dem2terrain
v2.2.4
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使用 GDAL 制作 DEM 栅格的地形瓦片
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简介
根据 DEM 数据生成地形切片工具,使用 NodeJS + GDAL(NodeBinding)开发制作。可用于用户自定义 DEM 高程数据源生产地形瓦片,以便局域网离线使用。
特点:
- 支持
mapbox
和terrarium
两种地形瓦片编码格式供mapboxgl使用,其中terrarium格式是tangram引擎的官方地形格式,tangram是另外一款开源的webgl二三维一体化的引擎; - 固定瓦片尺寸256,瓦片周围有1cell的buffer,即实际瓦片是258*258.
- 自动读取数据源的坐标系统,重编码输入的 DEM 栅格文件,并重投影至指定的坐标系4490、4326、3857,默认3857,然后生成瓦片;
- 支持适用于3857、4490、4326的地形切片生产;
- 内置了影像金字塔索引和多进程实现(暂未使用多线程),加速瓦片生成速度;
- 支持地形瓦片以文件目录或mbtiles两种格式存储;
- 命令行提供了瓦片生成的进图条提示,便于用户查看生成进度。
- 内置一些异常导致的临时文件清理工作。
1. 安装与配置
1.1. 配置 GDAL_DATA
由于使用了 GDAL,用户需要 下载 gdal-data.zip 数据包,并配置 GDAL_DATA
环境变量为解压缩的目录。
以 Windows 操作系统为例(此例直接使用 PostgreSQL 附带的资源,若用户有安装 PostgreSQL,也可以直接使用对应目录):
1.2. 安装
从网络全局安装,成为命令行工具:
npm i dem2terrain -g
yarn add dem2terrain -g
pnpm add dem2terrain -g
源码安装(先将当前目录定位至工程根目录,且明白什么是 link 命令):
npm install && npm link
# 或
yarn && yarn link
# 或
pnpm install && pnpm link --global
安装完毕后就可以当普通命令行程序使用了。
1.3. 测试
测试地形数据生产:
npm run test
基于maplibregl地形预览:
npm run server
浏览器输入地址进行预览:http://[ip]:[port]/terrain.html
效果图如下:
2. 用法与说明
当前支持作为命令行使用:
> dem2terrain --help
Usage: dem2terrain [options]
使用 GDAL 制作地形瓦片,支持 mapbox 和 terrarium 两种编码输出格式,当前仅输出 PNG 容器格式。
Options:
-v, --version 当前版本
-i, --input <string> <必填> 输入 tif 格式的 DEM 文件路径,支持相对路径
-o, --output <string> <必填> 输出目录,支持相对路径
-f, --configFile <File> <可选> 通过配置文件执行任务,输入绝对路径,可参考配置模板
-g, --epsg <number> <可选> Tile适用坐标系,3857 | 4490 | 4326 (default: 3857)
-r, --resampling <number>, <可选> 构建影像金字塔或重投影时设置重采样策略,默认3,1:AVERAGE|2:BILINEAR|3:CUBIC|4:CUBICSPLINE|5:LANCZOS|6:MODE|7:NEAREST
-c, --clean <number> <可选> 是否清空输出目录,0 | 1 (default: 0)
-z, --zoom <number-number> <可选> 指定瓦片的等级生成范围。例如,想生成 7 ~ 12 级的瓦片,则输入 -z 7-12 (default: "5-14")
-e, --encoding <string> <可选> 指定瓦片的数据编码规则(mapbox 或 terrarium) (default: "mapbox")
-h, --help 帮助
可选参数说明:
-i
: 输入 tif 格式的 DEM 文件路径,支持相对路径;-o
: 输出目录,支持相对路径;-g
: 指定地形Tile适用坐标系,默认是适用3857坐标系;-r
: 构建影像金字塔或重投影时设置重采样策略,默认3 CUBIC 采样;-z
: 由于地形栅格数据通常是 90m、30m 的空间分辨率,等级太大意义不大,等级太低时起伏辨识也不高,所以默认生成中间的5-14
级;-c
: 指定是否预先清理输出瓦片的存储目录,默认0,不清理;-e
: 指定切片编码规则,默认 mapbox,用户可指定 terrarium 规则输出。-f
: 以上参数可以都放到一个配置json文件里,使用-f执行切片任务,简化操作;
2.1 任务执行
有两种形式执行命令行任务
- 方式1:通过命令行参数执行任务
dem2terrain -z 4-15 -e terrarium -i ./ZONE.tiff -o ./output -c 1 -g 3857
- 方式2:通过配置文件执行任务
1)配置参数
{
"zoom":"5-13",
"epsg": 3857,
"encoding": "mapbox",
"input": "./data/xxx.tif",
"output": "./data/tile",
"clean": true
}
2)执行任务
dem2terrain -f d://config.json
2.2 数据输出
支持地形切片生成以文件或mbtiles目录两种形式存储。
- 以文件存储
-o参数为文件目录,则以文件形式存储:
dem2terrain -z 4-15 -e terrarium -i ./ZONE.tiff -o ./output -c 1 -g 3857
- 以mbtiles存储
-o参数带.mbtiles扩展名,则以mbtiles形式存储:
dem2terrain -z 4-15 -e terrarium -i ./ZONE.tiff -o ./output/tile.mbtiles -c 1 -g 3857
3. 使用输出成果
