---
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