具高階語意物件之地理資料庫的發展及應用(I)

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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

具高階語意物件之地理資料庫的發展及應用(I)

計畫類別：個別型計畫

計畫編號： NSC94-2211-E-006-073-

執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日執行單位：國立成功大學測量及空間資訊學系（所）

計畫主持人：郭英俊

報告類型：精簡報告

處理方式：本計畫可公開查詢

中華民國 95 年 10 月 30 日

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行政院國家科學委員會補助專題研究計畫  成果報告

□期中進度報告具高階語意物件之地理資料庫的發展及應用(I)

計畫類別：  個別型計畫 □ 整合型計畫計畫編號：NSC 94－2211－E－006－073－

執行期間： 94 年 8 月 1 日至 95 年 7 月 31 日

計畫主持人：郭英俊共同主持人：

計畫參與人員：吳家瑋、胡家偉

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告  完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年  二年後可公開查詢執行單位：國立成功大學測量及空間資訊學系

中華民國九十五年十月三十日

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II

中文摘要

物件關連資料模型具有建立含有豐富資料結構之地理資料庫的潛能，此特性可讓地理資料以高階語意的方式處理。先前的專題研究計畫已證實利用 ORDBMS (Oracle Spatial)適合於建構一個物件關連式的數值地形資料庫。本後續計畫擬更進一步擴展此項研究至 GIS 的應用發展上。

本計畫的目的為企圖發展一個具有高階語意物件的地理資料庫，使其能更有效率地運用在行動及網路地理資訊的各種應用服務上。本研究為一兩年期的計畫，著重於兩個密切相關的主題。第一年的研究重點將探討以物件為基礎搜集地理資料的方法，並設計行動資料搜集系統與物件關連式資料庫之間的空間物件資料交換機制。第二年將根據建置完成的物件關連式空間資料庫發展一 Web GIS，且研究其在行動地理資訊服務及網頁地圖繪製上的應用。本計畫的主要研究重點包括：

1.研訂以一行動資料搜集系統收集地理物件之資料標準；

2.依據 OGC 之標準，設計供行動 GIS 使用之空間物件的資料結構及交換檔格式；

3.改良 PDA 圖形編繪核心，開發以物件為作業單元之地理物件的行動圖形資料搜集系統；

4.遵從 OGC GML 之標準，建置一個以物件關連式資料庫為基礎的 Web GIS 作業環境；

5.透過無線網路，結合行動圖形資料搜集系統與 Web GIS 進行空間資料庫之更新；

6.以物件關連式資料庫為基礎，進行下列應用的初步研究，包括 Web GIS 應用系統開發、圖形物件之動態縮編。

關鍵詞：地理資料庫、物件關連式資料模型、行動地理資訊系統、網路地理資訊服務

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Abstract

Object-relational data model has potential for building a geographic database with rich data structures. This feature allows geographic data to be manipulated in a manner of high semantics. Previous research projects had proven that the use of ORDBMS (Oracle Spatial) well suits to construct an object-relational spatial database for digital topographic data. This follow-up project will extend the research to more advanced GIS application development.

The purpose of this project intends to develop a geographic database with highly semantic objects that can be efficiently used for various applications in mobile and web GIS services. The research is a two-year period of project with emphasis on two closely related aspects. The first year will explore the methodology of collecting geographic data on the basis of objects, and design the exchange mechanism of spatial object data between mobile data collection systems and an object-relational spatial database. The second year will develop a web GIS based on the object-relational spatial database, and study its application on mobile GIS services and web mapping. The main issues of this project are:

 Study the data standard for collecting geographic objects by a mobile data collection system;

 Design a data structure and an exchange file format of spatial objects that are OGC-compliant for mobile GIS;

 Modify and refine PDA graphics and editing kernel to develop an object-based mobile data collection system for geographic objects;

 Establish an object-relational spatial database for web GIS operation environment according to the OGC GML standard;

 Combined use of the mobile data collection system and web GIS via wireless LAN network to update spatial database;

 Preliminary studies for application system development of web GIS and dynamic generalization of web mapping on the object-relational spatial database.

Keywords: Geographic Database、Object-Relational Data Model、Mobile GIS、Web Geographic Information Services

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IV

第壹章緒論

1. 緒論

§ 1 - 1 研究背景與動機

傳統 GIS 通常將空間資料與非空間資料分開管理，空間資料一般以檔案管理系統儲存，非空間資料則利用關連式資料庫系統來管理。近年來，物件導向資料庫管理系統的發展使地理資料的模式化可以維持高階語意，且可以將空間資料與非空間資料結合在同一資料庫中。然而，關連資料模式無法自然地模式化真實世界以適切地描述地理資料，關連表亦不適合儲存複雜的空間資料。在另一方面，物件導向式資料庫系統的發展，解決了關連式資料庫系統無法處理複雜資料及不適合於模式化真實世界等問題。物件導向的許多機制，包括封裝、繼承、多態化等之概念均使得地理資料的處理更容易。然而，物件導向式資料庫系統的物件查詢語言（OQL）至今尚未有一個明確的標準，不若關連式資料庫系統已有標準化且被廣泛使用的結構化查詢語言 SQL。因此，一種結合物件導向式與關連式兩大資料庫系統之優點－物件關連式資料庫系統（ORDBMS），有逐漸發展而取代上述兩者的趨勢，由現行知名的商用資料庫管理系統，如 Oracle、IBM DB2，皆由關連式模式擴展為物件關連模式即可見一般。

從系統的操作觀點來看，關連式資料庫系統適合處理大量簡單但需查詢之資料，物件導向式資料庫系統適合處理大量複雜但不需要查詢動作之資料，而物件關連式資料庫系統則適合處理大量複雜且需要查詢之資料。以 GIS 地理資料庫的管理及應用而言，ORDBMS 應是較佳的選擇。

ORDBMS 應用於 GIS 的管理及應用，最近幾年逐漸被重視，不論是桌上型或網路版的地理資訊套裝軟體，陸續擴充連結 ORDBMS 的功能，例如常見的 Web GIS（包括 ESRI 的 ArcIMS、AutoDesk 的 MapGuide、Intergraph 的 GeoMedia 等）均支援使用 Oracle Spatial 的空間資料庫。在國外，已有許多測繪機構開始以 ORDB 建立空間資料庫，例如英國 Ordnance Survey 所建置的 MasterMap 數值圖資料庫即是典型的例子。目前使用 ORDBMS 最大的問題是地理物件資料的標準化，由不同套裝軟體或不同機構所建立的 ORDB，因使用物件定義的不同，彼此是無法互通的。所幸，由 Open GIS Consortium 所制訂的空間物件標準已逐漸被業界所採用，未來採用 OGC 標準可望解決地理物件標準化的問題。在國內，有關 ORDBMS 在地理資料庫的建構及應用上的研究才剛起步，在 GIS 實務上尚無實際應用案例可考。因此，探討 ORDBMS 在 GIS 領域上的發展及應用成為一個值得研究的課題，包括對於地理資料的物件關連模式化、空間物件資料的定義及標準、物件關連式空間資料庫的建

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置、數值地形資料重新結構化為物件關連資料結構、物件關連式資料庫的維護更新機制等項目，皆有待深入加以研究。

