地理資訊系統介面

系統平台的開發主要以開放原始碼程式語言與自由軟體結合MVC 概念建立 資訊系統基礎雛形及資料庫，作為日後繼續擴充功能模組的根本，並節省開發成 本。一般發展資訊系統多外包資訊公司或套用商用軟體為主，就地理資訊系統 (GIS)而言，所需的資料庫中除文字圖資外，亦包含地圖圖徵與座標資訊，相關 商用軟體發展至今已近四十年歷史，功能十分完整，但也因價格動輒數十萬甚至 百萬，對於僅需使用基礎 GIS 功能的研究團隊而言並不實際，因此計劃中擬選 用自由軟體處理地理資訊資料，故圖九中除顯示在此基礎平台的建置過程應用 MVC 模式，將地理資訊自由軟體套件 PostGIS 或 MySQL 結合提供開放原始碼 (open source)之 PostgreSQL 資料庫(即使用 PGSQL 語法)，藉以處理地理資訊，

提升系統擴充性。而在展示介面上，開發初期則利用圖層概念與基本的AJAX 技 術建立風險地圖，未來可結核專業軟體製作更專業的展示畫面。計劃中以此免費 套件開發 GIS 相關功能之模組，作為日後監測機制系統平台之地理資訊基礎，

如圖十所示，使用者除了可以利用系統來存取 PostgreSQL 或 MySQL 資料庫，

也可以利用PostGIS 或 MySQL 來處理地理資訊的資料，主要功能說明如下：

A. 基本功能－資料的收集與取得、資料的輸入與處理、資料管理、資料轉換、

操作與分析、成果輸出與展示等；而系統要件主要有：地圖投影及座標系統、

圖幅接邊匹配、長度與面積計算、點與線的自動接合、縮放與平移、比例尺 轉換、文字置放、變更圖例、量尺、選取與出圖等。

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B. 進階功能－針對圖層資料進行分析，例如地文分析、水文分析等功能，透過 電腦的運算能力可以快速的分析出各結果以提供地理資訊讓監測人員快速獲 取所需之資料。此外，這些資料的輸出可依據標準的網路服務介面以延伸標 籤語言(XML)格式產生，作為日後整合異質資料庫資料之用。

C. 跨平台需求－除了地理空間資料的規格化以外，擬建立其他子計畫所需之存 取 的 處 理 標 準 資 料 格 式 ， 並 結 合 GIS 應 用 系 統 元 件 ， 開 發 可 跨 平 台 (interoperability)的遠端監測系統。

不同GIS 軟體重複使用的結果，除了一方面在靜態資料格式上得以簡化，另 一方面又增加了動態軟體元件的分享，這樣可以更廣泛運用標準地埋空間資料 格，且減少 GIS 相關軟體功能被重複建置。而現階段初期研發先以標示監測儀 器佈設位置之工程圖做為底圖，運用AJAX 圖層控制概念建立簡單卻有效的風險 地圖雛形，做為示範平台的展示介面。

圖 十、GIS 模組主要功能及資料處理流程 4.2.3 異質資料庫規劃

本計畫在現階段開發所需建構的資訊系統平台雛形，主要規劃可結合地理資 訊與監測數據之異質資料庫模型，使壩體監測資料可呈現歷時記錄與空間資訊，

而監測資料與空間資料分屬於不同的資料格式，擬利用異質資料整合的概念與原 理，規劃計畫所需之資料庫雛型，其方法步驟及相關需求說明如下。

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圖 十一、監測數據資料與地理資訊空間資料之異質資料庫物件關聯圖模型 (1) 監測資料庫規劃

計畫中規劃之資料庫包含監測資料與空間資料，主要是由一般功能與進階功 能所組成，依不同監測設備所得資料設計資料倉儲維度設計，而兩者均可分割成 為更小的物件類別組成，利用觀測點 ID 與空間資料物件 ID 合併(join)異質資料 表，初步規劃各物件類別關聯如圖十一所示。

 監測資料物件－資料的輸入與處理、資料管理與轉換、操作與分析、成果輸 出與展示。

 GIS 物件－座標系統、圖幅接邊匹配、長度與面積計算、縮放與平移、比例 尺轉換、量尺。

監測資料庫之設計配合顧問單位進行水壩維護設計時所安裝之各監測設備 量測各點之地表沉陷、地下滲水、地下水位、壩體變形、分層水壓等，依量測設 施或裝置如量水堰、觀測井、水壓計、排水隧道、傾度管及數位攝影機等設計資 料庫所需之表格物件，記錄水壩主體、壩座、壩體下游濕潤區域、左右兩側山脊 公路等各點之監測資料。

(2) 空間資料格式

於1994 年所成立開放式地理資訊系統協會(OpenGIS consortium, OGC)，以 地理空間資訊跨平台作業為宗旨目標的，制定一系列包括資料、軟體函式、元件 的介面(interfaces)規格，因此只要 OGC 所制定的標準即可達到地理空間資訊跨 平台的目的，所制定的標準即為「開放式地理資料跨平台規格書」(open geodata interoperability specification, Open GIS 或 OGIS)[48]。主要定義三種模組的表示及 實作方法與介面：

 開放式地理資料模組(open geodata model)－描述基本地理資訊型態以架構

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出地理資料的方法，包括feature、geometry、imagery、coverage…等等各種 資料型態的表示方式、組成要件及其使用方法。

 開放式 GIS 服務(OpenGIS services)－定義一系列的服務以存取及處理 OGM 的地理資訊型態，提供使用相同地理表徵定義的同一團體內的使用者分享資 料的能力；以及在不同的團體之間使用不同資料型態的使用者，提供轉換地 理空間資料的能力。

