MapServer 之 发布网络地图服务（WMS-Web Map Service）

一、环境搭建

• 操作系统：Windows 7 x64；
• 地图服务器：MapServer 6.40；
• Web服务器：Apache httpd 2.2；
• 空间数据库：PostgreSQL/PostGIS 9.2.

1、 Apache HTTP Server
      Apache HTTP Server（httpd）是一个开源的Web服务器，可以运行在多个操作系统中，包含UNIX、Linux和Windows，能够提供安全、高效和可扩展的web服务，提供与当前的HTTP标准同步的HTTP服务。

      Httpd项目在1995年启动，1996年4月就变成了最流行的web服务器软件，至今已有20年的历史了。

      最近的版本是在2015年1月29日发布的，版本号为2.4.12，相对于上一个版本，主要增加了一些新特性，主要包括：动态加载MPM（Multi-Processing Modules，多道处理模块），对OCSP（Online Certificate Status Protocol，线证书状态协议）的支持，增加‘mod_lua’模块，动态反向代理配置，身份验证/授权，FastCGI代理，新的表达式解析器，一个小的对象缓存API。

2、MapServer
      MapServer是一个开源的基于胖服务器端/瘦客户端模式的实时地图发布系统，客户端发送数据请求时，服务器端实时的处理空间数据，并将生成的数据发送给客户端。MapServer 的核心部分是C语言编写的地图操作模块，它本身许多功能的实现依赖一些开源或免费的库，利用GEOS、OGR/GDAL 对多种矢量和栅格数据的支持，通过Proj.4共享库实时的进行投影变换。同时，还集合PostGIS 和开源数据库PostgreSQL 对地理空间数据进行存储和SQL 查询操作，基于ka-map、MapLab、Cartoweb 和Chameleon 等一系列客户端JavaScript API来支持对地理空间数据的传输与表达，并且遵守OGC制定的WMS、WFS、WCS、WMC、SLD、GML 和Filter Encoding 等一系列规范。

      MapServer依赖于一些开源库，如Shapelib，FreeType，Proj.4，GDAL/OGR ，GD Library，Regex。由于MapServer由C写成，它依赖的子项目都有相应的C语言实现版本。

• Shapelib提供了读、写和更新“ESRI Shapefile”格式数据的能力，并能修改相应的属性文件（.dbf）；
• FreeType是一个渲染字体的库，能够渲染大部分的矢量和bitmap字体格式，设计思想是小、高效、高度定制化，并且在不损失性能和功能的前提下尽可能轻量；
• Proj.4是一个地理投影库，提供多种投影的定义和使用接口；
• GDAL/OGR，GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)是一个在X/MIT许可协议下的开源栅格空间数据转换库。它利用抽象数据模型来表达所支持的各种文件格式。它还有一系列命令行工具来进行数据转换和处理。OGR是GDAL项目的一个分支，功能与GDAL类似，只不过它提供对矢量数据的支持。有很多著名的GIS类产品都使用了GDAL/OGR库，包括ESRI的ARCGIS 9.3，Google Earth和跨平台的GRASS GIS系统。
• GD Library，动态产生图片，支持大多数格式：JPEG, GIF, WEBP, XPM, BMP。通常用来动态生成图表、图片、缩略图等，常用于web环境中；
• Regex，为MapServer提供正则表达式支持。

3、PostgreSQL/PostGIS
      PostgreSQL是著名的开源“对象-关系”数据库，支持空间数据格式；PostGIS是PostgreSQL的空间工具扩展，包含一些对PostgreSQL数据库中的空间数据进行操作的函数，包含增删修改，和基于原数据进行相应的计算的函数：包括求多边形中心等的函数。

      最近的发布版本为9.4.1，9.3.6，9.2.10，9.1.15和9.0.19，PostgreSQL一次发布多个版本，都是修复相应的上一个版本的bug。9.4更改了在JSON和JSONB数据类型的unicode字符串转义的方式。

二、WMS服务发布

1. 发布服务

      WMS（Web Map Service）从地理信息产生包含空间数据的地图，WMS将地图定义为适合在电脑屏幕上的数字图片，地图并不是数据本身，而是将原来的数据渲染成图片格式（PNG、GIF、JPEG）、基于矢量的元素SVG，或者WebCGM格式。

      MapServer发布WMS，是通过一个map格式的文件来定义WMS的访问路径；数据源的来源，包含数据库的和本地的文件；还包含一些WMS图层的样式，包含配色，线条粗细，是否用相应的属性标识地物等等。

1.1 map配置文件
      Map文件是以MAP元素包裹的，所有的元素都是以END结束相应元素的；web元素定义了图层的web访问路径；layer元素定义图层，图层的样式是用“class”元素配置的，图层中最主要的一部分是定义图层数据的来源路径，分为不同的类型。我们利用MapServer发布一幅包含世界国家的边界的多边形图层。

