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导航理论基础 揭密Google Map的工作原理

时间:2008-01-27 10:47来源:乐虎GPS之家-导航之家 作者:
我分析了 google map的工作原理,特别是如何进行tiles编码。Google map使用预着色tiles,可以通过一个简单的url地址实现。这篇文章将解释如何从地理坐标(经纬度)建立tile的url地址。 Map tile编码 Google map使用两种算法对tile的位置进行编码。 对于Google map,tile
我分析了google map的工作原理,特别是如何进行tiles编码。Google map使用预着色tiles,可以通过一个简单的url地址实现。这篇文章将解释如何从地理坐标(经纬度)建立tile的url地址。


Map tile编码

  Google map使用两种算法对tile的位置进行编码。

  对于Google map,tile的url地址类似于:http://mt1.google.com/mt?n=404&v=w2.12&x=130&y=93&zoom=9使用x和y来设置tile坐标和放大因子。放大因子从17(完全缩小)到0(最大比例)。当放大因子为17时,整个地球在一个tile中显示,此时x=0 ,y=0;放大因子为16时,地球被分为2x2部分,这时0<=x<=1 且0<=y<=1。每放大一次,每个tile被分为4个部分。因此,当放大因子为z时,显示的水平和垂直tile个数为2^(17-z)。


算法:寻找经纬度和放大因子


//correct the latitude to go from 0 (north) to 180 (south),
// instead of 90(north) to -90(south)
latitude=90-latitude;

//correct the longitude to go from 0 to 360
longitude=180+longitude;

//find tile size from zoom level
double latTileSize=180/(pow(2,(17-zoom)));
double longTileSize=360/(pow(2,(17-zoom)));

//find the tile coordinates
int tilex=(int)(longitude/longTileSize);
int tiley=(int)(latitude/latTileSize);


  事实上,这个算法只是理论上的,覆盖的地带还无法和整个地球匹配。


  服务器:
  Google使用4台服务器维持加载。分别是mt0, mt1, mt2 and mt3。


  显示位置:
  每个tile为256x256 的.png格式的图像。


  对于卫星影像,编码方式有点不同


  Tile的url地址类似于http://kh0.google.com/kh?n=404&v=8&t=trtqtt,其中参数t对影像的位置进行编码。参数的长度表示缩放级别。


  t=t时,可观察整个地球,只有一个tile表示地球。下一个放大级别是,该tile被分为4个象限,从左上顺时针开始分别是'q' 'r' 's' 和 't'。在你观察的影像那个象限后添加字母,就可以看见下一级象限。比如,'t=tq'时,给出't' 影像的左上象限。依次类推,可以表示每个缩放级别…


算法:寻找经纬度和放大因子


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//initialise the variables;
double xmin=-180;
double xmax=180;
double ymin=-90;
double ymax=90;
double xmid=0;
double ymid=0;

string location=t;

//google use a latitude divided by 2;
double halflat = latitude / 2;
for (int i = 0; i < zoom; i++)
    {
        xmoy = (xmax + xmin) / 2;
        ymoy = (ymax + ymin) / 2;
        if (halflat > ymoy) //upper part (q or r)
            {
            ymin = ymoy;
            if (longitude < xmoy)
            { /*q*/
                location+= q;
                xmax = xmoy;
            }
            else
            {/*r*/
                location+= r;
                xmin = xmoy;
            }
        }
        else //lower part (t or s)
        {
            ymax = ymoy;
            if (longitude < xmoy)
            { /*t*/
                location+= t;
                xmax = xmoy;
            }
            else
            {/*s*/
                location+= s;
                xmin = xmoy;
            }
        }
    }
//here, the location should contains the string corresponding to the tile...


  同样,这个算法也是理论上的,覆盖地带还无法和整个地球匹配。

  服务器:
  Google使用4台服务器维持加载。分别是kh0, kh1, kh2 and kh3。

  显示位置:
  每个tile为256x256 的.jpg格式图像。

  墨卡托投影

  由于在显示时使用了墨卡托投影,因此上述的算法需要进行修改。在墨卡托投影中,两条纬线间的距离不一定相等,所以描述tile的角度依据它的垂直位置。


以下代码为从tile的纬度位置计算的tile的垂直个数

 Collapse
/**<summary>Get the vertical tile number from a latitude using mercator ptrojection formula</summary>*/
        private int getMercatorLatitude(double lati)
        {
            double maxlat = Math.PI;

            double lat = lati;
           
            if (lat > 90) lat = lat - 180;
            if (lat < -90) lat = lat + 180;

            // conversion degre=>radians
            double phi = Math.PI * lat / 180;

            double res;
            //double temp = Math.Tan(Math.PI / 4 - phi / 2);
            //res = Math.Log(temp);
            res = 0.5 * Math.Log((1 + Math.Sin(phi)) / (1 - Math.Sin(phi)));
            double maxTileY = Math.Pow(2, zoom);
            int result = (int)(((1 - res / maxlat) / 2) * (maxTileY));

            return (result);
        }


  覆盖地带:
  理论上,纬度范围应该是-90度到90度,但事实上,由于墨卡托投影使得两级无穷大,覆盖的地带小于-90 到 90。实际最大的纬度可通过公式Y = 1/2((1+sin(lat))/(1-sin(lat)))求得,其中PI =3.1415926。


  保护:
  Google map使用保护机制维持高质量服务。如果某个用户要求太多,Google map将添加它的IP地址到黑名单,并发送一条有意思的消息:

  Google Error


  我们很抱歉... ...您的查询像病毒或黑客应用程序的自动化请求。为了保护我们的用户,现在无法处理您的请求。我们将尽快恢复您的访问,所以请重新试试。同时,如果您怀疑您的计算机或网络被感染了,可以清除病毒。为给您带来的不便表示歉意,希望能在Google上再一次见到您。

  为了避免被列入黑名单,开发员应该使用隐藏机制…

  很有趣吧?

  这里有个用C#写的简单代码:Download GoogleMapSample.zip - 40.4 KB
注:Google map 改变了地图的参数v,当我写这篇文章时,v为2.12,但现在变为2.43。我觉得这个有点像版本号或其它什么的。

(责任编辑:admin)
[ GPSUU整理发布,版权归原作者所有。]
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