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地理資訊系統伺服器端之自由軟體簡介

2012年11月2日 尚無評論

本文轉載截錄自中央研究院計算中心通訊電子報2012年第22期,作者GIS組彭逸帆,全文可至這裡觀看。

前言

近年來由於資訊科技的演進,連帶使得地理資訊系統的應用也較以往更為廣泛;而對於空間資料(Spatial Data)的產製也已從早期必須經由專家學者處理才能發佈,到現在一般民眾只需要簡單的工具,甚至是透過行動裝置就有可能產生這些具有地理資訊的資料。

然而空間資料的建立僅是提供服務最基本的一環,若需要將這些原始的資料轉變成可以提供他人使用的服務,則需要額外的設定。因此,本文將依照如下圖1的分類,分別從使用者端、應用服務(Application Services)到提供服務的部份(Service Provider)一一作介紹。

圖1、服務軟體分類圖

以目前市面上的商業軟體而言,如果要建立地理資訊的服務,已出現相當多種的解決方案,在此不再贅述。本文主要探討的是如何透過自由軟體(Open Source)以發佈相關服務,期望透過本文的介紹,讓有心想要建立服務提供他人使用的資料管理者可以參考。

服務說明及介紹

一、使用者端部份:

在建立地理資訊相關的資料時,往往都會需要使用編輯軟體以針對資料的空間資訊、屬性資料進行處理。一般常聽到的軟體除了使用商業體的解決方案(譬如透過ESRI的ArcMAP、…等工具)外,在Open Source的部份也有相當出色的軟體可以使用,譬如Quantum GIS(簡稱QGIS)[1]就是其中一項代表;且目前在國內也有許多教育機構、非營利機構在推動GIS教學時就是使用QGIS。

QGIS不僅提供基本的圖資編輯功能,對於相關標準(Open Geospatial Consortium,OGC)[2]的支援也相當成熟。圖2即是QGIS的操作界面。

圖2、QGIS操作界面

二、應用服務部份:

以一般的資訊系統為例,即便後端擁有強大的伺服器主機與系統,透過該系統可以處理相當龐大的資料,不過資料畢竟是要給人操作,如何建立具有友善的使用者界面也是必須注重的一環。回到地理資訊系統,即便我們擁有高效能的地理資訊服務與強大的計算能力,仍需要有一個好的操作界面,如此才能讓使用者可以輕易的操作與應用相關服務。此處以OpenLayers[3]作說明,介紹該軟體在「伺服器端」與「使用者端」所扮演的角色。

  • OpenLayers

在地理資訊系統中,除了有後端可以處理圖資的圖台外,在靠近使用者這端亦需要有一個適合的界面可以提供GIS基本的操作(譬如:放大、縮小、平移、套疊圖層、…等功能)。

若是使用一般的商業軟體,該軟體大多都會有發佈圖資的功能選項,提供程式發開人員使用,開發人員透過該功能就可以產生基本的操作界面。以ArcGIS Server為例,該公司就提供Flex、Silverlight等工具的SDK讓開發人員使用。不過這類由商業軟體公司所開發的工具往往與該公司的產品或服務有高度的整合,因此若要使用該工具進行不同目標的開發,往往都會遇到不少的限制。

而在自由軟體中,軟體的設計大多是依循標準,因此,若是符合標準的服務,則大多可以透過自由軟體進行程式開發;而且使用這類軟體的好處是因為開放原始碼,所以使用者如果覺得有部份功能不符期待,甚至是可以自行修改以符合自身的需求。而與前述所提前端的界面較為人所熟悉的大概就OpenLayers。OpenLayers是透過JavaScript所開發的一種工具,該工具可以支援的圖資相當多元,包含由ArcGIS Server所發佈的資料(ArcGIS Cache)、服務(ArcGIS REST、ArcIMS、…),對於其他線上地圖的服務如Google的Google Map,微軟的Bing Map、…等都有支援,其應用的示意圖如圖3[4]所示:

