></param>
/// <returns></returns>
private IPoint LngLatToPixel(double pLng, double pLat, double pZoom)
{
    double myCenterPoint = Math.Pow(2, pZoom + 7);
    double myTotalPixels = 2 * myCenterPoint;
    double myPixelsPerLngDegree = myTotalPixels / 360;
    double myPixelsPerLngRadian = myTotalPixels / (2 * Math.PI);
    double mySinY = Math.Min(Math.Max(Math.Sin(pLat * (Math.PI / 180)), -0.9999), 0.9999);
    var myPoint = new PointClass
    {
        X = (int)Math.Round(myCenterPoint + pLng * myPixelsPerLngDegree),
        Y = (int)Math.Round(myCenterPoint - 0.5 * Math.Log((1 + mySinY) / (1 - mySinY)) * myPixelsPerLngRadian)
    };
    return myPoint;
}
/// <summary>
/// 把行列转换成以米为单位的多边形
/// </summary>
/// <param name="pRowIndex"></param>
/// <param name="pColumnIndex"></param>
/// <param name="pZoom"></param>
/// <returns></returns>
private IPolygon RowColumnToMeter(int pRowIndex, int pColumnIndex, int pZoom)
{
    double myL = 20037508.3427892;
    double myA = Math.Pow(2, pZoom);
    double myMinX = -myL + pColumnIndex * myL * 2 / myA;
    double myMaxX = -myL + (pColumnIndex + 1) * myL * 2 / myA;
    double myMinY = myL - (pRowIndex + 1) * myL * 2 / myA;
    double myMaxY = myL - (pRowIndex) * myL * 2 / myA;
    var myPolygon = new PolygonClass();
    myPolygon.AddPoint(new PointClass() { X = myMinX, Y = myMinY });
    myPolygon.AddPoint(new PointClass() { X = myMinX, Y = myMaxY });
    myPolygon.AddPoint(new PointClass() { X = myMaxX, Y = myMaxY });
    myPolygon.AddPoint(new PointClass() { X = myMaxX, Y = myMinY });
    myPolygon.AddPoint(new PointClass() { X = myMinX, Y = myMinY });
    return myPolygon;
}

此时的结果是根据下载范围的外包矩形计算出来的，所以我们还要根据下载图形对计算出的瓦片信息矢量数据进行裁切。调用ArcObjects SDK中的SpatialJoin工具，把下载范围包含以及相交的瓦片都保留下来，生成一个新的瓦片shape文件，代码如下。

var mySpatialJoin = new SpatialJoin
{
    target_features = myTileShapeFile,
    join_features = this.RangShapeFilePath,
    join_type = "KEEP_COMMON",
    out_feature_class = FilePathHelper.GetTempShapeFilePath()
};
var myGPEx = new GPEx();
myGPEx.ExecuteByGP(mySpatialJoin);
myTileShapeFile = mySpatialJoin.out_feature_class.ToString();
//把裁切后的文件拷贝到指定目录下
ShapeFileHelper.Copy(myTileShapeFile, this.TileShapeFile);

在ArcObjects SDK中做这步操作比较简单，如果自己使用C#实现，或者调用其他库去实现，会麻烦些，这也是使用ArcObjects SDK的最主要的原因。

这步操作完，瓦片信息数据的生成就完成了。

3、瓦片信息生成结果

我们根据中国范围，生成了4-6级的瓦片信息，生成的结果和中国范围数据一起在ArcMap中打开，如下图所示。

地图下载器 002 根据下载范围获取要下载的瓦片信息

我们看下该数据包含的属性信息，如下图所示。

地图下载器 002 根据下载范围获取要下载的瓦片信息

上面的图我们看着可能比较乱，因为4-6级别的瓦片都混合到一起显示的，下面我们只显示第6级的瓦片，看下效果。

地图下载器 002 根据下载范围获取要下载的瓦片信息

这样看着就清晰多了 ，把行列号按照x,y格式显示到地图上，效果如下图所示。

地图下载器 002 根据下载范围获取要下载的瓦片信息

接下来，我们就可以循环瓦片信息Shape文件中的要素，一个个下载瓦片了。

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