2009年12月25日 星期五

免費GIS軟體下載 Quantum GIS

Quantum GIS is a powerful, extensiable, compatable, and Free GIS software. you can use QGIS to access different file format, even cowork with GRASS or POSTGIS. In Taiwan, 中央研究院 create a lot of material for QGIS. you can google search "QGIS" to get more info about it!

If you want know more about Quantum GIS, please access to http://qgis.org/
獲取更多中文版QGIS訊息與下載請瀏覽http://gis.rchss.sinica.edu.tw/qgis/?page_id=2

2009年12月21日 星期一

GIS概論 - Introduction GIS (11)

本篇文章中的簡報資料部分取用康寧醫護暨管理專科學校資訊管理科 凃保民老師的簡報資料,如果讀者希望閱讀更深入的資料內容,請參閱http://kam.sju.edu.tw/mis-200902.nsf/f456cfefe939d4e848257023001e60bc/49541e5f7d6376fc482575780064ff20/$FILE/ER%20Model.ppt

ER-Model又稱實體關係模型,這些文字的敘述,筆者不在多談。我要強調的是,你如何利用ER-Model在你的工作上。所以建議讀者,看一下簡報裡面的描述,然後搭配筆者的文字描述來延伸思考。
在我們周遭的生活當中,每一件事物都存在著關係,ER Model就是利用邏輯化、圖像式的方式來表達我們生活周遭的事物關係。舉例而言,你居住的房子與你本身就存在著關係,"你"本身是一個實體,"房子"也是一個實體,兩個實體間存在著"居住"的關係;再舉例而言,你擁有一輛車子,"你"是一個實體,"車子"也是一個實體,兩者間存著"擁有"的關係。

舉上面兩個例子,主要是要讀者體會實體關係的狀況無所不在。接下來,讀者要思考的就是你周遭所遇到的事物的實體關係。

緊接著實體的除了關係以外,就是實體的屬性了。每一個實體都有屬性,比如說,你自己就包含了身分證字號、姓名、住址、雙親、配偶、電話、職業等的屬性資料。而你所居住的房子,也包含了所有權人、地址、電話、面積等資料。兩者可能可以用共同的屬性資料來對應出關係來,比如說地址。

而最簡單幫助讀者思考的就是你可以拿出你自己的身分證、公司資料、病例資料、存款簿、借書證等手邊的證明文件,上面的資料都是你的屬性資料的一種。而你就可以透過這些資料的不同用途,去尋找到對應關係的另一個實體。例如:身分證資料對應戶籍地址的居住關係;公司資料對應公司的任職關係;病例資料對應醫院的診療關係;存款簿對應銀行的理財關係;借書證對應圖書館的借書關係等。

回到GIS的應用中,假設你在建立一個車機系統,你可能會遇到的就是車輛與車隊的關係。一輛車子與車隊的關係存在的約雇關係。而單一一輛車子,會包含:車牌號碼、駕駛、車型、購買年、CC數、公司等基本資料;而派遣公司,就會有公司名稱、負責人、電話、地址等資料。這兩者就可以利用公司的名稱來做關聯。
再舉例,工程管理系統中,營造廠可能包含:名稱、負責人、資本額、等級等基本資料的屬性;工程本身會有工程名稱、總價、設計單位、工期、起造人、承包商等基本資料,兩者可以用承包商產生關聯。




關係通常除了單純的對應以外,更重要的是描述關係的複雜程度。在ER Model中,關係被用一對一、一對多、多對多來表示關聯的複雜性。我剛剛所舉的例子,多半只是用來描述關聯的基本一對一關係,但是,現實的生活比這個複雜許多。比如說,你自己與醫院的關係可能是一對多,因為你可能會依據不同的症狀去尋求不同的醫療,所以你一個人的資料就會在不同的醫院、診所、院所出現。這時候,你一個人的身分就對應到多家醫療機構。
再舉例,你一個人可能會去圖書館借閱很多書籍,那你與圖書館裡面的書籍就有一對多的關係存在。當然,一本書可以給很多人借閱,所以如果將書籍與借書人建立關係,可能就會出現一對多的關係。

