一、MBTiles数据格式

MBTiles格式是指由MapBox制定的一种将瓦片地图数据存储到SQLite数据库中并可快速使用、管理和分享的规范，是一种用于即时使用和高效传输的规范。MBTiles既可以用作栅格输入数据存储，也可以用作WMSGetMap输出格式。规范有1.0，1.1，1.2，1.3现在最新执行的是1.3标准。

MBTiles 格式的瓦片要求瓦片的地图坐标系统为：Web Mercator，即 PCS_WGS_1984_WORLD_MERCATOR ，EPSG Code：3857。MBTiles 规范按照 OSGeo 的 TMS 规范来生成和组织地图瓦片，仅支持 Web Mercator 坐标系下的固定比例尺集合。如表1所示，这种比例尺定义的初始化显示级别0中包含了1张覆盖全球的256*256大小的切片，并且定义原点坐标为（-20037508.34,-20037508.34），即全球范围的左下角。MBTiles 格式的地图瓦片，支持的图片存储类型为 PNG 和 JPG。

1. 遵循TMS规范。即原点坐标为左下角，向北，向东增长。
2. 只支持WebMercator投影（EPSG：3857或EPSG：900913）。
3. 瓦片尺寸为256X256。支持格式：pbf、jpg、png、webp（MBTiles1.3标准）。
4. 通过建立视图，减少重复瓦片的存储，减少数据大小。
5. 后缀名为.mbtiles，可以通过一般的SQLite查看器查看，也可通过GIS软件（如GlobalMapper、QGIS(支持矢量的mbtiles)）。
6. 瓦片比例尺固定。

MBTiles存储格式通过元数据表metadata和tiles视图，map数据表，image数据表一起管理地图瓦片数据。其中metadata和tiles是必须包含的表格。

metadata元数据表采用键值对的形式来存储地图瓦片数据的相关设置，包括两个文本类型的表name和value。metadata表必须包含name和format字段。

tiles视图包括所有的瓦片数据和用于定位瓦片数据的一些值。zoom_level、tile_column和tile_row列必须按照瓦片地图服务规范对瓦片的位置进行编码。tile_data列必须包含作为blob的关联瓦片的原始二进制图像或矢量瓦片数据。

地图覆盖大面积的纯蓝色像海洋或空的土地，造成成千上万的重复、冗余的瓦片数据，例如,4/2/8的瓦片在太平洋中间,可能看起来就是一张蓝色图片。虽然它可能是一些处于第3级,但在16级可能存在数以百万计的蓝色图片,他们都完全一样。MBTiles通过视图使用这些冗余瓦片数据可以减少占用的空间，而不是一个单一的、文字表,MBTiles实现者经常把瓦片表分成两种:一个用来存储原始图像和一个存储瓷砖坐标对应那些图片。

表1 MBTiles各显示级别参数列表

显示 级别	地图宽高(像素)	切片数量	地面分辨率 (米/像素)	地图比例尺 (96dpi)
0	256	1	156543.03	1:591657527.591555
1	512	4	78271.517	1:295828763.795777
2	1024	16	39135.758	1:147914381.897889
3	2048	64	19567.879	1:73957190.948944
4	4096	256	9783.9396	1:36978595.474472
5	8192	1024	4891.9698	1:18489297.737236
6	16384	4096	2445.9849	1:9244648.868618
7	32768	16384	1222.9925	1:4622324.434309
8	65536	65536	611.49623	1:2311162.217155
9	131072	262144	305.74811	1:1155581.108577
10	262144	1048576	152.87406	1:577790.554289
11	524288	4194304	76.437028	1:288895.277144
12	1048576	16777216	38.218514	1:144447.638572
13	2097152	67108864	19.109257	1:72223.819286
14	4194304	268435456	9.554629	1:36111.909643
15	8388608	1.074E+09	4.777314	1:18055.954822
16	16777216	4294967296	2.388657	1:9027.977411
17	33554432	17179869184	1.194329	1:4513.988705
18	67108864	68719476736	0.597164	1:2256.994353
19	134217728	274877906944	0.298582	1:1128.497176
20	268435456	1099511627776	0.149291	1:564.248588
21	536870912	4398046511104	0.074646	1:282.124294
22	1073741824	17592186044416	0.037323	1:141.062147

二、MBTiles数据集存储结构设计

GeoServer通过扩展插件可实现MBTiles文件的发布，但是GeoServer只能支持单个MBTiles文件的发布，无法支持全球栅格瓦片数据集的发布。全球栅格瓦片数据量巨大，无法存储在一个MBTiles文件中，需要按照一定组织结构将全球栅格数据分块存储在多个MBTiles文件，因此需要设计一个全球瓦片数据集的存储结构。

MapBox制定的MBTiles格式规范中，没有定义瓦片数据集的存储结构。因此，本项目制定了一个存储全球栅格瓦片数据集的存储结构MBTiles数据集。MBTiles数据集采用分级分块存储结构，默认的投影是WebMercator（EPSG：3857），默认的瓦片编号方式Googletilescheme（原点在左上角，起始级别为0级）。以下是MBTiles数据集组织结构：

Global_Raster_MBTiles/：根文件夹，用于存放所有与全球影像瓦片数据存储相关的文件和文件夹。文件夹名称以区域+数据类型+MBTiles命名。根文件夹下的每个子文件夹代表一个缩放级别（zoom），级别文件夹下是“列号_行号”文件夹该文件夹下是数据库文件，每个mbtiles文件最多存储256*256=65536个瓦片。（因为单个文件大小受系统磁盘限制），数据集从0-8级，每级目录下只有一个0_0_0. mbtiles文件。例如：1\0_0\0_0_0. mbtiles。

|0/：第一个缩放级别文件夹。

0_0/：第1列的第1行文件夹。

z_x_y.mbtiles：mbtiles数据库文件，存储瓦片数据和元数据。

z_x_y.mbtiles：另一个瓦片数据库文件。

...

