GeoServer空间服务自动发布与切片技术研究与实现.pdf

2023 年第 10 期67计算机应用信息技术与信息化G e o S e r v e r 空间服务自动发布与切片技术研究与实现侯国伟1,2 王 帅2 秦攀科1HOU Guowei WANG Shuai QIN Panke 摘要 随着计算机信息技术以及多维空间信息的快速增长，传统的空间分析服务技术已经无法满足多元异构的地形矢量数据、遥感影像栅格地理数据的存储、处理、展示等。经研究，与 WebGIS 相结合的方式才能提供更高质量的空间数据服务，面向空间分析的 GeoServer 服务自动发布以及影像自动切片技术对于处理较复杂的空间数据的设计思路和实现方法，将服务器上的动态空间数据减少人工干预，自动发布 GIS服务，同时为加快数据访问效率，将数据进行自动切片，破解只有专业人员才能发布空间服务的困境，增加系统的灵活性。关键词 GeoServer；WebGIS；空间数据服务；自动发布；自动切片 doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2023.10.0141.河南理工大学 河南焦作 4540002.河南省自然资源监测和国土整治院 河南郑州 4500000 引言地理信息系统（geographic information system，GIS）以多源异构、多维度的空间数据为基础，使用各种地理空间数据进行建模分析，适时地提供多维、动态更新的地理空间数据，对各种矢量数据、栅格数据等进行采集、存储、解析并提供可视化应用，是一种为研究地理地质环境提供辅助决策的软件应用系统。随着移动互联网的迅速发展，人们对空间地理数据的需求越来越大，GIS 在卫星定位、城市建设规划、地质信息系统等行业有广泛的应用场景。然而，新时期、新形势下，随着计算机技术的飞速发展，各种智能终端得到广泛使用，传统的 GIS 软件已不能满足各行各业异常增加的地理空间数据量，同时现阶段，GIS 软件需要通过互联网发布空间服务，才能满足用户空间数据检索和分析的需求，因此与互联网相结合的地理信息系统（WebGIS）便具有市场价值1。1 现状分析WebGIS 是一种基于 Web 的地理信息系统，它可以实现地理空间数据的查询、分析、管理和可视化。与传统的 GIS相比，WebGIS 主要是通过浏览器来实现用户与服务器之间的交互，具有成本较低、界面友好、容易操作等优点。客户端一般执行地图显示和信息查询目标的选定，数据的调用、处理、清洗、转换、空间分析等都在服务器完成。这种分布式的系统不仅简化了客户端的结构，降低了客户端负荷，也降低了对宽带的要求，对时空大数据的存储可以放在多台服务器中，服务器可以位于多地，可降低系统的负载，可以跨平台，兼容 Windows 系统、Unix 系统等，对于时空大数据不仅实现了数据的高度共享，也可以实现数据的实时更新，基于 Internet 体系，具有很好的扩展性。但是目前 WebGIS在实际应用过程中仍然存在一些问题：比如在遥感影像方面空间分析能力不足；地理空间数据多元，流程发布复杂；处理各类矢量、栅格数据需要占用大量的服务器硬件资源等2。因此，需要一种面向空间分析的 GeoServer 服务自动发布与切片技术来解决目前 WebGIS 系统遇到的一些难题。基于 GeoServer 地理空间数据服务技术构建地质灾害信息系统，通过该技术叠加各种地质灾害预警分析矢量图，能够实现多元异构数据的多方位展示。GIS 服务发布工具主要有 ESRI 的 ArcGIS Server 和 开 源 的 GeoServer 等，ArcGIS Server 能够提供空间分析服务，但是其为商业软件，价格昂贵。GeoServer 本质上是一个多功能的地图服务发布器，GeoServer 作为开源软件，具有能够提供数据访问服务，发布 WMS、WFS、WPS 等常用地图服务类型，扩展能力强的特点3。对于轻量型 WebGIS 应用项目，GeoServer 从功能上来说完全满足用户的需求，完全可以作为 ArcGIS Server 的替代品。因此对于中小企业来说，非常有必要使用 GeoServer来发布和管理自己的地图服务，并在此基础上进行二次开发，建设相应的信息系统，为 WebGIS 框架提供了解决方案。2 GeoServer 的安装及配置GeoServer 部署在 Tomcat 安装目录 Webapps 下，当运行 Tomcat 服务时，它会作为一个应用被部署。访问 http:/localhost:8080/geoserver/web/会 进 入 GeoServer 管 理 界 面，2023 年第 10 期68计算机应用信息技术与信息化用户名：admin，密码：GeoServer。