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或许是 WebGIS 下一代的数据规范 - OGC API 系列

来源:互联网 作者:佚名 时间:2022-07-22 07:43
目录 1. 前言 1.1. 经典的 OGC 标准回顾 1.2. 共同特点与时代变化 1.3. 免责声明 2. 什么是 OGC API 2.1. OGC API 是一个开放、动态的规范族 2.2. OGC API 特点 2.3. 众 API 简述(2022年7月) 3. 能用 OG

目录
  • 1. 前言
    • 1.1. 经典的 OGC 标准回顾
    • 1.2. 共同特点与时代变化
    • 1.3. 免责声明
  • 2. 什么是 OGC API
    • 2.1. OGC API 是一个开放、动态的规范族
    • 2.2. OGC API 特点
    • 2.3. 众 API 简述(2022年7月)
  • 3. 能用 OGC API 了吗
    • 3.1. 各 API 实现情况(官方统计)
    • 3.2. 前端地图库的实现
      • ① ArcGIS API for JavaScript
      • ② OpenLayers6
      • ③ LeafletJS
    • 3.3. GeoServer 的实现
    • 3.4. 开发库的支持
  • 4. 试用 GeoServer 的 OGC API
    • 4.1. 已知 BUG
    • 4.2. 试用 OGC Maps API
    • 4.3. 试用 OGC Tiles API
    • 4.4. 试用 OGC Features API
    • 4.5. 试用 OGC Styles API
  • 5. 小结


1. 前言 1.1. 经典的 OGC 标准回顾

直至今日,GeoServer 仍在发挥作用,WebGIS 的几大服务标准仍在应用:

  • WMS,网络地图服务
  • WMTS,网络瓦片地图服务
  • WFS,网络要素服务

这三个应该是耳熟能详的了,还有其它的就不列举了,本篇的重点并不是介绍这些现行标准,上面三个标准的速查可参考我往期的文章。

1.2. 共同特点与时代变化

现有标准,有一些共同的特点。比如,请求行为较为依赖 XML —— 原因之于“大前端”还未盛行的年代,后端常用 XML,前端就只能用浏览器 API 解析返还的 XML。譬如,WFS 的修改要素的事务操作(Transaction,一般称之为 WFS-T),那写在请求体中的 XML 使用 JavaScript 来编写,就显得比较枯燥冗长。

而现在,前后端职能分离,前端发展也有目共睹,地图开发中,前端大多数时候更希望发送、得到的是 JS 引擎更容易解析的 JSON,而不是 XML。

今天要介绍的这一套 OGC API,是 OGC 组织在 2 年前就一直在努力、下功夫的,他们把原来的 OGC 官网域名改了,LOGO 换了,甚至为这套 API 开辟了一个新的网站。

1.3. 免责声明

本文书写于 2022 年 7 月,这套 API 仍未完全落地,本文仅作为引导作用,并不能作为指导作用,一切以读者所在时间点的情况为准,我介绍这套 API 仅仅是为了这个风气浮躁的行业带来点消息,毕竟 OGC 官网这么大动作,国内竟然找不到一篇文章,哪怕是简单介绍的都好啊。

本文仅保留著作权、解释权,欢迎具名转载。

2. 什么是 OGC API 2.1. OGC API 是一个开放、动态的规范族

OGC API 目前有 13 个子类(含一个公共定义),而在去年的时候只有 9 个。只要符合 OGC API 公共定义,就可以为行业中新生的数据需求制定网络请求接口规范。

本文介绍的 API 未来有可能会消失其中某几个,也有可能会新增,一切以你看到的正式发布的版本为准。

2.2. OGC API 特点

最显著的特点可归纳为:

  • 接口风格是 REST

  • 数据传递默认为 JSON 格式

2.3. 众 API 简述(2022年7月)

首先,给个官网:OGC API

OGC API 是迎着近十年来前端技术飞速发展的趋势应运而生的,它与上述几个旧标准最大的区别是:

  • 使用 REST 风格
  • 交换数据默认改用 JSON

这一系列的 API 标准还对原来的几大服务标准进行了升级改造,以及对其它领域的需求进行了补充。

例如,WFS 3.0 标准被直接改作 OGC Feature APIWMS 则升级为 OGC Map API,见下表:

新版 API 现行 OGC Web 服务标准 状态 OGC Features API WFS 已发布 Part 1/2,一共 4 Part OGC Maps API WMS 起草中,可预览 OGC Tiles API WMTS 起草中,可预览 OGC Processes API WPS 已发布 1.0,一共 1 Part OGC Coverages API WCS 起草中,可预览