圖3、OpenLayers應用示意圖

因此,對於只是單純要開發地理資訊系統界面的人來說,OpenLayers是相當不錯的開發工具。

三、服務提供部份:

在地理資訊系統中,若要提供使用者可以存取地理資訊的服務,勢必需要先透過軟體建立起對應的服務,才能夠讓使用者使用,其中包含了GIS服務的圖台建立、資料庫軟體、…等工作,底下針對地理資訊系統在伺服器端常使用的Open Source軟體作介紹:

  •  GeoServer[5]

在地理資訊系統中,若需要將具有空間屬性的資料展示在網際網路中,必須先使用適當的軟體才能夠發揮效用,透過該項服務客戶端使用者(Client Side)才能存取伺服器端(Server Side)的服務。以常見的商業軟體為例,其地圖服務功能就是類似ESRI中ArcIMS、ArcGIS Server之類的軟體。對應到自由軟體,其實是有幾套不同的軟體可以提供類似的服務,不過此處以GeoServer為例(如圖4[6]所示)作介紹。

圖4、GeoServer 架構圖

GeoServer是一套由Java開發的自由軟體,它可以被用來讓使用者分享及編輯具有空間資訊的資料。雖然它是一套由社群所維護的軟體,不過對於一般商業軟體所具有的功能,它大多都也提供類似的服務。值得一提的是,由於它是自由軟體,所以對於標準的交換格式它也都支援。在GIS領域中,由開放地理空間協會(Open Geospatial Consortium)所訂定的網路地圖服務(Web Map Service, WMS)、網路圖徵服務(Web Feature Service, WFS)、網路網格資料服務(Web Coverage Service, WCS)、KML、…等資料交換規範,GeoServer都支援。

  •  GeoWebCache[7]

在地理資訊系統中,為了讓整體系統的實用性更高,往往都會搭配套疊豐富的影像資料,包含地圖、衛星影像、航空照片影像、…等等網格式資料。然而,若資料量龐大到需要耗費時間才能透過網路傳遞完畢,可以想見整體的系統效能也將大幅降低。為了解決載入大量圖資的問題,類似圖磚(Map Tile)的技術相繼被提出[8]。

圖磚的概念可以透過圖5[9]說明,也就是將影像資料先依據一的的比例尺、命名規則、儲存目錄結構、…等事先定義好的規範進行處理,當需要檢視特定區域的資料時,僅需取出該範圍的幾將影像拼接在一起即可。如此一來,不僅可以省去即時處理龐大影像所虛耗費的系統資源外,因為圖資皆是處理好的圖磚,取用時僅需透過網頁伺服器提供服務即可。

圖5、圖磚示意圖

產生圖磚的機制有相當多種,其中包含商業軟體的解決方案(譬如ESRI ArcGIS Server產生Cache的方式),或者使用者可以依據相關規範自行撰寫程式產生切圖資料;不過在自由軟體中也有提供類似服務的軟體GeoWebCache。

使用GeoWebCache的好處是,在操作地理資訊系統的情境時,有很大比例的使用者多是在套疊不同來源的圖層資料;若這些重複被使用的資料可以先處理好(即類似圖磚的機制),將可以降低伺服器端的負載。圖6即是在GIS中一種的使用情境。

圖6、GeoWebCache應用示意圖

  •  PostGIS[10]

針對大量資料進行處理時,往往會透過資料庫系統(DBMS)管理,以增進其運作效率,因此,資料庫系統的使用在整體系統運作中是非常常見的一環。這些軟體包含商業軟體的解決方案,譬如Oracle、Microsoft SQL Server、…等,或者是自由軟體的MySQL Server、…等。

同樣的情況也發生在地理資訊系統上。若有相當多的資料需要放置於地理資訊系統上,如果想要增強系統效能,則必須透過資料庫系統管理龐大的資料。 然而地理資訊的資料與一般資料最大的差異,也就是在於地理資訊的資料大多具有「空間屬性」,因此,被選擇作為處理空間資料的資料庫就必須具備這項能力。

