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【森城市】GIS数据漫谈(二)— 空间数据库与地图服务

发表于 2022-7-1 15:42
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摘要: 在上篇“GIS数据漫谈(一)”中简单介绍了GIS数据中矢量数据和栅格数据的概念,以及常见的GIS数据文件类型。这篇漫谈中我们继续讲讲地图服务。空间数据库GIS的发展史是跟随IT技术的发展史进展的,比如前面提到的各种 ...
在上篇“GIS数据漫谈(一)”中简单介绍了GIS数据中矢量数据和栅格数据的概念,以及常见的GIS数据文件类型。这篇漫谈中我们继续讲讲地图服务。




空间数据库



GIS的发展史是跟随IT技术的发展史进展的,比如前面提到的各种矢量数据、栅格数据的文件都属于空间数据。由于地理数据本身的大数据属性,一个城市地理信息系统的数据量可能达几十GB,如果考虑影像数据的存储,可能达几百个GB。地理信息系统的海量数据,带来了系统运转、数据组织与储存、网络传输等一系列技术困难,自然也给数据管理增加了难度。

为了更好的管理GIS数据便发展出了空间数据库,随着技术的发展很多主流数据库基本上都支持空间数据扩展,比如MySQL、Oracle、PostGIS等。




地图服务



有了空间数据库管理GIS数据,怎么去对接这些数据呢?总不能一个个去导GeoJSON吧。OGC【开放地理空间信息联盟 (Open Geospatial Consortium-OGC)】为上面讲过的数据源设计了一些服务比如WMS、WMTS、WFS 等等。

在GIS的Web应用中,无论原始数据存在文件里也好,还是存在数据库里也好,都可以利用这些标准的地图服务在网络中通过http(s)协议进行访问共享。一般GIS大厂的Server产品或开源的GIS Server(比如 GeoServer)都支持发布这些地图服务。


WMS(Web Map Service)

该服务的最主要能力就是将GIS数据(无论原始数据是矢量数据还是栅格数据)发布成“图片”。即根据客户端请求参数(主要是bbox范围),服务器端返回相应的“图片”。

WMS常用的三种操作:

• GetMap:根据请求参数,返回一个图片 

• GetFeatureinfo:根据请求参数里的坐标,返回查询到的对象属性信息 

• GetCapabilities:返回服务的元数据 

将“站点”、“铁路”、“湖泊”数据发布成WMS服务,则可以通过WMS服务根据bbox范围请求相应数据渲染后的地图图片。绝大部分的地图应用前端库对WMS服务都有相应图层支持。

【森城市】GIS数据漫谈(二)— 空间数据库与地图服务

WMS 有时又被称为“动态”地图服务,服务器会从客户端发出请求的参数(比如图层名称、BBox范围内)去数据库或文件中检索查询相应范围的数据,然后再根据配置的样式渲染成图片,最终返回给客户端。

如果客户端请求频发或并发请求高,地图图层包含的数据量又非常庞大、配置的样式复杂时,服务端承担的负载就会增大。因此,后来又发展出了地图瓦片缓存机制。简单说就是按一定的规则把“渲染”后的地图图片存放在服务器上,当客户端再次调用时服务端就直接返回“缓存”的图片,不用再次“动态”渲染,所以就有了地图瓦片服务。


地图瓦片服务

地图瓦片指将一定范围内的地图按照一定的尺寸和格式,按缩放级别或者比例尺,切成若干行和列的正方形栅格图片,对切片后的正方形栅格图片被形象的称为瓦片(tile)。

瓦片地图金字塔模型是一种多分辨率层次模型,从瓦片金字塔的底层到顶层,分辨率越来越低,但表示的地理范围不变。

【森城市】GIS数据漫谈(二)— 空间数据库与地图服务

Google 地图采用的 Web Mecator 投影和瓦片分级切割方案,也成为目前互联网地图事实上的标准。

WMTS(Web Map Tile Service

WMTS是一种OGC定义的地图瓦片服务标准,WMTS 是 OGC 提出的缓存技术标准,即在服务器端缓存被切割成一定大小瓦片的地图,对客户端只提供这些预先定义好的单个瓦片的服务,将更多的数据处理操作如图层叠加等放在客户端,从而缓解 GIS 服务器端数据处理的压力。

与之对应的还有Google Tile、 OSGeo 的 TMS(Tile Map Service)等等,虽然各个规范有所不同,但基本上都可以在uearth API中尝试使用 TileLayer 加载这些地图瓦片服务。

如何在低代码加载使用这些数据?
可以将湖泊、铁路等数据利用GeoServer分别发布成为WMTS和TMS地图服务,在低代码ThingJS在线开发利用 uearth API 的 TileLayer 进行加载。

【森城市】GIS数据漫谈(二)— 空间数据库与地图服务

无论是WMS服务还是地图瓦片(切片)服务,最终调用的都是“图片”而不是数据本身。虽然浏览器几乎没有渲染的压力,但是样式不够灵活,只能在低代码ThingJS中调整整体图片的效果,不方便效果调整(如果调整了服务端的地图样式配置又需要重新切片)。所以又有了WFS服务来直接的提供对矢量数据的操作。

WFS(Web Feature Service)

WFS为客户端提供了操作矢量数据的能力,除了返回查询数据外,还提供了新增、修改、删除数据的标准接口。意思是所看到的是要素是矢量图形,而不是一张图片。

矢量图形和图片要素的区别是不会随着放大程度的改变而失真,矢量要素方便交互和编辑、修改形状等。

如何在低代码加载使用这些数据?

利用 GeoServer 将数据(如铁路)发布成WFS服务直接在前端进行查询,返回结果后(一般为geojson格式),用 ThingJS/uearth 相关 API 进行绘制。

【森城市】GIS数据漫谈(二)— 空间数据库与地图服务




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