網路 GIS 技術

GIS 的發展始於 1960 年代晚期，加拿大政府運用電腦儲存和處理土地資料

（Tomlinson, 1984）。經過數十年的發展，GIS 的應用已經超越了最初的繪圖與資 料儲存，也延伸到各種分析處理、GIS 資料收集、獲取、統計與演算法；各種組織 和機關在環境管理、空間決策等應用案例也如雨後春筍般出現，進而發展成完整 的應用和學術領域（Goodchild, 1992）。

自1960 年以來，電腦科學在運算速度與軟體使用介面皆有長足進步，在 1990 年代網際網路蓬勃發展前，GIS 的組成要素：硬體、軟體、資料、基礎設備（Chang, 2010）往往集中在單一或少數的電腦中，而 GIS 中十分重要的組成要素：使用者 也僅限於相對少數的專家，未能普遍供社會大眾使用，Peng 指出這個現象是由於 傳統單機GIS 套裝軟體有以下四種限制（Peng, 2004）：

1. 使用者必須採購軟體或是授權，因此難以推廣至資源有限、無力購置軟體或 教育訓練的一般大眾與小型組織；更有甚者，即便使用者可能只會使用軟體 中的一部分功能，卻也可能要將全套軟體一併採購。

2. GIS 軟體和其資料，僅能在安裝該軟體的電腦中使用。

3. 儘管電腦軟體的圖形使用者介面（Graphical User Interface, GUI）日漸成熟，

但是由於GIS 功能廣泛，因此軟體的使用者介面也日趨複雜，需要經過訓練 以及練習才能熟練使用，導致單機GIS 軟體有複雜的學習曲線而使初學者難 以上手。

4. 缺乏互操作性（interoperability），不同GIS 軟體通常使用不同的資料格式，使 這些軟體間的資料無法相互流通，造成GIS 使用者之間互相協作時的障礙。

等G ArcGIS Expl 手機）傳送指

分析功能 昂貴且複雜 orld wide w 覽器為平台使 web, www）

使用GIS 服

gle Chrome 執行使用者下

網際網路的蓬勃發展始於1990 年代，因此網路 GIS 應用之普及亦始於此時。

早期的網路GIS 功能有限，主要用於發佈可供使用者瀏覽的線上地圖、基本 GIS 資料查詢（Dragićević, 2004）。直到1995 年，Susan Huse 將單機版 GIS 軟體 GRASS

（http://grass.fbk.eu）和網路伺服器整合，開發出 GRASSLinks 這套軟體，允許使 用者在客戶端傳送指令給伺服器端的GRASS 軟體，再將分析結果傳回客戶端

（Huse, 1995），是網路 GIS 發展跳脫單純的地圖展示和查詢，擁有更多 GIS 分析 功能的早期範例。隨後各大軟體公司亦開始推出各種伺服器端網路GIS 軟體，直 到近年的技術發展和研究重點更延伸到各種行動裝置和地理位置服務（Location Based Service, LBS）等跨領域應用（Kim et al., 2005），最早期的伺服器端－客戶 端的雙邊架構也日趨複雜多樣。但是各種網路GIS 應用的目標仍然可以分為三大 類（Plewe, 1997; Green and Bossomaier, 2002; Peng and Tsou, 2003）：

1. 空間資料取用與傳播 2. 空間資料探索與視覺化 3. 空間資料處理、分析

隨著個人電腦普及率趨近飽和，網際網路的資料流量和連線頻寬也相應地成 長，越來越多網路GIS 應用被開發出來。其中 2005 年 2 月啟用的 Google Maps 是 網路GIS 應用的里程碑，使用者可以在網路瀏覽器中以各種比例尺檢視世界各地 的向量基本圖、衛星影像、立體地形圖。Google Maps 提供的圖層、資訊和服務不 斷充實成長且維持簡單直覺的網頁操作介面，使用者可以搜尋地名或地址、查詢 交通路線、瀏覽有地理定位（geo-tagged）的相片、或是在 Google 帳號之下編輯地 圖、新增地理資訊並以網路為媒介分享給其他使用者。因此，以Google Maps 為平 台，使用者可以瀏覽、搜尋、獲取各種類型的地理資訊，是非常成功的地理資訊 入口網站（geo-portal）的典範。