近幾年來,Oracle已經針對這個部份進行開發,因而有了Oracle Spatial的產生;而微軟在新版本的SQL Server也添加了處理空間屬性的功能。在自由軟體部份,PostgreSQL本身即是一項相當不錯的資料庫系統,再搭配PostGIS之後,即具備處理空間資訊的能力。

舉例來說,在前述圖2中透過QGIS所載入的台灣地區行政區界,其屬性內容(譬如行政區界名、面積大小、…等)都可以使用一般資料庫的格式轉換到資料庫系統中,但是對於空間幾何的部份(點、線、面)的部份,一般資料庫就沒有辦法處理;而PostGIS正好就是可以處理這個部份的資料,如圖7所示,在PostGIS的資料庫中會有一欄是針對空間屬性的資料進行紀錄。

圖7、台灣行政區界PostGIS資料庫內容

小結

由於資訊技術的發展,地理資訊系統不僅在商業軟體已有長足的進步,在自由軟體的部份也不遑多讓。本文僅是針對GIS在自由軟體的發展作一簡單的概述,同時針對建立、發佈地理資訊服務所需的軟體作說明,期望透過簡單的介紹,讓有心想要提供地理資訊服務的系統管理者,在不使用商業軟體的解決方案下,也可以提供具有高效能品質的地理資訊服務。

參考文獻

1. QGIS,http://www.qgis.org
2. Open Geospatial Consortium,http://www.opengeospatial.org
3. OpenLayers,http://openlayers.org
4. OpenLayers應用示意圖,https://wiki.ncsa.illinois.edu/display/MM/Architecture
5. GeoServer,http://geoserver.org
6. GeoServer 架構圖,http://opengeo.org/publications/opengeo-architecture
7. GeoWebCache,http://geowebcache.org
8. 彭逸帆、白璧玲。2012。WebGIS 圖磚之分析與應用。2012台灣地理資訊學會年會暨學術研討會,台中。
9. 圖磚示意圖,http://www.cubewerx.com/products/wmts
10. PostGIS,http://postgis.refractions.net

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Open Source Web GIS 平台建置心得

2012年10月15日 尚無評論

地理資訊系統(GIS)可以將圖資進行套疊,目前已經被廣泛的使用,許多使用者都開始架設自己的客製化Web GIS平台,若要使用商業軟體建置,不僅需要花費大量經費購買軟硬體設備,且亦無法達成跨作業系統獨立運作的效果。而GIS系統中最重要的資料為各式各樣的圖資,若能直接使用網路上所提供的許多免費衛星影像圖(如Google Map、Microsoft Bing Map等),將可更降低系統的維護成本。

財政部國有財產局金門分處的周祥先生利用自由軟體實際建立一個跨平台的客製化Web GIS系統,並將心得整理為文章「Open Source Web GIS平台建置心得」刊載於國有財產雙月刊2011年10月期,全文可以點此觀看

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高雄市政府地政局舉辦QGIS研習課程

2012年9月17日 尚無評論

高雄市政府地政局舉辦『101年度地理資訊系統技術應用講習』,研習內容為利用Quantum GIS軟體操作,使參與學員學習GIS基本操作及圖形應用要領。

時間:2012年10月16~17日
地點:高雄市政府資訊中心8樓電腦教室
主辦單位:高雄市政府地政局
協辦單位:中央研究院人文社會科學研究中心
詳細內容:<<請參閱>>

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Quantum GIS 與 OGC 開放式標準整合介面之設計

2012年7月3日 尚無評論

本摘要轉載自2012台灣地理資訊學會年會暨學術研討會(TGIS2012),作者為房晁賢、黃碧慧、衷嵐焜、陳家豪,全文可至這裡觀看。

Quantum GIS 與 OGC 開放式標準整合介面之設計
Integration of Interface Design of Quantum GIS and OGC Open Standards

