网络地图服务（WMS）详解
- 1.概述
- 2.GetCapabilities
- 3.GetMap
- 4.GetFeatureInfo
閱讀本文之前可參考前文：《地圖服務(wù)器GeoServer的安裝與配置》與《GeoServer發(fā)布地圖服務(wù)（WMS、WFS）》。
1.概述
經(jīng)過(guò)前文的介紹，相信我們對(duì)WMS/WFS服務(wù)已經(jīng)有了一個(gè)非常直觀的認(rèn)識(shí)，最起碼我們知道了地圖服務(wù)的數(shù)據(jù)從何而來(lái)，又是如何發(fā)布出去的。更進(jìn)一步的說(shuō)，OGC給WMS/WFS分別定義了非常詳盡的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其主要內(nèi)容是通過(guò)HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議 ）實(shí)現(xiàn)的各種操作。在這里，我們要介紹的WMS支持標(biāo)準(zhǔn)HTTP的Get和Post請(qǐng)求，不過(guò)通常情況下基于GET方式（將參數(shù)以鍵值對(duì)的形式放置在URL中）進(jìn)行服務(wù)請(qǐng)求較為方便。
HTTP協(xié)議用于客戶端和服務(wù)器之間的通信，為了滿足各種各樣的通信需求，HTTP協(xié)議規(guī)定了多種不同的請(qǐng)求方法，其中Get和Post是最基礎(chǔ)的兩種。Get用于請(qǐng)求已被URI識(shí)別的資源，Post則用來(lái)傳輸實(shí)體的主體，兩者的功能比較相近，但其實(shí)有著不小的區(qū)別。不過(guò)在本文中，我們將會(huì)主要看到這個(gè)區(qū)別：Get請(qǐng)求是將參數(shù)拼接到URL上進(jìn)行參數(shù)傳遞的，而POST是將參數(shù)寫(xiě)入到請(qǐng)求正文中傳遞的；因此，Get請(qǐng)求有URL長(zhǎng)度的限制，通常用于查詢；Post請(qǐng)求則沒(méi)有長(zhǎng)度限制，通常用于增添、刪除和修改。
根據(jù)《OpenGIS Web Map Server Implementation Specification》的1.3.0版本，WMS主要支持如下幾種操作，如下表1所示所示：
【表1 WMS支持的操作】
| 操作 | 必要性 | 描述 |
|---|---|---|
| GetCapabilities | 必要 | 查詢服務(wù)的元數(shù)據(jù)，包括支持的操作、參數(shù)、以及圖層列表等 |
| GetMap | 必要 | 檢查詢指定區(qū)域和內(nèi)容的地圖圖像 |
| GetFeatureInfo | 可選 | 查詢地圖上像素位置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括幾何和屬性值 |
2.GetCapabilities
GetCapabilities操作的目的是獲取服務(wù)的元數(shù)據(jù)，主要包括WMS服務(wù)器提供的操作、請(qǐng)求參數(shù)等信息。GetCapabilities請(qǐng)求的參數(shù)如下表2所示：
【表2 WMS GetCapabilities請(qǐng)求參數(shù)】
| 請(qǐng)求參數(shù) | 必要性 | 描述 |
|---|---|---|
| VERSION=version | 可選 | 請(qǐng)求的版本：值是1.1.0，1.1.1，1.3.0三者之一。 |
| SERVICE=WMS | 必要 | 服務(wù)的類型。 |
| REQUEST=GetCapabilities | 必要 | 請(qǐng)求操作的名稱。 |
| FORMAT=MIME_type | 可選 | 服務(wù)元數(shù)據(jù)的格式。 |
| UPDATESEQUENCE=string | 可選 | 用于緩存控制的序列號(hào)或字符串。 |
根據(jù)表2所示的參數(shù)，我們?cè)跒g覽器中輸入如下地址：
http://localhost:8080/geoserver/ows?service=WMS&version=1.3.0&request=GetCapabilities
瀏覽器響應(yīng)的結(jié)果如下圖所示?？梢钥吹椒祷氐慕Y(jié)果其實(shí)是一個(gè)XML文件，這個(gè)文件中描述的就是WMS服務(wù)具體的元數(shù)據(jù)信息。
3.GetMap
GetMap操作用于請(qǐng)求服務(wù)器生成地圖并返回，這個(gè)操作也是WMS服務(wù)最主要的功能。不難想象，為了保證正確的輸出結(jié)果，我們必須配置足夠多的參數(shù)，比如地理范圍，空間參考、輸出寬高以及格式等。具體的請(qǐng)求參數(shù)如下表3所示：