為配合 OGC 的 Open GIS 標準及促使 ORDBMS 可推廣至 GIS 業界使用。

首先，除了遵從 OGC 標準建置 ORDB 外，亦需研究如何能直接收集 ORDB 的地理物件，而非由零散的圖元再費時費力地重組地理物件，因此本計畫擬結合行動圖形資料蒐集系統（以 PDA 或 Tablet PC 為作業平台），研究如何於資料搜集時即建立有意義的地理物件。其次，要使物件關連式的資料庫容易地進行各種 GIS 應用，亦需考慮其與網際網路技術的結合，使空間資料更易散播使用，因此本計畫亦將探討如何將物件關連式的空間資料庫建立一個良好的 Web GIS 環境，使空間資料便於維護及應用。這兩項議題為本計畫擬定的主要研究項目。此外，本計畫亦從應用需求面來分析物件關連式空間資料庫的建置及發展，物件關連式空間資料庫的應用範圍很廣，例如 Web GIS 地理應用系統的開發、網頁地圖的動態縮編、地圖資料融合(map conflation)、地圖的多展現(multi presentation) 等應用，藉由探討物件關連式空間資料庫的應用將有助於本計畫的研究。

§ 1 - 2 研究目的及方法

在 GIS 中進行操作的資料皆是以物件為基本元件，而以往地理資料搜集時，

所記錄的檔案格式都不是以物件方式為考量而記錄的，所以當外業施測完畢後，

欲進行內業處理時，都必須再進行地理資料的物件化，此過程不僅會浪費成本，

也可能衍生一些資料處理上的問題。所以本計劃首先將探討於野外進行地理資料搜集時，直接進行地物的物件化建置工作，以便於後續 GIS 軟體的操作。換言之，

從物件關連式資料庫轉換到行動裝置可讀取之檔案時，維持原本物件的組成關係，資料搜集作業時所新增或變更的資料再儲存回資料庫時，仍將以物件做儲存的單元，而不是基本圖元的儲存方式。

本研究將以行動圖形資料處理系統結合物件關連式資料庫進行地理物件的更新維護及相關應用為主。研究的步驟首先將改良行動圖形資料搜集系統，使其具有物件關連式的資料結構，能直接以地理物件為記錄單元，其次為利用 Oracle Spatial 建置物件關連式的地理資料庫，並由資料庫將內容匯出至行動裝置系統，

提供野外進行異動調查與資料更新測試（利用 PDA 配合全測站及 GPS 定位卡、

數位相機卡等周邊裝置進行），最後再將行動裝置的更新資料匯入資料庫內。圖 1-1 為利用行動圖形資料搜集系統以物件方式更新物件關連式空間資料庫擬定之資料處理流程圖。

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圖 1-1 以物件方式更新物件關連式空間資料庫之資料處理流程圖

物件關連式地理資料庫必須與網際網路結合，才能擴大其應用範圍，例如以行動圖形資料搜集系統進行地理資料更新時，如能配合無線通訊網路（本研究擬使用小型的無線基地台建立測試用的 WLAN）在野外即時與伺服器進行資料的上傳或

圖元即時物件化

位相判斷

套疊檢核

資料更新正確

正確

錯誤錯誤

更新的空間資料庫

地面測量資料 (符合 OGC 標準) 原始的空間資料庫

GML 格式資料

檔案物件化

地圖動態縮編地圖多展現應 WebGIS 應用

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下載，如此將可大幅提高作業效率。因此，本計畫的另一個研究重點是以物件關連式的地理資料庫為基礎，設計及建立一個 Web GIS 的空間圖形資料庫。整個作業是在符合 OGC 的標準下，讓客戶端透過網路對 Web GIS 系統提出資料需求，

由 Web GIS 與物件關連式資料庫連繫，進而做到查詢、分析等操作，最後再將結果傳回給客戶端，圖 1-2 為利用物件關連式資料庫建構 Web GIS 的系統架構圖。

要達到這個目標，涉及許多問題，首先必須定義一個基本空間圖元之資料模型，

此部分將參照 OGC 所發表之「OpenGIS Simple Features Specification For SQL」

文件。其次，關於地理物件資料模型的物件分類與定義，也必須詳加規劃與設計，

如此方能由空間圖元組成標準的地理物件。

Web Server

(MS IIS)

Map Server

(AutoDesk MapGuide)

GIS Function

地理物件資料庫 ORDB

Middle Ware

Spatial Request

GML

WWW

Server

行動圖形資料搜集系統

SD

SD SD

Client

iMac

圖 1-2 利用 ORDBMS 建構 Web GIS 的系統架構圖

本計劃預計採用 Oracle Spatial 做為資料庫系統，Oracle Spatial 為 Oracle 資料庫的擴充元件，提供一系列空間資料操作的函數與程序，使空間資料可以物件的形式直接儲存於資料庫中，並且提供了快速且有效的擷取及查詢機制。以物件關連式空間資料庫為基礎建立 Web GIS 的資料處理流程如圖 1-3。

因此，選擇一個適用的 WebGIS 軟體（商業軟體有 ESRI 公司的 ArcIMS 軟體、AutoDesk 公司的 MapGuide 軟體、MapInfo 公司的 MapX 軟體；Freeware 軟體有 Geotool），並且能支援 Oracle Spatial，也是重要課題。透過 WebGIS，Client

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端與資料庫間的資料交換標準擬以符合 OGC 標準之 GML 為交換媒介，目前 OGC 已經發表 GML ver.3.1 的文件，其中定義了更複雜的空間物件，但是目前尚無地理物件之規範，因此，本計畫必須開發一地理物件與 GML 檔案格式之轉換程序。

如此，只要客戶端安裝了地理物件與 GML 檔案格式之轉換程式，就可以達成遠端存取物件關連式空間資料庫的目標。

圖 1-3 基於物件關連式空間資料庫之 Web GIS 的資料處理流程圖

在完成物件關連式空間資料庫的建置及維護作業程序後，本計畫將開始探討物件關連式空間資料庫的應用層面，由於可能的應用範圍很廣，本計畫僅將進行一些初步的應用研究，以便獲得一些應用上的回饋，進而改良前述的系統設計。

設計符合 OGC 之基本空間圖元資料模型地理物件資料

模型之設計

由空間圖元組成設計之地理物件

物件關連式空間資料庫

WebGIS

（商業軟體、Freeware）

建立地理物件之屬性與位相

GML 檔案

Client 端

（PDA、

XML Request SQL Request

地理資料來源

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擬定的應用研究包括 Web GIS 應用系統的開發及地圖瀏覽之動態縮編。在 Web GIS 應用系統的開發方面，將實際選定一個應用主題（如都市計畫使用分區）進行系統功能開發，測試以物件方式實現地理資料的查詢及分析。在地圖瀏覽之縮編圖產生方面，將研究動態縮編的使用技術，即將部分處理工作交給客戶端來進行，以減輕伺服器的負擔。此研究必須考慮在一個比例尺變化的範圍內，規範出需要顯示的地物。同時，並提出一種演算法，依據某些共同的特性來集合資料成各分類，進而交由主從電腦分擔縮編工作之執行。

