第三章 研究材料與方法
第二節 研究材料與工具
平台上的主要考量因素。WebGIS 系統平台整體建構的過程，包括基本的地理資 料調查與蒐集、資料庫建置與網路平台建構；資料調查與蒐集方面採用 GPS 軌 跡記錄器搭配數位相機，其用途廣泛，成本低廉且方便攜帶，相當適用於野外動、
植物調查或生態旅遊規劃。而在資料庫建置與網路平台建構部分，則使用可經由 網路上直接下載的各種免費資料處理軟體及開發軟體，如 GPS Photo Tagger、
Google Earth、QGIS、Django、PostgreSQL、MapServer、Google Maps API 及 Openlayers API 等；表 3-1 分別對各項工具及不同工作項目進行統整。
GPS Photo Tagger Google Earth QGIS
軌跡資料處理-免費軟體 地理資料庫建置-免費軟體 GIS 資料處理-開放源碼軟體 網路平台建構 Django
PostgreSQL MapServer Google Maps API Openlayers API
網站架構設置-開放源碼軟體
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部分公開，而其餘大部分仍屬於開放源碼軟體。以下就本系統開發所使用之工 具，分別介紹：
一、GPS 軌跡記錄器
針對環境資源的資料蒐集，本研究所使用的軌跡記錄器(或稱軌跡器)為型號 GPS-iBlue821E(圖 3-4)，體型小易攜帶，透過接收衛星訊號能夠即時定位並記錄 三維坐標、速度和時間等資訊之功能，儀器規格如表 3-2 所示。
圖 3-4. GPS-iBlue821 軌跡記錄器外觀 表 3-2 GPS-iBlue821E 軌跡記錄器之規格
體積 9.4 公分×4.6 公分×1.8 公分
重量 49 克
坐標系統基準(Datum) WGS-84
訊號頻率(Frequency) L1,1575.42 MHZ
C/A 碼 1.023MHz
定位精度(Accuracy) 約 3 公尺 (二維平面) 支援編輯軟體 GPS Photo Tagger
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二、GPS Photo Tagger
為一套軌跡記錄器編輯處理軟體(圖 3-5)，協助軌跡資料與電腦之間的存 取，由 iTravel Tech 公司所開發，主要支援 GPS-iBlue821E，可讀取軌跡與點的 時間、位置等資訊並展示於 Google 衛星影像或電子地圖上。透過 GPS Photo Tagger 軟體，可將拍攝照片、圖片與軌跡點位利用時間資訊予以配對，將照片資 料加入相對應的點並儲存於專案中；另外，亦提供將軌跡資料轉換為 Google Earth 所支援的 KMZ 檔案格式之服務。
圖 3-5. GPS Photo Tagger 操作介面 三、Google Earth
Google Earth 為 Google 公司所開發的一款免費軟體，使用者可透過網路直接 下載，並結合了 Google 搜尋、地圖、衛星圖像、地形和 3D 建築物展現的功能 整合於一個地球的三維模型上並提供相關資訊，亦可與網路電子地圖 Google Maps 進行相互檢視。軟體本身提供在圖上標記並編輯點、線及面圖層內容之功 能(圖 3-6)，可應用於景點資源展示、路線繪製、甚至不同視角導覽效果等，並
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可將編輯完資料儲存為 KML 或 KMZ 格式，以供其它使用者觀看。
圖 3-6. Google Earth 基本介面 四、QGIS
相較於昂貴的常見商業軟體 ArcGIS，Quantum GIS (QGIS) 為一種開放原始 碼和免費的地理資訊系統軟體可將資料管理、編輯、分析和視覺化，具有中文操 作介面(圖 3-7)。其能夠在 Linux、Unix、MacOSX、和 Windows 平台之上執行，
也可直接讀取 Shapefile、Mapinfo、GML (Geography Markup Language)檔案，並 可進行向量圖層編修及製圖。QGIS 具有數化地圖及針對各區域建構屬性資料表 格之服務，自行設定樣式與圖層種類如點、線、面等；此外亦對影像提供地理對 位以及坐標系設定、環域(Buffer)或交集(Intersection)等基本分析功能(QGIS 資源 網，2011)。針對較無特別高的需求或目標取向，本研究嘗試以 QGIS 取代商業 用 GIS 軟體進行分析、管理編輯並建置地理資料庫，藉以降低系統成本與操作 難度。
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圖 3-7. 中文操作介面之 QGIS 五、PostgreSQL
PostgreSQL 為一套免費的開放源碼資料庫軟體，是以美國加州大學柏克萊 分校計算機系開發的 POSTGRES 為基礎，它支援大部分 SQL-2003 標準並且提 供了許多其他現代特性並可以用許多方法擴展，例如：增加新的資料 類型、函數、
聚集函數、索引方法。此外，PostgreSQL 軟體安裝時可同時附加一組空間延伸 工具稱為 PostGIS。PostGIS 由 Refractions Research 顧問公司所發展，提供 PostgreSQL 資料庫對於 GIS 空間資料數據的處理及儲存(PostGIS 官方網站，
