瓦片地图（也叫切片地图）源于一种大地图解决方案，就是在多个比例尺下配置地图，然后提前把每个比例尺下的地图绘制为小块图片（瓦片），保存在服务器上用于缓存的目录中。这样客户端在访问地图时，可以直接获取需要的小块图片拼接成整幅地图，而不是由服务器动态创建（实时创建）出一幅图片再发送到客户端，从而极大提高了访问速度。

    瓦片地图起始于谷歌地图。在2005年前后谷歌地图已经开始将矢量图层融合为一张栅格化的大图像，大图像被切分为256像素 x 256像素的图片（瓦片）。这些图片预先生成并存储在磁盘上，以便快速分发（通过AJAX）到客户端。这样做可以同时支持成千上万个并发请求（异步-因为瓦片地图根据请求范围加载），而这对于动态地图绘制而言基本是不可能的。

    瓦片地图的缺点是不能改变图层的符号，可以认为它们是一些"死图片"，不能进行更新。因此，WebGIS中通常的做法是将通用的基础底图图层发布为瓦片，在其上叠加另外的包含专题信息的图层，这种图层结构可以被比喻为"图层三明治"。

    如今有许多软件提供创建地图瓦片的功能，商业软件中，功能强大的ArcGIS软件系列的ArcGIS Server（价格较贵）能够进行创建瓦片地图操作，国内的超图SuperMap iServer同样也能创建瓦片地图。另外，开源的Mapnik库也可以创建地图瓦片，Mapnik库被封装在用户友好的应用程序TileMill中。

    LOD是Levels of Detail（细节层级）的简写，用于根据当前的环境，渲染不同的图像，用于降低非重要内容的细节度，从而提高渲染效率，在电子游戏中经常运用，对于需要显示全球地图的GIS系统而言，更需要应用这项技术。

    在不同的LOD下，自然分辨率就可能不一样，这两者是紧密结合在一起的。对于图形显示系统而言，分辨率作为屏幕坐标和世界坐标之间计算的纽带，其作用是非常重要的（例如，屏幕上两个像素点间的距离对应的现实世界的距离是多少，这就需要通过分辨率来衡量与计算——分辨率将在后面进行介绍）。

    在详细讲解之前，假设给你两张A4纸，在其中一张纸上把你家整个绘制上去，在另一张纸上只把你睡的房间绘制上去。如果别人想看你家，你会给哪一张纸？如果想看你睡的房间，你会给哪一张纸？相信你不会给错，LOD就是这种根据不同需要，采用不同图的技术方案。在地图应用中，最直观的体验，就是地图放大缩小。当地图放大后，能看到更详细的地理信息，比如街道、商店等等。当地图缩小再缩小，原来能看到的街道、商店就看不见了，但是能看到更大的区域。我们的屏幕就相当于是A4纸，大小不变。

    LOD这个技术方案非常棒！非常符合我们的自然习惯，所以在很多图形系统中都使用了这项技术。在GIS系统中，不断放大，就能看到更多地图细节，了解更加详细的信息。对于GIS引擎的开发者而言，需要实现这项技术，当发现用户放大地图时，就立马使用更有细节的地图图片，替换现在显示的地图图片。现在问题来了：意思是说对于同一个地点而言，需要有更多张呈现不同细节程度的图片？是的，你没有猜错。虽然在使用瓦片地图的过程中，感觉放大、缩小地图是浑然一体的，但其实就在你眼皮下发生了图片替换。不同层级使用具有不同细节的地图瓦片，这就需要为每一个层级准备图片，如果使用离线工具下载瓦片地图，会看到下载的图片是按照层级Z进行存储的。开发者不用担心数据源的处理，只需要知道这个原理就可以了。

    为了便于理解GIS系统中不同层级，使用不同的图片，下面使用google在线瓦片地图进行说明。最小层级0情况下，只用了一张256*256像素的图片表示整个地球平面：

