第四章 雨水滯蓄設施型式量體配置雲端操作系統建置
有鑒於雨水滯蓄設施容量配置規劃與空間資訊、水文模式計算、法規檢核有關，
為 簡 化 此 一 複 雜 之 分 析 過 程 ， 本 研 究 提 出 以 網 際 網 路 地 理 資 訊 系 統 (Web-based Geographic Information System, Web-GIS)技術，整合雨水滯蓄設施量體配置分析流程、
政府開放資料、水文分析方法、雨水下水道人孔設計流量等空間資料庫，建置「雨水 滯蓄設施型式量體配置雲端操作系統」，透過簡單且直覺的地圖化友善操作介面，除可 降低雨水滯蓄設施配置分析之複雜度，並可依基地所在位置提供適用之計算參數與檢 核條件。使用者可直接由 Web-GIS 介面選用表 2-2 中之單一或多種雨水滯蓄設施，透 過指定各設施間之上、下游關係，進行複合型設施聯合運用之水文計算，相關計算成 果並儲存於雲端，以供規劃設計者與相關主管機關進行線上檢視與管理。茲就系統建 置之平台架構、資料庫結構、資料介接、功能介紹，以及系統特點與擴充性說明如下：
第 一 節 系 統 平 台 架 構
本研究應用 Web-GIS 雲端技術整合水文計算程式與相關空間資訊，並建立參數資 料庫，以儲存水文計算必要參數資訊。Web-GIS 乃基於網際網路的地理資訊系統，使 用者可經由網頁瀏覽器，透過 Web-GIS 進行地理空間資料蒐集、發布及各種加值運用。
因此使用者無論電腦作業系統為何，皆可透過瀏覽器進行 Web-GIS 存取，並可透過網 際網路與其他資料雲進行串接，提供更貼近使用者需求的各式資料加值服務。使用者 不需要負擔龐大的金額購買專業的地理資訊系統軟體，也不需要透過複雜訓練學習操 作，即可透過網頁瀏覽器進行基本的地理空間資料查詢、檢視等功能。
圖 4-1 為本研究雲端操作系統平台架構，依功能分為地理資料庫伺服器(GeoDb Server)、地圖伺服器(Map Server)、後端網頁伺服器(Back-end Web Server)、前端網頁 伺服器(Front-end Web Server)，並可輔以介接外部來源的 Open Data。其中前端網頁資 料庫負責對使用者提供 Web-GIS 操作介面，地理資料庫伺服器負責儲存與提供地理空 間資料，地圖伺服器提供前端展示空間圖資，後端網頁伺服器主要執行介接資料及水 文分析計算。不同子系統間可透過網際網路的資料交換技術傳遞訊息，藉此達到高彈 性的系統架構，各伺服器主要執行內容，茲說明如下。
Web Server
Map Server
Open Data
國土利用調查成果圖 GeoDb Server
WMTS / WMS
圖 4-1 系統平台架構示意圖
(資料來源：本研究成果)
1. 地理資料庫伺服器 (GeoDb Server)：
主要存放空間圖資和系統相關資料，以提供後端計算及前端地圖顯示之用。本系 統是以 PostgreSQL 作為資料庫系統，並使用 PostGIS 模組。PostgreSQL 是一種物件關 聯資料庫系統，使用 SQL 語言查詢資料，可支援地理資訊相關的模組，而其亦為開放 原始碼之資料庫伺服器，可在各種常見作業系統執行。PostGIS 為 PostgreSQL 關聯式 資料庫的空間資料擴充套件模組，使得 PostgreSQL 資料庫可以處理空間圖資展示及被 使用作為地理資訊系統所需要的後端空間資料庫。
2. 前端網頁伺服器 (Front-end Web Server)：
其主要提供使用者直接於網頁上進行基地範圍框選、設施布設，待使用者規劃完 畢後，將必要計算資訊傳送至後端伺服器進行計算，最後並可展示計算成果。目前前 端係由 HTML5、JavaScript、CSS3 語言構成，並且搭配 Leaflet 作為地圖展示及疊套
第四章 雨水滯蓄設施型式量體配置雲端操作系統建置