0_1/：第1列的第2行文件夹。

z_x_y.mbtiles：mbtiles数据库文件，存储瓦片数据和元数据。

z_x_y.mbtiles：另一个瓦片数据库文件。

...

1_0/：第2列的第1行文件夹，以此类推。

1/：第2个缩放级别文件夹，以此类推。

metadata.json：数据集的元数据文件。

表2 瓦片数据集目录组织结构表

文件存储路径：z(层级)\m(列号)_n(行号)\z(层级)_x(列号)_y(行号).mbtiles

z层级	m 列号	n行号	x 列号	y 行号	瓦片 列数	瓦片 行数	瓦片 总数	文件存储路径
0	0	0	0	0	1	1	1	0\0_0\0_0_0.mbtiles（只有1个文件）
1	0	0	0	0	2	2	4	1\0_0\1_0_0.mbtiles（只有1个文件）
2	0	0	0	0	4	4	16	2\0_0\2_0_0.mbtiles（只有1个文件）
3	0	0	0	0	8	8	64	3\0_0\3_0_0.mbtiles（只有1个文件）
4	0	0	0	0	16	16	256	4\0_0\4_0_0.mbtiles（只有1个文件）
5	0	0	0	0	32	32	1024	5\0_0\5_0_0.mbtiles（只有1个文件）
6	0	0	0	0	64	64	4096	6\0_0\6_0_0.mbtiles（只有1个文件）
7	0	0	0	0	128	128	16384	7\0_0\7_0_0.mbtiles（只有1个文件）
8	0	0	0	0	256	256	65536	8\0_0\8_0_0.mbtiles（只有1个文件）
9	0	0	0-1	0-1	512	512	65536*4	z\m_n\z_x_y.mbtiles等共4个文件
10	0	0	0-3	0-3	1024	1024	65536*16	z\m_n\z_x_y.mbtiles等共16个文件
11	0-1	0-1	0-7	0-7	2048	2048	65536*16*2*2	z\m_n\z_x_y.mbtiles，分为m*n个路径，每个文件夹下16个文件
12	0-3	0-3	0-15	0-15	4096	4096	65536*16*4*4	z\m_n\z_x_y.mbtiles，分为m*n个路径，每个文件夹下16个文件
13	0-7	0-7	0-31	0-31	8192	8192	65536*16*8*8	z\m_n\z_x_y.mbtiles，分为m*n个路径，每个文件夹下16个文件
14	0-15	0-15	0-63	0-63	16384	16384	65536*16*16*16	z\m_n\z_x_y.mbtiles，分为m*n个路径，每个文件夹下16个文件
15	0-31	0-31	0-127	0-127	32768	32768	65536*16*32*32	z\m_n\z_x_y.mbtiles，分为m*n个路径，每个文件夹下16个文件
16	0-63	0-63	0-255	0-255	65536	65536	65536*16*64*64	z\m_n\z_x_y.mbtiles，分为m*n个路径，每个文件夹下16个文件
17	0-127	0-127	0-511	0-511	131072	131072	65536*16*128*128	z\m_n\z_x_y.mbtiles，分为m*n个路径，每个文件夹下16个文件
18	0-255	0-255	0-1023	0-1023	262144	262144	65536*16*256*256	z\m_n\z_x_y.mbtiles，分为m*n个路径，每个文件夹下16个文件
19	0-511	0-511	0-2047	0-2047	524288	524288	65536*16*512*512	z\m_n\z_x_y.mbtiles，分为m*n个路径，每个文件夹下16个文件

表3 metadata元数据

name	value（示例）	说明
name	globleImage	数据集英文名称名称（根文件夹名称）
format	png	瓦片数据的格式：png、jpg 或 pbf。
bounds	-180,-85,180,85	图的切图范围，单位为度。bounds 的格式（逗号分隔数字字符串）：左,下,右,上。
center	122.1906,37.7599,11	地图默认视图的经度、纬度和缩放级别。逗号分隔数字字符串）
minzoom	0	图块集为其提供数据的最低缩放级别
maxzoom	18	图块集为其提供数据的最高缩放级别
attribution		（HTML 字符串）：一个属性字符串，用于解释 地图的数据和/或样式。
description		描述信息
type	baselayer	地图类型，其值可以是 overlay 或 baselayer。
version	1.3	数据集的版本
EPSG	3857	坐标系的 EPSG Code，EPSG:4326 、EPSG:3857或EPSG：900913
tile_height	256	瓦片高度，通常为256。
tile_width	256	瓦片高度，通常为256。
scheme	tms	瓦片编号规则，tms或xyz

​​​​​​​三、MBTiles数据集展示

1、mbtiles目录

2、metadata.json

{
    "name": "ESRI ArcGIS.Imagery",
    "type": "baselayer",
    "version": "1.2",
    "description": "",
    "format": "jpg",
    "bounds": "-180.00000000,-85.05112878,180.00000000,85.05112878",
    "attribution": "",
    "scheme": "xyz",
    "minzoom": "14",
    "maxzoom": "14",
    "center": "0.00000000, 0.00000000, 14",
    "EPSG": "3785",
    "tile_height": "256",
    "tile_width": "256"
}

3、mbtiles数据查看

mbtiles文件其实就是一个简单的sqlite数据文件，所以可以用navicat、heidisql等数据连接工具打开查看。

每一行数据其实就是一张瓦片图，这样存储的好处是可以突破单文件夹最大文件数的限制。

但是相应也需要有算法去取出逐个对应的z-x-y的图片。

下一篇就讲一下Mbtiles数据文件的解析和提取对应瓦片的算法。