值得一提的是，Google Maps 屬於 Google 公司開發的網路應用程式之一，近 年Google 致力於將其搜尋業務和其他應用程序，例如 Picasa 網路相簿、Google 文 件、Fusion Table 等資源以 Google Maps 和 Google Earth 為平台來整合各種具有空

間屬

le Fusion Ta

的GIS 在地理

（Baker, 20 S 平台十分

005; Kerski, 分多元，內容

缺少真正為GIS 單元之教學而設計的網路 GIS 平台，由於學生和教師亟需更好的 GIS 教學方法和工具，所以網路 GIS 教學平台的開發，有其實務上的價值。

第三章 教學網站設計

第一節 系統架構

為了同時結合Google Maps 的使用介面和 ArcGIS 的分析功能，本研究必須掌 握不同的工具和技術，並將這些工具混搭（mashup）來使成果符合最初設定的研 究目標。以下將本系統研發過程所使用的主要工具詳述如下：

1. 網站架設與網頁編輯

全球資訊網（world wide web, www），是由所有互相連接的超文字（hypertext）

文檔組成的集合，透過網際網路存取。每一個文檔都由一個統一資源定位符

（Uniform Resource Locator，URL）指定其網路位址，當網路使用者在瀏覽器網址 列中輸入URL，瀏覽器就會從網頁伺服器取回稱為「文檔」或「網頁」的資訊並 顯示出各種各樣的網頁。

本研究的目標之一是建置供師生使用的教學網站，因此首先使用Windows 作 業系統內建的Internet Information Services（IIS，網際網路資訊服務）伺服器軟體 架設網頁伺服器，該伺服器之主機實體位於台大地理系地圖與多媒體研究室，網 路位址為140.112.63.87。伺服器之軟硬體配置完成之後，即可指定伺服器中任何 實體路徑，設定為虛擬目錄，放置在路徑中的檔案向網路開放與共享。舉例而言，

若有一純文字檔案命名為document.txt，若使用者需要存取該文字檔，可以在瀏覽 器中輸入http://140.112.63.87/document.txt，即可透過網路存取該文字檔。

網站是指網際網路上根據一定的規則，使用HTML（超文本標記語言，

HyperText Markup Language）等工具製作的用於展示特定內容的相關網頁的集合，

這意味著一個網站之下會包含許多內容與網站主題相關聯的網頁。根據這個定義，

本研究以文字編輯器編輯合乎標準的HTML 檔案，設計一系列教學服務的網頁並 放置於網路伺服器的虛擬目錄中，供教師與學生在網路瀏覽器中存取。

Google Ma Google Ma guage）編寫

how, 2008）

aps API

vaScript 和 這樣的結構是 Google Map 功能，因此目 Google Map

ogle Maps A s 介面，包含 目前網路上對 結尾附上一小

圖API 供網

Xtensible Ma 存取Google

入Google M

圖3.1 說明

Google Ma 去使用者只能 oogle Maps 料傳輸協定

，Google M 之後輸出為圖

碼從直接讀取Google Maps。

由於Google Maps 的使用介面已經擁有衛星影像、交通路網和大比例尺電子地 圖的資料，所以以Google Maps API 為基礎，配合符合開放式地理資訊系統協會

（OGC, Open GIS Consortium）標準的地理標記語言（Geographic Markup Language, GML）就可以完成一個具備資料展示和查詢的網路 GIS 原型（Chow, 2008）。