本計畫擬定之作主要研究項目：

1.研訂以一行動資料搜集系統收集地理物件之資料標準；

2.依據 OGC 之標準，設計供行動 GIS 使用之空間物件的資料結構及交換檔格式；

3.改良 PDA 圖形編繪核心，開發以物件為作業單元之地理物件的行動圖形資料搜集系統；

4.遵從 OGC GML 之標準，建置一個以物件關連式資料庫為基礎的 Web GIS 作業環境；

5.透過無線網路，結合行動圖形資料搜集系統與 Web GIS 進行空間資料庫之更新；

6.以物件關連式資料庫為基礎，進行下列應用的初步研究，包括 Web GIS 應用系統開發、圖形物件之動態縮編。

本計畫原先預定的研究時程為兩年，擬分兩階段進行，第一階段的研究重點是探討以物件方式為基礎來收集地理資料的方法，及設計在行動裝置與物件關連式資料庫之間的空間物件的交換機制；第二階段的研究重點為基於物件關連式空間資料庫的 Web GIS 發展，以及其在地圖動態縮編與地圖多展現呈現方面的應用研究。由於本計畫僅獲第一年的研究經費補助，因此所列的研究項目尚未全部完成，本報告主要是第一階段的研究成果。

§ 1 - 3 報告架構

第壹章為緒論，本章介紹了研究動機、目的、研究的內容及預期的目標。

第貳章主要討論地理物件模式化、空間資料模型、地理物件體系及其分類架構。

第參章為系統架構與地理物件資料蒐集機制之設計，介紹以地理物件為元件建構地理資料庫的作業程序，說明基本空間資料型別與圖徵之對應關係，並敘述行動地理資訊系統的系統架構與發展。

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第四章是多比例尺展現資料庫之設計。本章說明地理資料的多展現模式、

多展現模式的建置程序、並以道路資料為例說明多展現資料庫之設計及建置空間資料庫的實作方法。

第伍章為系統發展與測試。本章說明系統開發，包括 OMGIS 及 WebGIS 的程式發展，以實際資料進行系統功能測試，進行測試成果分析，並討論系統發展所遭遇的問題與解決方法。

最後在第陸章作出本研究之結論以及後續研究的一些建議。

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第貳章地理物件模式化

§ 2 - 1 空間物件模型

在世界各國中，使用較為廣泛的空間物件模型為由OpenGIS Consortium在 1999年所提出之空間物件模型，如圖2-1所示，而此模型已經成為描述空間物件的標準模型。該模型主要分為Point、Curve、Surface和GeometryCollection，此四者皆繼承Geometry的屬性和行為。Point為點物件，屬零維之幾何物件，代表座標空間上的單一位置，當地理物件具有一定的重要性且其面積過小無法以多邊形展示於圖面時，即以Point展示；MutliPoint由多個Point聚合而成，其內所有的元素皆為Point，屬於GeometryCollection的一種。

圖2-1 空間物件模型 [OpenGIS Consortium,1999]

Curve為連續的點集合所形成的線，屬於一維之幾何物件，而連續的點集合形成直線線串則稱為 LineString ， Line 為只有兩個點相連接的 LineString ， LinearRing則為簡單且閉合的LineString，即LineString的兩端點相連接，且其內的各線串無相交之處；MutliLineString由LineString聚合而成，其所有元素皆為 LineString，為MultiCurve的一種；MultiCurve為GeometryCollection之一種，所有

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組合元素皆為Curve。

Surface可分為Simple Surface和Polyhedral Surface。Simple Surface表示三維空間中的一個平坦的表面，可包含零個或多個內部界線，屬於二維的幾何物件，

polyhedral Surface則由多個Simple Surface組合而成，在三為空間中並不會是平坦的。Polygon為平面的Surface；MutliPolygon由Polygon聚合而成，其所有元素皆為Polygon，為MultiSurface的一種；MultiSurface則為GeometryCollection則一種，

所有組成元素為Surface。

GeometryCollection為一個或多個相同、不同之空間物件之集合，如可包含多個Point、Curve、Surface組合而成，同一個GeometryCollection中的所有元素必須在同一個空間參考中。

§ 2-1-1 位相資料結構

位相資料的基本組成單元為點、線和面，在資料庫中除了紀錄各單元的座標資料外，亦記錄各地理單元之空間相互關係，包括區域定義 (Area Definition)、

連結性 (Connectivity)、及鄰接性(Contiguity)。

當使用者在瀏覽地圖時，可以輕易的推導或判讀兩物件的關係為何，但在數值資料庫中，電腦卻無法判斷，所以我們必須將這些空間相互關係的資訊事先儲存於電腦中，以供後續的應用。而一般常使用的位相資料結構[DGIWG,2000]分別為

1. 等級0的位相資料結構 : spaghetti vector data

此結構為最基本的資料結構，資料表只會紀錄物件本身的座標和屬性，

不會包含任何的位相資訊，如圖 2-2 包含了一個點物件、一個線物件和兩個面物件，並且在資料表中，只紀錄物件的幾何資料，不紀錄任何的位相資料。

圖2-2 spaghetti Data Model

Feature Number Location

Point 10 XY

Line 23 X1Y1, .. XnYn 63 X1Y1,X2Y2 …..X1Y1 64 X1Y1,X2Y2 …..X1Y1 Polygon

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2. 等級1的位相資料結構 : chain-node vector data

此資料結構的組成單元包含點和線，每一條線都包含了起點、終點、左方連結線和右方連結線，並且兩個點可以擁有相同的座標，每一條線彼此之間都可以相交。

3. 等級2的位相資料結構 : planar graph vector data

此資料結構的組成單元包含點和線，每一條線段都包含了起點、終點、

左方連結線和右方連結線，而在空間中任何點的位置都不相同，每一條線段只能在兩端點與其他線段相交，線段本身也不能相交和重疊。

4. 等級3的位相資料結構 : full topological vector data

此資料結構的組成單元包含點、線和面，每一條線段都包含了起點、終點、左方的連結線、右方的連結線、左方的多邊形和右方的多邊形，每一條線段只能在兩端點與其他線段相交，線段本身不能相交和重疊，面物件之間也不能重疊。

§ 2 - 2 地理物件體系

由於日常生活的需求，地圖的使用已經相當頻繁且應用於各種領域中，原因為圖形的表示方法比文字更能迅速的讓使用者了解本身的位置資訊，諸如建物的平面圖、描繪地形特徵的地形圖…等，而其中地形圖為使用最為廣泛的地圖類型之一。地形圖可使用於位置導覽、都市的規劃及管理…等，其應用範圍相當廣泛，

尤其是使用於目前相當熱門的地理資訊系統，地形圖常常作為地理資訊系的底圖以及數據分析的原始資料。因此，在任何國家，地形圖的製作為發展地理資訊相關科技的重要項目之一。