GeoDb Server 存放的圖層資料。HTML5 是一種標籤語言，用於網頁建立和其他可在 網頁瀏覽器中看到的資訊，且選用當前最新版本，可減少網頁瀏覽器對於需要外掛程 式的依賴。而 JavaScript 是一種直譯式程式語言，廣泛用於客戶端的腳本語言，用以 提供給 HTML 網頁增加動態功能。而 CSS3 稱為階層式樣式表，可提供 HTML 網頁文 件修改外表樣式(字型、間距和顏色等)的語言。此外，Leaflet 是一個開放原始碼的 JavaScript 函式庫，用來在網頁瀏覽器顯示地圖，提供 API 介面建立類似於 Google Maps 的網頁地理應用。其主要分為四個模組：
(1) 地圖展示模組：透過地圖伺服器取得要展示的地圖，並且可切換地圖來源。
(2) 圖形繪製模組：該功能主要為讓使用者可以在地圖上劃設圖形，如多邊形、矩 形、圓形、點等。
(3) 圖資載入模組：接受後端空間分析資訊(如設施上下游布設成果)，並可將資訊 轉換至地圖上顯示。
(4) 資料處理模組：驗證使用者輸入資料後傳送至後端伺服器，並可接收後端傳入 資料。
3. 後端網頁伺服器 (Back-end Web Server)：
主要負責接收前端傳送各項參數資料和 GeoDb Server 資料，以執行雨水滯蓄設施 量體配置之計算，計算完成後並將計算結果回傳至前端展示，而資料的接受與傳送係 使用 ASP.NET 程式語言，目前後端網頁伺服器內包含五大模組，包含：
(1) 帳號管理模組：負責使用者資料管理，權限分類及身分驗證。
(2) 專案管理模組：管理使用者所建立的專案資料，提供專案新增、刪除、修改等 功能。
(3) 圖資處理模組：擷取資料庫的空間圖資，並處理轉換為前端可使用格式。
(4) 水文計算模組：包含設計雨型、各類雨水滯蓄設施保水設計容量，以及地表逕 流演算，主要使用 Fortran 程式語言進行開發。
(5) 法規檢核模組：負責將水文計算模組產出的結果，依據基地所在位置之各項法 規進行計算成果檢核。
4. 地圖伺服器 (Map Server)：
可存放地圖資料並接收 Leaflet 傳送的地圖位置資料。其使用 WMTS 或 WMS 以 地圖圖磚方式進行展示。WMS 使用來自地理資訊系統資料庫資料之地圖伺服器產生 的網路服務地理參考地圖圖像。WMTS 是一種標準協議，用於在網路上提供快取的地 理參考地圖圖磚，將地圖分割成一塊塊的圖磚，藉以加快讀取速度。
第 二 節 資 料 庫 結 構
資料庫系統是一種數位化的資料儲存方式，使用資料庫系統存放資料，可降低資 料儲存之重複性，並可針對資料快速檢索，而在程式撰寫方面亦具有減少讀寫檔案之 複雜度、統一各模組與程式間的資料格式等優勢。
本系統使用 PostgreSQL 作為資料庫管理系統，PostgreSQL 是一套同時具有開放 原始碼、跨平台、發展成熟且運行穩定等優點的軟體。PostgreSQL 開發團隊為早期投 入空間資料庫研究團隊之一，該團隊所開發的 PostGIS 模組不僅功能強大，其所開發 之空間資料庫亦被廣泛使用，因此選擇 PostgreSQL 可降低開發時間與複雜度。本系統 資料庫儲存的資料分類主要為三種：
1. 使用者專案資料：在使用者儲存專案時，將相關操作結果存放於資料庫，以利使 用者下一次開啟專案時可讀取前次儲存內容。
2. 地圖圖資資料：主要存放水文計算時所採用之空間分析成果。
3. 水文計算參數資料：包含各種滯蓄設施參數設定，以供水文計算模組連結使用。
相關資料表及其欄位說明，如表 4-1 所示。其中，雨量站 IDF 曲線參數之 Horner 降雨強度公式，係參考經濟部水利署出版之「台灣地區雨量測站降雨強度—延時 Horner 公式分析」(經濟部水利署, 2003)進行資料庫之建置；而雨水下水道人孔流量則應以已 竣工之雨水下水道系統進行建置，本系統之示範區為新北市土城區，係參考新北市政 府「新北市板橋區、土城區雨水下水道綜合檢討規劃」報告之內容，建置雨水下水道 人孔流量資料庫；而土城區所建置之雨水下水道系統人孔位置之空間分布，如圖 4-2 所示。