登录进入 GeoServer 管理界面后，点击左侧 LayerPreview，可出现图层列表，点击OpenLayers 便可预览图层。GeoServer图层系统是由工作区、数据存储、图层组成的。工作区相当于项目，数据存储和图层都需要依赖特定的工作区。SHP 是矢量数据源格式，TIFF 是栅格数据源格式，以两者为例，创建不同的数据存储。这里 SHP 矢量数据一定要选择需求的工作区，必须指定数据名称，DBF 字符集选择数据源的编码格式，否则将会出错。TIFF 栅格数据源选项较少，指定工作区和数据源名称、数据源地址即可4。坐标系统确定后，还需要确定四至信息，可以选择坐标系四至或数据源四至，本文使用数据源四至。设定完成后保存即可，发布成功，能找到图层信息进行浏览。如图 1 所示。图 1 GeoServer 发布图层3 GeoServer 服务自动发布客户将需要分析的操作请求和数据发送给空间分析服务端。空间分析服务器接受来自客户的数据处理请求，处理数据服务以及数据分析功能，读取数据库中的数据资源，调用自动发布服务，并给客户反馈处理结果。空间分析服务模块在数据处理过程中，根据请求调用相应的处理函数，实现对数据的处理。数据处理分析完成后生成结果文件，其能够自动将路径等相关参数信息发送给 GeoServer 空间服务，并且自动调用发布器发布服务，形成所需要的数据化产品。一般发布地图数据服务都是通过 Web 管理界面进行，管理配置数据源、创建工作空间、添加数据集、设置样式等，这些操作对用户而言，需要一定的专业性，手动在管理界面上进行操作，不便于广大用户自行操作，需要求助于专业人士，同时这种空间服务发布方式不能满足用户的个性化需求5。为了简化人工操作步骤，空间服务自动发布、动态生成服务显得非常必要。GeoServer 提供了比较完整的 Rest API接口，通过调用 GeoServer 接口，基本可以实现其提供的用户操作界面里的大部分功能。客户端系统只需要通过 http 请求调用 GeoServer 的 Rest api 接口，即可实现对 GeoServer 资源的管理、服务的发布等操作，用户可以通过 GeoServer 提供的 REST 接口检索或更改有关实例的信息，REST 接口可以接收 HTTP 请求，无需再访问浏览器管理界面，REST 接口结合get、post等接口协议，完成GeoServer数据资源的获取、创建、修改、删除的操作，完成自动化发布服务。主要是 GeoServer Manager 完成空间服务自动发布功能，其包含 REST 资源的定义及协议方法。该库由 Java 编写，具有依赖少、非侵入式等特点，配置数据库连接参数、GeoServer 连接参数，要发布的图层信息参数，通过 API 可以在代码层和 GeoServer 交互6。如图 2 所示。图 2 地图服务自动发布流程4 遥感影像数据自动切片空间数据往往包含大量多元异构的多维度空间信息，占用的存储空间比较大，假如一次性同时加载所有的数据资源，会导致服务器处理速度变慢、客户端等待时间长、资源加载卡顿的情况出现。倘若采用金字塔结构来组织和存储这些较大的数据资源，将其切分成不同级别、不同分辨率较小的图幅资源，每提高一个浏览级别，就用高分辨率的数据代替较低分辨率的图幅资源，用户每次仅需要请求较少的数据资源，就可以减少请求的数据量，服务器发送响应时间完全能满足用户需求，从而减少系统响应时间，改善用户体验7。如图3 所示。图 3 遥感影像自动切片流程 2023 年第 10 期69计算机应用信息技术与信息化采用 Python 语言以及自动化切片工具 Selenium，在工具中添加 GeoServer 账户密码进行代理认证，其能够自动访问所需服务的地址，在切片过程中，填写格网方案、格式、边界范围等设置参数，点击完成提交按钮，即可完成对遥感影像数据自动切片8，关键代码如下：layer=newol.layer.Image(source:newol.source.ImageWMS(/mageWMS/TileWMS ratio:1,url:url,params:FORMAT:image/png,VERSION:1.3.0，STYLES:,LAYERS:layerName )在代码实现过程中，需要输入两个参数的值：需要发布的空间数据服务的统一资源定位符 URL 及 LAYERS。URL由地理服务的 IP 和 GeoServer 服务工作区组成，LAYERS 为需要发布地图的图层名称。5 应用实例GeoServer 空间服务自动发布与切片技术是河南省地质灾害应急防治技术支撑平台的主要研究内容和关键技术。自动发布空间服务与遥感影像自动切片技术研究与实现，为简化人工操作步骤、用户自定义发布服务，打破空间分析服务的专业性，满足个性化的业务需求提供了支撑方案。如图 4所示。