回到GIS中,在前面談到的車輛派遣中,車輛與車隊的關係,當然一個車隊公司可能其下擁有很多車輛,這時候一對多的關係就出現了。又工程與營造廠的關係在於承攬,所以工程與營造廠通常有一對一的關係,但反過來,一家營造廠就一定會有承攬過很多工程,所以,營造廠與工程又存在著一對多的關係。


談了這麼多理論的觀念後,接著就是實體關係圖的建置,這部分並不難。首先,讀者一定要先繪製個別的實體,然後將將實體的屬性繪製出來,再將關聯拉出來,這時候就有初步的實體關係架構;當然,你必須確認實體與實體間的關聯,是否可以透過共同的屬性產生關聯。這時候,實體關係模型就建立了。








說實在的,筆者接觸的專案並不算少,還是老生常談,規勸各位GIS的學習者,由其是政府機關的人員。學GIS一定要學資料庫,因為80%都是資料庫處理,無論是車輛派遣或是工程管理系統,在其中跟地理圖形相關的部分都只有車子的位置與工程位置而已,有多難?!不就是一個座標值!
而後面的管理系統、查詢、分析、統計全部都是資料庫的運作。所以,ER Model絕對實務、重要。系統規劃上,躲不掉、避不開。而筆者很多朋友寫系統,基本上在系統開始的時候,也只有前段圖資部分會與筆者討論,其餘部分就再也不需要筆者了(除了應用的概念外),所以其餘的都是資料庫與程式撰寫。

政府機關一定要學資料庫規劃,因為如果你沒辦法利用ER Model將你日常生活中的表單規畫出來,那你又如何可以建立一個GIS系統協助你的行政作業。
再回到Engineering GIS的角度來看,建議學子們,可以開始讀資料庫概論,將一些你可以想到的工程管理資料建立ER Model的關係,往後要建立工程管理系統就不需要借助他人之力了。

最後,正規化是學習ER Model的另一個重點,有機會筆者在與讀者分享。希望各位可以透過本篇文章,對於GIS有更深一層的認識。

2009年12月8日 星期二

GIS概論 - Introduction GIS (10)

GIS空間資料格式
本篇文章在撰寫時,考量了很久,到底需要針對GIS的空間資料鑽研到何種程度。筆者思考了很久,也參閱了許多GIS教材,大部分對於GIS資料格式不外乎向量與影像資料的結構說明。在此,筆者考量到既然是GIS概論的教學,在講授的範圍上,應該是以廣度大於深度的說明,會相對的提供給讀者較大、較實用的幫助。因此,在格式上的說明中,將著重在各種不同的檔案格式附檔名與可以開啟的GIS軟體為主。
向量式資料格式

Grime網站中記載了多種的GIS空間資料格式,筆者認為該網站整理的相當完整,因此無須再加以贅述。建議讀者網後遇到不同的GIS格式時,可以上網去Grime中查找。Grime網站中除了格式說明以外,還提供了可以開啟的軟體,實在相當好用。
不過一般常見的空間資料格式筆者還是要說明一下,一般GIS常見格式包含:
1. ESRI Shape File
幾乎所有GIS軟體皆可以開啟,台灣甚至很多官方單位要求提供SHP檔案作為公開交換格式,另外,台灣官方部分免費資料,也提供SHP檔交換。
2. MapInfo TAB
大部分GIS軟體也皆可以開啟,少部分需要加入外掛程式才可以讀取。目前較常用的單位為:中華電信研究所、地調所、部分地政單位。
3. DWG
DWG檔案基本上在GIS界中,都作為參考輔助資料。因為台灣懂CAD to GIS的人太少了,加上工程界懂GIS應用的大概筆者用十隻手指就算完了,而工程設計數量龐大,卻沒有人定GIS規範,這也是工程GIS化需要加以推廣的部分。DWG檔案為一的壞處在於版本太多,且新舊版本相容性存在許多問題,在GIS界中很少真正使用。
4. DXF
DXF是DWG的文字交換檔Drawing Exchange File,是存文字方式描述的圖形檔案。
5. MID/MIF(MapInfo Data Interchange Format)
TAB的文字交換檔,可以分別存放屬性與圖形資料兩部分。
6. DGN
Microstation的圖形檔案。
7. E00/Goverage
這也是ESRI的檔案,但是我在台灣已經很少見了,在香港政府使用很多。