稍大一个层级1情况下，用了四张256*256像素的图片（各张图片中表示的信息更丰富了）来表示整个地球：

    如果对整个地球图片进行切片，需要考虑的是整个地球图片大小，以及切片规则，切片（瓦片）大小。

    对于WebGIS而言，在线地图几乎都采用Web墨卡托投影坐标系（EPSG:3857，后面会详解介绍)，地球投影到平面上就是一个正方形。为了方便使用，切片时大多按照正方形的方式来进行切片，比如大小为256*256的瓦片（单位像素），一个1024*1024的地图，就可以切片4张小的256*256的瓦片。

    瓦片大小几乎都是256*256，有一些则会增加到512*512（由于以前的屏幕分辨率通常比较低，所以256*256的瓦片在低分辨率的屏幕上显示效果比较好，随着屏幕分辨率的提高，瓦片大小自然就会增加到512*512。但目前主流仍是256*256大小的瓦片）。

    LOD会使得不同层级下的全球地图大小不一致，结合瓦片地图技术一起，就出现了金字塔瓦片结构：

    在金字塔瓦片结构中，上一层级的一张瓦片，在更大一层级中，会用4张瓦片来表示，依次类推，比如上一篇文章中看到的Google在线瓦片地图的第0级和第1级的瓦片地图就呈现这样的规律。这样做可以维持正方形的投影方式不变，同时按照2的幂次方放大（瓦片的边长），计算效率非常高。

    通过上面切片的介绍，我们可以对每一层级拥有的瓦片的数量进行简单的计算：

    从以上的金字塔瓦片结构可以看出来，瓦片的组织方式是三维的，因此对一幅地图进行切片时，需要给每一块瓦片进行详细的编号，即需要指定每一块瓦片的行号、列号以及层级数。

    这个问题就涉及到了瓦片坐标系，瓦片坐标系是瓦片地图的组织参考框架。它规定每一块瓦片的行号、列号以及层级数，另外，在瓦片坐标系中列号一般从左到右方向递增，而在瓦片坐标系中行号有可能沿着从上到下的方向递增，或者从下到上递增，所以不同的瓦片坐标系的起始点（原点）不同。

    不同的在线地图服务商，可能定义不一样的瓦片坐标系，瓦片坐标系不一样，那么对应的同一个位置的瓦片的坐标也会不一样。需要引起重视。

    OpenLayers提供了一个用于调试瓦片坐标系的ol.source.TileDebug类。借助这个类，我们可以清晰的看到每一个瓦片的坐标：

    代码如下：

查看瓦片坐标

let osmSource = new ol.source.OSM();

var map = new ol.Map({

layers: [

// 加载Open Street Map地图

new ol.layer.Tile({

source: osmSource

}),

// 添加一个显示OSM地图的瓦片网格的图层

new ol.layer.Tile({

source: new ol.source.TileDebug({

projection: 'EPSG:3857', // Web墨卡托投影坐标系

tileGrid: osmSource.getTileGrid() // 获取OSM地图的瓦片坐标系

})

})

],

target: 'map',

view: new ol.View({

center: ol.proj.transform([104, 30], 'EPSG:4326', 'EPSG:3857'),

zoom: 10

})

});

    首先从上图可以看到地图上多了网格，每一个网格对应的就是一个瓦片。

    其次网格中有三个数字，这些数字就表示当前瓦片的坐标：

    分辨率的简单定义是屏幕上的1像素表示的现实世界的地面实际距离。

    上一节说到了金字塔瓦片结构中每一个层级，会使用不同数量的瓦片来表示整个地球，那么无论是哪一个层级，所表示的实际地理空间范围都是一致的，但使用的瓦片个数却是不一样的。

