OGC WebGIS 常用服务标准（WMS/WMTS/TMS/WFS）速查

本文只介绍实际工作中常用的 WMS、WMTS、WFS、TMS 四种，WCS、WPS 等其它 OGC WebService 类型请自行查阅官方资料。

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0. 参数传递方式

• 键值对
• RESTful API
• SOAP

三种方式对于下文列举的服务并不是全都存在的，例如 WMS 就只有第一种。

本文不介绍 SOAP 方式（因为太复杂了）。

1. WMS 速查

以 1.1.0 版本为参考。

1.1. 能力

• GetCapabilities
• GetMap
• GetFeatureInfo

1.2. 获取地图图片举例（GetMap）

以这样一个请求地址为例：

http://localhost:4800/geoserver/spatial_base/wms?

queryString 即查询字符串，我把它列成表格：

param	value	desc
service	WMS	服务类型
version	1.1.0	服务版本
request	GetMap	方法
layers	spatial_base:guangxi_cities	哪个图层
bbox	104.450889587402,20.8992862701416,112.061851501465,26.3855667114258	要多大范围
width	768	要返回的图像像素宽
height	553	要返回的图像像素高
srs	EPSG:4326	用哪个坐标系
styles	""	用什么样式，缺省要给空字符串
format	image/png	格式

GeoServer 的 layers 参数，是“工作空间名:图层名”这样的组合。

那么，它返回的就是一张图：

这是最常规的使用“键值对”，也就是 queryString 来请求地图的 WMS 用法。

1.3. 在 CesiumJS 和 OpenLayers6 中使用 GeoServer WMS

在 CesiumJS 中：

new Cesium.WebMapServiceImageryProvider({
  url: 'http://localhost:4800/geoserver/spatial_base/ows',
  layers: 'spatial_base:guangxi_cities',
  parameters: {
    transparent: true,
    format: 'image/png',
  },
})

只需要保证坐标系合适即可，当然，url 的 ows 也可以改为 wms。

OWS 只是 GeoServer 上的一个通配符，如果你知道你想用的是什么服务，可以不写 ows，例如本例，可以直接写 'http://localhost:4800/geoserv...'

在 OpenLayers6 中：

import TileLayer from 'ol/layer/Tile'
import TileWMS from 'ol/source/TileWMS'

new TileLayer({
  extent: [104.4509, 20.8993, 112.0619, 26.3856], // 坐标系保持与 View 一致
  source: new TileWMS({
    url: 'http://localhost:4800/geoserver/spatial_base/wms',
    params: {
      'LAYERS': 'spatial_base:guangxi_cities',
    },
    serverType: 'geoserver', // 有好几种地理服务器，要明确指定
  }),
})

// View 坐标系的设置
import { View } from 'ol'
new View({
  // ...
  projection: get('EPSG:4326') // 返回一个 Projection 实例即可
})

根据 OpenLayers 的文档：

At least a LAYERS param is required. STYLES is '' by default. VERSION is 1.3.0 by default. WIDTH, HEIGHT, BBOX and CRS (SRS for WMS version < 1.3.0) will be set dynamically.

也就是至少要设置 LAYERS 参数。如果请求的图层的坐标系与 View 的一致，则不需要设置 SRS。

1.4. 获取要素信息

WMS 虽然主要的用途是请求地图图片，是一种经典的服务器渲染服务，但是也保留了基本的要素查询功能，也就是 GetFeatureInfo，举例：

http://localhost:4800/geoserver/spatial_base/ows
?service=WMS
&version=1.1.1
&request=GetFeatureInfo
&layers=spatial_base:guangxi_cities
&bbox=101.25,22.5,112.50,33.75
&width=256
&height=256
&srs=EPSG:4326
&query_layers=spatial_base:guangxi_cities
&info_format=application/json
&x=181
&y=199

GetFeatureInfo 是一个可选的功能，GeoServer 有这个功能。简单解释一下，参数 width 和 height 是参数 bbox 范围生成的一小块图片，然后去查询这块图片中像素位置是 x、y 的要素信息，其它参数不难理解。