其餘部分族繁不及備載,請去Grime查詢。

網格式資料格式
網格式資料種類也相當多,一般最容易被理解的就是影像檔。而我們一般使用數位相機所拍攝出來的影像,就是網格式資料的一種。網格式資料最常被問到的問題有解析度、座標定義、還有如何可以開啟超大的影像檔案等。

一般影像解析度就是一個像素所可以解析的實際距離與大小。舉例,假設一個人的頭圍是30*30cm大小,而從空照圖或是衛星影像可以分辨出一個人頭的位置,那這張空照或是衛星影像的解析度就有30cm。隨著科技的進步,影像解析度已經愈來愈高。
目前台灣空照圖皆可以達到30cm解像度的水準,當然影像解析度愈高所需要的檔案儲存量也越高。

影像就如同一個大型的矩陣式,一般一個波段就是一個矩陣。舉RGB真色影像為例,因為有紅、綠、藍三個波段,因此影像的大小計算就是單一一個波段的大小乘以3個波段。而一張空照圖的影像大小可以由像素的解像力與波段的數量計算。舉例而言,一張解析度50公分的1/5,000影像大小約為2.7Km*2.7Km=(2.7km/50cm)*(2.7km/50cm)=29,160,000pixel,這部分的計算主要是要算出圖幅的像素大小;所以,29,160,000pixel*3bytes/1,024/1,000=85MB,就可以估算出影像的檔案大小。


當然在GIS中最強調的還是可以一句真實空間位置做套疊的影像,因此讀者不能缺少的知識就是了解影像的World File。一般影像的World File相當簡單,附檔名皆為影像付檔名去掉中間的字母,在結尾處加入"W",例如:TIFF檔案的World File為TFW;BNP影像的World File為BPW。
而World File的編寫也相當簡單,可以用簡單的文字編輯器自行編輯而成,最後再將附檔名改為對應的World File檔名即可。World File通常有六行資訊所構成,分別為:
第一行: A, X軸的單位解像力;如:50cm解像力影像,填入值為0.5。(pixel size in the x-direction in map units/pixel)
第二行: D: Y軸旋轉角度;一般影像為0。(rotation about y-axis)
第三行: B: X軸旋轉角度;一般影像為0。(rotation about x-axis)
第四行: E: Y軸的單位解像力;如:50cm解像力影像,填入值為0.5。(pixel size in the y-direction in map units)
第五行: C: 影像的左上角X座標(x-coordinate of the center of the upper left pixel)
第六行: F: 影像的左上角Y座標(y-coordinate of the center of the upper left pixel)
這樣就是標準的World File檔案內容。

對於影像格式部分的介紹,讀者建議使用者記住上圖中的影像格式就可以了,如果遇到特殊的影像格式,再去Grime找就可以了,或是可以直接GDAL http://www.gdal.org/formats_list.html去看各GIS常見影像格式的說明即可。



衍生的影像常識:
1. 影像沒有圓形或是其他形狀的,絕對式矩形,因為矩陣式表式的問題。
2. 空間影像一定要有World File定義空間位置。
3. 一般影像沒有座標系統,只有相對的座標值,少數影像才可以寫入座標系統定義。
4. 影像壓縮不一定是壞事,除了分析以外,只要是可以保持工作度的影像壓縮都是可行的,如SID或ECW。

2009年12月7日 星期一

GIS概論 - Introduction GIS (9)

本篇文章講述拓樸Topology的基本概念。
在筆者多年的教學中,作常使用到講解拓樸概念的就是"連連看"這樣的教材,簡單又可以清楚的解釋出點、線、面拓樸的意義。下面有一張方格紙,筆者想請所有讀者在看到這一篇文章的同時,先不要急著看最後的結果,循著筆者的說明一步一步的完成這一份練習。

請將下面一張表格中的點未標定在上一張空白的方格紙上。

標定完後,你可以看到以下的結果,您可以猜得出來這是什麼圖形嗎?
回歸到這一個練習,點拓樸在GIS中作簡單,你可以只用ID、X、Y座標,描述一個空間上的點位,再利用點的ID去關聯到屬性資料,這樣就完成最簡單的點位GIS定義。而在標定每一個點位的過程,就是在作點拓樸的作業。