地形圖為描繪現實地理特徵物的地圖，而在現實世界中地理物件不論是種類或是位相關係都相當複雜，很少有地形圖能夠完整的描繪包含於地表面上所有的地理物件，因此我們可以知道不同國家所制定的地形圖所展現的地理物件不會完全相同，至於地形圖上該展現何種地理物件則必須由各國家的製圖機關事先定義(圖2-2為我國定義行政邊界線的展現方式)，然而地理物件體系的定義相當困難，對於不同的國家、不同的文化、不同的比例尺都有可能定義出差異性相當大的物件體系，例如我國的基本地形圖資料庫圖式規格表 [內政部,1998]、英國 MasterMap的RealWorldObjectCatalogue [Ordnance Survey,2001]，此類文件即為定義地形圖該展示哪些地理物件類別以及該展示哪些地理物件類別以及該地理物件類別如何展現於地形圖上，而此兩種地理物件體系在物件類別數和架構都不相

(18)

同。

圖 2-2 我國定義在行政邊界線地形圖上的展現方式[內政部,1998]

由以上所述，地形圖的製作為發展地理資訊相關科技的重要項目之一，而地理物件體系的定義則為製作地形圖的首要項目，也反映了各國製圖學及地理資訊系統的發展程度。

§ 2-2-1 地理物件類別的特性

在現實世界中，每個地理物件類別都會有其特性存在，而這些特性會使任何國家在制定地理物件體系或是其他應用時，對不同類別有不同的限制，例如 : 建築物一定以多邊形的形式儲存於資料庫中，因此在設計地理物件體系或其他應用時，必須了解各地理物件類別的特性[AGENT , 1998]，對該類別才能做適當的定義和規範。

1. 行政邊界線

邊界線可以完整的將一個國家的領域切割成數個較小的區域，這些區域必定會相連結在一起，不會出現縫隙(gap)或是重疊區域(overlap)的情形。在任何國家邊界線都會有階層性，也就是具有等級之分，例如 : 國界和省界。邊界線具有雙重特性，其可以線狀描繪該行政區域的範圍，也可以面狀描繪其包含的範圍。

2. 道路

在一般情況下，討論道路的方向是沒有意義的(單行道之外)，因為道路通常都是雙向的。在一些地圖中，路面會根據車道數目被分割成數條，但有時候車道個數只會當成是屬性紀錄在資料庫內。道路物件的類別通常可以反映出車流量，

通常越重要的道路車流量越高，而不同重要性的道路在地圖的展示也不相同。道路為交通系統中最重要的類別，相較於其他類別，當比例尺越小時，道路的重要性越高。

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3. 河流

河流通常由多個線串組合而成，在中小比例尺的地形圖上，河流會形成像樹枝的網狀圖，並且根據比例尺的不同，河流可能以單線、雙線或是多邊形展示。

河流通常會紀錄流向，但有時候在地形圖中，並不會有河流流向的資訊。河流可能因為氣候、地勢的因素，會導致時令河的產生，也就是該河流並不會整年都會出現。

4. 建物

在地圖中，建築物只會以兩種形式展示，在大比例尺時會以多邊形展示，在小比例尺則以點展示。任何的建物都會緊鄰者道路，一棟孤立的建物至少也會有一條道路與其相連結，然而當該條道路被刪除時，建物也需要同時刪除，相反地，

當該建物被刪除時，道路也需要同時刪除。即使比例尺過小，重要的建築物在地圖上需要被保存，當以多邊形無法辨識時，在地圖上須以圖例表示。因為建物為人造的地物，因此建物的形狀會有一定的樣式，轉角處大部分都是直角。

§ 2 - 3 地理物件體系的元件

地理物件體系為定義在一個特定比例尺時，地形圖所包含的地理物件類別及該類別的展現方式，不同的國家或組織所定義的地理物件體系所包含的類別、屬性並不會相同，但是為了保持地理物件體系的完整性以及因應資料共享的標準化概念，國際標準組織ISO(the International Organization for Standardization)建立了一個標準規範[ISO,2001]，將地理物件體系的模型分為物件的類別(feature type)、

物件的行為(feature operation)、物件的屬性(feature attribute)、物件的關聯性(feature association)。如圖2-3、圖2-4。

1.

物件的類別(feature type)

在地理物件體系中，每個物件類別都會包含一個名稱以及描述該類別的自然語言，並且每個類別名稱都會有一個對應的編碼，該編碼在同一個物件體系中必須是唯一的，而每個物件類別可能包含物件的行為、屬性及物件的關聯性，例如:

道路、建築物。

圖2-3 物件類別的實例

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2.

物件的行為(feature operation)

物件的行為分為兩種，第一種為計算物件可能的屬性，如:面積的計算，第二種為表示物件可能發生的變化，如:物件的移動。物件的行為可表示不同物件的差異性，而每一個物件的行為都會依附在物件類別內，並且也會以一個名稱和自然語言定義。

3.

物件的屬性(feature attribute)

物件的屬性可表現出物件類別的特性，一部分的屬性會與物件行為有關，

如:面積，另一部分則與物件類別本身有關係，例如:高度，而每一個物件的屬性必須定義屬性值域，也就是該屬性所有可能的數值，物件屬性也會有一個名稱並且以自然語言描述之。

圖2-4 物件體系的概念模型[ISO,2001]

(21)

4.

物件的關聯性(feature association)

物件的關聯性紀錄了兩個物件之間的關係，物件可能是相同類別或不同類別，每一個物件關聯性都會有一個唯一的編碼。

§ 2 - 4 地理物件體系的架構

由於地理環境以及風俗文化的差異性，每個國家對於地理物件都會建立適合該國的類別體系，因此造成現有的地理物件體系相當多種，但是對於地理物件體系的架構卻可簡單的進行分類。首先，必須以兩種不同的情況進行架構的分類，

第一種情況為單一的比例尺，目的在於比較地理物件的分類方法，第二種情況為不同的比例尺，目的在於比較相同的地理物件在不同比例尺之間的關係。

§ 2-4-1 單一比例尺的架構

基本上，不論是何種架構都一定至少會有兩個層級，最高層級的類別稱為主題或大類，在語意上，最高層級的類別彼此之間並不會有所重疊，最低層級則為最基本的地理物件類別，而各種架構的最大差異性在於最低層級的地理物件類別和最高層級類別的關係。在現有的地理物件體系架構中，大致可分為兩類 : 第一種為網絡式架構，第二種為樹狀式架構。

§ 2-4-1-1 網絡式架構

網絡式架構之物件類別可分為兩層，第一層為將地理物件分為不同的主題 (theme)，同一主題包含了相似性質的物件類別，第二層則為地理物件的類別。

在網絡式架構中，上層與下層類別的關係為多對多(N:M)，也就是單一主題可包含多個物件類別，而單一物件類別也可屬於多個主題，圖2-5為網絡式架構的概念圖，主題1包含了物件類別1、物件類別2、物件類別3，而物件類別2則屬於主題1和主題2。

圖2-5 網絡式架構的概念模型

(22)

網絡式架構最大的優點在於其較適合模式化複雜的地理現象，其原因為現實世界的地理物件往往會與其他物件互相緊鄰，甚至因為高度的不同所產生的重疊關係，並且對於不同類別的地理物件，在使用功能上亦可能具有關聯性，因此地理物件在現實世界中即可能因為以上的因素必須屬於多個主題。

