1.1.2　OGC标准

OGC的全称为开放地理空间信息联盟（Open Geospatial Consortium），成立于1994年，前身是OGF（Open GRASS Foundation），是一个针对地理信息系统规范化的非营利国际标准化组织，与万维网联盟（W3C）、结构化信息标准促进组织（OASIS）等国际标准化组织结成了伙伴关系。OGC的诞生是为了制定一系列数据访问的规范和准则，以在不同开源GIS软件之间进行数据共享和交互性数据处理，但是鉴于其影响力越来越大，一些提供商业GIS产品的公司（如ESRI、Google等）也逐步加入了OGC。虽然OGC是一个非营利、非政府的组织，其标准也不带有强制性，但是目前绝大多数的GIS软件和平台均在不同程度上参考和符合这些标准。

OGC标准众多，已经正式发布的标准达30多种，常见的标准包括：

• 简单要素标准（SFS）：包括矢量简单要素的通用模型，以及针对简单要素的SQL操作定义等。

• 常见数据格式标准：包括GeoPackage、GeoTiff、HDF5、LAS、NetCDF等。

• 标记语言标准：包括GML、KML、CityGML、WaterML、ARML 2.0等。

• Web服务标准：包括WMS、WFS、WMTS等。

除了上述常见标准，OGC标准还包括概念性地理空间用户反馈（Geospatial User Feedback，GUF）数据模型、开放位置服务接口标准（OpenLS）、地理信息扩展的RSS源（GeoRSS）标准、3D切片标准、RDF数据的地理查询语言GeoSPARQL、地理要素运动（Moving Features）等。OGC标准也在不断发展和壮大，了解OGC标准对学习QGIS数据管理、数据分析非常有帮助。由于篇幅有限，本节只介绍几种重要的OGC标准。

1. 简单要素标准

简单要素标准（OpenGIS Simple Features Interface Standard，SFS）包括简单要素的通用模型和SQL操作定义。

1）几何对象类

SFS抽象一系列的几何对象类来表达地理要素，包括点（Point）、线串（LineString）、多边形（Polygon）等，也可以将相同类型的多个几何对象构成几何对象集合（GeometryCollection），形成多点（MultiPoint）、多线串（MultiLineString）、多多边形（MultiPolygon）等。这些几何对象（集合）的基类定义为几何对象（Geometry），如图1-1所示。

2）几何对象的存储与SQL操作定义

在SFS中，几何对象可以采用WKT（Well-known Text）和WKB（Well-known Binary）进行描述，前者采用文本的方式存储信息，后者采用二进制的方式存储信息。通过WKT和WKB的方式，可以将地理要素的空间特征抽象为文本或二进制码，从而方便地将其存储在数据库中。因此，SFS还定义了针对存储在数据库中的简单要素的SQL操作，这些SQL操作定义包括几何对象转换、几何对象属性获取、几何关系判断、几何运算等。

• 几何对象转换：例如，通过ST_WKTToSQL、ST_WKBToSQL可以构造WKT、WKB描述的几何对象的SQL语句；通过ST_AsText、ST_AsBinary可以将几何对象转换为WKT、WKB描述等。

• 几何对象属性获取：例如，利用ST_Dimension获取维度；利用ST_IsEmpty判断几何对象是否为空等。

• 几何关系判断：例如，通过ST_Equals判断几何对象是否相同；通过ST_Touches判断几何对象是否相接等。

• 几何运算：例如，通过ST_Union可以合并几何对象；利用ST_Buffer可以计算几何对象的缓冲区；利用ST_Distance可以计算两个几何对象的距离等。

除此之外，SFS还包括针对某一特定几何对象的SQL操作定义，例如，利用ST_X、ST_Y获取点的坐标；利用ST_NumPoints获取线串的节点数等。目前，诸如PostGIS、Oracle Spatial、MySQL Spatial等GIS数据库扩展均在不同程度上支持并实现了SFS模型。例如，在PostGIS中，可以使用ST_IsEmpty判断几何对象是否为空：

其中，第一条SQL语句用ST_WKTToSQL语句创建一个空的面对象，因此ST_IsEmpty返回真（t）；第二条SQL语句创建一个具有3个节点的面对象，因此ST_IsEmpty返回假（f）。