近年來地理資訊發展快速,但由於一般市面上的 GIS 軟體都非常昂貴,因此欲有效的使用這些資訊顯得有些不易。Quantum GIS 為一套跨平台的開源 GIS 軟體,開發程式語言為 Python,使用於套疊各類圖資服務,如 OGC 開放式標準中的 WMS、WFS、WCF 等…,除了套疊圖資瀏覽之外,亦可直接於 Quantum GIS 介面中直接編輯圖資,達到所需要的各種效果。Quantum GIS 提供了嵌入 Extension的介面,讓程式開發人員將因應各項 Quantum GIS 功能不足之處自行開發之Extension 整合,此項彈性的設計使 Quantum GIS 可無限制地擴充功能;因此可以利用該介面來搜尋各式各樣的 Extension,使 Quantum GIS 在使用上功能更充足更符合需求。

利用Quantum GIS這個Extension整合介面,本研究設計了一套Extension,其目的為整合 GEOSS 網站中各組織提供的服務;此 Extension 可利用簡單的搜尋介面來搜尋 GEOSS 網站中各組織的各項服務,並自動解析且套疊於 Quantum GIS介面中。GEOSS 網站是以 SOA 為基礎的服務平台,現有的服務數量眾多,且各組織會不定時的更新或新增服務,故該平台在服務搜尋使用上有些繁瑣複雜;利用此次開發的 Extension,可以更簡單更快速的應用 GEOSS 網站中的服務,不需要再透過網頁瀏覽器到 GEOSS 網站中尋找服務,即可直接套用於 Quantum GIS 中,省去了許多繁瑣的操作步驟及時間,亦可提高 GEOSS 網站中各項服務的曝光率及使用率。

 

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自願性地理資訊之生產與管理—以開放街圖為例

2012年7月3日 尚無評論

本摘要轉載自2012台灣地理資訊學會年會暨學術研討會(TGIS2012),作者為李昕迪、劉俊宏、鄧東波,全文可至這裡觀看。

自願性地理資訊之生產與管理—以開放街圖為例
Production and Management of Volunteered Geographic Information (VGI) – A case study of OpenStreetMap

自願性地理資訊是一個草根性的網路地理內容,其內容並不斷地經由 Web 2.0的應用程式持續的增加,大量地的自願性地理資訊被視為一個官方地理資訊的潛在資源,如何整合自願性地理資訊和官方地理資訊成為地理資訊科學的重要研究課題之一。開放街圖(OpenStreetMap)為草根性製圖活動,其理念是透過眾人力量來製圖,並分享於眾人,打破地理資料必須由專業地理資訊相關人員來製作生產的藩籬,開放街圖是一個維基式(wiki-style)的地理資料管理方式,使得地理資料能夠多人同工的協作合同,透過許多開放源碼的製圖工具,使用者可以經由作多方式來修編地圖,這個製圖運動不但造就更多公開的地理資料,更重要是創造地理資訊公開對於社會的價值,製圖運動的協作合同模式,在 2009 年時海地地震時發揮很大功效,在短期內生產做高品質的地圖提供救災,這樣的草根性地圖活動是值得深入探討其地理資料的生產與管理方式,進而使開放街圖所生產的自願性地理資料能夠整合至其它地理資訊中,本研究即就開放街圖中使用地理資料模式與管理方式、應用程式的整合與組成、社群活動與協同合作的地圖等主題進行研析與討論。

關鍵字:自願性地理資訊、開放街圖、Web 2.0、開放地理資料、協作合同

 

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OGC開放GeoSMS標準

2012年6月27日 尚無評論

開放式地理資訊系統聯盟(Open Geospatial Consortium, OGC)在2012年1月開放GeoSMS標準,為開發人員提供了一個行動簡訊(Short Message Service, SMS)的編碼和接口,以方便不同的適地性服務(Location Based Service, LBS)設備或應用程序之間的通訊。