使用 HTTP(S) 协议的 Web 服务器(例如 nginx
、IIS
)将生成的地形瓦片作为静态资源发布,即可使用。
举例:根据 MapboxGL 地形示例 简单修改,将在线数据源换成本地 Web 服务器发布的地址即可,注意编码格式要与生成时输入的编码格式一致。
// 数据编码,'mapbox'或'terrarium'
const encoding = 'mapbox';
const maxZoom = 14;
map.addSource('my-custom-terrain', {
type: 'raster-dem',
encoding:encoding,
// 使用tiles方式替换本地发布的地形切片服务
tiles: ['./mapbox/{z}/{x}/{y}.png'],
// 注释掉官方的服务url,替换自己的
//'url': 'mapbox://mapbox.mapbox-terrain-dem-v1',
tileSize: 256,
maxzoom: maxZoom,
})
如下图所示:
4. TODO
当前版本足够 MapboxGL.js 使用,但仍然有新功能未开发,留待以后扩展功能,初步拟定待扩展功能如下:
- 大数据量的dem tif改用分块读取分块处理
- 扩展 gdal 驱动,使其支持 webp,直接生成 webp 格式的切片
- 重构核心模块,解耦,扩展使其支持生成 CesiumJS 支持的地形切片格式
欢迎参与贡献,包括但不限于文档、功能扩展、性能优化!
5. 安装问题
5.1 c++编译环境问题
由于node-gdal、node-gdal-next或node-gdal-async都会内置编译安装一个gdal,编译是需要依赖c++环境的,在win上常出现问题如下:
npm ERR! gyp ERR! stack Error: Could not find any Visual Studio installation to use
如果用户未安装vs c++环境,请最好安装下vs c++编译环境。 如果用户已经安装了vs,例如vs2022仍提示找不到,配置如下:
# 配置npm的msvs版本号,例如安装了vs 2022
npm config set msvs_version 2022
# 更新下node-gyp
npm install node-gyp@latest -g
5.2 环境变量冲突
在node-gdal系列相关包npm安装成功后,使用过程中遇到投影操作定义就会报各种错误,典型错误如下:
const srs= gdal.SpatialReference.fromProj4('+init=epsg:4326'); ^ Error: Corrupt Data
主要原因是win上各种软件包都会内置安装,环境变量冲突导致。
例如,用户安装了PostGIS,会内置安装proj,geos,gdal并自动生成proj_lib的环境变量。
PROJ_LIB=C:\Program Files\PostgreSQL\14\share\contrib\postgis-3.1\proj
当安装node-gdal-next或noe-gdal-async时,内置的proj和proj.db由于冲突不能生效,就会在使用过程中报各种错误。 依此类推,如果用户安装了独立的GDAL,又有内置的proj,geos和环境变量也会有这种问题。 解决办法:从系统环境变量中删除这些冲突的环境变量重启机器即可。
5.3 最好的办法
使用本机已编译好的gdal编译binding下node的gdal环境:
npm install gdal-next --build-from-source --shared_gdal
npm install gdal-async --build-from-source --shared_gdal
这样,node的gdal环境可以和本机的gdal环境一致,能使用更多的驱动例如webp,内置驱动是没有的。 这种操作可以让公用软件装一次,不会产生更多的冲突,linux上很方便。但由于windows上都不是源码编译,从.exe安装,因此不太适用。该操作适合c++编译环境熟悉的高级用户可定制安装多项扩展。
6. 知识补充
6.1. 参考资料
6.2. 编解码差异
mapbox
和 terrarium
都将高程值编码成 RGB 数组存储,下面以简单的编解码函数说明两种编码格式的差异。
MapboxGL:
function mapboxEncode(height: number) {
const value = Math.floor((height + 10000) * 10);
const r = value >> 16;
const g = value >> 8 & 0x0000FF;
const b = value & 0x0000FF;
return [r, g, b];
}
function mapboxDecode(
color: [number, number, number]
) {
return -10000 + ((color[0] * 256 * 256 + color[1] * 256 + color[2]) * 0.1);
}
terrarium:
function terrariumEncode(height: number) {
height += 32768;
const r = Math.floor(height / 256.0);
const g = Math.floor(height % 256);
const b = Math.floor((height - Math.floor(height)) * 256.0);
return [r, g, b];
}
function terrariumDecode(
color: [number, number, number]
) {
return (color[0] * 256 + color[1] + color[2] / 256.0) - 32768;
}
对于 cesium 的地形编码和解码:
// 每个点像素值是 int16
function cesiumEncode(height: number) {
return Math.floor((height + 1000) / 0.2);
}
function cesiumDecode(pixel: number){
return (pixel * 0.2) - 1000;
}