此外，網絡式架構對於地圖的展示也較為適當，因為在樹狀式架構中，單一類別只能屬於單一主題，當使用者針對單一主題進行展圖時，可能出現中斷的情形，例如 : 在圖2-6中，當「橋」定義為「交通系統」時，而使用者只針對水系進行展圖，河流會出現中斷的情形。由於建立網絡式架構的地理物件體系相當困難，因此在現有的物件體系中，屬於網絡式架構的相當少，英國的MasterMap為其中一例[Ordnance Survey, 2001] [Ordnance Survey, 2005]

圖2-6 網絡式與樹狀式架構的展圖方式

§ 2-4-1-2 樹狀式架構

樹狀式架構之物件類別可分為多層，第一層為將地理物件分為不同的大類，

同一大類包含了相似性質的物件類別，最後一層則包含了地理物件的類別，中間的層級則與第一層相同，包含了概括性的地理物件類別。在樹狀式架構中，上層與下層類別的關係為一對多(1:N)，也就是較上層之類別可包含多個次一層級的類別，而下層的類別只能屬於一個較高層級的類別，圖2-7為樹狀式架構的物件類別體系，總共分為大類、中類、小類三個層級，其中大類1包含了中類1和中類 2，中類1則包含了小類1和小類2，而所有的小類都只屬於一個中類，所有中類都只屬於一個大類。

所有主題

交通

河流(網絡式) 河流(樹狀式)

(23)

圖2-7 樹狀式架構的概念模型

樹狀式架構的優點為結構較簡單，不論是系統的執行、維護或是地理物件體系的建立都較為容易，但是因為一個下層類別只能屬於一個上層類別的性質與真實現象違背，因此在建立地理物件類別體系時，會遭遇到地理物件無法適當分類的情形，例如 : 「橋」，因為其本身之功用，通常會與道路、河流相關，但是在樹狀式架構中，只能屬於道路或是河流之主題(或是大類)，而不論屬於哪一個主題，都不會是最適合的分類情形。EuroRegionalMap即為樹狀式架構的一個例子 [EuroRegioMap Consortium,2003]。

§ 2-4-2 不同比例尺的架構

當使用者因為其目的瀏覽地圖時，都需要以不同比例尺的模式進行瀏覽，當瀏覽的範圍較廣泛時，需要使用小比例尺地圖，當瀏覽的範圍較小時，則需要使用大比例尺的地圖，因此對大部分的使用者而言，單一比例尺的地圖並無法滿足需求。然而，比例尺較小的地圖，因為其包含的面積較廣，地圖所包含的物件較多，地圖精度的要求也較低，因此所使用的地理物件類別仍與大比例尺相同時，

將會使地圖的展示非常擁擠，所以對於不同比例尺必須建立不同的地理物件類別，不同比例尺的地理物件類別的架構可分為連續性和分段性。

§ 2-4-1-3 連續性的架構

在此架構中，如圖 2-8，首先以最大比例尺的地理物件類別為基礎，在該比例尺的地理物件架構可以是網絡式或樹狀式，可以具有多個層級和多個主題，當比例尺變小時，則使用相同的地理物件類別及相同的主題，差異僅在於規範不同，對於不同比例尺的地理物件類別，在大比例尺時會以多邊形展示，但是在小比例尺時只會以聚合線或點進行展示，例如 : 對於道路物件，在大比例尺時，4 公尺寬的道路可以雙線展示於地圖上，但是在小比例尺時，4 公尺寬的道路必須以單線展示，甚至無法展示。

(24)

圖 2-8 連續性的地理物件架構

在圖 2-8 中，比例尺 A 的地理物件架構分為三個主題及五個類別，其中主題 1 包含類別 1，主題 2 包含類別 2，主題 3 包含類別 3、類別 4 和類別 5，在比例尺 B 時，主題、類別及主題與類別之間的關係都相同，差異僅在於展示的規範不同，類別 1 在比例尺 A 會以多邊形展示，但是在比例尺 B 則以點展示，而類別 2 在比例尺 A 以線展示，在比例尺 B 則無法展示。目前在各國中，屬於連續性架構的例子不多，而德國的 ATKIS 為其中一例[ATKIS,2003]。

連續性的物件類別架構在設計時，不同比例尺的規範必須同時設計，因此各物件類別的展示門檻值不會互相重疊，並且類別在不同比例尺的對應情形只有一對一和一對零的情形，在資料庫的設計和維持較為容易。

§ 2-4-1-4 分段式的架構

分段式架構的地理物件類別在各比例尺是互相獨立的，各比例尺的物件類別則可能由不同的組織或人員制定，因此不論是主題、物件類別或主題與各類別的關係可能都不會相同，當必須建立大比例尺至小比例尺的類別體系時，物件類別的對應情形會相當複雜，除了可能會出現一對一、一對零的情形外，可能還會出現多對一、多對多的情形，此兩種情形會使資料庫的設計和維護相當複雜化，而因為認知和語意的差異，甚至可能會有無法對應的情形。

在圖 2-9 中，比例尺 A 和比例尺 B 都屬於兩層的樹狀式架構，在比例尺 A 分成兩個大類和四個小類，在比例尺 B 則分為兩個大類和五個小類，當大類 A1 在語意上和大類 B1 相似但不相同時，大類 A1 所包含的小類在對應上並不會和大類 B1 所包含的小類完全對應，如 : 小類 A3 和小類 B3 的對應關係，而當比

Point

Polygon

類別1 類別2 類別3 類別4 類別5

主題1 主題2 主題3

類別1 類別2 類別3 類別4 類別5

比例尺A 比例尺B

None Polygon

Polygon Line

(25)

例尺 A 和比例尺 B 的大類在語意上不會完全相同時，則可能出現無法對應的情形，如 : 小類 B5 無法在找到比例尺 A 的小類中找到相似的類別。

圖 2-9 分段式的地理物件架構

小類B1 小類B2 小類B3 小類B4 小類B5 小類A1 小類A2 小類A3

比例尺A

比例尺B

大類A1 大類A2

大類B1 大類B2

小類A3

(26)

第參章系統架構與地理物件資料蒐集機制之設計

傳統野外測量由於測量員的作業習慣以及測量成本的考量，導致所蒐集的資料皆為零散的圖元，而非一個完整的基本空間物件。因此這些資料必須經過地理物件重組的工作，才能有效地應用於各種地理資訊系統。然而，地理物件重組的工作，卻是相當花費人力及成本。而欲解決此問題，唯有改善傳統野外測量的作業方式，使野外測量所獲得的資料，不再是零散的圖元，而是一個有意義的地理物件。

因此，本研究欲發展一個以地理物件為基礎之作業環境。利用物件關聯式資料庫(ORDB)建置地理資料庫，且將傳統野外測量結合行動地理資訊系統(以行動裝置為平台)，設計一個以地理物件為基礎的資料蒐集機制，最後透過無線網路以及 WebGIS 之功能，使野外測量時能直接取得後端物件關聯式地理資料庫中的地圖資料；且所蒐集之地理物件亦能直接更新至後端物件關聯式地理資料庫。

由於國內並沒有完整的地理物件之定義與規範，因此在本研究中所建置的物件關聯式地理資料庫，將參考英國國家測量局(Ordnance Survey)於 2001 年 11 月所推出的產品 OS MasterMap，其中對於現實世界中的地理物件，有詳細的定義與規範。而 WebGIS 方面，則參考 OGC 所提出的相關規範。