可能有的朋友不太熟悉后面两个,Processes API 即任务 API,最大的特点就是允许你向接口发起一个数据处理任务,旧标准是 WPS,发布这个 API 是对接口层面做了统一;Coverages API(也即 WCS)可能面向的是遥感应用,这个 API 更感兴趣的是栅格数据的波段信息、栅格像元等数据。

除了升级改造,还补充、完善了其它的标准:

新增的 API 用途 状态 OGC Common API OGC API 的公共定义 Part 1/2 起草中,可预览 OGC EDR API 环境数据,与 Features API 很相似 已发布 1.0,一共 1 Part OGC Records API 查询数据的数据,即元数据,一般与 Features API 一起搭配用 Part 1 起草中,可预览 OGC Styles API 可用于需要渲染的数据的样式接口 Part 1 起草中,可预览 OGC DGGS API 访问格网数据的一种接口 起草中,可预览 OGC Routes API 路由数据接口,最直接的应用即网络分析 Part 1 起草中,可预览 OGC Joins API 提供为空间数据进行连接操作的接口 起草中,可预览 OGC MovingFeatures API 时态相关的要素数据接口,Features API 的扩展版 起草中,可预览 OGC 3DGeoVolumes API 三维体块数据接口,有望统一 3DTiles 和 I3S 等三维数据格式的访问 起草中,可预览

这几个 API 比前面 5 个要陌生,所以额外多解释一番:

  • OGC EDR API - 环境数据,它查询的结果似乎并不是“空间要素”,而是各种结合了空间信息的环境数据,例如风速、空气温度、湿度、体感温度等;允许使用坐标、半径、范围、定位名称等参数查询环境数据,气象领域、海洋领域的应用可能较广,应该和 NetCDF 等多维数据格式的关系较为紧密

  • OGC Records API - 在设计上与 Feature API 略有重合,URL 在使用时会有重合,但在 查询过滤的侧重点可能有不同,Feature API 的查询专注于 空间分析型过滤,而这个 API 更专注于描述性质的属性过滤,也就是 非空间分析型过滤,例如 titleexternalIds 等;由于 Features API 的空间过滤章节规范还未发布,且 Records API 的规范也未正式发布、能体验的例子也较少,所以一切以正式为准

  • OGC DGGS API - DGGS,即 Discrete Global Grid Systems,它使用比四叉树更一般化的网格划分地球球面,有一些研究在这种特殊的网格几何形状上进行,它一般和 Features API、Processes API 一起使用,毕竟网格也是一种特殊的要素;只不过在 API 的设计上更加倾向于这些“网格”,静等实现

  • OGC Routes API - 类似 pgRouting 的一种规范,在数据接口层面实现了统一,你可以拿来查询路由(理解为有去由、有方向的路径),返回的是矢量要素,也可以调用与之配套的 Processes API 进行网络分析(最短路径等),这个 API 比较硬核,通常是服务端的实现比较重

  • OGC Joins API - 空间连接,使得已有的要素数据与新提供的数据能产生连接关系,熟悉后端数据库、ArcGIS 属性表连接等相关操作的应该能大致猜出来这个 API 是干什么的,是一种偏行为型的 API,与 Features API 一起使用,不过当前这个 API 的进程比较缓慢,还没有具体的实现

  • OGC MovingFeatures API - 是与时间相关矢量要素 API,与 Features API 一起使用,目前尚未看到实现,我认为这也是一个非常考验后端数据库组织能力的 API

  • OGC 3DGeoVolumes API - 目的很简单,将各家的三维数据标准统一到一起,目前还没什么内容,但开了个好头;我认为至少把现有的几个标准能合并在一起就很难以实现了,如果要在 API 层面使得各大 3D 数据规范统一,那将是一个非常漫长的过程;目前,社区案例中以简单的 3DTiles 为多,且只能以 REST 接口访问 tileset.json 文件的 JSON 内容;这个 API 的目标很大,希望把 glTF、3DTiles、I3S、CityGML/CityJSON 等一并具备实体数据内容的格式,通过 3DGeoVolumes 的概念在空间上聚合在一起,在 API 层面做到统一,而不是重新提出一个数据规范

  • OGC Styles API - 比较容易理解,规范化了各种样式信息的增删改查接口,这些样式信息可以用于瓦片、矢量要素的渲染;样式类型包括但不限于 SLD、MapboxStyle 等

3. 能用 OGC API 了吗 3.1. 各 API 实现情况(官方统计)

各个 API 在 GitHub 上基本上都是有独立仓库的,每个仓库基本上都记录了当前 API 的软件实现情况,包括服务端软件、前端库、开发库等,我挨个查阅后,将有记录的 API 实现记录文档列举如下:

  • OGC Feature API 实现列表

  • OGC Tiles API 实现列表

  • OGC Maps API 实现列表 暂时未更新,不过 GeoServer 已经实现了部分草案

  • OGC 3DGeoVolumes API 实现列表 本文发布时只有简单的 3DTiles 静态文件服务,还未看到 I3S

  • OGC Coverages API 实现列表

  • OGC Processes API 实现列表

  • OGC Records API 实现列表

  • OGC Joins API 实现列表 这个 API 在文章发布时还没有实现

  • OGC Routes API 实现列表

  • OGC Styles API 实现列表

其余尚未找到(也有可能是 OGC 还未公开其仓库)。

请注意,这些链接由于 OGC API 仍然在制定过程中,不保证有效性,请自行访问对应的 GitHub 仓库。

3.2. 前端地图库的实现

介绍几个比较有名的 JavaScript 库实现。

① ArcGIS API for JavaScript

仅在 V4 支持 OGC Feature API,使用 OGCFeatuerLayer 即可。

② OpenLayers6

目前只支持 OGC Tiles API。

  • 对于栅格瓦片,使用 ol/source/OGCMapTileol/layer/Tile 实现
  • 对于矢量瓦片(MVT格式),使用 ol/source/OGCVectorTileol/layer/VectorTile 实现

但是请注意,目前由于 OGC API 仍然不稳定,所以相关的类仍然没有文档,但是在官方的 Examples 中搜索 OGC 是能看到例子的。

③ LeafletJS

使用扩展支持了 OGC Map API:GitLab - Leaflet.ImageOverlay.OGCAPI

3.3. GeoServer 的实现

请参考 稳定版文档 / 最新版文档,简单的说,GeoServer 在最新的 2.21 版本已经实现了 Tiles、Coverages、DGGS、Features、Images(这项是请求中的 API,官方网站上还没有记录,更能体现 OGC API 是一个开放的规范族)、Styles、Maps 这几项 API。

3.4. 开发库的支持
  • TypeScript - haoliangyu/ogcapi-js
  • JavaScript - koopjs/provider-ogcapi-features
  • Python - geopython/pygeoapi
  • C# - sam-is/OgcApi.Net
  • Rust - camptocamp/ogcapi
  • Golang - WouterVisscher/ogcapi

更多资源请到 GitHub 上搜索。

4. 试用 GeoServer 的 OGC API

目前,仅在 2.18 以上版本看到有 OGC API 的社区扩展包。

https://build.geoserver.org/geoserver/

将对应版本的社区扩展包解压到 WEB-INF/libs/ 目录下后(要选择替换),重启 GeoServer 即可在主页右侧看到已经支持的 API

image

点击你想要进去的 API 的版本号,就可以在界面上看到对应的 API 了。

4.1. 已知 BUG

安装 OGC API 后,GeoServer 的 WMTS 将会失效,原因未知。请勿在生产环境和有重要数据的个人 GeoServer 上实验!!!

4.2. 试用 OGC Maps API

安装好 OGC API 插件后,在你的浏览器直接访问如下类似的 URL(注意你的端口、数据参数等):

http://localhost:4800/geoserver/ogc/maps
/collections/spatial_base:guangxi_cities
/styles/polygon
/map
?transparent=true
&f=image%2Fpng
&layers=spatial_base%3Aguangxi_cities
&styles=polygon
&crs=EPSG%3A4326
&width=768
&height=553
&bbox=104.04052734375%2C20.6048583984375%2C112.47802734375%2C26.6802978515625

返回的是与 WMS 的 GetMap 几乎一样的结果:

image

除此之外,OGC Map API 也有别的操作,可以到 API 体验页面了解:

https://developer.ogc.org/api/maps/index.html (在 2.21 版本的 GeoServer 上还未集成本地 Swagger 供本地测试,否则访问 http://localhost:4800/geoserver/ogc/maps/api 即可本地测试,其余 API 请读者自行测试)

4.3. 试用 OGC Tiles API

Tiles API 的模板如下:

http://localhost:4800/geoserver/ogc/tiles
/collections/{layerName}
/styles/{style}
/map/tiles
/{tileMatrixSet}/{tileMatrix}/{tileRow}/{tileCol}?f={ImageMIMEType}

所以,发起一张瓦片请求:

http://localhost:4800/geoserver/ogc/tiles
/collections/spatial_base:guangxi_cities
/styles/polygon
/map/tiles
/EPSG:900913/EPSG:900913:7/55/103?f=image/png

得到的瓦片是:

image

比对 WMTS 的 REST 风格 URL:

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

风格相似,升级成本较低。

4.4. 试用 OGC Features API
http://localhost:4800/geoserver/ogc/features
/collections/spatial_base:guangxi_cities
/items
&limit=5

只查单个

http://localhost:4800/geoserver/ogc/features
/collections/spatial_base:guangxi_cities
/items/guangxi_cities.1

http://localhost:4800/geoserver/ogc/features
/collections/spatial_base:guangxi_cities
/items/1

