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2023-11-17 10:54:23 +08:00
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title: WCS简述
date: 2020-03-29
author: ac
tags:
- WCS
categories:
- GIS
---
## 1. Coverages
在介绍`Web Coverage Service`之前,我们先了解一下`Coverages`。
`Coverages`表示位于空间/时间上的同构值集合,例如时空传感器、图像、模拟和统计数据。比如一维的时间序列、二维图像、三维(x,y,t)图像时间序列和(x,y,z)地球物理体元模型以及4D的(x,y,z,t)气候和海洋数据。
`Coverages`可以以任何合适的格式编码(如`GML`、`JSON`、`GeoTIFF`或`Net-CDF`),并且可以进行分区。它可以由单个文档(流或文件)或一组分层组织的文档表示,每个文档都可以单独编码,例如,`domain set`、`range type`和`metadata` 可以编码成易于解析的`GML`、`JSON`、或`RDF`,而`range set`是用一些紧凑的二进制格式编码的,如`NetCDF`或`JPEG2000`。这样的分区允许在空间、时间或混合中平铺覆盖,从而支持镶嵌、时间交错覆盖和有效的可子集数据集。
> `OGC`的Coverage Implementation Schema`CIS`)通过建立一个具体的、可互操作的、符合性可测试的覆盖结构来指定`OGC coverage model`
下图是`AbstractCoverage`接口的类图:
<img src="./images/abstractCoverageStructure.png" alt="abstractCoverageStructure" style="zoom: 33%;" />
- `coverage­Function`:描述如何获得`Coverage`位置的范围值
- `envelope``Coverage` 的 bounding box
- `DomainSet`coverage 切确的位置描述边界envelope。通过一个轴的有序列表来定义这些轴的上界和下界建立了每个轴的范围
- `rangeSet`coverage 实际范围值,每一个都与`domain set`中定义的一个直接位置相关联。
- `rangeType`coverage 结构的描述和技术元数据,是一个`SWE Common`规范中的`DataRecord`,另外还可以添加一个插补指令。
- `metadata`:特定的元数据,允许单独的扩展
`Coverages`独立于服务定义,因此可以通过各种`OGC`服务类型进行访问,例如`WCS`。
## 2. WCS(Web Coverage Service)
`OGC` 网络覆盖服务 (`WCS`) 支持将地理空间数据作为`Coverage`进行电子检索,为如何请求地理空间图像的栅格源提供了一个标准接口。
![WCS Spec Hierachy](./images/wcs-spec-hierarchy.png)
## 3. WCS的核心操作
`WCS`可以执行以下操作:
| **Operation** | **Description** |
| ------------------ | ----------------------------------------------- |
| `GetCapabilities` | 检索服务器数据的列表,以及有效的`WCS`操作和参数 |
| `DescribeCoverage` | 检索完整描述请求覆盖范围的XML文档。 |
| `GetCoverage` | 返回特定格式的Coverage |
### 3.1 GetCapabilities
参数列表:
| name | description |
| ----------------------- | --------------------- |
| service=wcs | 服务名称,固定为"wcs" |
| version | 版本 |
| request=GetCapabilities | 操作 |
KVP形式
`http://localhost:8080/geoserver/ows?service=wcs&version=1.0.0&request=GetCapabilities`
XML形式
`http://localhost:8080/geoserver/wcs`
```xml
<GetCapabilities
service="WCS"
version="1.0.0"
xmlns="http://www.opengis.net/wcs"
xmlns:nurc="http://www.nurc.nato.int"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://www.opengis.net/wcs http://schemas.opengis.net/wcs/1.0.0/wcsCapabilities.xsd"/>
```
响应示例:
响应结果包含服务`description`服务描述、`Capability`服务能力、`ContentMetadata`服务器中提供的栅格数据信息(栅格图层)。
```xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<wcs:WCS_Capabilities version="1.0.0" xmlns:wcs="http://www.opengis.net/wcs" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:ogc="http://www.opengis.net/ogc" xmlns:ows="http://www.opengis.net/ows/1.1" xmlns:gml="http://www.opengis.net/gml" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://www.opengis.net/wcs http://localhost:8080/geoserver/schemas/wcs/1.0.0/wcsCapabilities.xsd" updateSequence="367">
<wcs:Service>
<wcs:metadataLink about="http://geoserver.sourceforge.net/html/index.php" xlink:type="simple" metadataType="other"/>
<wcs:description>This server implements the WCS specification 1.0 and 1.1.1, it's reference implementation of WCS 1.1.1. All layers published by this service are available on WMS also.
