相传在中国古代有一门叫"堪舆"的专业。 它不关心时事政治和人际关系,而是将目光投向辽阔的大地,深入研究山川走向和河流分布,以推动国家基础设施建设和军事的发展。它默默无闻,却为社会培养了一大批杰出人才,其优秀毕业生有: 当然,还有一些其他大佬,如半路转行天文,编制《大衍历》的著名僧人一行,兼修国际关系,撰文描写柬埔寨风土的大使周达观,震惊考古界的盗墓奇人张起灵等…这里就不一一提及。 时间发展到现代,堪舆改头换面,在保留一些核心内容的基础上,改名测绘,同时引入计算机技术,紧跟时代潮流。 虽然新名字比较直白,专业也经常被人误解成画地图的,但这里我可以用我满分的阅读理解,严肃申明,它不是画图,不是画图,不是画图, 它明明是测量+画图!就算是画图,也是计算机画! 今天我就奔着 八卦 探索的精神,带着大家一起掀开这个熟悉又陌生专业的面纱一角,以它的代表作,手机地图为例,来看一下测 绘到底是如何用计算机画出一张地图的。 数据采集处理 测绘,测绘,要先从测量说起,毕竟没有测量,哪来数据,没有数据,怎么画图? 一位名人曾经说过:世上的万物都可以用是什么、为什么、怎么办来解析, 换成测量,那大概是测什么和怎么量。 先来看测什么。 这个主要取决于地图的用处。比如森林分布图,就省略其他,专测森林;地形图,不管区划,测得就是地形。身为手机地图,专注导航三十年,主要就是道路,当然住宅区、河流等也是必不可少的,不然走到河里怎么办? 除此之外,还有一些生活中必不可少的场所,如学校、商场、餐馆、景点等。它们以出色的消耗空白时间能力,引得大量人趋之若鹜,对提升生活品味起到了不可替代的作用。 这些人人感兴趣或被迫感兴趣的地点,叫做兴趣点,它也是测量的重点。 要测量的事物选择好了,接下来就是怎么量。是直接量,还是间接量?直接量的话,用什么工具?全站仪、水准仪、还是进行摄像航拍?这里面大有讲究。 若是直接测量,选择全站仪等工具,步骤一般是先确定被测事物的特征点,如小区的四角、道路起始、中间点等,再用仪器测量每个点的x、y坐标,输入计算机中。这些x、y值,叫做矢量数据。 现实事物可以抽象为点、线、面,矢量数据用坐标(X,Y)来表示点;如树木,一连串的坐标集合(X1,Y1,X2,Y2……Xn,Yn)表示线,如河流;至于树林等,可看做是一个面,也用坐标集合表示,只不过首尾的坐标相同。 若用摄像航拍进行测量,我们得到的就是一幅影像。将它放到最大,会发现整幅图变成了一个个的小格子,每个格子里内容不一。这些格子,也叫单元,就是栅格数据。 拿绘画作比,现在要为你们的"老公""老婆"画一幅肖像画,矢量数据就是三庭五眼等关键点,在此基础上形成的 肖像矢量图,描述精确,多余数据较少,且图像由数字计算得来,放大缩小不受分辨率影响。 栅格肖像图则是由一个个方格拼成人脸的形状,虽然外在看起来一样,但在一些五官轮廓线位置,方格再小,也会有多余数据。且单个方格太大,人脸无法准确呈现,太小,数据量剧增。这些特性导致 最终形成的栅格图,占用存储空间大,冗余度高,且在放大时,图像容易模糊。 我们的 手机地图,需要精准描述的同时,储存空间越小越好,最好还要有一定的交互能力,像标记一个收藏点等。这些要求,矢量地图比栅格地图更能满足, 故而我们更多使用矢量数据来进行制作。 当然,身为一个懒癌重度患者,要我冒着阳光和大雨,背着重重的仪器去亲自走遍城市的每一个角落,总是有点残忍,这个时候,还有一个解决办法,使用间接方法获取数据。 最常用的一种就是 扫描矢量化,即将栅格地图转化成矢量数据, 现有地图、遥感数据、其他格式等数据也能进行转化。 但是在转化时要注意不同地图使用的坐标系是否相同,不同时需进行 投影变换,即将原地图投影点的坐标统一变换为我们需要的地图投影点的坐标。 现代计算机工具基本都提供这一服务,只需要你动动小食指即可完成。 数据入库 好了,辛苦半天,终于将数据采集完毕,菜搞到手,接下来当然是——放仓库了! 咳咳,言归正传,接下来就是数据入库。 这个库,小名仓库,大名数据库,总之它就是个存放数据的仓库,我们采集到的新鲜数据按照一定规则放入其中。 就像图书馆,小说放在小说的书架上,找起来才会so easy。