图 4 系统研究技术路线图系统平台功能开发基于 JDK 8，应用服务器基于 Tomcat 8.0 版本，前端开发采用 JavaScript，二维引擎采用 leaflet，三维框架使用 Cesium，最后通过 GeoServer 空间服务器（2.19版）发布空间服务，系统采取 B/S 模式进行访问操作。在系统研发过程中，使用代码的方式，可以将空间服务自动发布与切片自动化处理，屏蔽繁琐的步骤，最终给用户呈现出一个简单的服务发布功能。GeoServer Manager 是一个基于 Java 开发的客户端库，用于调用 GeoServer 的 Rest API接口。其主要目的是给 Java 开发者提供一个调用 GeoServer Rest API 接口的简单类库。使用这个类库，可以不用自己编写 http 工具，不用自己组装各种复杂的入参，可以实现快速开发。需要首先进行 maven 引入，添加仓库及依赖，代码如下。GeoSolutions http:/maven.geo-solutions.it/it.geosolutions geoserver-manager 1.7.0 在系统平台研发过程中，需要编写 GeoServer 发布工具类，以及调用编写好的发布工具类。如图 5 所示。图 5 编写及调用 GeoServer 发布工具类2023 年第 10 期70计算机应用信息技术与信息化本系统平台基于 GeoServer 空间服务自动发布与切片技术的实现方法，使用 GeoServer 服务提供的地图存储、生成和发布功能自动发布地质灾害矢量数据及影像栅格数据。首先，部署 GeoServer 服务并配置工作空间、存储器和 WMS服务等功能；其次，设置定时任务获取施工质量数据，并对其按照预定义数据处理后生成shp矢量、tiff栅格等格式文件；然后，调用 GeoServer 工具包中地图图层发布方法，把生成的格式文件发布为 WMS 服务；最后，根据 WMS 服务规范，使用二维引擎采用 leaflet 显示各目标图层，客户设置好参数后，使用自动发布与影像切片技术的方法，替代传统复杂的发布流程及切片方法，解决只有专业技术人员才能发布地图空间服务的问题，同时又能满足用户的差异化需求。系统实现效果，如图 6 所示。图 6 不同切片级别影像叠加显示效果6 结语本文根据地理空间数据操作和影像处理的需求，开源GeoServer 提供地图服务，采用 Python 与 GDAL 相结合构建空间分析服务，弥补 GeoSever 空间分析能力不足的缺点，采用空间数据的自动服务发布、自动切片服务的方法，显著提升了基于 GeoServer 发布服务的灵活性，解决了传统 GIS 服务需要专业人士手动配置发布、无法动态发布等问题9。同时，基于 GeoServer 的 WebGIS 地质灾害系统处理多元异构较复杂的空间地理数据，为今后利用地理空间数据资源，结合实际需求及 Web 服务实现功能更加强大的 WebGIS 系统提供参考依据10。参考文献：1 何鑫.基于 GeoServer 和 OpenLayers 的 WebGIS 地理信息服务系统的设计与实现 J.山西交通科技,2017(4):122-126.2闫石磊.基于GeoServer的WebGIS共享数据平台D.西安:西安电子科技大学,2015.3 吴国超,王豹,鲍文月.基于开源框架的 WebGIS 平台关键问题研究 J.城市勘测,2023(2):45-48.4 杨 明 奇,周 程,付 立 军,等.融 合 Cesium 和 Geoserver的地质数据形变监测可视化方法 J.计算机系统应用,2021,30(11):179-187.5 汪鹏，李爱光.基于 Geoserver 和 Leaflet 的地理信息服务构建与调用 J.测绘与空间地理信息,2017,40(3):122-124+127.6 刘旭,赵铮,陈建华,等.一种面向空间分析的开源GeoServer 服务自动发布与切片方法 J.物探化探计算技术,2022,44(1):110-116.7 吴瑞龙,何华贵,张鹏程,等.基于 GeoServer REST 的矢量地图服务自动发布研究与应用 J.测绘地理信息,2021,46(S1):32-35.8 代林海,秦荣波.Geoserver 的 WMS 服务分析与应用 J.测绘,2021,44(2):67-70+78.9 焦汉科,黄悦,曹凯滨.开源 GIS 研究及应用初探 J.测绘通报,2016(S2):44-48.10 赵栋梁,孙朝犇,李德元.基于开源 WebGIS 的三维自然资源管理平台的设计与实现 J.科学技术创新,2020(31):104-105.【作者简介】侯国伟（1988），男，河南林州人，本科，工程师，研究方向：地质环境信息系统建设。（收稿日期：2023-07-04 修回日期：2023-08-06）