GISの学習(40)GeoToolsに基づくWMS設計と実現

http://blog.tigerlihao.cn/2010/01/geotools-based-web-map-service.htmlから転載
夏休みにOGC標準を見たときに簡単なWMS(Web Map Service)を作りました.GeoToolsツールパッケージを使っています.実際にはあまり役に立たないが、すでにGeoServerというプロジェクトがGeoToolベースのネットワークGISアプリケーションをしているはずで、すでに完璧に行われている.これは純粋に遊んでいるついでに、JavaネットワークのプログラミングとGeoToolsを勉強しています.
OGCのWMS標準はあまり言わないので、直接標準ドキュメントを見ることができます.GeoToolsがオープンソースGISを開発したのもよく知られているはずで、Java言語で作成されたOGC仕様に従うオープンソースGISツールパッケージで、地理情報データの読み書き、処理、座標変換、クエリー分析、フォーマット出力など多くの面をカバーしています.詳細はGeoToolsのホームページ:www.geotools.orgにアクセスしてください.以下は主に私のデザイン案を紹介します.
WMSサーバーの全体アーキテクチャWMSサーバーの全体アーキテクチャは主に要求配布モジュール、データ読取モジュール、スタイル設定モジュール、レイヤーロードモジュール、地図描画モジュール属性照会モジュールを含む.
まず要求配布モジュールは,クライアントの要求パラメータに基づいて操作の種類を判断し,対応するモジュールをそれぞれ呼び出す.データ読み出しモジュールは、地図データファイルのロードを担当します.スタイル設定モジュールは、レイヤーのレンダリングスタイルを取得します.レイヤーロードモジュールは、各データセットとスタイルを対応させ、順番に並べて地図オブジェクトを生成します.地図描画モジュールは、地図オブジェクトを画像にレンダリングします.クエリー・モジュールは、指定したエレメントのプロパティ情報を位置に基づいて返します.最終的に、特定の操作の結果をクライアントに返します.

WMSサーバー全体のアーキテクチャ図
リクエスト配布モジュールは主にユーザリクエストパラメータの解析を実現する.サーブレットでは、クライアントの要求パラメータをRequestオブジェクトのgetParameterメソッドで取得するのが一般的です.要求の解析では,まずクライアントが実行するGetCapabilities,GetMap,GetFeatureInfoのどちらの操作かを判断し,各操作のパラメータリストからパラメータ値を読み出し,パラメータの有効性を検証する必要がある.必須でない要求パラメータにはデフォルト値を設定する必要があります.最後に要求パラメータオブジェクトを生成し,各操作の具体的な実装方法に渡す.要求に合致しない要求パラメータについては、クライアントにエラー情報を返し、実行エラーを回避するために後続の操作を停止する必要があります.このセクションのコードは次のとおりです.

public void doService(HttpServletRequest request,
        HttpServletResponse response) throws IOException {
    Map map = request.getParameterMap();
    Map param = new HashMap();
    for (String k : map.keySet()) {
        String s1 = "";
        if (param.containsKey(k.toUpperCase())) {
            s1 = param.get(k.toUpperCase()) + ",";
        }
        String[] s2 = (String[]) map.get(k);
        for (int i = 0; i < s2.length; i++) {
            s1 += s2[i] + (i == 0 ? "" : ",");
        }
        param.put(k.toUpperCase(), s1);
    }
    if (!param.containsKey("REQUEST")) {
        WMSException.exception(response);
    } else {
        String wmsRequest = param.get("REQUEST");
        if (wmsRequest.equals("GetCapabilities")) {
            GetCapabilitiesRequest gcr = new GetCapabilitiesRequest(param);
            doGetCapabilities(gcr, response);
        } else if (wmsRequest.equals("GetMap")) {
            GetMapRequest gmr = new GetMapRequest(param);
            doGetMap(gmr, response);
        } else if (wmsRequest.equals("GetFeatureInfo")) {
            GetFeatureInfoRequest gfr = new GetFeatureInfoRequest(param);
            doGetFeatureInfo(gfr, response);
        } else {
            WMSException.exception(response);
        }
    }
}