</wcs:description>
<wcs:name>WCS</wcs:name>
<wcs:label>Web Coverage Service</wcs:label>
<wcs:keywords>
<wcs:keyword>WCS</wcs:keyword>
<wcs:keyword>WMS</wcs:keyword>
<wcs:keyword>GEOSERVER</wcs:keyword>
</wcs:keywords>
<wcs:responsibleParty>
...
</wcs:responsibleParty>
<wcs:fees>NONE</wcs:fees>
<wcs:accessConstraints>NONE</wcs:accessConstraints>
</wcs:Service>
<wcs:Capability>
<wcs:Request>
<wcs:GetCapabilities>
...
</wcs:GetCapabilities>
<wcs:DescribeCoverage>
...
</wcs:DescribeCoverage>
<wcs:GetCoverage>
...
</wcs:GetCoverage>
</wcs:Request>
<wcs:Exception>
<wcs:Format>application/vnd.ogc.se_xml</wcs:Format>
</wcs:Exception>
</wcs:Capability>
<wcs:ContentMetadata>
<wcs:CoverageOfferingBrief>
<wcs:description>Generated from arcGridSample</wcs:description>
<wcs:name>nurc:Arc_Sample</wcs:name>
<wcs:label>A sample ArcGrid file</wcs:label>
<wcs:lonLatEnvelope srsName="urn:ogc:def:crs:OGC:1.3:CRS84">
<gml:pos>-180.0 -90.0</gml:pos>
<gml:pos>180.0 90.0</gml:pos>
</wcs:lonLatEnvelope>
<wcs:keywords>
<wcs:keyword>WCS</wcs:keyword>
<wcs:keyword>arcGridSample</wcs:keyword>
<wcs:keyword>arcGridSample_Coverage</wcs:keyword>
</wcs:keywords>
</wcs:CoverageOfferingBrief>
...
</wcs:ContentMetadata>
</wcs:WCS_Capabilities>
```
### 3.2 DescribeCoverage
获取地图服务器中某个`coverage`描述。
参数列表:
| name | description | data type | m/o |
| ---------- | -------------- | ------------------------------ | ---- |
| service | 服务类型 | String固定为"WCS" | m |
| version | 版本 | String | m |
| extension | 辅助信息 | Extension | o |
| coverageId | coverage的标识 | NCName(工作空间+图层名) | m |
| request | 操作类型 | String固定为DescribeCoverage | m |
> 服务类型要大写"WCS"
KVP形式
`http://localhost:8080/geoserver/ows?service=WCS&request=describecoverage&coverageid=Pk50095&version=1.0.0`
`http://localhost:8080/geoserver/ows?service=WCS&request=describecoverage&identifiers=Pk50095&version=1.1.0`
XML形式
`http://localhost:8080/geoserver/wcs`
```xml
<DescribeCoverage
version="1.0.0"
service="WCS"
xmlns="http://www.opengis.net/wcs"
xmlns:nurc="http://www.nurc.nato.int"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://www.opengis.net/wcs http://schemas.opengis.net/wcs/1.0.0/describeCoverage.xsd">
<Coverage>nurc:Pk50095</Coverage>
</DescribeCoverage>
```
响应结果示例:
```xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<wcs:CoverageDescription xmlns:wcs="http://www.opengis.net/wcs" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:ogc="http://www.opengis.net/ogc" xmlns:ows="http://www.opengis.net/ows/1.1" xmlns:gml="http://www.opengis.net/gml" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://www.opengis.net/wcs http://localhost:8080/geoserver/schemas/wcs/1.0.0/describeCoverage.xsd" version="1.0.0">
<wcs:CoverageOffering>
<wcs:description>Generated from img_sample2</wcs:description>
<wcs:name>nurc:Pk50095</wcs:name>
<wcs:label>Pk50095</wcs:label>
<wcs:lonLatEnvelope srsName="urn:ogc:def:crs:OGC:1.3:CRS84">
<gml:pos>12.999446822650462 46.722110379286</gml:pos>
<gml:pos>13.308182612644663 46.91359611878293</gml:pos>
</wcs:lonLatEnvelope>
<wcs:keywords>