1、首先在map文件中定义图层大小和范围、字体路径和图层背景色

2、 然后定义相应的MapServer服务访问接口

Map文件中注释符号是“#”， “wfs_onlineresource”定义了MapServer的地址，指定了相应的根据地理信息产生的图片地址：imageurl “/ms_tmp/”。

3、 接下来定义layer的来源，这里来源于PostgreSQL/PostGIS图层，连接和读取的配置

4、 接下来定义样式元素，定义图层的配色，边界的颜色，透明度

5、 接下来我们希望给每个国家加一个标签，显示每个国家的名称

显示的标签的文字必须是动态的，否则要为这个想法写一个包含200多个国家名的静态的文件，因此我们将该标签的文字配制成PostgreSQL数据库中的图层表的一个字段，这样实现动态目的，TEXT’[name]’，表示调取图层表的’name’字段；color表示文字的颜色；font表示使用的字体；position表示放置标签位置，ul代表up-left，左上角，同理有ur、bl和br；从数据库读数据，尤其是包含中文的表，必须指明数据库的编码，否则会显示乱码。

6、 最后，闭合layer和Map标签

2. WMS访问方法

      最后是用特定的方法来进行访问，OGC的WMS规范规定访问WMS服务要支持HTTP GET方法，HTTP GET是在URL明文传输数据，主要是以key=value形式，规范还定义了构造访问URL的方法：

      我们根据相应的map中的定义，构造访问刚刚发布图层的URL：
http://127.0.0.1/cgi-bin/mapserv.exe?map=mapfiles/boundries.map&mode=map
端口默认80，可以省去，URL定义了以map模式运行，配置文件地址是mapfile/boundries.map，也就是刚刚发布的map配置文件，其中定义了图层的相关配置。

      接受请求的程序是mapserv.exe，该程序的路径是http://127.0.0.1/cgi-bin/mapserv.exe，该程序是以httpd的扩展的形式出现的，遵循CGI规范，用C写成。除了map=‘’和mode=‘’，还可以接受更多的参数，比如说地图的尺寸。

1、将构造的URL输入浏览器

      可以看到，浏览器显示一张PNG格式的图片，是MapServer的默认输出格式，大小为800*400，结合之前的map配置文件，我们看看配置文件是如何起作用的：

      配置文件就是配置的输出图片大小是800*400，图片的颜色就是配置的颜色。但是我们看到，我们配置的显示标签并没有成功，为什么呢？我们看一下配置文件：

      框出的两行配置文件告诉MapServer，当目标要素（即国家）的面积最少50像素大小的时候，才显示标签文字，且文字最小为10像素。

2、 改变图层尺寸以显示标签

现在我们改变一下图层尺寸：

查看效果：

当图片的尺寸超过浏览器视口大小，其默认就会缩小图片，并默认有一个放大镜选项，点击放大为原来尺寸：

可以看到显示出了原来的文字。

3. 讨论

      那像百度地图和高德地图可以随意缩放和平移，是什么原理呢？原理很简单，就是不断地请求，不断地刷新，但是并不见百度和高德会刷新页面，其实这里就是用到了AJAX，AJAX应用的如此广泛，竟无处不在。

      利用JavaScript就可以做到，HTML中定义一个DIV元素，然后将请求返回的图片显示到相应的DIV中，然后定义一些HTML元素作为控件，并使用JavaScript绑定一些事件，触发请求MapServer服务即可，而且请求是AJAX形式，这样就实现了地图缩放和平移。

      著名的Web GIS的JavaScript库OpenLayers就是这个原理，但是OpenLayers支持更多的图层类型。

4. 延伸：地图切片

      如果每次都这么请求，每次MapServer都要进行渲染过程，那么效率就太低了，于是就想到将经常请求的图层直接做成图片切片，存储在相应的目录，每次访问，直接越过MapServer直接读取现成的图片，这样就省去了渲染过程，减小了服务器的开销。

      切片就是将渲染成的图片分成多个小块，根据索引号，进行拼接，构成整个地图，这样做可以只加载用户可见的区域的切片，其余的不加载，这样也加快了访问速度。

      如果再想进一步加快访问速度，那将切片放在缓存中，这样又加快了读取速度，因为硬盘读取与固态硬盘读取不在一个数量级上，固态硬盘和内存仍然不在一个数量级上，所以性能会有大幅度的提升。

三、总结

      WMS服务就是一个将地理信息生成图片（包含空间信息的图片—地图）的web服务，同时定义了访问的规则，各个地图服务器软件实现可能略有不同，但是大体的原理都是一样一样的！

      其它地图服务器软件，如ArcGIS for Server和GeoServer，不同之处在于，ArcGIS for Server封装了这些复杂的底层操作，更像一个商业化的软件，GeoServer是另一个开源的地图服务器软件，用Java实现，也将复杂的配置，变成了图形化的管理界面。这两个软件有点相似，有一个在浏览器中运行的管理界面，可视化地配置发布WMS服务。