【表3 WMS GetMap請(qǐng)求參數(shù)】
| 請(qǐng)求參數(shù) | 必要性 | 描述 |
|---|---|---|
| VERSION=1.3.0 | 必要 | 請(qǐng)求的版本。 |
| REQUEST=GetMap | 必要 | 請(qǐng)求操作的名稱。 |
| LAYERS=layer_list | 必要 | 一個(gè)或多個(gè)地圖圖層列表，使用逗號(hào)分隔。 |
| STYLES=style_list | 必要 | 渲染樣式列表，使用逗號(hào)分隔。 |
| CRS=namespace:identifier | 必要 | 坐標(biāo)參考系統(tǒng)。 |
| BBOX=minx,miny,maxx,maxy | 必要 | 邊界框包圍盒（從左下到右上，使用CRS的單位）。 |
| WIDTH=output_width | 必要 | 地圖圖像的寬度。 |
| HEIGHT=output_height | 必要 | 地圖圖像的高度。 |
| FORMAT=output_format | 必要 | 地圖的輸出格式。 |
| TRANSPARENT=TRUE|FALSE | 可選 | 地圖背景透明度（默認(rèn)不透明）。 |
| BGCOLOR=color_value | 可選 | 背景顏色的十六進(jìn)制紅綠藍(lán)顏色值（默認(rèn)白色）。 |
| EXCEPTIONS=exception_format | 可選 | WMS報(bào)告異常的格式（默認(rèn)為XML）。 |
| TIME=time | 可選 | 圖層需要的時(shí)間值。 |
| ELEVATION=elevation | 可選 | 圖層需要的高程值。 |
| Other sample dimension(s) | 可選 | 其他維度的值，備用。 |
這些參數(shù)具體的參數(shù)值可以參考GetCapabilities操作返回的XML文件。例如，我們填充好所有的必要參數(shù)，在瀏覽器中輸入如下地址來(lái)訪問(wèn)前文中配置好的矢量數(shù)據(jù)集：
http://localhost:8080/geoserver/wms?
VERSION=1.3.0
&REQUEST=GetMap
&LAYERS=test:multipolygons
&STYLES
&CRS=EPSG:4326
&BBOX=38.8920794,-77.0495419,38.9096339,-77.0199063
&WIDTH=768
&HEIGHT=454
&FORMAT=image/png
這時(shí)，瀏覽器就會(huì)返回一個(gè)PNG格式的圖像地圖文件，如下圖所示。GetMap響應(yīng)的地圖圖像大小、格式等并不是固定的，具體取決于請(qǐng)求的參數(shù)。如果我們對(duì)矢量和柵格足夠熟悉的話，我們能大概猜出WMS服務(wù)返回地圖文件大概的處理算法流程：
- 由于數(shù)據(jù)源是矢量數(shù)據(jù)，所以我們關(guān)鍵是矢量柵格化的算法。
- 根據(jù)傳遞的參數(shù)坐標(biāo)參考系統(tǒng)CRS、地理范圍BBox、寬WIDTH以及高HEIGHT足夠幫助我們確定一個(gè)柵格數(shù)據(jù)集。
- 通過(guò)矢量柵格化算法對(duì)柵格數(shù)據(jù)集填充像素值，這中間涉及到圖像的重采樣操作。
- 最后將柵格數(shù)據(jù)集的文件流傳輸?shù)綖g覽器端。
如果我們想訪問(wèn)前文中配置好的柵格數(shù)據(jù)集，URL請(qǐng)求參數(shù)大致相同，如下所示：
http://localhost:8080/geoserver/wms?
VERSION=1.3.0
&REQUEST=GetMap
&LAYERS=test:japan_tmo_2011057_geo
&STYLES
&CRS=EPSG:4326
&BBOX=23.034667983398435,120.15380860839844,52.990722641601565,153.88916014160156
&WIDTH=768
&HEIGHT=682
&FORMAT=image/png
此時(shí)，瀏覽器也會(huì)返回一張PNG格式的圖像地圖，如下圖8.30所示：
有一點(diǎn)要注意的是在WMS另一個(gè)廣泛使用的版本1.1.1中，邊界框包圍盒的參數(shù)BBOX的x、y坐標(biāo)順序是與1.3.0版本是相反的，WMS版本1.1.1的請(qǐng)求URL如下所示：
http://localhost:8080/geoserver/wms?