2. WMTS 速查

2.1. 轴向

WMTS 的轴朝向如下图所示。

2.2. 能力

• GetCapabilities（获取WMTS元数据文档，也叫获取能力文档）
• GetTile（获取一张瓦片）
• GetFeatureInfo (可选能力)

2.3. 示意图

WMTS 的行列号、瓦片阵（TileMatrix，类似层级的概念，参考第 5 节）是从 0 开始算的，例如 TileMatrix=EPSG:4326:0&TileCol=0&TileRow=0。

2.4. 请求瓦片举例（GetTile）

以 2.3 小节中的“TileRow=55 & TileCol=103”这张瓦片为例：

它的请求地址是：

http://localhost:4800/geoserver/gwc/service/wmts?layer=spatial_base%3Aguangxi_cities&style=&tilematrixset=EPSG%3A900913&Service=WMTS&Request=GetTile&Version=1.0.0&Format=image%2Fpng&TileMatrix=EPSG%3A900913%3A7&TileCol=103&TileRow=55

把 queryString 列成表格即：

param	value	desc
layer	spatial_base:guangxi_cities	与 WMS 的 layers 意义一致
style	""	与 WMS 的 style 意义一致
tilematrixset	EPSG:900913	瓦片阵集，见本文第5节
TileMatrix	EPSG\:900913\:7	当前级别的瓦片阵，见本文第5节
TileCol	103	瓦片列号
TileRow	55	瓦片行号
Service	WMTS	与 WMS 的 service 意义一致
Request	GetTile	与 WMS 的 request 意义一致
Version	1.0.0	与 WMS 的 version 意义一致
Format	image/png	与 WMS 的 format 意义一致

聪明的你应该注意到了，参数的名称是大小写任意的，但是参数值部分大小写敏感，例如 “EPSG:900913”写成“epsg:900913”是请求不到的（至少 GeoServer 是这样）；但是“GetTile”写成“gettile”又是可以的。

2.5. 请求瓦片举例（GetTile）使用 RESTful

图与上一小节返回的是一样的，使用 RESTful 风格的请求是这样的：

http://localhost:4800/geoserver/gwc/service/wmts/rest/spatial_base:guangxi_cities/polygon/EPSG:900913/EPSG:900913:7/55/103?format=image/png

2.6. 关于 GeoServer 两种获取瓦片的接口风格

• 键值对：在 GeoServer 中使用 OpenLayers 预览，使用浏览器开发者工具查看网络请求，此处的接口风格即键值对形式，使用 queryString；
• RESTful：请求 WMTS 的能力文档，搜索 ResourceURL 标签，此处的地址是 REST 风格的。

2.7. 在 CesiumJS 和 OpenLayers6 中使用 GeoServer WMTS

在 CesiumJS 中，你要十分小心每一级“TileMatrix”的名称，因为 CesiumJS 使用的是 REST 风格的请求地址，这就意味着，TileMatrix 必须与能力文档中对应图层的 TileMatrix 名称一致，才能拼凑出正确的 URL。

CesiumJS 默认 WMTS 每一级的 TileMatrix 名称就是简单的“0、1、2、3、4...”，但是 GeoServer 默认的 900913 和 4326 这两个 TileMatrixSet 的名称却是 “EPSG\:4326\:0、EPSG\:4326\:1、EPSG\:4326\:2...”和“EPSG\:900913\:0、EPSG\:900913\:1、EPSG\:900913\:2...”，面对这种情况也好办，我们可以用 JavaScript 快速生成这样一个有规律的 TileMatrixLabels 数组：

const maxLevel = 3 // 别忘了改成你的 WMTS 支持的最大等级，此处演示写个 3
const tileMatrixID = 'EPSG:900913'
const tileMatrixLabels = Object.keys(new Array(maxLevel).fill(0)).map(v => `${tileMatrixID}:${v}`)
// tileMatrixLabels 即 ['EPSG:900913:0', 'EPSG:900913:1', 'EPSG:900913:2']

