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Day 11

FOSS4G Advent Calendar 2025

@JinIgarashi(Jin IGARASHI )

PostGIS + Martin + Varnish + Maplibreで実現するダイナミックベクタータイル配信システム

Last updated at Posted at 2025-12-10

PostGIS + Martin + Varnish + Maplibreで実現するダイナミックベクタータイル配信システム

この記事はFOSS4G Advent Calendar 2025の13日目の記事です。

はじめに

ベクタータイルの配信において、パフォーマンスとリアルタイム性の両立は重要な課題です。本記事では、PostGIS、Martin、Varnishを組み合わせて、高性能かつリアルタイムな編集に対応したベクタータイル配信システムを構築する方法を紹介します。

実際のプロジェクトとして、ルワンダの上下水道公社（WASAC）の水道管データを使用したデモシステムを作成しました。

システム構成

今回構築するシステムの全体構成は以下の通りです：

各サービスの役割

サービス ポート 説明 Dockerイメージ
frontend 5173 MapLibre GL JSを使用したSvelteKitアプリケーション frontend/Dockerfile
varnish 8080 HTTPキャッシュアクセラレータ。BANメソッドによる無効化対応 varnish:stable
nginx 80 VarnishとMartin間のリバースプロキシ nginx:alpine
martin 3000 PostGISからベクタータイルを配信するタイルサーバー ghcr.io/maplibre/martin:1.0.0
web 8000 パイプデータ管理とキャッシュパージ用のDjango API server/Dockerfile
db 25432 パイプの地理情報と属性を格納するPostGISデータベース kartoza/postgis:17-3.5

主要技術スタック

Martin - PostGISベクタータイルサーバー

Martinは、PostGISから直接ベクタータイルを生成・配信するオープンソースのタイルサーバーです。以下の特徴があります：

  • PostGISの関数やビューから直接タイル生成
  • 高速なタイル配信
  • 設定ベースの簡単なセットアップ

Varnish - HTTPキャッシュ

Varnishは高性能なHTTPキャッシュサーバーです。今回のシステムでは以下の機能を活用：

  • タイルのキャッシュによる高速配信
  • BANメソッドによる柔軟なキャッシュ無効化
  • 設定可能なキャッシュポリシー

システムの特徴

1. 高性能なタイル配信

Varnishによるキャッシュ機能により、一度生成されたタイルは高速に配信されます。初回アクセス時はPostGISから生成され、以降はキャッシュから配信されるため、大幅な性能向上を実現できます。

2. リアルタイムなキャッシュ管理

データの更新時には、以下の流れでキャッシュを適切に管理します：

  1. フロントエンドからデータ更新リクエスト
  2. Django APIでデータベース更新
  3. VarnishへのBANリクエスト送信
  4. 関連するタイルキャッシュを無効化
  5. 次回アクセス時に最新タイル生成

3. インタラクティブな編集機能

MapLibre GL JSのrefreshTiles()メソッドを活用し、データ更新後に即座にマップを更新します：

// データ更新後のタイル再読み込み
map.refreshTiles('pipes');
map.redraw();

実装のポイント

Martinの設定

Martinのキャッシュ機能は無効化し、上位のVarnishでキャッシュを管理します：

# martin/config.yml
cache_size_mb: 0

Nginxでのリバースプロキシ設定

Martinのエンドポイントを/tiles以下にマッピング：

location ~ /tiles/(?<fwd_path>.*) {
    proxy_set_header        Host $host;
    proxy_set_header        X-Forwarded-Proto "http";
    proxy_set_header        X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header        X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header        X-Forwarded-Host $host:$server_port;
    proxy_set_header        X-Rewrite-URL $uri;
    proxy_redirect          off;

    proxy_connect_timeout   5m;
    proxy_send_timeout      5m;
    proxy_read_timeout      5m;
    send_timeout            5m;

    proxy_cache             off;
    proxy_pass              http://martin_upstream/$fwd_path$is_args$args;
}

Varnishによるキャッシュ管理

/tilesエンドポイントのレスポンスをキャッシュし、BANメソッドによる無効化に対応：

# varnish/default.vcl
sub vcl_recv {
    if (req.url ~ "^/tiles/") {
        return (hash);
    }
}

sub vcl_ban {
    ban("req.url ~ " + req.http.X-Ban-Pattern);
    return (synth(200, "Ban added"));
}