    以Google在线地图为例，层级0使用了一个瓦片，层级1使用了4个瓦片。通过计算可以知道层级0的整个地球图像（瓦片）为256*256像素大小，层级1整个地球图像为512*512像素大小。而层级0和层级1表示的地球范围都是一样的（经度[-180°, 180°]，纬度[-90°, 90°]）。在层级0的时候，一个像素在水平方向就表示360°/256 = 1.40625°这么长的经度范围（以度为单位），在竖直方向就表示180°/256 = 0.703125°这么长的纬度范围（以度为单位）。而这两个数字就是分辨率了，即一个像素所表示的现实世界的范围是多少，这个范围可能是度（在地理坐标系统中），可能是米（在投影坐标系统中），或者其他单位，根据具体的情况而定。

    我们知道，在WebGIS中使用的在线瓦片地图是采用的Web墨卡托（Mercator）投影坐标系（可以查看这篇文章-墨卡托投影-来了解详细内容），经过投影后，整个地球是一个正方形，所能表示的地球范围为：

        经度[-180°, 180°]，纬度[-85°, 85°]，单位为度。

    对应的Web墨卡托坐标系的范围为：

        x[-20037508.3427892, 20037508.3427892]，范围y同样是[-20037508.3427892, 20037508.3427892]，单位为米。

    或许，你会好奇这个范围是怎么计算而来的，如果详细了解过它的定义，应该知道Web墨卡托投影只是简单的把地球球面剖开拉伸为一个正方形，由于南北极两端采用这种拉伸会严重变形，并且南北极在使用过程中很少用到，所以干脆就只投影了地球的[-85, 85]纬度范围。然后在经度-180度（或+180）的地方从上到下剖开地球，然后按照赤道方向来展开成一张平面，那么这个平面的边长，就等于以地球赤道半径按照圆来计算的周长。近似的按照6378137米为地球半径来计算，那么整个赤道周长的一半，即为：

    π∗r=3.1415926∗6378137=20037508.0009862

    以上就是Web墨卡托投影坐标系范围的完整的计算过程，墨卡托投影也有很多变形，会有细微的不同，OpenLayers默认使用的就是EPSG:3857（Web墨卡托投影坐标系），对于该坐标系的详细定义，可以参见epsg.io.3867。

    有了范围之后，要想计算Web墨卡托投影坐标系中的分辨率，按照上面的计算过程就非常简单了，还是以Google在线瓦片地图为例，x、y方向上的各层级瓦片地图分辨率计算公式可以归纳为：

    resolution = rang / (256 * 2^z)

    那么整个公式计算出来就是在x或y方向，屏幕上一个像素所能代表的实际地理范围，即分辨率。

    OpenLayers默认设置了加载瓦片地图时采用的分辨率，通过一个示例来看一下：

    代码如下：

    resolution.html:

OpenLayers默认使用的分辨率

当前层级：分辨率：

var map = new ol.Map({

target: 'map',

layers: [

new ol.layer.Tile({

source: new ol.source.OSM()

})

],

view: new ol.View({

center: ol.proj.transform([104, 30], 'EPSG:4326', 'EPSG:3857'),

zoom: 10

})

});

// 监听层级变化，输出当前层级和分辨率

map.getView().on('change:resolution', function(){

document.getElementById('zoom').innerHTML = this.getZoom() + '，';

document.getElementById('resolution').innerHTML = this.getResolution();

})

document.getElementById('zoom').innerHTML = map.getView().getZoom() + '，';

document.getElementById('resolution').innerHTML = + map.getView().getResolution();

    缩放上面的地图，从层级0开始，用前面介绍的公式和当前地图显示的分辨率进行比较，你会发现OpenLayers默认采用的分辨率和Google在线瓦片地图一样。    

    OpenLayers瓦片地图默认分辨率表（地面比例尺）：

    注意事项

    为什么我们上面一直以Google在线瓦片地图举例说明？

    因为不同的在线瓦片地图可能采用不一样的分辨率，比如百度在线瓦片地图。所以在使用在线瓦片地图或者自己制作的瓦片地图时，都需要知道使用的分辨率是多少。如若不然，可能也会出现位置偏移。

原文地址：

https://blog.csdn.net/qq_35732147/article/details/94589577

https://blog.csdn.net/qq_35732147/article/details/94595658