现在，你可以用这个 tileMatrixLabels 数组创建 WebMapTileServiceImageryProvider：

new Cesium.WebMapTileServiceImageryProvider({
  url: 'http://localhost:4800/geoserver/gwc/service/wmts/rest/spatial_base:guangxi_cities/{style}/{TileMatrixSet}/{TileMatrix}/{TileRow}/{TileCol}?format=image/png',
  style: 'polygon', // 改 'default' 就是默认的样式
  layer: 'spatial_base:guangxi_cities',
  tileMatrixLabels: tileMatrixLabels,
  tileMatrixSetID: 'EPSG:900913',
  rectangle: Cesium.Rectangle.fromDegrees(104.450889587402,20.8992862701416,112.061851501465,26.3855667114258),
})

你甚至可以封装一个函数获取这些 TileMatrix 的名称：

/**
 * 创建 TileMatrix 的名称
 * @param {string} tileMatrixID 即 `TileMatrixSet` 的名称
 * @param {number} maxLevel 即 WMTS 的最大等级
 * @returns {string[]}
 */
const createTileMatrixLabels = (tileMatrixID, maxLevel) => 
  Object.keys(new Array(maxLevel).fill(0)).map(v => `${tileMatrixID}:${v}`)

至于 OpenLayers6 加载 WMTS，也是需要计算分辨率、TileMatrixIDs 的，略嫌麻烦，以 EPSG:4326 为例，你需要计算图层的分辨率列表、TileMatrix 名称列表：

// 计算 22 级别，够用就行
const resolutions = new Array(22)
// EPSG:4326 一级宽度跨 2 个 256 像素的瓦片
const firstLevelPixelWidth = 360 / (256 * 2)
for (let z = 0; z < 22; ++z) {
  // 逐级除以 2
  resolutions[z] = firstLevelPixelWidth / Math.pow(2, z)
}
const tileMatrixLabels = createTileMatrixLabels('EPSG:4326', 22)

随后，你就可以用 resolutions 和 tileMatrixLabels 创建一个 WMTSTileGrid，进而创建 WMTS 图层了：

const wmtsTileGrid = new WMTSTileGrid({
  origin: [-180, 90], // origin 即当前坐标系的的左上角
  resolutions: resolutions,
  matrixIds: tileMatrixLabels,
})

new TileLayer({
  extent: [104.4509, 20.8993, 112.0619, 26.3856],
  source: new WMTS({
    // 和 CesiumJS 不太一样，这里不用到模板那么细
    url: 'http://localhost:4800/geoserver/gwc/service/wmts',
    layer: 'spatial_base:guangxi_cities',
    matrixSet: 'EPSG:4326', // 与能力文档中此图层的 TileMatrixSet 一致
    format: 'image/png',
    // 也可以用 `ol/proj` 包导出的 get('EPSG:4326')，返回 Projection 实例即可
    projection: 'EPSG:4326',
    tileGrid: wmtsTileGrid,
    style: 'polygon',
    wrapX: true,
  }),
})

而如果是 EPSG:3857，也即 EPSG:900913，那么你的 origin、extent、firstLevelPixelWidth 就要随之改变了：

const origin = [-20037508.34, 2003708.34]
const extent = [11627419.84177403,2379873.5953122815,12474668.246494522,3046913.9333698303]
const firstLevelPixelWidth = 40075016.68557849 / 256

至于为什么是这几个数字，请查看 GeoServer 中相关 Gridset 的数值吧，需要有 Web 墨卡托坐标系相关的基础。

3. TMS 速查

TMS 是一种非常接近静态资源的地图瓦片数据集，常见的瓦片格式有 jpeg、png、pbf 等。这个标准比较旧了，但是胜在简单。

3.1. 轴向

TMS 轴朝向如下图所示。

3.2. 元数据 XML 文档

一般来说，TMS 的地址会指向一个名称是 tilemapresource.xml 的文档。当然，GeoServer 就比较例外，仅仅是返回 XML 文档而地址并不指向 XML 文档。