データ読み込みモジュールは、主にGeoToolsが提供するShape file readerモジュールを使用して、指定された場所のshp形式の地図ファイルを読み込み、必要なData Storeオブジェクトを作成します.地図スタイルはSLDファイルで定義されています.SLDはOGCが作成したレイヤースタイルを記述するためのXMLファイル形式で、表示する記号、色、塗りつぶしスタイル、線スタイル、寸法などを設定する一連のスタイルルールを作成することで指定した要素タイプをスタイル化します.GeoToolsでのレイヤーの管理は、MapContextオブジェクトによって実現されます.MapContextオブジェクトのaddLayerメソッドを呼び出し、最下層から順にマップにレイヤーをロードします.このコードは次のとおりです.

private static void addShapeLayer(String name) throws Exception {
    File file = new File("C:\\data\\" + name + ".shp");
    File sldFile = new File("C:\\data\\" + name + ".sld");
    FileDataStore store = FileDataStoreFinder.getDataStore(file);
    ((ShapefileDataStore) store).setStringCharset(Charset.forName("GB2312"));
    FeatureSource featureSource = store
            .getFeatureSource();
    Configuration config = new SLDConfiguration();
    Parser parser = new Parser(config);
    InputStream sld = new FileInputStream(sldFile);
    StyledLayerDescriptor styleSLD = (StyledLayerDescriptor) parser.parse(sld);
    Style style = SLD.defaultStyle(styleSLD);
    map.addLayer(featureSource, style);
}

WMSサーバのGetMap操作では、クライアントの要求に応じて地図オブジェクトの指定された領域をレンダリングし、画像ファイルに戻る必要があります.まず、ユーザの要求パラメータに基づいて、地図出力の範囲としてReferencedEnvelopeオブジェクトを生成し、StreamingRendererオブジェクトを使用してレンダリングし、ユーザが指定したサイズとフォーマットの画像ファイルに出力を描画する必要があります.最後に、画像は、Responseオブジェクトを介してユーザにバイナリ符号化された形で返される.このセクションのコードは次のとおりです.

private void doGetMap(GetMapRequest gmr, HttpServletResponse response)
        throws IOException {
    double x1, y1, x2, y2;
    int width, height;
    try {
        x1 = Double.parseDouble(gmr.getBBOX()[0]);
        y1 = Double.parseDouble(gmr.getBBOX()[1]);
        x2 = Double.parseDouble(gmr.getBBOX()[2]);
        y2 = Double.parseDouble(gmr.getBBOX()[3]);
        width = Integer.parseInt(gmr.getWidth());
        height = Integer.parseInt(gmr.getHeight());
    } catch (Exception e) {
        WMSException.exception(response);
        return;
    }
    //       
    ReferencedEnvelope mapArea = new ReferencedEnvelope(x1, x2, y1, y2, crs);
    //       
    StreamingRenderer sr = new StreamingRenderer();
    sr.setContext(map);
    //        
    BufferedImage bi = new BufferedImage(width, height,
            BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);
    Graphics g = bi.getGraphics();
    ((Graphics2D) g).setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
            RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
    ((Graphics2D) g).setRenderingHint(RenderingHints.KEY_TEXT_ANTIALIASING,
            RenderingHints.VALUE_TEXT_ANTIALIAS_ON);
    Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, width, height);
    //     
    sr.paint((Graphics2D) g, rect, mapArea);
    //     
    PNGEncodeParam encodeParam = PNGEncodeParam.getDefaultEncodeParam(bi);
    if (encodeParam instanceof PNGEncodeParam.Palette) {
        PNGEncodeParam.Palette p = (PNGEncodeParam.Palette) encodeParam;
        byte[] b = new byte[] { -127 };
        p.setPaletteTransparency(b);
    }
    //        Servlet   
    response.setContentType("image/png");
    ServletOutputStream out = response.getOutputStream();
    com.sun.media.jai.codec.ImageEncoder encoder = ImageCodec
            .createImageEncoder("PNG", out, encodeParam);
    encoder.encode(bi.getData(), bi.getColorModel());
    bi.flush();
}

