Node + Express + PostGIS 动态矢量切片

2021-02-24 本文已影响0人芒果香蕉_

前言

基于 PostGIS 实现空间数据动态矢量切片，提升大规模空间数据的前端渲染流畅度。主要思路为：

根据前端请求的切片等级和行列号，计算切片边界范围；
根据切片边界范围拼写 SQL 语句，生成相应的矢量切片。

切片边界范围计算

各种地图 API 通常是根据缩放等级、地图中心点、屏幕坐标等信息计算出该屏幕范围内所有地图瓦片的行列号，以及各个瓦片在屏幕中的位置，然后根据缩放等级（z）、瓦片列号（x）、瓦片行号（y）向后台请求对应的地图瓦片进行展示。以 Mapbox gl 为例，请求路径为：

http://127.0.0.1:3000/getMvt/{z}/{x}/{y}

对后台（地图服务器）而言，需要根据 z、x、y 这三个值找到相应的地图瓦片返回给前端。既然是动态矢量切片，则后台需要根据接收到的 z、x、y 这三个值计算对应切片的边界范围，然后使用 PostGIS 计算出该范围的矢量瓦片返回给前端。如何根据缩放等级和瓦片编号计算瓦片左上角坐标，进而计算出瓦片经纬度范围，参见这篇文章。

代码逻辑

首先设置路由：

router.get('/getMvt/*/*/*', (req, res, next) => {
  spatial.getMvt(req, res, next);
});

然后通过解析请求路径，获取相应的 x, y, z 的值，拼写 SQL 语句，计算矢量切片：

const pgConfig = require('./pgConfig');
const pg = require('pg');
const pool = new pg.Pool(pgConfig);

let spatial = {
  // 生成矢量瓦片
  getMvt: function (req, res, next) {
    let temp = req.url
    let txyz = {
      x: parseInt(req.url.split('/')[3]),
      y: parseInt(req.url.split('/')[4]),
      z: parseInt(req.url.split('/')[2]),
    }
    let [xmin, ymin] = xyz2lonlat(txyz.x, txyz.y, txyz.z)
    let [xmax, ymax] = xyz2lonlat(txyz.x + 1, txyz.y + 1, txyz.z)

    let sql1 =
      ` 
      SELECT  ST_AsMVT(P,'point',4096,'geom') AS "mvt"
      FROM
      (
          SELECT  ST_AsMVTGeom(ST_Transform(geom,3857),ST_Transform(ST_MakeEnvelope (${xmin},${ymin},${xmax},${ymax},4326),3857),4096,64,TRUE) geom
          FROM "osm_pois_pt" 
      ) AS P
      `

    let sql2 =
      ` 
      SELECT  ST_AsMVT ( P,'line',4096,'geom' ) AS "mvt"
      FROM
      (
          SELECT  ST_AsMVTGeom (ST_Transform (geom, 3857 ),ST_Transform (ST_MakeEnvelope ( ${xmin},${ymin},${xmax},${ymax},4326 ),3857),4096,64,TRUE ) geom
          FROM "osm_roads_ln" 
      ) AS P 
      `

    let sql3 =
      ` 
      SELECT  ST_AsMVT ( P,'polygon',4096,'geom' ) AS "mvt"
      FROM
      (
          SELECT  ST_AsMVTGeom (ST_Transform (ST_Simplify(geom, 0.0),3857 ),ST_Transform (ST_MakeEnvelope ( ${xmin},${ymin},${xmax},${ymax},4326 ),3857),4096,64,TRUE ) geom
          FROM "osm_landuse_pn" 
      ) AS P
      `

    let SQL = `select (${sql1})||(${sql2})||(${sql3}) as mvt`;
    pool.connect((isErr, client, done) => {
      client.query(
        SQL,
        function (isErr, result) {
          done();
          if (isErr) {
            res.json(isErr);
          } else {
            // res.send(result.rows[0].mvt);
            res.send(result.rows[0].mvt);
          }
        }
      );
    })
  }
};

// 瓦片编号转经纬度
function xyz2lonlat (x, y, z) {
  const n = Math.pow(2, z);
  const lon_deg = (x / n) * 360.0 - 180.0;
  const lat_rad = Math.atan(Math.sinh(Math.PI * (1 - (2 * y) / n)));
  const lat_deg = (180 * lat_rad) / Math.PI;
  return [lon_deg, lat_deg];
}

module.exports = spatial

矢量瓦片的生成主要用到了 ST_AsMVT 和 ST_AsMVTGeom 这两个函数，通过函数 xyz2lonlat 得到相应边界顶点坐标。代码中三个SQL语句分别展示了点、线、面的矢量切片生成方法。可以看到，可以通过多个 SQL 语句分别对多个图层进行切片，最后合成一个总的 SQL，实现多图层的统一切片。

前端代码如下：

<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
  <meta charset="utf-8" />
  <title>Add a vector tile source</title>
  <meta name="viewport" content="initial-scale=1,maximum-scale=1,user-scalable=no" />
  <script src="https://api.mapbox.com/mapbox-gl-js/v2.0.1/mapbox-gl.js"></script>
  <link href="https://api.mapbox.com/mapbox-gl-js/v2.0.1/mapbox-gl.css" rel="stylesheet" />
  <style>
    body {
      margin: 0;
      padding: 0;
    }
    #map {
      position: absolute;
      top: 0;
      bottom: 0;
      width: 100%;
    }
  </style>
</head>

<body>
  <div id="map"></div>
  <script>
    mapboxgl.accessToken = 'xxx';
    let mapStyle = {
      version: 8,
      name: "Dark",
      sources: {
        mapbox: {
          type: "vector",
          url: "mapbox://mapbox.mapbox-streets-v8"
        }
      },
      sprite: "mapbox://sprites/mapbox/dark-v10",
      glyphs: "mapbox://fonts/mapbox/{fontstack}/{range}.pbf",
      layers: []
    };
    var map = new mapboxgl.Map({
      container: 'map',
      // style: 'mapbox://styles/mapbox/light-v10',
      style: mapStyle,
      zoom: 11,
      center: [114.0, 22.6]
    });

    map.on('load', function () {
      map.addSource('test_postgis', {
        type: 'vector',
        scheme: "xyz",
        tiles: ['http://127.0.0.1:3000/getMvt/{z}/{x}/{y}']
      });
      map.addLayer({
        'id': 'test_polygon',
        'type': 'fill',
        'source': 'test_postgis',
        'source-layer': 'polygon',
        "paint": {
          "fill-color": "rgba(0,222,0,0.8)",
          "fill-outline-color": "rgba(179,212,245,1)"
        }

      });
      map.addLayer({
        'id': 'test_polyline',
        'type': 'line',
        'source': 'test_postgis',
        'source-layer': 'line',
        'layout': {
          'line-join': 'round',
          'line-cap': 'round'
        },
        'paint': {
          'line-color': '#ff0000',
          'line-width': 1
        }
      });
      map.addLayer({
        'id': 'test_point',
        'type': 'circle',
        'source': 'test_postgis',
        'source-layer': 'point',
        'paint': {
          'circle-radius': 5,
          'circle-color': '#0000ff'
        }

      });
    });
  </script>
</body>
</html>

结果

渲染结果如下：

最后，本文未考虑海量数据的性能优化，当缩放等级较小时，请求数据量变大，必然会影像性能，这时可对不同缩放等级的请求做不同处理，例如数据抽稀、根据不同等级显示不同属性的数据等。
源码地址

Node + Express + PostGIS 动态矢量切片

前言

切片边界范围计算

代码逻辑

结果

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