第四章 雨水滯蓄設施型式量體配置雲端操作系統建置
地理位置資訊 geometry(MultiPoint) 坐標位置
重現期 int 2 年、3 年、5 年
表 4-1 系統資料表說明(續 1)
第四章 雨水滯蓄設施型式量體配置雲端操作系統建置
表 4-1 系統資料表說明(續 3)
第四章 雨水滯蓄設施型式量體配置雲端操作系統建置
表 4-1 系統資料表說明(續 4)
資料表 欄位 型態 說明
貯留池出口 (機械排水)
出水管徑 real 使用者輸入(mm)
抽水機馬力 real 使用者輸入(Hp)
總揚程 real
係淨揚程，管路之損失水頭及速度水頭之 總和(m)
起抽水位 real 使用者輸入(m)
停抽水位 real 使用者輸入(m)
貯留池出口 (壓力排水)
孔口直徑或高度 real 使用者輸入(m)
孔口採用矩形時寬度 real 使用者輸入(m)，如為圓形時則輸入零 孔口流量係數 real 使用者輸入(一般採用 0.6)
貯留池出口
(重力排水) 堰頂寬 real 使用者輸入(m)
(資料來源：本研究成果)
圖 4-2 土城區雨水下水道人孔設計流量建置空間分布圖
(資料來源：本研究成果)
1.16 雨水下水道人孔設計流量
第四章 雨水滯蓄設施型式量體配置雲端操作系統建置
第 三 節 資 料 介 接 說 明
內政部國土測繪中心(以下簡稱測繪中心)為配合網路時代打造全民共享測繪成 果，整合通用版電子地圖、國土利用調查成果圖等核心、基礎圖資，建置「國土測繪 圖資網路地圖服務系統」，並於 101 年 12 月 7 日正式上線服務。其系統透過發布 Web Map API，提供標準的共通平台與統一的圖資，除可供其相關應用系統整合，減低資 料與應用系統複雜度，系統伺服器端開發專屬服務系統，瀏覽器端採用已廣泛被歐美 國家採用的 OSGeo (Open Source Geospatial Foundation)提供的 OpenLayers 程式庫開 發，以降低採用商業軟體所需的授權費用。
為符合 Open Data 潮流，測繪中心提供圖資全面開放 OGC WMS、圖磚(WMTS) 服務，及 Web Map API 服務，使用者無需申請即可免費使用。開放 OGC WMS 及圖磚 (WMTS)服務的圖資包含通用版電子地圖、通用版電子地圖正射影像、國土利用調查 成果圖、段籍圖、村里界圖等 5 類圖資，此為臺灣首創以全球共用標準 WMTS 規格提 供之圖磚介接服務。另外，使用者應用 Web Map API 服務，可將地圖嵌入至所屬網頁 內(內政部國土測繪中心, 2015)。
為提供開放資料之精確性及多元性，該系統 102 年 3 月 15 日起增加內政部營建署 城鄉發展分署授權之「都市計畫土地使用分區圖」、「非都市土地使用分區圖」圖層供 套疊使用，102 年 5 月 31 日起增加「段籍圖」、「村里界圖」圖層供套疊使用，並於 102 年 6 月 13 日全面開放 WMS 服務。現階段可供套疊圖資為通用版電子地圖(含正射影 像)、國土利用調查成果圖、段籍圖、村里界圖、交通部運輸研究所路網數值圖(道路
為提供開放資料之精確性及多元性，該系統 102 年 3 月 15 日起增加內政部營建署 城鄉發展分署授權之「都市計畫土地使用分區圖」、「非都市土地使用分區圖」圖層供 套疊使用，102 年 5 月 31 日起增加「段籍圖」、「村里界圖」圖層供套疊使用，並於 102 年 6 月 13 日全面開放 WMS 服務。現階段可供套疊圖資為通用版電子地圖(含正射影 像)、國土利用調查成果圖、段籍圖、村里界圖、交通部運輸研究所路網數值圖(道路