2. GML

GML（Geography Markup Language，地理标记语言）是一种被广泛采用的空间数据的交换类型，主要应用在WFS服务进行数据交换。GML基于XML（The Extensible Markup Language），而XML则非常广泛地应用在不同系统、平台、软件之间进行信息交换。在使用GML之前，需要先定义命名空间：

然后，就可以使用GML定义一个坐标为（112.92, 48.57）的点：

上述代码中的“<gml:Point>”元素声明了一个点对象，“srsName”属性定义这个点的坐标系统为“EPSG:4326”；“srsDimension”属性定义其“2”维的空间维度。“<gml:Point>”元素内部的“<gml:pos>”元素保存了点对象的坐标位置，X坐标和Y坐标之间用空格隔开。

类似的，利用GML可以定义一个包括（10,20）和（30,40）两个节点的线串对象：

“<gml:LineString>”元素声明了一个线串，“<gml:posList>”元素用于声明线串的节点坐标，各个节点的坐标按顺序依次排列，并且用空格隔开。

3. KML

KML（Keyhole Markup Language，Keyhole标记语言）是Google旗下的Keyhole公司用于描述地理空间数据的XML扩展，由Google公司向OGC提交并形成标准。KML和GML的功能相似，都是利用XML交换格式存储空间数据，但是KML只能存储几何对象，GML还可以存储地理要素的符号和属性。目前，KML主要应用在Google地图、Google地球等相关软件中，并采用“kml”或“kmz”等扩展名保存数据。其中，“kml”格式的文件存储单独的KML文本；“kmz”格式的文件以ZIP压缩文件的方式出现，不仅存储KML文本，还存储各种附属的图形文件等。

例如，通过KML定义一个坐标为（10,20)、高程为0的点地标的方法如下：

“<Placemark>”元素用于定义一个地标，“<name>”、“<description>”和“<Point>”分别定义地标的名称、描述和一个点几何对象。点几何对象中的“<coordinates>”元素用于保存坐标位置，并使用逗号隔开，第一个数字“10”表示X坐标，第二个数字“20”表示Y坐标，第三个数字“0”（可选）表示Z坐标。

4. Web服务标准

OGC提出了一系列Web服务标准（OWS），包括Web地图服务（Web Map Service，WMS）、Web地图切片服务（Web Map Tile Service，WMTS）、Web要素服务（Web Feature Service，WFS）和Web覆盖服务（Web Coverage Service，WCS）等。许多开源GIS服务器（如GeoServer、MapServer等）提供了上述Web服务标准的具体实现，并且QGIS也提供了访问这些OWS服务的功能。

1）Web地图服务（WMS）

WMS通过HTTP为用户提供地图渲染数据，并且支持返回JPEG、PNG等多种数据格式。OGC为WMS定义了GetCapabilities、GetMap和GetFeatureInfo等常见重要方法。通过GetCapabilities方法可获得WMS服务的基本信息，如服务内容、版本信息等。GetMap方法是WMS的核心，通过它可获得具体地理范围的地图数据。通过GetFeatureInfo方法，可根据地理位置坐标获取该位置详细的要素信息。

2）Web地图切片服务（WMTS）

WMTS通过HTTP提供预渲染或实时计算的地图切片数据的服务。相对于WMS，WMTS具有更强的灵活性，并利用缓存技术缓解Web服务器端数据处理的压力，提高交互响应速度，大大改善在线地图应用客户端的用户体验，而且应用范围更广泛。

3）Web要素服务（WFS）

WFS直接向网络提供矢量要素的数据服务。相对于WMS和WMTS，WFS的特点是直接提供完整的数据信息，没有经过渲染与符号化，因此它更加灵活，常用于点要素的信息传递及多用户编辑等专业领域。由于WFS返回的数据是原始的，完整的要素数据传输到客户端以后才能进行渲染或处理，因此它在一定程度上会加重网络负担和客户端负担。WFS的核心方法是GetFeature方法，用于根据地理范围等参数请求返回矢量要素数据。

4）Web覆盖服务（WCS）

WCS可以直接向网络提供遥感影像、数字高程等栅格数据接口。WCS提供GetCapabilities、DescribeCoverage、GetCoverage等主要方法，GetCapabilities方法用于获取WCS的基本信息；DescribeCoverage方法用于获取栅格数据的元数据信息；GetCoverage方法是WCS的核心方法，用于根据用户请求的范围等参数获取栅格数据。