这个规则就是数据模型,也是现实世界事物间的联系在计算机中的表达。举个例子,你家房子前面是道路,这种神秘的关系放在计算机中就变成了一个数据模型。 存是为了用,存进去容易,但也要取出来方便。但一个数据库中常常存储着千万甚至上亿条数据,仅凭搜索,嗯,可能要找到猴年吧... 为了提高搜索效率,一个目录的建立势在必行,这个目录就是空间索引。 面对我们采集到的现实生活中千奇百怪的图元,传统索引为了减少计算量,在它们外面都罩了一个小矩形。 这样计算方便了,但图元本身的多样性和复杂性也看不到了,且矩形总会有重叠,就造成了图元之间的空间关系相互纠缠。简单点来说,就是一篇课文同时出现在多个章节中。查到的数据量多,输出的自然就慢。 为了更加精准的检索, 超擎自主研发了云索引技术 ,基于类分形学思想,利用极少的参数,还原出复杂的图形。 不仅无需对数据进行预处理,而且高效读取、快速传输,几 何级 减少数据传输量,真正实现了"海量数据,秒级响应"。 地图制作 终于可以进入真正的绘图环节了,这里必须隆重介绍一下制图专用锅: 它是地图制作的工具,但功能却不仅限于此,毕竟,锅除了烧水,人家还能蒸馒头啊。 面对令人头秃的海量数据,GIS使出了自己的秘籍——分层, 根据不同属性将数据分为若干集合,也就是图层。 例如把第一层分给建筑,所有的建筑都住在这一层,这层就叫建筑图层; 第二层给水,在水图层,管你是大湖、小湖,全都待在这里。 其他以此类推…. 最终的成图需要哪些层,GIS就找出这些图层,按顺序叠放,一张成图就这么形成了 当然,就算再怎么滤镜,一个不可辩驳的事实是,这个新出生的地图宝宝,长得确实…有点丑。 不仅样式单一,且颜色随机,很有可能出现大红配大绿的乡土style,让人不忍直视。 然而,生活中还有一个广为流传的定律——世界上没有丑女人,只有懒女人,放在地图上也同样合适,没有丑地图,只有没经过 图层符号化的地图。 减个肥,化个妆, 不是,是改个样式,换个颜色,你也可以! 例如遵循惯例,将河流设为蓝色,铁路线设成黑白线段,将一些学校、商场换成自己的默认图标等等… 一张崭新的地图就此生成,一些心机地图,还会 定制自己的专属妆容,来个月光银、极夜蓝或夜妆,分分钟杀出重围荣登C位。 地图发 对于传统的地图来说,制图完成的同时,发布也相应完成。但对于互联网上的用户来说, 制成只标志着你自己能看,距离大家能看,还有一个发布的距离。 大家怎么能看到你的图呢,答案就是宽带。它是一条有限的小路,如果你马车装的电子地图太大,很有可能卡在路上,反应在大家的界面上,就是持续搜索不到,一直转菊花…. 针对这个难题,人们想了一下,太大,那就切片啊,我们小片过总行了吧。 如栅格切片,它以原图为底片,重新采样,不断放大栅格单元,形成分辨率由低到高、数据量由小到大的金字塔。 这样,其他人浏览的时候,看什么就给对应的小片,当放大或缩小时,系统也会自动基于显示比例尺,选择最合适的金字塔层进行显示。 But,这个金字塔的建立实在太费时间,也占用了大量的存储空间。并且反应较慢,高冷非常,外界再怎么变,除非再次渲染,你得到的都是之前的地图结果。这就捅了马蜂窝了,举个例子,一个地方的商场因为规划关门迁移,但由于没重新切片渲染,按照导航走过去后,百分百会发生白跑的悲剧。 关键时刻,矢量切片应运而生。 类似的名字,注定了它们肯定有哪里相似。 矢量切片是将矢量数据以建立金字塔的方式,像栅格切片那样分割成一个一个瓦片。 不同的是,它体积小,数据信息损失小,还可灵活改变样式;接到请求时,只返回对应图层,而不是像栅格切片把很多专题数据渲染在一个底图中,改起来那是相当方便。 但矢量切片同样存在一定的缺陷。 既然要切,就注定需要消耗时间成本、硬件成本、人力成本,且虽然极小,但仍然有损原始的数据信息。 在此基础上, 超擎研发出矢量非切片技术,减少切片环节,无损原始数据,实现"入库即发布"、数据实时更新的效果。 从而推动了行业业务数据的有机融合,打破数据孤岛效应,满足多场景的应用需求。 最后的最后,电子地图终于可以和大家见面了,测绘的工作差不多到这也就结束了,至于想像"摸金校尉"般在地图的基础上进行深入挖掘,尽情期待扒一扒"矢量那些事"系列二吧~