Web地图服务规范(WMS、WMTS、TMS)简析

- 日理万妓 2023-01-13 04:12 912阅读 0赞

# Web地图服务规范(WMS、WMTS、TMS) #

## 1.概况 ##

Web地图服务规范包括WMS(网络地图服务)、WMTS(网络地图瓦片服务)、TMS(瓦片地图服务)等。WMTS服务和WMS服务都是由开发地理信息联盟(OGC)指定。其不同在于，WMTS服务采用缓存技术能够缓解WebGis服务器端数据处理的压力。TMS服务由开源空间信息基金会(OSGEO)指定。TMS与WMTS服务的差异主要体现在:

*  TMS是纯Restful，而WMTS可以有KVP、SOAP和Restful三种。
 *  TMS瓦片是正方形的，而WMTS是矩形的（正方形是特殊的矩形）
 *  在纵轴方向上方向相反，TMS瓦片以左下角为原点，WMTS瓦片以左上角为原点。
 *  WMTS中对应的不同比例尺瓦片可以尺寸不同。

在地图服务中，为了处理方便，瓦片均采用正方形，一般像素为256（居多）或者512。

> 这里需要说明一下，256的意思是对应瓦片（图片）是由横方向有256行像素点，纵方向256个像素，也就是说，对于256的一个瓦片，总共有256^2=65536个像素。由此也可以算出一个瓦片的大小，一个像素有RBG三个颜色通道组成，每个通道范围为0~255(即三个字节)，也就是说一个像素为9个字节，那么一个瓦片的大小是589,824B。**不过jpg,png等都采用了压缩技术，实际大小要小很多。**

## 2. 基本知识 ##

本次记录不是简单的介绍一下这三个协议，而是要要对地址做一下解析说明，这样可以更好的理解Web服务协议。为了更好的说明，这里需要引入几个知识点，以EPSG:4326网格集为例。

### 2.1 地球平面化 ###

地球是一个球体，如果把其展开，可以近似看成一个矩形。宽近似为周长的一半。所以就有了如下图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L29ZaW5IZVpoaUd1YW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

### 2.2 瓦片形成 ###

为了满足TMS协议，瓦片采用正方形存放，所以，在切瓦片之前应该在中间先切一刀，保证基础为正方向。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L29ZaW5IZVpoaUd1YW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

此时沿着每个区域横方向和总方向各切一刀，这样就出现8块图片，也就是0级别有8块瓦片。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L29ZaW5IZVpoaUd1YW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

按照如此方式，每增加一个层级，每个瓦片就被分成4分。所以，层级1有8\*4=32块瓦片。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L29ZaW5IZVpoaUd1YW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

而在实际tif切瓦片的过程中，他是从最高一级往下切。比如一个tif文件可切成0-10级瓦片，他会先切10级瓦片，然后通过融合的方式把4×4的瓦片合并为一张瓦片，依次类推。

## 3. Web地图服务地址解析 ##

地图服务提供的服务地址分别为:

*  WMS：`http://ip:port/geo/service/wms?layer={layername}&TILED=true`
 *  WMTS：`http://ip:port/geo/service/wmts?layer={layername}`
 *  TMS：`http://ip:port/geo/service/tms/1.0.0/{layername}@EPSG:4326@png`

然而，如果要获取一个瓦片，需要如下的地址：

*  WMS：`http://ip:port/geo/service/wms?layer={layname}&TILED=true&version=1.3.0&request=GetMap&format=image/png&transparent=true&width=256&heigh=256&CRS=EPSG:4326&styles=&bbox=minx,miny,maxx,maxy`
 *  WMTS：`http://ip:port/geo/service/wmts?layer={layname}&tilematrixset=EPSG:4326&service=WMTS&Request=GetTile&Version=1.0.0&Format=image/png&TileMatrix=EPSG:4326:2&TileCol=5&TileRow=1`
 *  TMS：`http://ip:port/geo/service/tms/1.0.0/{layname}@EPSG:4326@jpeg/2/6/1.jpeg`

我们知道，一个瓦片是通过层级范围、瓦片X坐标和瓦片Y坐标，对于WMTS和TMS，我们很容易找到这三个要素，然而WMS就没有那么容易了。下面就做一一分析。

### 3.1 WMTS ###

通过上的地址我们分析到，WMTS服务三要素体现在`TileMatrix=EPSG:4326:2&TileCol=5&TileRow=1`。其中层级范围为2（EPSG:4326:**2**），瓦片X坐标为`TileCol=5`，瓦片Y坐标为`TileRow=1`。现在我们取层级范围为3，第三列第六行的瓦片，那么参数应该就是(**注意瓦片编号从0开始**）:

TileMatrix=EPSG:4326:3&TileCol=2&TileRow=5

### 3.2 TMS ###

通过上的地址我们分析到，TMS服务三要素体现在`/2/6/1.jpeg`,其中2为层级范围，6为瓦片X坐标，1为瓦片Y坐标。由上面说到，TMS的原点在左下角，所以如果取到和上面WMTS一样的瓦片，地址应该为:

/3/2/2.jpeg

> 那么WMTS和TMS的关系是什么呢？
> 
> 层及范围和X坐标(也就是行号一致)，Y坐标是，这两个的Y坐标相加等于2^(层级范围)-1，上面层级范围为3，所以两者相加等于7即可。

### 3.3 WMS ###

通过上面观察我们发现这个地址中并没有这三个要素，但是我们发现有个参数是bbox.这里传入了瓦片的左下角和右上角的坐标。那么通过这两个坐标就可以计算出三要素。需要注意的事，参数如果传入有偏差，将不会反返回正确结果。那么我们现在在算一下上面相同的瓦片的坐标该是多少呢？

*  首先，层级范围为3，应该有32列，8行瓦片。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L29ZaW5IZVpoaUd1YW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

*  那么我们现在计算黄色瓦片的左下角和右上角的坐标。对于X轴，总共有32个瓦片，长度为360°，所以每个瓦片的角度为11.25°。
    
     *  **对于X轴方向**：最左边的坐标为-180°，所以黄色块的左下角X坐标为-180+11.25\*2=-157.7；右上角X坐标为加一个瓦片的度数，为-146.25。
     *  **对于Y轴方向**：最下边的坐标为-90度，所以黄色块的左下角Y坐标为-90+11.25\*2=-67.5；右上角Y坐标为加一个瓦片的度数，为-56.25。

所以通过上面分析，WMS的参数中的Bbox参数应该为:

bbox=-157.7,-67.5,-146.25,-56.25

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L29ZaW5IZVpoaUd1YW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221022/a7791f8d59c6463eb4a4e555e56b89fe.png
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