 資訊社群模組(Information Communities Model)－利用 open geodata model 和OpenGIS services 建立一個架構，使對於已經將資料分享出來的使用者或 機構提供一個有效、易於維護及分類管理的方法而對於不同機構，提供一個 有效且最佳的轉換資料的方法。

為建立一個統一介面支援各子計畫之 GIS 資料共享及處理資源交互使用機 制 ， 計 畫 中 擬 以 分 散 式 運 算(distributed computing) 及 模 組 化 運 算 方 式 (module-based computation)為基礎，將 GIS 軟體功能(functions)連結於系統平台 中，使空間資料可以透過整合介面與監測資料一起呈現，對存在於多個資料庫內 之空間資訊而言，使用者可依照個人不同之需求同時存取多個資料庫內的空間資 訊，且異質資料庫間可透過適當的權限進行內部儲存資訊之傳遞與更新，即對於 壩體相關監測點的空間資料，藉由網際網路與分散式處理，如圖十二所示，達相 互合作與相互交流之用，以期達到跨平台作業之理想目標。

圖 十二、地理資訊之分散式處理模式 (3) 空間資料庫

地理資訊的基礎呈現在於結合空間資訊與發生事件，讓使用者可以在第一時 間之內透過圖形介面直接擷取所需資料進行判斷分析，因此幾何圖形的觀念與製 作變成為建立系統平台時的入門步驟。根據資料庫的詮釋資料，將空間資料加以 定義，再配合發生事件的資料內容，以物件導向的觀念做資料輸入，再以關聯式 表格的結構存取相關表格的資料以作進一步的模組分析。

環境監測資訊中的空間幾何資料乃由點(point)、線(curve)、面(surface)三大

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類型所構成，線又可由兩點以上所組成，面又可由數條線段建構。而複合點 (multi-points)、複合線(multi-curve)、複合面(multi-surface)又是分別由兩種以上相 同屬性的資料所構成的，而架構成一個完整的空間資料模組。基於 SQL 資料庫 的表格(table)與資料關連特性，OGC 將這些物件以表格(table)方式加以貯存，而 屬於詮釋資料(metadata)的項目也一併加到 table 之中，而對應資訊介面之功能模 組的關聯性如圖十三所示。系統規劃時，為了提升介面功能的擴充性，除支援一 般資料庫的SQL92 與 SQL99 語法，亦允許使用者定義資料與陣列及幾何資料型 態(geometry type)於表格欄位之中，將物件導向資料庫(object orient database, OODB)的物件觀念與關連式資料庫(relational database, RDB)相結合，形成物件關 連式資料庫管理系統(object–relational database management system, ORDBMS)。

圖 十三、空間資料表與分析物件關聯圖

計畫中擬建立之基礎系統環境，將以 Java 技術以模型化架構建立資訊系統 雛型，結合地理資訊介面提供壩體監測資料與空間資訊，透過 MySQL 與 PostgreSQL 作為監測資料與地理資訊資料庫，規劃 ORDBMS 處理空間資料，整 合空間資料與監測資料之異質性(heterogeneity)。進而藉著使用者定義與幾何物件 功能，將符合 Open GIS 規範格式的地理空間資料轉換貯存於 PostgreSQL 或 MySQL 之中，亦即把傳統『個別地理資訊檔案集』的管理方式，轉換為『連續 空間資料庫』環境，配合自由軟體PostGIS 之 GPL 版權或 MySQL Spatial Extension 所提供的地理資訊套件，進行地理空間資料的存取、維護工作，計畫中以此為處 理環境資訊的工具，並利用程式控制資料格式轉換機制與其他資料庫系統整合。

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Engineering Computation:

MATLAB, COMSOL (Fuzzy Logic, Signal

Processing)

Data Mining:

PolyAnlyst (Machine Learning)

GIS and Statistics:

ArcGIS, PostGIS, SAS (Logistic, Cox Proportional Hazard)

Expert Knowledge

Management Block Simulation:

NMM, DDA+FEM (Block Motion Pattern)

Knowledge Feedback

Analytical Modules

Report Data

本計畫在處理工程數據的計算分析上除非商業化的數值流形方法(Numerical Manifold Method, NMM)與不連續塊體結構變形分析模組(DDA+FEM)外，亦導入 工程計算軟體作為模擬分析的工具，並亦將從決策資料模組化的觀點加以整合，

設計資料轉換銜接介面連結網路伺服器與工程統計分析軟體，達到自動化線上監 測分析的目的。計畫中擬選用的工程分析軟體主要開發監測數據之模式辨識分類 分析，以及對工程資料倉儲進行資料採礦的統計分類，目前經評估以學術研發單 位常用的MatLab, ArcGIS, COMSOL, PolyAnalyst 等作為考量，其相互關係如圖 十四所示。欲整合的輔助分析工具主要包括塊體模擬(block simulation)、工程計 算(engineering computation)資料探勘(data mining)及地理資訊統計分析(GIS and statistics)等方面，這些軟體將成熟的演算技術包裝成套件對資料進行分析，並以 數據或圖表結果提供使用者決策支援(decision support)需求，以作為進行各類分 析模組開發上的參考。系統中擬評估整合的分析工具所提供的功能與特色如下：

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計畫中主要應用在訊號處理與模糊邏輯辨識分類之整合分析，亦包含一般數 學函式計算。

3. 資料探勘輔助工具(PolyAnalyst)－提供大量資料的探勘與分析，包括分類、

3. 資料探勘輔助工具(PolyAnalyst)－提供大量資料的探勘與分析，包括分類、