雲端操作系統整體架構

有鑒於雨水滯蓄設施容量配置與空間分析、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 Web-GIS 技術整合雨水滯蓄設施量體配置分析 過程，藉此提高規劃者與主管機關之工作效能。研究中應用網際網路地理資訊系統 (Web-based Geographic Information System, Web-GIS)技術，整合政府相關開放資料與水 文分析工具，建置雨水滯蓄設施量體配置決策支援雲端操作系統架構，透過雲端系統 自動連結相關資料庫，配合計算區域之雨量紀錄分析成果、下水道資料與土地利用空 間資訊，使用者可直接由 Web-GIS 介面應用滯蓄設施水文分析模式，分析不同類型基 地開發所需之滯蓄設施型式、容量配置與尺寸，並可透過連結各設施間之上、下游關 係進行聯合運用，以支援各種不同配置型式之決策參考，茲就擬建置之系統功能整體 架構、資料庫結構說明如下：

第 一 節 系 統 功 能

本系統主要提供規劃設計者直接於 Web-GIS 雲端系統上，劃設基地開發範圍與布 設各項滯蓄設施，並可指定設施間之上下游關係，分析各設施間聯合運用情況，系統 主畫面如圖 4-1 所示。藉由地理資訊系統空間分析技術，本系統可自動選取鄰近雨量 站，獲得降雨強度參數；亦可自動擷取基地開發範圍之土地使用分區資訊，供分析計 算時使用。目前系統建置功能可分為「專案管理」、「規劃設定」、「空間分析」、「水文 分析」、「成果展示」等五大類。各類功能說明如表 4-1 所示。其中「專案管理」主要 可提供使用者帳號及專案管理功能；「規劃設計」則允許使用者直接於地圖上劃設開發 基地及布設滯蓄設施；而「空間分析」則將自動擷取開發基地最近之雨量站資訊，下 水道人孔屬性資料，並可顯示多種空間圖資。「水文分析」可計算包含 8 種型式滯蓄設 施之保水體積量，並且內建設計雨型、合理化公式三角形單位歷線法及水庫演算方法，

以進行基地開發前後地表逕流量之計算，法規檢核亦將於水文分析完畢之後接續進行 演算。最後系統將於「成果展示」功能中顯示水文分析及法規檢核結果，以供規劃設 計者檢視設施配置過程是否正確。

表 4-1 Web-GIS 雲端系統功能

測試案例 001

2015-09-20 15:20:00 2015-09-20 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 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。

圖 4-2 系統架構示意圖 (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

GeoDb Server 存放的圖層資料。HTML5 是一種標籤語言，用於網頁建立和其它可在 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(如上下游布設成果、土地使用分區分 析結果)，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 量體配置模組計算，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：包含各類雨水滯蓄設施保水設計容量及地表逕流演算，主要使 用 Fortrant 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進行各項法規的驗證檢核。

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 三 節 資 料 庫 結 構

資料庫系統基本上是電腦化的資料保存系統，主要以電腦化的方式來維護資料且 讓使用者依據不同的需求快速取得資訊。本系統以 PostgreSQL 作為資料庫管理系統，

系統資料庫儲存的資料包括使用者專案資料、地圖圖資資料、水文計算參數資料等，

相關資料表及其欄位說明，如表 4-2 所示：

表 4-2 系統資料表說明

資料表 欄位 型態 說明

使用者資訊

使用者編號 int 主索引

帳號 char*30 使用者輸入 密碼 char*30 使用者輸入 姓名 char*30 使用者輸入 電子郵件 char*30 使用者輸入 公司/所屬單位 char*30 使用者輸入 電話 char*10 使用者輸入

權限編號 int 預設一般使用者

使用者權限

權限編號 int 主索引

權限名稱 char*20 權限種類

權限範圍 int 一般使用者或管理者

專案資訊

專案編號 int 主索引

專案名稱 char*30 使用者輸入 建立時間 datetime 專案建立時間 更新時間 datetime 專案最後更新時間 專案狀態 char*30 計算中、檢核通過

表 4-2 系統資料表說明(續)

重現期 int 2 年、3 年、5 年

表 4-2 系統資料表說明(續)

表 4-2 系統資料表說明(續)

表 4-2 系統資料表說明(續)

資料表 欄位 型態 說明

貯留池

高度 real 使用者輸入(m)

設施型態 int 地上型、地下型

參數r _i real

地上型參數為 1 地下型：

一般混凝土參數為 1 礫石貯集參數為 0.2

專用蓄水貯集框架參數為 0.8

貯留池出口 (機械排水)

排水型式 int 使用者選取(重力排水、壓力

排水、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)

貯留池長 real 使用者輸入(m) 貯留池寬 real 使用者輸入(m) 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)

貯留池長 real 使用者輸入(m) 貯留池寬 real 使用者輸入(m)

(資料來源：本研究成果)

第 四 節 可 介 接 資 料 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 路網)及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、非都市土地使用分

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 路網)及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、非都市土地使用分