/tiles以外のエンドポイントはキャッシュせずにMartinに常時リクエストします。

例えば、curlを使って、/tiles/function.public.pipes*のキャッシュを無効化したい場合は以下のようにします。

curl -X BAN "http://localhost:8080/tiles/function.public.pipes*"

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <title>200 BAN applied for pattern: /tiles/public.pipes</title>
  </head>
  <body>
    <h1>Error 200 BAN applied for pattern: /tiles/public.pipes</h1>
    <p>BAN applied for pattern: /tiles/public.pipes</p>
    <h3>Guru Meditation:</h3>
    <p>XID: 196615</p>
    <hr>
    <p>Varnish cache server</p>
  </body>
</html>

これにより、全てのtile.jsonと個別のタイルエンドポイントのキャッシュを無効にできます。

Djangoでのキャッシュ無効化の実装

データ更新時にDjangoから特定のタイルパターンを無効化：

# Django views.py
def _purge_cache(self):
    """Purge varnish cache for pipes tiles"""
    varnish_url = os.environ.get('VARNISH_URL', 'http://varnish:80')
    ban_pattern = '/tiles/function.public.pipes*'
    
    try:
        response = requests.request(
            'BAN', 
            varnish_url,
            headers={'X-Ban-Pattern': ban_pattern}
        )
        logger.info(f"Cache purged successfully: {response.status_code}")
    except Exception as e:
        logger.error(f"Failed to purge cache: {e}")

デモアプリケーションの機能

構築したシステムでは、以下の機能を実装しています：

demo

1. インタラクティブなマップ表示

  • 水道管の材質による色分け表示
  • 直径による線幅の視覚化
  • ズームレベルに応じたラベル表示

2. 属性編集機能

  • パイプクリックによるモーダルダイアログ表示
  • 材質、設置年、直径の編集
  • リアルタイムなマップ更新

3. 高性能な表示

  • VarnishキャッシュによるPostGISからの高速タイル配信

セットアップと使用方法

ソースコードのダウンロード

git clone git@github.com:watergis/maplibre-martin-postgis.git
cd maplibre-martin-postgis

環境設定

# 環境変数の設定
cp .env.example .env

Protomapsのアカウントを作成し、APIキーを.envに設定してください。

Protomapsのアカウントはhttps://protomaps.com/accountから作成できます。

キー作成時のCORSは以下のURLを設定してください。

http://localhost:5173
ttp://localhost:4173

Docker環境の構築

# Dockerイメージのビルド
make build

# 全サービスの起動
make up

アクセス

Django APIは以下のようなエンドポイントを実装しています。

API Documentation

パフォーマンス最適化のポイント

1. 適切なキャッシュ戦略

  • タイル単位での細かいキャッシュ制御
  • データ更新時の部分的なキャッシュ無効化

2. 効率的なデータベース設計

  • 適切な空間インデックスの設定
  • PostGIS関数による動的タイル生成

3. 段階的なプロキシ構成

  • Nginx（リバースプロキシ）→ Varnish（キャッシュ）→ Martin（タイル生成）

まとめ

PostGIS + Martin + Varnishの組み合わせにより、以下を実現できました：

  • 高性能: Varnishキャッシュによる高速なタイル配信
  • リアルタイム性: BANメソッドによる柔軟なキャッシュ管理
  • スケーラビリティ: 段階的なプロキシ構成による負荷分散
  • 開発効率: オープンソースツールの組み合わせによる迅速な開発

このアーキテクチャは、地理空間データのWebアプリケーション開発において、パフォーマンスと機能性を両立させる有効なアプローチです。

謝辞

デモデータは、ルワンダの上下水道公社（WASAC, Ltd.）のオープンデータを使用させていただきました。実際のシステムはこちらで運用されています。

データを使用する際は、適切なクレジット表記をお願いします：
©<a href='http://wasac.rw'>WASAC,ltd.</a>

リポジトリ

完全なソースコードは以下のリポジトリで公開しています：
https://github.com/watergis/maplibre-martin-postgis

ライセンス

ソースコードはMITライセンス、デモデータはCC BY 4.0ライセンスで提供されています。

© Jin Igarashi

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