VERSION=1.1.1
&REQUEST=GetMap
&LAYERS=test:multipolygons
&STYLES
&CRS=EPSG:4326
&BBOX=-77.0495419,38.8920794,-77.0199063,38.9096339
&WIDTH=768
&HEIGHT=454
&FORMAT=image/png
這個(gè)問(wèn)題與GDAL2.0升級(jí)3.0版本時(shí)地理坐標(biāo)系相關(guān)參數(shù)x和y需要進(jìn)行調(diào)換有點(diǎn)類似，經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料才知道，原因是要保證x和y的順序要與坐標(biāo)參考系定義的軸順序保持一致。但是在筆者看來(lái)，這種設(shè)計(jì)多少有點(diǎn)破壞向下兼容的原則。
4.GetFeatureInfo
GetFeatureInfo是可選操作，用于查詢地圖上給定位置的空間和屬性信息。這個(gè)操作有點(diǎn)類似于鼠標(biāo)在數(shù)字地圖上拾取一點(diǎn)，高亮顯示該點(diǎn)位置的要素并顯示該要素關(guān)聯(lián)的屬性。不難理解，由于WMS使用的HTTP協(xié)議是無(wú)狀態(tài)的，所以GetFeatureInfo請(qǐng)求參數(shù)包含了GetMap請(qǐng)求的大部分參數(shù)（除VERSION和REQUEST之外的所有參數(shù)）。畢竟，要獲取地圖某一點(diǎn)的要素信息，就先得把地圖給獲取了。GetFeatureInfo操作的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求參數(shù)如下表4所示：
【表4 WMS GetFeatureInfo請(qǐng)求參數(shù)】
| 請(qǐng)求參數(shù) | 必要性 | 描述 |
|---|---|---|
| VERSION=1.3.0 | 必要 | 請(qǐng)求的版本。 |
| REQUEST=GetFeatureInfo | 必要 | 請(qǐng)求操作的名稱。 |
| map request part | 必要 | GetMap請(qǐng)求的大部分參數(shù)。 |
| QUERY_LAYERS=layer_list | 必要 | 要查詢的層級(jí)列表，以逗號(hào)分隔。 |
| INFO_FORMAT=output_format | 必要 | 特征信息返回格式（MIME類型）。 |
| FEATURE_COUNT=number | 可選 | 返回的特征數(shù)目 (默認(rèn)為1)。 |
| I=pixel_column | 必要 | x方向像素坐標(biāo)。 |
| J=pixel_row | 必要 | y方向像素坐標(biāo)。 |
| EXCEPTIONS=exception_format | 可選 | WMS 報(bào)告異常的格式（默認(rèn)為XML）。 |
我們按照表4所示的參數(shù)來(lái)查詢前文中配置好的基于矢量數(shù)據(jù)集的地圖，具體在某個(gè)像素位置的要素信息，可以在瀏覽器中輸入如下地址：
http://localhost:8080/geoserver/wms?
VERSION=1.3.0
&REQUEST=GetFeatureInfo
&LAYERS=test:multipolygons
&STYLES
&CRS=EPSG:4326
&BBOX=38.8920794,-77.0495419,38.9096339,-77.0199063
&WIDTH=768
&HEIGHT=454
&FORMAT=image/png
&QUERY_LAYERS=test:multipolygons
&INFO_FORMAT=application/json
&I=384
&J=227
此時(shí)，瀏覽器會(huì)返回一個(gè)JSON，描述了該像素位置的幾何信息，其關(guān)聯(lián)的屬性信息，以及一些元數(shù)據(jù)信息。如下圖所示：
同樣的，如果使用類似的參數(shù)來(lái)查詢前文中配置好的基于柵格數(shù)據(jù)集的地圖，在瀏覽器中輸入如下地址：
http://localhost:8080/geoserver/wms?
VERSION=1.3.0
&REQUEST=GetFeatureInfo
&LAYERS=test:japan_tmo_2011057_geo
&STYLES
&CRS=EPSG:4326
&BBOX=23.034667983398435,120.15380860839844,52.990722641601565,153.88916014160156
&WIDTH=768
&HEIGHT=682
&FORMAT=image/png
&QUERY_LAYERS=test:japan_tmo_2011057_geo
&INFO_FORMAT=application/json
&I=384
&J=341
此時(shí)，瀏覽器會(huì)返回一個(gè)JSON，不過(guò)內(nèi)容就簡(jiǎn)單多了，返回的是該地圖在指定像素位置的包含RGB三個(gè)波段的像素值。如下圖所示。這其實(shí)也不難理解，如果把柵格數(shù)據(jù)當(dāng)作是點(diǎn)要素的集合，那么點(diǎn)的像素值自然就是其關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)了。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的网络地图服务（WMS）详解的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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