相關報導:http://www.opengeospatial.org/pressroom/pressreleases/1540
GeoSMS標準:http://www.opengeospatial.org/standards/opengeosms

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美國總統歐巴馬簽署新修訂的保密令

2011年10月29日 尚無評論

維基解密(WikiLeaks)去年公開大批美國機密外交電文,內容包括美國外交官對其他國家官員的直率評論,引起華府尷尬。對此,美國總統歐巴馬2011年10月7日簽署一項新的執行命令(Executive Order),成立一個新的Classified Information Sharing and Safeguarding Office (CISSO)單位來監管訊息分享及保密工作,避免再發生軍事機密及外交電文外洩事件再次發生。當局強調透過增加資訊分享與加強資料保密都是確保美國安全的重要措施。

相關報導:

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應用OpenLayers API開發WebGIS

2011年9月16日 尚無評論

本文轉載截錄自中央研究院計算中心通訊電子報2011年第19期,作者GIS組林佳樺,全文可至這裡觀看。

一、前言

Web GIS就是透過Internet的WWW(World Wide Web) 設計的GIS操作介面,使WebGIS具有GIS與Internet 的功能,有時又稱為Internet GIS或IGIS。

網際網路地理資訊系統(WebGIS)基於傳統GIS的功能與多圖層之概念,一般強調設計簡潔的系統介面與更簡單操作方式,透過開放應用系統介面(API)讓不同系統之間很容易地互相整合。而除了幾個軟體大廠投入此類新技術的開發外,開放源碼軟體(Open Source Software)亦在此領域蓬勃發展,且由於發展過程並非特定團體所主導,因此軟體開發中特別強調使用標準規範及開放架構,將可有效協助各組織以較低廉之成本建立開放式地理資訊服務。如Google Maps、Google Earth、OpenLayers、Microsoft Virtual Earth與Yahoo Map等軟體。

  • 什麼是OpenLayers?

OpenLayers是一個用於開發WebGIS用戶端的JavaScript。OpenLayers建立地理空間資料的方法都符合OpenGIS的WMS和WFS規範標準,可以通過遠端服務的方式,將以OGC 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採用物件方式開發。OpenLayers支援的地圖來源包括了WMS,Google Maps、Yahoo! Map、Microsoft Virtual Earth等等,也可以用簡單的圖片作為源,與其他的圖層在OpenLayers 中進行套疊。

在操作方面,OpenLayers 除了可以在瀏覽器中幫助開發者建立地圖瀏覽的基本效果,比如放大(Zoom In)、縮小(Zoom Out)、平移(Pan)等常用操作之外,還可以進行選取面、選取線、feature選擇、圖層套疊等不同的操作。甚至可以對已有的OpenLayers 操作和資料支援類型進行擴充,為其賦予更多的功能。例如,它可以為OpenLayers 添加網路處理服務WPS 的操作介面,從而利用已有的空間分析處理服務來對載入的地理空間資料進行計算。同時在OpenLayers也可執行Ajax 效果。

  • 為什麼使用OpenLayers?

近年來網路地理資訊的發展愈來愈蓬勃,目前大部份開發WebGIS系統平台都以Google Map API為主,而Google雖然提供免費作業平台,但近期也可以看到Google蒐集存取網路使用者所提供的資訊,做了一些分析與應用,這類疑似涉及資訊洩密的問題,使得高敏感度國家都不以採用Google Map API為開發對象。因此就一個WebGIS程式開發人員,若以資料安全考量的疑慮,有必要運用其他在功能上可以與Google並駕其驅的WebGIS API來進行系統開發。

OpenLayers是一個完全Open Source的API,為用以建立地圖及地理空間資訊的 Open Source程式語言,並且可達成Google Map API能應用的面向,因此,連美國白宮都使用OpenLayers來製作官方網頁。本篇文章說明運用OpenLayers做WMS、WFS、GoogleMap、KaMap、Yahoo Map、MSVirtualEarth、WorldWind等圖層套疊,以及建立基本的測量工具、整合ArcGIS server發佈的圖資(Map Tiles)測試跟資料整理。