这个 XML 文档是 TMS 最显著的特征，记录了这个瓦片地图集的元数据：

  ...<-->

3.3. 请求瓦片举例

请求地址：

http://localhost:4800/geoserver/gwc/service/tms/1.0.0
/spatial_base:guangxi_cities@EPSG:900913@png
/7/103/72.png

如下图所示：

3.3. 在 QGIS 中加载 GeoServer 的 TMS

添加一个 XYZ 图层即可，但是在模板链接中要填写的是 {z}/{x}/{-y}.imageExt，而不是 {z}/{x}/{y}.imageExt。

3.4. 在 CesiumJS 和 OpenLayers6 中使用 GeoServer 的 TMS

CesiumJS 在测试中发现对非全范围的 EPSG4326 或 3857 坐标系的 TMS 加载是存在问题的。GeoServer 发布的图层一般没有这个问题。

举例：

new Cesium.TileMapServiceImageryProvider({
  url: "http://localhost:4800/geoserver/gwc/service/tms/1.0.0/spatial_base%3Aguangxi_cities@EPSG%3A900913@png",
  minimumLevel: 0,
  maximumLevel: 15,
  rectangle: Cesium.Rectangle.fromDegrees(104.450889587402,20.8992862701416,112.061851501465,26.3855667114258)
})

如果使用的是 TileMapServiceImageryProvider 这个类，那么它是遵循正确的 z、x、y 顺序的。如果使用的是 UrlTemplateImageryProvider，那么你需要把模板中的 {y} 改成 {reverseY}：

new Cesium.UrlTemplateImageryProvider({
  url: "http://localhost:4800/geoserver/gwc/service/tms/1.0.0/spatial_base%3Aguangxi_cities@EPSG%3A900913@png/{z}/{x}/{reverseY}.png",
  minimumLevel: 0,
  maximumLevel: 15,
  rectangle: Cesium.Rectangle.fromDegrees(104.450889587402,20.8992862701416,112.061851501465,26.3855667114258)
})

CesiumJS 会判断默认的 TMS 描述文件“tilemapresource.xml”，请求失败则降级成 {z}/{x}/{reverseY}.imageExt

而在 OpenLayers6 中，使用 TMS 则是通过 XYZ 实现的：

new TileLayer({
  source: new XYZ({
    url: 'http://localhost:4800/geoserver/gwc/service/tms/1.0.0/spatial_base%3Aguangxi_cities@EPSG%3A900913@png/{z}/{x}/{y}.png'
  }),
})

这只是最简单的用法，即默认是 EPSG:3857 或 EPSG:900913 切片方案的 TMS，否则要指定其它的参数，例如 projection、tileGrid、tileSize 等，具体参考官方文档。如果不想控制台报没瓦片的地方找不到瓦片的错误，则还要加上 extent 参数给 ol/layer/Tile 类：

import TileLayer from 'ol/layer/Tile'

const tmslayer = new TileLayer({
  extent: [11627419.84177403,2379873.5953122815,12474668.246494522,3046913.9333698303],
  // ...
}) 

3.5. GeoServer 是否可以挂接已有的 TMS

暂时不可以。

参考：Can I use external TMS service as a store in Geoserver?

GeoServer 目前只能挂接其它服务器的 WMS 和 WMTS，TMS 作为一种比较静态的瓦片数据服务，建议直接使用 Web 服务器发布即可，不需要再经过 GeoServer。

4. WFS 速查

WFS 即使到了 2.0.0 版本，仍然只能用这两种方式发起请求：

• 使用键值对的简单类型请求，通常用 Get 请求，也能用 Post 请求
• 使用 XML 体的复杂数据请求，只能用 Post 请求

这是有问题的，前端的朋友们熟悉什么？他们要什么？JSON 啊！

若不加以限制，WFS 返回的是基于 XML 的 GML 格式。总之，

4.1. 能力

• GetFeature：获取矢量要素数据
• DescribeFeatureType：查询矢量图层的元数据
• GetCapabilities：获取能力文档
• Transaction：发起矢量图形交互事务，例如增删改等