<wcs:keyword>WCS</wcs:keyword>
<wcs:keyword>img_sample2</wcs:keyword>
<wcs:keyword>Pk50095</wcs:keyword>
</wcs:keywords>
<wcs:domainSet>
<wcs:spatialDomain>
<gml:Envelope srsName="EPSG:32633">
<gml:pos>347649.93086859107 5176214.082539256</gml:pos>
<gml:pos>370725.976428591 5196961.352859256</gml:pos>
</gml:Envelope>
<gml:RectifiedGrid dimension="2" srsName="EPSG:32633">
<gml:limits>
<gml:GridEnvelope>
<gml:low>0 0</gml:low>
<gml:high>544 489</gml:high>
</gml:GridEnvelope>
</gml:limits>
<gml:axisName>E</gml:axisName>
<gml:axisName>N</gml:axisName>
<gml:origin>
<gml:pos>347671.1015525911 5196940.182175256</gml:pos>
</gml:origin>
<gml:offsetVector>42.34136799999989 0.0</gml:offsetVector>
<gml:offsetVector>0.0 -42.34136800000026</gml:offsetVector>
</gml:RectifiedGrid>
</wcs:spatialDomain>
</wcs:domainSet>
<wcs:rangeSet>
<wcs:RangeSet>
<wcs:name>Pk50095</wcs:name>
<wcs:label>Pk50095</wcs:label>
<wcs:axisDescription>
<wcs:AxisDescription>
<wcs:name>Band</wcs:name>
<wcs:label>Band</wcs:label>
<wcs:values>
<wcs:interval>
<wcs:min>1</wcs:min>
<wcs:max>3</wcs:max>
</wcs:interval>
</wcs:values>
</wcs:AxisDescription>
</wcs:axisDescription>
</wcs:RangeSet>
</wcs:rangeSet>
<wcs:supportedCRSs>
<wcs:requestResponseCRSs>EPSG:32633</wcs:requestResponseCRSs>
</wcs:supportedCRSs>
<wcs:supportedFormats nativeFormat="WorldImage">
<wcs:formats>ARCGRID</wcs:formats>
<wcs:formats>GeoTIFF</wcs:formats>
<wcs:formats>GIF</wcs:formats>
<wcs:formats>IMAGEMOSAIC</wcs:formats>
<wcs:formats>JPEG</wcs:formats>
<wcs:formats>PNG</wcs:formats>
<wcs:formats>TIFF</wcs:formats>
</wcs:supportedFormats>
<wcs:supportedInterpolations default="nearest neighbor">
<wcs:interpolationMethod>nearest neighbor</wcs:interpolationMethod>
<wcs:interpolationMethod>bilinear</wcs:interpolationMethod>
<wcs:interpolationMethod>bicubic</wcs:interpolationMethod>
<wcs:interpolationMethod>bicubic_2</wcs:interpolationMethod>
</wcs:supportedInterpolations>
</wcs:CoverageOffering>
</wcs:CoverageDescription>
```
> 这里的\<gml:axisName>标签为下面`getCoverage`请求中维度`dimension`参数的可选值。
### 3.3 GetCoverage
`GetCoverage`请求`WCS`服务处理特定coverage并返回空间数据。它可以检索覆盖率的子集结果可以是覆盖率本身或对它的引用。
`GetCoverage`请求最强大的功能是它子集域(高度和时间)和范围的能力。它还可以进行重采样,以不同的数据格式编码,并以不同的方式返回结果文件。
<img src="./images/image-20210702165344490.png" alt="image-20210702165344490" style="zoom: 50%;" />
请求参数列表:
| name | description | data type | m/o |
| --------------- | ------------------------ | --------------------------------- | ---- |
| service | 服务类型 | String固定为"WCS" | m |
| version | | String | m |
| extension | | Any | o |
| coverageId | coverage标识 | NCName | m |
| format | 返回格式 | anyURI | o |
| mediaType | 如果存在,强制多部分编码 | anyURI固定为“multipart/related” | o |
| dimensionSubset | | DimensionSubset | o |
> `dimensionSubset`:从服务器获取数据时修剪或切片维度
format参数应该是`describecoverage`操作返回结果中`<wcs:supportedFormats>`标签下的类型,默认是`coverage`原来的格式;
`dimensionSubset`由一组`coverage`的`dimension`设置的子集规则(`subseting specifications`)组成。
<div style='text-align:center'>DimensionSubset structure</div>
| name | definition | data type | Multiplicity |