本研究建構的系統要以Google Maps 的操作介面作為基本，所以首先要使用的 工具就是Google Maps API。由於 Google Maps、Earth 在教育上的應用已經吸引許 多一線教師的注意，所以使用Google Maps API 建構教師與學生較熟悉、具親和力 的地圖介面，是本研究開發的教學網站中十分重要的一部分。

由於本研究的網頁伺服器位於網路位址140.112.63.87 之主機，使用者瀏覽本 研究設計之教學網頁時，皆是透過http://140.112.63.87 為開頭的 URL 讀取，而不 是Google Maps 之官方網站，所以如果需要在網頁中使用 Google Maps API，需要 事先以140.112.63.87 之位址申請金鑰。金鑰是亂數排列、獨一無二之英文字母與 數字的組合，用於辨識網站之位址，如果沒有申請金鑰或是使用不符合的金鑰，

網頁中的Google Maps 將無法正常顯示。

在文字編輯器中設計教學網頁時，最重要且常用的Google Maps API 之語法如 下：

A. <script

src="http://maps.google.com/maps?file=api&amp;v=2&amp;sensor=false&amp;ke y=金鑰"></script>

<script type="text/javascript">

宣告在本網頁中引入JavaScript 之語法，來源為 Google Maps，運用在來源為 140.112.63.87 之網頁中。所有 Google Maps API 之指令才能運作。

B. function initialize() {

var map = new GMap2(document.getElementById("map_canvas"));

}

_canvas 之框

nter(new GL 之map 變數

這個系統完整 ect Containe

OC 則是服

整的GIS 功 RI 的 ArcGI ArcGIS 軟體 S 系統的分

定，Interne

圖3.4 ArcG

者（Server Ob 組成，都是 et Protocol，

GIS Server 系

bject Manag 是用於服務

ArcGIS Serv 本架構如下

Server 度；

可以

在同一部電腦主機中，也可以由一部電腦主機擔任SOM，管理其他做為 SOC 的電 腦。

B. 網路伺服器

負責網路應用程式（Web Application）的運作，網路應用程式是透過網路瀏覽 器在網際網路上使用的軟體，廣泛運用於生活的各種層面，例如電子郵件信箱。

ArcGIS Server 架構中的網路伺服器是透過傳遞指令給 GIS 伺服器，由伺服器執行 GIS 功能，並將結果送回網路伺服器，然後再傳送到用戶端。

C. 客戶端軟體

包括單機版ArcGIS 軟體、ArcGIS Explorer 等，客戶端可以直接使用這些軟體，

無需自備資料或功能擴充模組，透過網路存取位於GIS 伺服器的資料和各類服務。

因為這兩種軟體由於同屬ESRI 產品，所以和較複雜的向量或網格資料是相容的，

無須經過轉換即可正常讀取。

D. 網路瀏覽器

例如微軟IE、Google 瀏覽器、Firefox 等，無法取得客戶端軟體的使用者也能 透過網路瀏覽器存取來自網路伺服器的資料來使用網路GIS 系統，兩者的差異在 於瀏覽器無法支援shapefile 和網格資料這類複雜的資料格式，所以必須經由 GIS 伺服器將資料轉換為.jpg、.svg 或 GML（地理標記語言，Geography Markup Language）、.kml 等相對較為輕量的資料格式才能供瀏覽器使用。

雖然ArcGIS Server 如前述架構可以經由分散式架構提升效率，但是在本研究 中，GIS 伺服器之 SOM、SOC 和網路伺服器實際上都集中配置於前述位於台大地 理系地圖與多媒體研究室之主機，位址為140.112.63.87。這是因為本研究著重於 系統開發，原型系統研發階段的優先考量在於研究目標的實現，同時囿於資源與 設備，亦無法進行商業規模之配置。本研究使用之ArcGIS Server 為台灣大學購置 之授權版本，選用該套裝軟體的考量如下：

A. ArcGIS Server 所發佈的服務涵蓋單機版 ArcGIS 的大部分主要功能，包括地圖 服務、地理編碼、地理資料管理、地理處理服務（Geo-processing service）、路