揭密Google Map的工作原理

• 板块:技术
• 作者:文/ Pascal Buirey 译/Amanda
• 编者按: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。
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　　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=w2.89&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，http://kh.google.com/kh?v=34&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

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/**<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。