2011)。
六、Django
Django 為一套開放源碼的網頁框架，亦是以 Python 語言 (檔案名稱為.py) 為 基礎的開發工具，支援多種資料庫，如 PostgreSQL、MySQL 與 SQLite，主要的 優點為可以快速開發一個高效能及精緻的網站以及動態地與資料庫相互連結。
Django 主要由 MTV 的設計架構組成，其 MTV 說明分別如下：
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M (Model):Django 的模組，用來設計資料表內容。而資料表的欄位是由 Python class 所組成，此 class 稱之為 Model。
T (Template):Django 的模板，用來描述網頁的設計頁面以及內容 (如一般的 HTML)，可以配合其它程式語言使網頁內容更多元化地呈現。
V (View):Django 的控制邏輯中心，為整個 Django 網頁框架運作的核心，以 Python 的函式所組成。
Django 的整個系統架構如圖 3-8 所示，內附有一個 HTTP 或 Web Server (網 址為 http://127.0.0.1:8000)，使用者從瀏覽器透過 Web Server 來要求資料時，
Server 會對照使用者所設定的 URLconf (網址)來找到相對應的 Views 來處理。而 資料庫的處理時，則會透過 Views 裡的函式呼叫從 Model 所建立的資料表中的資 料。當 Views 讀取 Template 其中一個檔案時，Django 就會將 Template 所需要的 資料處理過後，再進行回應並呈現在瀏覽器上(Django 官方網站，2012)。
Browser
Web Server
URL Dispatcher:URLconf
Views
此外，Django 本身亦支援地理資訊系統，內含有物件 GeoDjango。GeoDjango 提供與地理資料之空間分析模組相互關聯之服務，使資料庫所儲存的地理資料之 幾何與屬性資訊做結合。另外附有空間分析(如 Contain、Buffer、Intersects 等)或 直接相關查詢(如距離、面積等)的函式庫，對於資料庫中的地理資料可藉由各種 程式語法的撰寫設計，以達到多樣化的互動效果。
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HTML 的全名為 HyperText Markup Language，為使用者可自行設計的一種 置標語言，用於創建網頁和使網頁瀏覽器呈現出各式各樣的訊息。相較於一般文 書軟體，具有超文字(HyperText)、超連結(HyperLink)以及超媒體(HyperMedia)的 特性，並可透過 HTTP (HyperText Transfer Protocol)網路通訊協定，便於能夠在 世界各地透過 WWW (World Wide Web)的架構進行跨平台的交流。編輯者可以用 各種文字編輯器或網頁編輯軟體來建立 HTML 文件內容，常見的文件副檔名為 html 或 htm。HTML 內容的編輯通常亦會搭配 CSS (Cascading Style Sheets)語法，
設計整體的外觀樣式，包括網頁內容的背景、顏色、位置控制等。
八、JavaScript
JavaScript 為一 種 直 譯 式語言 ，適 用於 網 路的 用途 。 JavaScript 原名為 LiveScript，主要用來設計出互動式功能較高的動態網頁，語法結構單純、容易 學習。一般而言，「Script」語言代表一種簡單的程式，可用於執行簡單的命令，
而 JavaScript 承襲了 Java 與 Perl 的語法，用來處理畫面的特效，如：圖片變換、
彈出式選單、電子時鐘、互動式按鈕等。JavaScript 為使用者端的程式，通常搭 配 HTML 語法撰寫，以<script>與</script>標籤之間的區域作為程式撰寫區；隨 著網頁下載至使用者的電腦，便會自動執行程式以顯示特效。
九、Google Maps API
Google Maps API (Application Programming Interface)為 Google 所提供的免費 服務，可利用 JavaScript 程式語言引入 Google Maps API 所提供的函式(圖 3-9)，
結合 HTML 設計可將地圖位置資訊配合 Google Maps 一併嵌入網頁(圖 3-10)，並 透過 API 操控地圖，以及新增或編輯地圖內容，能讓使用者在網站上建立強大 的地圖應用程式。目前已開發到第三版，提供更快的速度，且支援行動裝置以及 傳統的桌上型電腦(Google Maps 官方網站)。
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圖 3-9. Google Maps API 基本函式
圖 3-10. 將 Google Maps 嵌入於網頁中 十、Openlayers API
OpenLayers 為一套開放源碼且用於開發 WebGIS 用戶端的 JavaScript 工具，
