網絡地圖服務（WMS）詳解
根據具體實例詳細論述了GIS中網絡地圖服務（WMS）的內容。
閱讀本文之前可參考前文：《地圖服務器GeoServer的安裝與配置》與《GeoServer發布地圖服務（WMS、WFS）》。
1.概述
經過前文的介紹，相信我們對WMS/WFS服務已經有了一個非常直觀的認識，最起碼我們知道了地圖服務的數據從何而來，又是如何發布出去的。更進一步的說，OGC給WMS/WFS分別定義了非常詳盡的標準規范，其主要內容是通過HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本傳輸協議 ）實現的各種操作。在這里，我們要介紹的WMS支持標準HTTP的Get和Post請求，不過通常情況下基于GET方式（將參數以鍵值對的形式放置在URL中）進行服務請求較為方便。
HTTP協議用于客戶端和服務器之間的通信，為了滿足各種各樣的通信需求，HTTP協議規定了多種不同的請求方法，其中Get和Post是最基礎的兩種。Get用于請求已被URI識別的資源，Post則用來傳輸實體的主體，兩者的功能比較相近，但其實有著不小的區別。不過在本文中，我們將會主要看到這個區別：Get請求是將參數拼接到URL上進行參數傳遞的，而POST是將參數寫入到請求正文中傳遞的；因此，Get請求有URL長度的限制，通常用于查詢；Post請求則沒有長度限制，通常用于增添、刪除和修改。
根據《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 | 查詢服務的元數據，包括支持的操作、參數、以及圖層列表等 |
| GetMap | 必要 | 檢查詢指定區域和內容的地圖圖像 |
| GetFeatureInfo | 可選 | 查詢地圖上像素位置的基礎數據，包括幾何和屬性值 |
2.GetCapabilities
GetCapabilities操作的目的是獲取服務的元數據，主要包括WMS服務器提供的操作、請求參數等信息。GetCapabilities請求的參數如下表2所示：
【表2 WMS GetCapabilities請求參數】
| 請求參數 | 必要性 | 描述 |
|---|---|---|
| VERSION=version | 可選 | 請求的版本：值是1.1.0，1.1.1，1.3.0三者之一。 |
| SERVICE=WMS | 必要 | 服務的類型。 |
| REQUEST=GetCapabilities | 必要 | 請求操作的名稱。 |
| FORMAT=MIME_type | 可選 | 服務元數據的格式。 |
| UPDATESEQUENCE=string | 可選 | 用于緩存控制的序列號或字符串。 |
根據表2所示的參數，我們在瀏覽器中輸入如下地址：
http://localhost:8080/geoserver/ows?service=WMS&version=1.3.0&request=GetCapabilities
瀏覽器響應的結果如下圖所示?？梢钥吹椒祷氐慕Y果其實是一個XML文件，這個文件中描述的就是WMS服務具體的元數據信息。
3.GetMap
GetMap操作用于請求服務器生成地圖并返回，這個操作也是WMS服務最主要的功能。不難想象，為了保證正確的輸出結果，我們必須配置足夠多的參數，比如地理范圍，空間參考、輸出寬高以及格式等。具體的請求參數如下表3所示：
【表3 WMS GetMap請求參數】
| 請求參數 | 必要性 | 描述 |
|---|---|---|
| VERSION=1.3.0 | 必要 | 請求的版本。 |
| REQUEST=GetMap | 必要 | 請求操作的名稱。 |
| LAYERS=layer_list | 必要 | 一個或多個地圖圖層列表，使用逗號分隔。 |
| STYLES=style_list | 必要 | 渲染樣式列表，使用逗號分隔。 |
| CRS=namespace:identifier | 必要 | 坐標參考系統。 |
| 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（默認不透明）。 |
| BGCOLOR=color_value | 可選 | 背景顏色的十六進制紅綠藍顏色值（默認白色）。 |
| EXCEPTIONS=exception_format | 可選 | WMS報告異常的格式（默認為XML）。 |
| TIME=time | 可選 | 圖層需要的時間值。 |
| 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。 |
這些參數具體的參數值可以參考GetCapabilities操作返回的XML文件。例如，我們填充好所有的必要參數，在瀏覽器中輸入如下地址來訪問前文中配置好的矢量數據集：
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，瀏覽器就會返回一個PNG格式的圖像地圖文件，如下圖所示。GetMap響應的地圖圖像大小、格式等并不是固定的，具體取決于請求的參數。如果我們對矢量和柵格足夠熟悉的話，我們能大概猜出WMS服務返回地圖文件大概的處理算法流程：
- 由于數據源是矢量數據，所以我們關鍵是矢量柵格化的算法。
- 根據傳遞的參數坐標參考系統CRS、地理范圍BBox、寬WIDTH以及高HEIGHT足夠幫助我們確定一個柵格數據集。
- 通過矢量柵格化算法對柵格數據集填充像素值，這中間涉及到圖像的重采樣操作。
- 最后將柵格數據集的文件流傳輸到瀏覽器端。
如果我們想訪問前文中配置好的柵格數據集，URL請求參數大致相同，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，瀏覽器也會返回一張PNG格式的圖像地圖，如下圖所示：
有一點要注意的是在WMS另一個廣泛使用的版本1.1.1中，邊界框包圍盒的參數BBOX的x、y坐標順序是與1.3.0版本是相反的，WMS版本1.1.1的請求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
這個問題與GDAL2.0升級3.0版本時地理坐標系相關參數x和y需要進行調換有點類似，經過查閱相關資料才知道，原因是要保證x和y的順序要與坐標參考系定義的軸順序保持一致。但是在筆者看來，這種設計多少有點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。這個操作有點類似于鼠標在數字地圖上拾取一點，高亮顯示該點位置的要素并顯示該要素關聯的屬性。不難理解，由于WMS使用的HTTP協議是無狀態的，所以GetFeatureInfo請求參數包含了GetMap請求的大部分參數（除VERSION和REQUEST之外的所有參數）。畢竟，要獲取地圖某一點的要素信息，就先得把地圖給獲取了。GetFeatureInfo操作的標準請求參數如下表4所示：
【表4 WMS GetFeatureInfo請求參數】
| 請求參數 | 必要性 | 描述 |
|---|---|---|
| VERSION=1.3.0 | 必要 | 請求的版本。 |
| REQUEST=GetFeatureInfo | 必要 | 請求操作的名稱。 |
| map request part | 必要 | GetMap請求的大部分參數。 |
| QUERY_LAYERS=layer_list | 必要 | 要查詢的層級列表，以逗號分隔。 |
| INFO_FORMAT=output_format | 必要 | 特征信息返回格式（MIME類型）。 |
| FEATURE_COUNT=number | 可選 | 返回的特征數目 (默認為1)。 |
| I=pixel_column | 必要 | x方向像素坐標。 |
| J=pixel_row | 必要 | y方向像素坐標。 |
| EXCEPTIONS=exception_format | 可選 | WMS 報告異常的格式（默認為XML）。 |
我們按照表4所示的參數來查詢前文中配置好的基于矢量數據集的地圖，具體在某個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，瀏覽器會返回一個JSON，描述了該像素位置的幾何信息，其關聯的屬性信息，以及一些元數據信息。如下圖所示：
同樣的，如果使用類似的參數來查詢前文中配置好的基于柵格數據集的地圖，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，瀏覽器會返回一個JSON，不過內容就簡單多了，返回的是該地圖在指定像素位置的包含RGB三個波段的像素值。如下圖所示。這其實也不難理解，如果把柵格數據當作是點要素的集合，那么點的像素值自然就是其關聯的屬性數據了。
浙公網安備 33010602011771號