这只是主要的能力，2.0.0 还新增了其它的能力，有兴趣的可以去看规范，也可以直接参考 GeoServer 的帮助手册，十分详细：

• GeoServer Docs - Services - WFS - WFS reference#operatioins

我只是好奇，为什么 GeoServer 本地不能集成一份帮助文档呢？

4.2. 获取要素（GetFeature）及常用参数

这里以 WFS 2.0.0 为例。

一个最简单的获取全部矢量要素的请求如下：

http://localhost:4800/geoserver/spatial_base/ows
?service=WFS
&version=2.0.0
&request=GetFeature
&typeNames=spatial_base:guangxi_cities
&outputFormat=application/json

参数 outputFormat 的指定非常重要，若不指定，默认返回的是 GML 格式数据。

几个常用的参数如下

参数名	值类型	描述
count	int	限制返回的个数，取前 count 个
featureid	string	指定要素的 ID 来查询，格式是“图层名.id”
typeNames	string	要查询哪个“图层”，GeoServer 是“工作空间”:“图层名”
propertyName	string	需要返回什么属性字段，用英文逗号连接
filter	string	一个 XML 文本，即查询信息
outputFormat	string	要返回数据的格式类型，能力文档中有

其中，filter 的 XML 就是 WFS 较为诟病的一点，因为这个 XML 构造起来比较麻烦。

4.3. 获取要素时使用过滤（Filtering）

以一个简单的框选查询为例，你需要构造如下的 XML：

  
    geom
    
      109 20
      120 30
    
  

对于我这份数据来说，这样一个框选查询能返回 11 个要素。注意， 下的 的值，即 "geom"，指的是要素图层的待相交查询的几何字段名称。如果是 Shapefile，它的几何字段可能是 "SHAPE" 或其它。

关于这个 filter 能进行什么空间查询，请参考：

• GeoServer Docs - Filtering - Supported Filtering Language
• GeoServer Docs - Filtering - Filtering Function References

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上述的 XML 过滤参数，是通过 GET 请求，发送 QueryString 的方式传递到 WFS 的。如果这个过滤的 XML 体积过大，超出了 GET 请求的最大大小（因浏览器而异，普遍较小），那么就需要改成 POST 请求，把这个 XML 作为请求体发送到服务器。

请求路径：

POST http://localhost:4800/geoserver/spatial_base/ows

请求体和上面的 filter 略有不同，要把其它的请求参数也带上：

  
  geom
  name
    
      
        name
        梧州市
      
    
  

WFS 1.0.0 和 1.1.0 的又略有不同，详见：

• GeoServer Docs - Filtering - Filter functions
• OGC Standard - Filter Encoding

WFS 参考资料之复杂，中文教程、例子之少，其实讲究效率的年代不愿意用它也是情有可原的。

官方的例子，在标准文档的 Annex B 章节（附件B）中。

在线的文档，则可以参考 OGC Standard Examples 页面，找到 WFS 目录即可。

4.4. 简述事务（Transaction）

WFS 的事务允许你向服务器上的数据进行增删改，能增删改的除了属性数据，当然还包括图形数据。

在 WFS 2.0.0 中，事务支持如下几个动作（Action）：

• delete
• insert
• replace
• update

以更新为例，仍然是请求 4.3 小节中的地址，发送的 XML 请求体则是：

  要 Update 的要素是 spatial_base:guangxi_cities<-->
  
    更新名称属性为“梧州市_重命名”<-->
    
      name
      梧州市_重命名
    
    使用 Filtering 只修改第4个要素<-->
    
      
    
  

有时候你无法发送 Transaction 请求，返回的错误是“XXX is readonly”，应该是 GeoServer 对编辑请求作了限制，你可以到管理页面的“Security - Data”下，将“*.*.w”的规则（也就是写规则）赋予合适的角色，即可得到编辑写入的权限。

更多例子请参考文末给的例子链接，或者直接查阅对应 WFS 版本的标准文档中的 Examples 内容。

4.5. 推荐与不推荐

WFS 的要务并不是拿来显示大量矢量数据的，大量的矢量图形数据对网络传输、浏览器渲染的性能要求非常高，甚至浏览器超过 1000 个常规的 JavaScript 对象就难以把持 rAF 程序的流畅性（一是遍历性能可能不足，二是浏览器可用操作系统内存可能不够）。