可跨平台使用。其建立地理空間資料的方法都符合 OpenGIS 的 WMS (Web Map Service)和 WFS (Web Feature Service)規範標準，可以通過遠端服務的方式，將以 OGC (Open Geospatial Consortium)服務形式發佈的地圖資料載入到基於瀏覽器 的 OpenLayers 用戶端中進行顯示。OpenLayers 支援的地圖來源包括了 WMS、
WFS、Google Maps、Yahoo Maps、Bing Maps、Open Street Map 與 MSVirtualEarth 等(林佳樺，2011)，同時也可以利用圖片或影像作為底圖，與其他的圖層在 OpenLayers 中進行套疊。OpenLayers API 為 OpenLayers 所提供之 API 服務，利
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用 JavaScript 語言設計可幫助建立動態地圖瀏覽的效果及操控地圖資料的展示 (圖 3-11 及圖 3-12)，主要用於瀏覽器結合多來源之空間資料和地圖進行呈現與資 料之編輯。
圖 3-11. Openlayers API 基本語法
圖 3-12. 利用 Openlayers API 將 WMS 地圖嵌入於網頁瀏覽
圖 3-11 中的函式，可知在 OpenLayers 裡主要以 EPSG 代碼為投影坐標系的 參考依據與設定方式。目前國內常用的坐標系統與相對應的 EPSG 代碼，彙整於 表 3-3。
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(146336.7729, 2370779.8738) (353663.2271, 2916814.3108)
(120.0000, 21.4300) (122.0000, 26.3600)
TWD67-TM 二 度
分帶(台灣地區) 3828
(146336.3979, 2370788.0629) (353663.6021, 2916824.4018)
(120.0000, 21.4300) (122.0000, 26.3600)
WGS84 經緯度 4326
(-180.0000, -90.0000) (180.0000, 90.0000)
(-180.0000, -90.0000)
(180.0000, 90.0000)
Google Maps 自訂 投影方式
900913 或 3857
(-20037508.34, -20037508.34) (20037508.34, 20037508.34)
(-180.0000, -90.0000)
(180.0000, 90.0000)
Google Maps API 與 Openlayers API 皆適用於 WebGIS 系統開發的應用，但 就其本身所提供的服務與效能，對於兩者之間仍有些差異性(表 3-4)：
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GeoRSS、JSON、KMLKML 疊 加 限
Openlayers 伺服器端的運作效能通常無法與 Google Maps 相比，不僅要求的 網路性能較高，且設計上語法較複雜；但因應 GIS 各種應用層面，Openlayers 則 提供較大的彈性空間開發，能容納多種來源的圖資，且不具有任何商業性質，因 此仍有許多機構採用 Openlayers 作為開發 WebGIS 平台的工具。本研究將針對兩 者優缺點，於不同的疊加圖層顯示需求下，採取較適合的方式作為地圖呈現工具。
十一、MapServer
MapServer 由美國 Minnesota 大學所發展，為一個開放源碼的 GIS 網路地圖 系統，主要以 C 語言所寫成，目的是將地圖資料發佈於網路上以及交互式的繪 圖應用。MapServer 適用於多種不同的作業系統上，如 Linux、Windows、Mac OS X、Solaris 等，支援許多 OGC 的標準，如 WMS、WFS、WMC (Web Map Client)、
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WCS (Web Coverage Service)、Filter Encoding 等，並能支持多種不同的檔案格式 (Mapserver 官方網站，2011)。
十二、GDAL
GDAL (Geospatial Data Abstraction Library)為一種 X/MIT 授權條款底下的開 放源碼空間資料轉換庫，屬於 MapServer 中的模組之一，本身可供讀取、寫入、
轉換與處理各種網格式地理空間資料，包括 Arc/Info、ASCII Grid (.asc)、GeoTiff (.tiff)、Erdas Imagine Images (.img)、ASCII DEM (.dem)等格式。而 OGR 為 GDAL 一個分支項目，提供對向量式資料的讀取，包括 ESRI Shapefiles (.shp)、GML (Geography Markup Language)、KML 等。
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(利用軌跡器搭配軟體、Google Earth、GIS軟體)
(使用HTML、Javascript、Google Maps API、Openlayers API)
輔助資源空間呈現