§ 3-1 系統架構之設計

GiMoDig(Geospatial info-Mobility service by real-time Data integration an generalisiton)，是 Lehto 等人自 2001 年 11 月 1 日起所提出的一個為期 3 年的研究計劃案。研究之目標為透過即時的數據整合，提供行動裝置使用者空間資訊服務之研究。在 GiMoDig 研究計畫中，行動用戶端、伺服器端以及資料來源之間的溝通，是以一個五層式之系統架構來實現，分別為客戶端(Client)、入口層 (Portal)、資料處理層(Data Processing)、資料整合層(Data Integration)以及資料來源層(Data Service)，如圖 3-1 所示。

客戶端為不同平台的行動裝置或是 PC；入口層主要功能為剖析客戶端所發出的請求(Request)，以進行相應的服務；資料處理層主要功能為進行即時縮編處理，使地圖資料適合特定比例尺之展現；資料整合層為將不同的資料來源進行座標系統轉換、整合等；資料來源層則是各個不同的原始地圖資料來源。

而本研究之系統架構，將參考 GiMoDig 所提出的五層式架構，由於本研究中，

並無研究探討即時縮編以及不同資料來源等相關問題，因此將 GiMoDig 之五層式架構略為簡化：合併資料處理層以及資料來源層為資料轉換層 (Data

(27)

Transformation)。資料轉換層的主要功能為進行資料來源以及客戶端資料間資料格式的轉換，以及地理物件更新之服務，包括新增、刪除、修改等功能，如圖 3-2 所示，而層與層之間的傳遞，將遵照 OGC 所規範的 GML(Geography Markup Language)以及 OpenLS(OpenGIS Location Services)相關標準。

圖 3-1 GiMoDig 五層式系統架構[Lehto，2003]

(28)

圖 3-2 本研究所提出之四層式架構

§ 3-2 物件關聯式地理資料庫之建置

物件關聯式地理資料庫的建置，目前資料的來源是以數值地形圖檔為主。

將數值地形圖檔中，零散的圖元依照地理物件之定義與規範，進行地理物件重組之工作，而後再將重組後的資料匯入物件關聯式資料庫，並加入相關屬性資料，

即完成地理資料庫之建置。

§ 3-2-1 真實世界地理物件之圖徵型別

在 OS MasterMap 的定義及規範中，真實世界地理物件之圖徵型別(Feature Type)可以分為以下幾種：

1、 TopographicArea(面狀地理物件) 2、 TopographicLine(線狀地理物件) 3、 BoundaryLine(行政界線)

4、 TopographicPoint(點狀地理物件)

Web Client PC

Mobile Client PDA

Query Processing Metadata

Insert Delete Modify Data Transformation

ORDB

客戶端

入口層

資料轉換層

資料來源層

(29)

5、 CartographicText(製圖文字) 6、 CartographicSymbol(製圖符號)

而每一種圖徵型別(Feature Type)，在 OS MasterMap 中，也有其對應的屬性集(Attribute sets)，分述如下：

TopographicArea(面狀地理物件)

Attribute Cardinality Optional

TOID Single No

version Single No

versionDate Single No

theme Multiple No

featureCode Single No

calculatedAreaValue Single No changeHistory Multiple No descriptionGroup Multiple No descriptionTerm Multiple Yes

make Single Yes

physicalLevel Single No physicalPresence Single Yes

polygon Single No

表 3-1 面狀地理物件之屬性集

TopographicLine(線狀地理物件)

Attribute Cardinality Optional

TOID Single No

version Single No

theme Multiple No

accuracyOfPosition Single No changeHistory Multiple No descriptionGroup Multiple No descriptionTerm Multiple Yes heightAboveDatum Single Yes heightAboveGroundLevel Single Yes

(30)

make Single Yes physicalLevel Single No physicalPresence Single Yes

polyline Single No

referenceToFeature Single Yes 表 3-2 線狀地理物件之屬性集

BoundaryLine(行政界線)

Attribute Cardinality Optional

TOID Single No

version Single No

theme Multiple No

accuracyOfPosition Single No changeHistory Multiple No descriptionGroup Multiple No descriptionTerm Multiple Yes physicalLevel Single No physicalPresence Single Yes

polyline Single No

表 3-3 行政界線之屬性集

TopographicPoint(點狀地理物件)

Attribute Cardinality Optional

TOID Single No

version Single No

theme Multiple No

accuracyOfPosition Single No changeHistory Multiple No descriptionGroup Multiple No descriptionTerm Multiple Yes heightAboveDatum Single Yes

(31)

heightAboveGroundLevel Single Yes

make Single Yes

point Single No

referenceToFeature Single Yes 表 3-4 點狀地理物件之屬性集

CartographicText(製圖文字)

Attribute Cardinality Optional

TOID Single No

version Single No

theme Multiple No

anchorPoint Single No

changeHistory Multiple No descriptionGroup Multiple Yes descriptionTerm Multiple Yes

make Single Yes

polyline Single No

textRendering Single No

textString Single No

表 3-5 製圖文字之屬性集

CartographicSymbol(製圖符號)

Attribute Cardinality Optional

TOID Single No

version Single No

theme Multiple No

changeHistory Multiple No descriptionGroup Multiple No

(32)

descriptionTerm Multiple Yes

orientation Single No

point Single No

referenceToFeature Multiple Yes 表 3-6 製圖符號之屬性集

每一種圖徵型別的屬性集中，都有 TOID 屬性，代表每筆真實世界地理物件的物件識別碼，每一個物件識別碼皆是唯一的(unique)；version、versionDate、

changeHistory 為版本編號、版本建置日期以及更新歷史等屬性，有助於地理物件之版本管理；theme 為主題屬性，在 OS MasterMap 中一共定義了九大類主題，

每筆真實世界之地理物件皆可屬於一種以上的主題，方便使用者快速瀏覽不同主題的圖資；point、polyline、polygon 則為每一種圖徵型別的空間屬性，記錄其真實世界之坐標與位置。

在 OS MasterMap 中屬性集的之定義為每一種圖徵型別的基本屬性，而真實世界中的每一筆地理物件，皆屬於圖徵型別的一種。除了所定義的基本屬性，可以依照不同之地理物件，擴充基本屬性集。例如，現實世界中建物地理物件 (Building)，在 OS MasterMap 中屬於面狀地理物件，我們可以擴充增加樓層屬性 (Floor)以及結構類屬性(Structure)。

§ 3-2-2 基本空間資料型別

由§ 3-2-1 小節可知，在 OS MasterMap 中，面狀地理物件是以多邊形(polygon) 的空間資料型別紀錄；線狀地理物件以及行政界線是以多邊線(polyline)的空間資料型別紀錄；點狀地理物件、製圖文字以及製圖符號皆是以點(point)的空間資料型別紀錄。因此基本空間資料型別為 point、polyline、polygon 三種。