WMSサーバのGetFeatureInfo操作では、フィーチャセットを場所で検索し、指定したフィーチャのプロパティ情報を返す必要があります.ユーザが与えるクエリー座標は画像の画素座標であるため、地図要素で使用される実際の座標に座標を変換する必要がある.実際の座標が分かれば、クエリの制約を記述するFilterオブジェクトを作成できます.次に、エレメントセットのクエリーメソッドを呼び出すと、要件を満たすエレメントサブセットを取得し、各エレメントのプロパティ情報をクライアントに一定のフォーマットで返すことができます.このセクションのコードは次のとおりです.

private void doGetFeatureInfo(GetFeatureInfoRequest gfr,
        HttpServletResponse response) throws IOException {
    double x1, y1, x2, y2;
    int width, height, i, j;
    try {
        x1 = Double.parseDouble(gfr.getBBOX()[0]);
        y1 = Double.parseDouble(gfr.getBBOX()[1]);
        x2 = Double.parseDouble(gfr.getBBOX()[2]);
        y2 = Double.parseDouble(gfr.getBBOX()[3]);
        width = Integer.parseInt(gfr.getWidth());
        height = Integer.parseInt(gfr.getHeight());
        i = Integer.parseInt(gfr.getI());
        j = Integer.parseInt(gfr.getJ());
    } catch (Exception e) {
        WMSException.exception(response);
        return;
    }
    //            
    double cx1, cy1, cx2, cy2;
    cx1 = x1 * (width - i + 0.5 + GET_FEATURE_INFO_BUFFUR) / width + x2
            * (i - 0.5 - GET_FEATURE_INFO_BUFFUR) / width;
    cx2 = x1 * (width - i + 0.5 - GET_FEATURE_INFO_BUFFUR) / width + x2
            * (i - 0.5 + GET_FEATURE_INFO_BUFFUR) / width;
    cy1 = y1 * (j - 0.5 + GET_FEATURE_INFO_BUFFUR) / height + y2
            * (height - j + 0.5 - GET_FEATURE_INFO_BUFFUR) / height;
    cy2 = y1 * (j - 0.5 - GET_FEATURE_INFO_BUFFUR) / height + y2
            * (height - j + 0.5 + GET_FEATURE_INFO_BUFFUR) / height;
    ReferencedEnvelope clickArea = new ReferencedEnvelope(cx1, cx2, cy1, cy2, crs);
    MapLayer[] maplayers = map.getLayers();
    FilterFactory2 ff = CommonFactoryFinder.getFilterFactory2(null);
    response.setContentType("text/html");
    response.setCharacterEncoding("GBK");
    PrintWriter out = response.getWriter();
    out.println("location: " + ((cx1 + cx2) / 2.0) + ", "
            + ((cy1 + cy2) / 2.0) + "<br/>");
    //                   
    for (int k = 0; k < maplayers.length; k++) {
        FeatureSource fs =
            (FeatureSource) maplayers[k].getFeatureSource();
        String geometryPropertyName = fs.getSchema().getGeometryDescriptor().getLocalName();
        Filter filter = ff.bbox(ff.property(geometryPropertyName), clickArea);
        FeatureCollection fc = fs.getFeatures(filter);
        SimpleFeatureType schema = fc.getSchema();
        FeatureIterator fi = fc.features();
        if (fi.hasNext()) {
            out.println("Selected feature(s) in layer ["+schema.getTypeName()+"]:<br/>");
            while (fi.hasNext()) {
                SimpleFeature f = fi.next();
                out.println("id:" + f.getID() + "<br/>");
                for (AttributeDescriptor type : schema
                        .getAttributeDescriptors()) {
                    String name = type.getLocalName();
                    if (!name.equals(geometryPropertyName))
                        out.println(name + ":"
                                + f.getProperty(name).getValue().toString()
                                + "<br/>");
                }
                out.println("<br/>");
            }
        }
    }
    out.flush();
    out.close();
}

最後の効果:

WMS運転効果
当時はWFSの実例を作るつもりでしたが、半分やったので、他のことがあったら置いて、後でやる時間がありました.