| --------- | --------------------------------------- | --------- | -------------- |
| dimension | Name of dimension along which to subset | NCName | one(mandatory) |
> 一个`GetCoverage`请求中最多包含一个`subsetibt`操作,且每个`dimension`维度最多包含一个针对`coverage`的的`subsetting`操作。常见的`dimension`有:
>
> - 地理坐标的经纬度dimension=Long,dimension=Lat
> - 投影坐标的XY轴dimension=E,dimension=N
根据`dimensionSubset`是裁剪还是分割操作,其对应了两个子类:
- `DimensionTrim`
- `DimensionSlice`
#### 3.3.1 `DimensionTrim`
`DimensionTrim`有`trimLow`和`trimHigh`两个属性,用来指定某个维度`dimension`下的裁剪区间,但不能超过`coverage`原始数据的` gml:Envelope`范围。比如`coverage`在x轴下的最大值为H最小值为L则有L<=`trimLow`<=`trimHigh`<=H。
示例:
```xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<wcs:GetCoverage service="WCS" version="2.0.1"
xmlns:wcs="http://www.opengis.net/wcs/2.0"
xmlns:crs="http://www.opengis.net/spec/WCS_service-extension_crs/1.0"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://www.opengis.net/wcs/2.0 http://schemas.opengis.net/wcs/2.0/wcsAll.xsd">
<wcs:CoverageId>nurc__mosaic</wcs:CoverageId>
<wcs:DimensionTrim>
<wcs:Dimension>Long</wcs:Dimension>
<wcs:TrimLow>8</wcs:TrimLow>
<wcs:TrimHigh>10</wcs:TrimHigh>
</wcs:DimensionTrim>
<wcs:DimensionTrim>
<wcs:Dimension>Lat</wcs:Dimension>
<wcs:TrimLow>38.5</wcs:TrimLow>
<wcs:TrimHigh>43.5</wcs:TrimHigh>
</wcs:DimensionTrim>
<wcs:Extension>
<crs:subsettingCrs>
http://www.opengis.net/def/crs/EPSG/0/4326
</crs:subsettingCrs>
</wcs:Extension>
</wcs:GetCoverage>
```
<div style="text-align:center">
<img src="./images/image-20210705110436978.png"/>
<img src="./images/image-20210705110546049.png" alt="image-20210705110546049" style="zoom:33%;" />
</div>
#### 3.3.2 `DimensionSlice`
`Dimension`有一个`slicePoint`属性,用来指定某个`dimension`维度分割的位置点,但不能超过`coverage`中`gml:Envelope`的范围。
这里没有找到相关操作示例。
#### 3.3.3 服务扩展
**Range Subsetting Extension**
该扩展定义了从WCS服务器提供的`coverage`中检索选定的`range`组件.
选择是基于`coverage`中定义的`range type`,其中由可识别的组件(\<swe:DataRecord>)给出。在某些域中,这些`range`组件定义的`range type`称为“通道”、“波段”或“变量”。
<img src="./images/image-20210706110821141.png" alt="image-20210706110821141" style="zoom: 67%;" />
> **RangeSubset**: Used to select a subset of coverage fields to the dataset.
>
> **Subset**: Trim or slice a dimension when fetching data from the server
示例:
以GeoServer自带的`nurc:mosaic`图层为示例数据,我们可以在`编辑图层`中看到`Coverage`波段详情:
![image-20210706134553852](./images/image-20210706134553852.png)
1. 选择`RED_BAND`波段的子集,即导出的`coverage`为`RED_BAND`单一波段的tiff文件
`http://localhost:8080/geoserver/wcs?SERVICE=WCS&REQUEST=GetCoverage&VERSION=2.0.1&CoverageId=nurc__mosaic&RANGESUBSET=RED_BAND`
<div style="text-align:center">
<img src="./images/image-20210706135913057.png" alt="image-20210705110546049" style="zoom:33%;" />
</div>
## 参考文章
[1] OGC Coverage Implementation Schema http://docs.opengeospatial.org/is/09-146r8/09-146r8.html
[2] Web Coverage Service https://www.ogc.org/standards/wcs
[3] WCS reference https://docs.geoserver.org/latest/en/user/services/wcs/reference.html
[4] OGC® Web Coverage Service Interface Standard -Range Subsetting Extension https://portal.ogc.org/files/12-040