然而，在本研究中，行動裝置上之行動地理資訊系統的基本空間資料型別，

主要為 point、line、polyline、polygon、circle、arc 及 text 等。其空間物件體系圖如圖 3-3 所示。

因此，經過地理物件重組後的數值地形圖檔，欲匯入物件關聯式資料庫時，

若僅依照 OS MasterMap 所定義之基本空間資料型別，勢必是不足的。所以，必須先將行動地理資訊系統之基本空間資料型別與 OS MasterMap 中的圖徵型別 (Feature Type)進行對應工作，如表 3-7 所示。

(33)

圖 3-3 行動地理資訊系統之空間物件體系圖基本資料型別 OS MasterMap Feature Type

Point TopographicPoint、CartographicSymbol Line TopographicLine

Polyline TopographicLine、BoundaryLine Polygon TopographicArea

Arc TopographicLine Circle TopographicArea Text CartographicText

表 3-7 基本空間資料型別與圖徵型別之對應

§ 3-3 行動地理資訊系統

PDA 圖形編繪核心系統是一套 PDA 展繪、編修、顯示圖形，並可快速地開發一個特定應用主題的野外資料搜集系統[郭英俊，蕭釧瑛，2004]。PDA 圖形編繪核心系統具有相當完善之圖元基本編輯功能，另外也有圖面查詢、圖層管理與視景控制等功能。PDA 圖形編繪核心系統可直接應用於野外測量的工作上，包括地圖之新測與調繪補測工作，對於野外資料的搜集有很大的幫助。

因此，本研究中之行動地理資訊系統，將以 PDA 圖形編繪核心系統為基礎，

由於 PDA 圖形編繪核心系統是以圖層為基礎，資料的操作單元也是以圖元為主，而非有意義的地理物件。所以本研究將改良 PDA 圖形編繪核心系統，使其適合於以地理物件為基礎的作業環境，改良之系統稱為 OMGIS(Object-Model Geographic Information System)。

§ 3-3-1 系統之地理物件化

(34)

所謂系統之地理物件化，在本研究中是指系統的最小操作單元，為一有意義的地理物件，一個有意義的地理物件，必須包括：

1、完善的地理物件定義 2、完整的基本空間物件 3、完整的屬性資料

完善的地理物件定義，目前國內並沒有此方面的研究成果與標準，在本研究中將從目前國內所使用之數值地形圖檔中，找出與 OS MasterMap 所定義之真實世界地理物件相對應者，直接參考其地理物件之定義。而每一類定義之地理物件，皆屬於圖徵型別的一種，根據§3-2-2 所述，每一類地理物件，皆有其定義的基本空間資料型別，即一個完整的基本空間物件，而不再是零散的圖元所組成。

最後再搭配其屬性資料，即為一有意義之地理物件。

因此，行動地理資訊系統 OMGIS 欲達成系統之地理物件化，系統必須具備能自動判別每筆資料是否符合地理物件的約制條件：包含地理物件之定義、是否符合基本空間資料型別以及屬性資料的完整性。符合約制條件的資料，系統將視為一筆完整地理物件，可以進行屬性查詢、更新至資料庫等動作。而不符合約制條件的資料，系統將視為一筆未完成之地理物件，必須透過使用者將其未量測的部份補足，或是將零散的圖元重組後，才能成為一個完整之地理物件。

而地理物件在 OMGIS 中的記錄方式是將空間資訊與屬性資料分開記錄管理。空間資訊主要為紀錄每一筆地理物件之完整基本空間物件，因此不再是零散的圖元；而屬性資料則利用行動裝置之資料庫記錄管理之，每一筆資料皆代表一筆地理物件完整的屬性資料，而空間資訊與屬性資料之間，是以 TOID 屬性關聯之。

§ 3-3-2 OMGIS 之空間資訊檔案格式

PDA 圖形編繪核心系統，其記錄資料是以交換圖檔(*.mef)與計畫檔(*.prj)兩個 ASCII 格式之檔案，交換圖檔之內容主要是儲存圖元資訊，計畫檔之內容主要是儲存圖面資訊，交換圖檔(*.mef)與計畫檔(*.prj)之檔案格式如圖 3-4、3-5 所示。

由於 PDA 圖形編繪核心系統的設計是以圖元為基礎，且利用圖層概念來對地圖資料進行分類與管理，所以不符合以地理物件為基礎的概念。因此本研究將對 PDA 圖形編繪核心系統的檔案格式進行修改

(35)

30

續接下頁 …

in X

double limitMinY

double

limitMaxX double

limitMaxY double

viewPortM inX

double viewPortMinY

double

viewPortMaxX double

viewPortMaxY double

viewSca le

double numberOfP oints

short in t

*8bytes color

byte

symbolCode short int

symbolRotation float

X float

Y float

Z float

……… numberOfL ines

short in t

*8bytes color

byte

lineType short int

lineWidth byte

beginPoint.X float

beginPoint.Y float

beginPoint.Z float

endPoint.X float

endPoint.Y float

endPoint.Z float

numberOfPo lylines

short in t

*8bytes color

byte

lineType short int

lineWidth byte

numberOfVertexes short int

isClosed byte

vertexList[i].X float

vertexList[i].Y float

vertexList[i].Z float

vertexList[i].bulge float

..

(36)

31

圖 3-4 數值圖交換圖檔(*.MEF)檔案結構[郭英俊，蕭釧瑛，2004]

numberOfPo lygons

short in t

*8bytes color

byte

lineType short int

lineWidth byte

isfilled byte

vertexList[i].Z float

vertexList[i].bulge float

.. numberOfC ircles

short in t

*8bytes color

byte

lineType short int

lineWidth byte

isfilled byte

radius float

centerPoint.X float

centerPoint.Y float

centerPoint.Z float

.. numberOfA rcs

short in t

*8bytes color

byte

lineType short int

lineWidth byte

centerPoint.X float

centerPoint.Y float

centerPoint.Z float

startPoint.X float

startPoint.Y float

startPoint.Z float

endPoint.X float

endPoint.Y float

endPoint.Z float

.. numberOfT exts

short in t

*8bytes color

byte

FoneType byte

foneSize float

isHorizontal byte

rotation float

X float

Y float

Z float

Text string

..

(37)

[計畫檔檔名]

*.prj (string) [建立日期]

yyyy-mm-dd (string) [數值圖比例尺]

scale (int) [圖幅範圍]

左下角 X 值(double) 左下角 Y 值(double) 右上角 X 值(double) 右上角 Y 值(double) [顯示範圍]

左下角 X 值(double) 左下角 Y 值(double) 右上角 X 值(double) 右上角 Y 值(double) [分割資訊]

分割行數 (int) 分割列數 (int) 分割圖檔類型(int)

[圖層數] 圖層數 (int)

圖層名稱 (string) 圖層顏色 (int) 圖層開關 (int) 線型碼 (int) 圖層最小可見比

例尺(int)

…

圖 3-5 數值圖計畫檔(*.prj)檔案結構[郭英俊，蕭釧瑛，2004]