二、OpenLayers API的簡介

OpenLayers API為Javascript的Map API,可於瀏覽器結合多來源之空間資料與地圖進行呈現並提供資料編輯與記錄之工具,採用JavaScript編寫,實現了類似Ajax功能的無刷新更新頁面,能夠帶給用戶豐富的桌面體驗。OpenLayers,允許開發者發展自己的網路地圖服務及商業運用。此外,OpenLayers與其它Map API亦有良好的相容性。目前,OpenLayers所能夠支援的格式有:XML、GML、GeoJSON、GeoRSS、JSON、KML、WFS、WKT(Well-Known Text)。OpenLayers所能夠利用的地圖資料資源相當豐富,在這方面提供給用戶較多的選擇,比如WMS、WFS、GoogleMap、KaMap、Yahoo Map、MSVirtualEarth、WorldWind及Microsoft Bing Map API等等。

其他還有多種功能與範例,後續可以參考本中心GIS組編製的OpenLayers技術手冊與程式範例(http://gissrv5.sinica.edu.tw/openlayers)。

三、參考文獻

http://opengeo.org/publications/opengeo-architecture/
http://openlayers.org/
http://dev.openlayers.org/releases/OpenLayers-2.10/examples/
http://trac.osgeo.org/openlayers/wiki/SphericalMercator/
http://opengeo.org/publications/opengeo-architecture/

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全球地理空間資訊管理報告

2011年7月27日 尚無評論

E/2011/89 Report of the Secretary General on Global Geospatial Information Management

全球地理空間資訊管理報告/聯合國經濟及社會理事會秘書長

本報告聯合國經濟及社會理事會根據與各區域會員國地理空間資訊專家進行的廣泛協商編寫。報告強調地理空間資訊對於面對人道主義、和平與安全、環境和發展方面的挑戰極為重要,並建議建立一個全球機制,以討論有關地理空間資訊管理的關鍵問題。該報告提供了相關資訊,說明聯合國在地理空間領域的活動,包括活動的立法背景,以及國家、區域和全球各級組織在這一領域的重大倡議。此外,報告提到必須立即加強由聯合國推動的協調,並就發展的途徑提出具體建議,包括設立一個全球地理空間資訊管理專家委員會。

完整報告:English 版 | 中文

此外,聯合國經濟與社會理事會所主導的國際論壇會議(http://ggim.un.org/),於2011年10月份在韓國舉辦的第一屆High Level Forum on GGIM(Global Geospatial Information Management)

 

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美國政府正考慮推動空間資料整合分享

2011年6月14日 尚無評論

根據最新一項美國聯邦政府報告,美國政府正在考慮推動一個計畫,讓聯邦,州和地方政府機構可以分享空間資料,特別是強調航照與衛星影像的收集與分送工作相互整合與分享上。

根據這一份報告,各個聯邦、州及地方政府,以及私人公司、研究機構、非政府組織都花費相當多的成本在資料收集與管理上,而這些正是建立一個GIS系統最耗費成本之處。

過去聯邦政府是空間資料的供應來源,但隨著商業衛星及民間航拍公司普及,聯邦政府現在更多的工作是著重在資源整合上,協調和管理各項資料以及促進夥伴關係建立,並針對實體資料進行收集和管理。其目的就是減少各級政府機關在資料建置上的重複浪費。

目前National States Geographic Information Council(NSGIC)提出的解決方案是一個方案是推動一個名為Imagery for the Nation(IFTN)計畫,該計劃將收集和分送衛星影像及航照正射影像,並滿足讓各級政府機構的需要。

該 NSGIC估計,Imagery for the Nation計畫在十年內將耗資13.8億美元,然而,這樣的努力將節省許多空間資料收集與管理費用,預計可以省下1.2億美元。

相關報導:

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