所以，不推荐 WFS 用来全量显示矢量图形数据。

针对“既需要显示、又需要查询”的需求，可将任务分解：

• 使用 WMTS/TMS/VectorTiles 显示图形；
• 使用 WMS/WMTS 的 GetFeatureInfo 或独立存储非空间数据，另写请求接口进行查询非空间数据；
• 有空间图形分析或复杂空间查询需求的，请使用地理数据库；
• 有编辑需求的，不太推荐使用 WFS 的 Transaction 操作，建议使用地理数据库 + 可定制的后端查询接口

OpenLayers6 有几个 WFS 的例子，其使用 JavaScript 函数拼接请求参数之复杂令人困扰，实在令人提不起用标准 WFS 的欲望。

而 CesiumJS 则直接不考虑这个 OGC 服务，让用户自己选择矢量图形数据的加载与否（可请求矢量图形数据后使用 GeoJsonDataSource 来加载）。

5. 什么是 TileMatrixSet / TileMatrix

你在 WMTS 能力文档中，一定能看到这两个东西。但是我觉得官方文档废话太多，索性把自己的理解写了出来。

TileMatrixSet 笔者译为“瓦片阵集”，而 TileMatrix 即“瓦片阵”。

很多人也许第一次看到这个词，一时半会儿想不通为什么是“Matrix”。直译来说，“Matrix”即矩阵：

假如这个矩阵的每个元素块上填充的是地图瓦片，那就能理解了。

所以，TileMatrix 指的就是某个层级的所有瓦片；自然而然，TileMatrixSet 就是所有层级的 TileMatrix “集”。

举例，GeoServer 中的内置瓦片阵集有一个是 EPSG:4326，那么第 7 级瓦片阵即 EPSG:4326:7。

在 GeoServer 中还有个类似的词是 Gridset，在 TileCaching - Gridsets 下可以找到。

6. 常见地图服务接口的轴朝向

① 使用 Z-order 降维编码的微软必应地图

Z-order，有时候又叫 莫顿曲线，参考 wiki - Z-order 或 wikigis - Z-order)。

在微软 Bing 地图瓦片的编号中使用了这个曲线。这个曲线通常用于四叉树的编码。

② 类似 WMTS 的谷歌和 OSM

瓦片的轴和原点均与 WMTS 一样，只不过有一个语义上的等价关系：

• TileCol → x（列 Col 值，即横方向）
• TileRow → y（行 Row 值，即纵方向）
• TileMatrix = z（当前瓦片阵，即瓦片层级）

如下图所示：

OSM 和 谷歌地图 的 Z、X、Y 也与 WMTS 一样，是从 0 开始算的。

以 WMTS 的 TileMatrix=EPSG:900913:7、TileCol=103、TileRow=55 瓦片为例，那么 OSM 的瓦片应为：

https://a.tile.openstreetmap.org/7/103/55.png

得到的瓦片：

而对应的谷歌地图瓦片链接为：

http://mt2.google.com/vt/lyrs=m@167000000&hl=zh-CN&gl=cn&x=103&y=55&z=7

得到的图：

再把原来 WMTS的瓦片搬来看看：

可以说位置上是一致的。

③ 百度地图

原点在 0 度经度、0 度纬度：

百度的 X 和 Y 值如上图所示，有正有负。

瓦片层级，从 3 级起算，最大 21 级。

关于百度的 N 种坐标，参考此文 百度地图API详解之地图坐标系统，业务上对高德、百度、腾讯等 LBS 厂商用得不多，故不再列举，有需要的朋友可自行在网络上查找。

参考资料

• OGC e-Learning
• OpenStreetMap/Google/百度/Bing瓦片地图服务(TMS) - 可可西 - 博客园
• Gist - WFS 2.0 Examples
• OGC Standards' Schemas (Examples)
• GeoServer中WMS、WFS的请求规范 - 李晓晖 - 博客园