由圖 3-4，原本 PDA 圖形編繪核心系統之交換圖檔(*.mef)，其檔案結構是以圖層的概念管理零散的圖元資料，每一個圖層中，皆儲存 point、line、polyline、ploygon、

circle、arc、text 等資料型別的圖元。且每一筆資料也記錄其 color、symbolCode、

symbolRotation、lineType、lineWidth、fontType、fontSize 等屬性資料。

因此，為了配合系統之地理物件化，本研究將原本交換圖檔(*.mef)之圖層概念移除，使資料不再以圖層概念分類，並將屬性資料紀錄於行動裝置之資料庫系統管理之。使交換圖檔(*.mef)中，僅記錄用以關聯屬性資料庫的 TOID 屬性以及空間資訊，且每一筆資料皆是現實世界地理物件之完整的基本空間物件。

而計畫檔(*.prj)部分，也將圖層概念移除，另外由於本研究是以地理物件為基礎，因此分割資訊部分也一併移除，修改後之交換圖檔(*.mef)以及計畫檔(*.prj)如圖 3-6、3-7 所示。

numberOfPoints

(38)

圖 3-6 修改後之交換圖檔(*.mef)檔案結構

short int TOID string*16bytes

X float

Y float

………

numberOfLines short int

TOID string*16bytes

beginPoint.X float

beginPoint.Y float

endPoint.X float

endPoint.Y float

…….

numberOfPolylines short int

TOID string*16bytes

……..

numberOfPolygons short int

TOID string*16bytes

……..

numberOfCircles short int

TOID string*16bytes

radius float

centerPoint.X float

centerPoint.Y float

……..

numberOfArcs short int

TOID string*16bytes

centerPoint.X float

centerPoint.Y float

startPoint.X float

startPoint.Y float

endPoint.X float

endPoint.Y float

ArcAngle float

……..

numberOfTexts short int

TOID string*16bytes

X float

Y float

Text string

……..

(39)

[計畫檔檔名]

*.prj (string) [建立日期]

yyyy-mm-dd (string) [數值圖比例尺]

scale (int) [圖幅範圍]

左下角 X 值(double) 左下角 Y 值(double) 右上角 X 值(double) 右上角 Y 值(double) [顯示範圍]

左下角 X 值(double) 左下角 Y 值(double) 右上角 X 值(double) 右上角 Y 值(double)

圖 3-7 修改後之計畫檔(*.prj)檔案結構

§ 3-3-3 異動檔案(*.muf)之檔案格式

當使用者利用行動地理資訊系統進行野外測量或是調繪補測等工作時，通常會涉及地理物件新增、刪除以及修改等資料更新之動作。而異動檔案(*.muf)存在的目的，則是記錄這些地理物件異動後的空間資訊。因此當異動後之地理物件欲更新至後端物件關聯式資料庫時，即可從異動檔中直接更新有異動的物件，當異動檔案 (*.muf)中的資料更新至資料庫後，即可將異動部份更新至交換圖檔(*.mef)中。

異動檔案(*.muf)之檔案格式主要分成四個部份：[Insert]、[Delete]、[Modify]、

[Temp]，其中[Insert]、[Modify]為記錄地理物件新增以及地理物件修改的異動部份，

記錄方式與交換圖檔之格式相同；[Delete]為記錄地理物件刪除的異動部份，記錄方式為記錄刪除地理物件之 TOID；[Temp]為記錄未完成之地理物件，記錄方式也與交換圖檔之格式相同，異動檔案(*.muf)之檔案格式如圖 3-8 所示。

§ 3-4 以地理物件為基礎之資料蒐集機制

傳統野外測量蒐集地圖資料時，常常因為地理物件較大，或是通視問題，導致現實世界之地理物件無法一次完整量測，必須透過兩個以上的測站才能完成量測。

因此，往往一個地理物件，是以許多零散的圖元所拼湊而成。然而這些資料若要能應用在各種地理資訊系統時，還需費時費力將這些零散的圖元重組成地理物件，且現實世界之地理物件相當複雜，地理物件重組工作的自動化亦相當困難。

因此，唯有從野外測量的量測方式著手，使所蒐集的地圖資料，皆為一有意義的地理物件，當原始資料為已經地理物件化的資料，任何單位拿到此資料，皆不必進行地理物件重組的工作，即可進行後續應用，例如即時縮編工作。

(40)

圖 3-8 異動檔案(*.muf)之檔案結構

利用行動地理資訊系統結合野外測量，有許多優點，例如野外測量時可以即時展繪測量成果，使用者不再需要繪製草圖，透過即時展繪功能，也能即時檢核錯誤，

避免內業工作時才發現錯誤而要進行補測；透過系統的設計，行動地理資訊系統一般具有人性化的介面，降低其操作門檻，也可讓使用者可以不用牢記複雜的地形地物編碼；透過系統強大的編輯功能，也可減少許多不必要的量測，而屬性資料也可以一併蒐集記錄。

因此，本研究欲利用行動地理資訊系統的優點，進而發展出一套以地理物件為基礎的資料蒐集機制。分析地理物件異動操作的需求後，將地理物件之新增、刪除及修改的作業流程圖分別表示於圖 3-9、圖 3-10、圖 3-11 及圖 3-12。

(41)

圖 3-9 地理物件新增流程圖

圖 3-10 未完成地理物件處理流程圖

選擇欲量測之未完成地理物件

量測未完成地理物件

判別是否完成量測使用者量測

完成新增

寫入muf異動檔 (Insert) 是

屬性資料確認

寫入muf異動檔 (Temp)

否

刪除muf異動檔 (Temp)

(42)

圖 3-11 地理物件刪除流程圖

圖 3-12 地理物件修改流程圖

值地形圖重組地理物件元件之方法

(43)

第肆章多比例尺展現資料庫設計

由於電腦科技的進步，地圖的保存方式已經由過去的紙圖經由數值化轉變為現今的儲存媒體，地圖資料數值化的優點之一為在於藉由網路的傳輸使資料的分享更為迅速，而目前廣泛使用的網路架構為主從模式(Client/Server Model)，即將大量的地圖資料儲存於伺服器端(Server)，之後再由客戶端(Client)進行存取。網路地圖伺服器的使用存在一些待解決的問題。

首先，當同時存取資料的使用者過多或是客戶端的頻寬過小，都會使資料傳輸變慢進而造成客戶端的展圖延遲。其次，不同比例尺的地圖資料一般皆為分幅製作，

在圖幅接邊處的地理物件和同一地理物件在不同比例尺間的對應問題，都會使地理資料的更新及維護相當困難。最後，使用者往往會在相同區域瀏覽不同比例尺的地圖，而目前常見的系統處理方式為存取不同比例尺的資料集，系統會重覆存取範圍內的所有地理物件資料，這也會使地形資料的展圖速度減慢，因此在地形資料庫中加入多展現的概念可改善以上所述的缺點。

§ 4 - 1 地理物件資料的多展現模式

地理物件的展現中，重要性層級不同的特徵物會有不同的展現方式，且不同比例尺所展現的地理物件類別也不相同，例如：次要道路與主要道路在大比例時皆會以多邊形展現，次要道路在中比例尺即會以線型呈現，而主要道路則在小比例尺時才會以線型展示。因此地理物件的展現模式中，必須先定義相同性質之地理物件的重要性層級，以及此層級中所包含的地理物件類別。再以此物件層級體系為基礎，

定義各層級的比例尺展現範圍，如圖 4-1。

圖 4-1 地理物件資料的多展現模式

具高階語意物件之地理資料庫的發展及應用(I)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告