Android开发之自定义地图

Android开发之自定义地图

瓦片地图：瓦片地图金字塔模型是一种多分辨率层次模型，从瓦片金字塔的底层到顶层，分辨率越来越低，但表示的地理范围不变。首先确定地图服务平台所要提供的缩放级别的数量N，把缩放级别最低、地图比例尺最大的地图图片作为金字塔的底层，即第0层，并对其进行分块，从地图图片的左上角开始，从左至右、从上到下进行切割，分割成相同大小(比如256x256像素)的正方形地图瓦片，形成第0层瓦片矩阵;在第0层地图图片的基础上，按每2x2像素合成为一个像素的方法生成第1层地图图片，并对其进行分块，分割成与下一层相同大小的正方形地图瓦片，形成第1层瓦片矩阵;采用同样的方法生成第2层瓦片矩阵;…;如此下去，直到第N一1层，构成整个瓦片金字塔。

背景
互联网地图服务商的在线地图都通过瓦片的方式提供，称为瓦片地图服务。最常见的地图瓦片是图片格式的，现在有的地图服务商也提供了矢量的瓦片数据，然后在用户端使用Canvas渲染成图片，如node-canvas实现百度地图个性化底图绘制。
在进行地图开发时，为获取特定经纬度所在区域的瓦片和获取瓦片上像素点对应的经纬度，经常需要进行经纬度坐标与瓦片坐标、像素坐标的相互转换。本文将介绍瓦片坐标相关知识，并提供高德地图、百度地图、谷歌地图的经纬度坐标与瓦片坐标的相互转换方法和转换类库–tile-lnglat-transform。

主要经纬度坐标系

国际标准的经纬度坐标是WGS84，Open Street Map、外国版的Google Map都是采用WGS84；高德地图使用的坐标系是GCJ-02；百度地图使用的坐标系是BD-09。高德地图和百度地图都提供了在线的单向坐标转换接口，将其他坐标系换化到自己的坐标系，但这种转换受限于http url请求字段长度和网络请求延迟，批量处理并不实用。离线相互转换可以通过开源JavaScript库coordtransform实现，误差在10米左右。
虽然各地图服务商经纬度坐标系不同，但某一互联网地图的经纬度坐标与瓦片坐标相互转换只与该地图商的墨卡托投影和瓦片编号的定义有关，跟地图商采用的大地坐标系标准无关。

墨卡托投影
使用经纬度表示位置的大地坐标系虽然可以描述地球上点的位置，但是对于地图地理数据在二维平面内展示的场景，需要通过投影的方式将三维空间中的点映射到二维空间中。地图投影需要建立地球表面点与投影平面点的一一对应关系，在互联网地图中常使用墨卡托投影。墨卡托投影是荷兰地理学家墨卡托于1569年提出的一种地球投影方法，该方法是圆柱投影的一种。

据我了解，各大地图服务商都采用了[Web Mercator][Web Mercator]进行投影，瓦片坐标系的不同主要是投影截取的地球范围不同、瓦片坐标起点不同。
值得注意的是:
墨卡托投影并不是一种坐标系，而是为了在二维平面上展示三维地球而进行的一种空间映射。所以在GIS地图和互联网地图中，虽然用户看到的地图经过了墨卡托投影，但依然使用经纬度坐标来表示地球上点的位置。
在地图绘制和地图可视化时，就需要将地图数据使用投影的方式来呈现。
瓦片切割和瓦片坐标
对于经过墨卡托投影为平面的世界地图，在不同的地图分辨率(整个世界地图的像素大小)下，通过切割的方式将世界地图划分为像素为 256*256 的地图单元，划分成的每一块地图单元称为地图瓦片。
地图瓦片具有以下特点：
具有唯一的瓦片等级（Level）和瓦片坐标编号（tileX, tileY）。
瓦片分辨率为256*256。
最小的地图等级是0，此时世界地图只由一张瓦片组成。
瓦片等级越高，组成世界地图的瓦片数越多，可以展示的地图越详细。
某一瓦片等级地图的瓦片是由低一级的各瓦片切割成的4个瓦片组成，形成了瓦片金字塔。

地面分辨率
地面分辨率是以一个像素（pixel）代表的地面尺寸（米）。以微软Bing Maps为例，当Level为1时，图片大小为512*512（4个Tile），那么赤道空间分辨率为：赤道周长/512。其他纬度的空间分辨率则为 纬度圈长度/512，极端的北极则为0。Level为2时，赤道的空间分辨率为 赤道周长/1024，其他纬度为 纬度圈长度1024。很明显，Ground Resolution取决于两个参数，缩放级别Level和纬度latitude ，Level决定像素的多少，latitude决定地面距离的长短。
        地面分辨率的公式为，单位：米/像素：
        ground resolution =(cos(latitude * PI/180) * 2 * PI * 6378137 meters) / (256 * 2^level pixels)
        最低地图放大级别（1级），地图是512 x 512像素。每下一个放大级别，地图的高度和宽度分别乘于2：2级是1024 x 1024像素，3级是2048 x 2048像素，4级是4096 x 4096像素，等等。通常而言，地图的宽度和高度可以由以下式子计算得到：
        map width = map height = 256 * 2^level pixels