查询单个的返回结果:

{
  "type": "FeatureCollection",
  "features": [
    {
      "type": "Feature",
      "id": "guangxi_cities.1",
      "geometry": {/* ... */},
      "geometry_name": "geom",
      "properties": {/* ... */}
    }
  ],
  "numberMatched": 1,
  "numberReturned": 1,
  "timeStamp": "2022-07-18T16:48:12.381Z",
  "links": [/* ... */]
}

比对 WFS 的键值对形式获取简直不要太方便,我认为 Features API 是一个非常不错的升级。

至于 Features API 的第三部分:空间过滤,以及第四部分增删改查(对应 WFS 中的 Transaction),还要等草案稳定和各大社区实现。

4.5. 试用 OGC Styles API

你可以直接用 API 请求工具访问你本机上 GeoServer 提供的 Styles API,类似:

http://localhost:4800/geoserver/ogc/styles
/styles

这个双重 styles 可能会让人有点迷惑,即 /styles/styles,其实后面那个 styles 是 GeoServer 默认的样式集,名字就叫“styles”。这条查询返回的是 GeoServer 上名为“styles”样式集的所有样式。

众所周知,GeoServer 内置的样式很丑,以内置的 polygon 样式为例:

image

它其实是一个很简单的 SLD 定义:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<StyledLayerDescriptor version="1.0.0" 
 xsi:schemaLocation="http://www.opengis.net/sld StyledLayerDescriptor.xsd" 
 xmlns="http://www.opengis.net/sld" 
 xmlns:ogc="http://www.opengis.net/ogc" 
 xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" 
 xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance">
  <!-- a Named Layer is the basic building block of an SLD document -->
  <NamedLayer>
    <Name>default_polygon</Name>
    <UserStyle>
    <!-- Styles can have names, titles and abstracts -->
      <Title>Default Polygon</Title>
      <Abstract>A sample style that draws a polygon</Abstract>
      <!-- FeatureTypeStyles describe how to render different features -->
      <!-- A FeatureTypeStyle for rendering polygons -->
      <FeatureTypeStyle>
        <Rule>
          <Name>rule1</Name>
          <Title>Gray Polygon with Black Outline</Title>
          <Abstract>A polygon with a gray fill and a 1 pixel black outline</Abstract>
          <PolygonSymbolizer>
            <Fill>
              <CssParameter name="fill">#AAAAAA</CssParameter>
            </Fill>
            <Stroke>
              <CssParameter name="stroke">#000000</CssParameter>
              <CssParameter name="stroke-width">1</CssParameter>
            </Stroke>
          </PolygonSymbolizer>
        </Rule>
      </FeatureTypeStyle>
    </UserStyle>
  </NamedLayer>
</StyledLayerDescriptor>

SLD 实际上是一种 XML,是有规范的。上述这份 SLD,你可以这样请求得到:

http://localhost:4800/geoserver/ogc/styles
/styles/polygon

样式 API 其实算是比较简单的一个,包括其增删改查,点到为止。

5. 小结

OGC API 综合看下来,各行各业,方方面面,基本上都有考虑到,而且十分专注地在讨论“地理空间”,即使是来自偏研究领域的 DGGS APIEDR API,仍然认认真真地在写技术规范、参与讨论、实现 OpenAPI 的例子,积极与既有技术合并或直接提供实现的简单案例,而不是国内虚无缥缈的概念。

哀嚎,行业究竟在干什么?沙难聚成塔呀...

其实,对于开发者而言,API 的作用就是请求,OGC API 为开发者或调用者做了约束,大多数地图库并不需要完全支持所有的 OGC API,譬如 Feature API 就不需要 —— 正如同 WFS 于 CesiumJS/MapboxGL 一样,你需要矢量要素数据,你也知道有个 Features API 的数据源,你就照着规范请求矢量数据就好了。况且,或受制于技术水平,或受制于业务范围,有的接口可能在应用过程中是完全不需要或者实现不了的,比如 Joins APIRoutes API 等,只能等待社区给出封装成果。

我认为客户端可能需要接入的是 Tile API 或者 Map API,毕竟前端原生支持或扩展支持服务提供出来的地图、瓦片才像是一个地图库。

而像 Routes APIJoins APIMovingFeatures API 这几个对后端数据库、算法程序要求比较高的,就需要掂量掂量自己的斤两,看看是等着用别人的成果,还是硬着头皮自己实现了。

不过话说回来,2020 年到现在也才正式公布了寥寥几个 API 的基础部分,等待这套 API 完全发布、落实,我认为靠这行吃饭的朋友,如果没有撬动国内整个行情的力量,还是老老实实用现有成果的好,科研队伍反而更有空跟进了解。

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