延續著上一個練習,請將下表的線關係,繼續繪製於原本的練習當中。

這個練習結束後,答案已經呼之欲出。在上面表格所提示的連線,你所連線的成果因該於下圖一樣。線型的拓樸就是將點位與點位透過順序連線起來。而往往連線的前後關係,也標定著線段的起始與終點關係(即線型方向)。但是請注意,在還沒有依據上一張題目完成連線前,誰也不敢斷定所標訂出來的點位會代表什麼意思。因此,線型的拓樸,就是將點位作集合的動作,而在線拓樸中,也一定包含點的拓樸;線的ID也是作為連接屬性資料的KEY值。

最後,將所有線型資料結合產生關係,這時候面形資料就會顯示出來,這就是面型拓樸的成果。


這樣的練習,我們在很小的時候就已經會了,但是,過去我們並沒有專有的名詞定義這就是拓樸。其實拓樸最簡單的意思就是在描述空間資料的關聯性。當然,這裡介紹的拓樸觀念是最簡單的一種,由這樣的練習出發,有助於未來各位學習更複雜的空間資料定義,如Oracle Spatial、SQL Server Spatial或者是自己建立空間資料庫。
在拓樸資料中,線拓樸一定包含點拓樸的資料;而面拓樸一定包含點與線拓樸。每一種拓樸物件,都一定會有物件的主鍵作為與屬性資料關聯的鍵值。而拓樸不只有包含位置關聯性而已,還包含了順序、方向、內部填實、或內部簍空等資訊,但全有賴於空間資料庫定義時的規範。

歡迎討論。

2009年12月3日 星期四

GIS概論 - Introduction GIS (8)

GIS空間資料格式
在很多技術支援的時候,常常會遇到使用者對於空間資料格式的問題,這幾年已經相對好許多了。很多人大概都已經知道GIS空間資料要用哪些工具開啟。在本文當中,將針對資料格式作初探,介紹GIS空間資料格式的形成、可以開啟的工具。在GIS中空間資料分為兩大家族,一個是向量式資料,另一個則是網格式資料。兩者作明顯的區分在於資料的連續性與否。一般向量式資料不具連續性;而網格式資料是連續性的,所以用於GIS的應用中就不一樣。
New comer of GIS field might confuse on GIS format. I think this is not a problem at time, cause ESRI already be GIS standard in many country. Today, we will talk about the GIS data, to help reader can easily understanding GIS file format.
There are two big families of GIS data, one is Vector-base, another is Raster-base. Continue or Discontinue is the different point of this two families. The Vector-base data such as point, Line, and polygon are discontinue, cause they use the geometry to identify phenomenon of really world. But Raster-base data usually use the image to catch things on the ground.

向量式資料
向量式資料又分文拓樸與非拓樸資料(下一篇就會介紹到拓樸資料的建立),早期GIS在資料建立的時候,強調位相關係(拓樸Topology),如AutoCAD Map,ArcInfo軟體等;係因早期GIS資料的建立比較屬於圖資數化,而CAD Base的工具基本上只有點、線的物件定義,在面形資料上的定義就需要拓樸來協助,載明線與線的關係,並且定義關聯性成為面形物件。
現今,GIS軟體已經相當成熟,所以大多數的資料如:ESRI Shape file及MapInfo TAB檔案都不需要拓樸定義就可以快速、輕易的定義點、線、面物件。因此,拓樸學在GIS中就很少再被提起。
筆者早年學習GIS時,是從AutoCAD Map R2版本入門,當年要建立一個面形數化資料,並且建立物件資料,最後轉換為ESRI Shape File檔案,就需要使用到拓樸的定義。不然,無法在CAD Base中產生面形資料,提供其他GIS軟體使用。當年,光宜蘭縣地圖筆者化了將近四、五十遍。然而,建立拓樸前,還需要進行圖面清理等作業,真的相當累人。
拓樸與非拓樸資料在於幾何的定義是否驗證完整。現在工具建立非拓樸資料雖說便利,但是,對於幾何資料的完整性,就有可能因為工具造成畸零地區塊的產生,值得去資料建置者去深思。
而筆者,認為在資料建置的初期,適合用拓樸來處理;而維護階段用非拓樸資料方便許多。所以使用者在建立資料的時候,可以依據筆者以前談到的GIS資料建立三階段來分析自己資料開如何開始建立。
For Vector-base, there are two type, one is Topology, another is non-topology data. Topology data usually use in CAD-base software, cause CAD tools present phenomenon by point and line object. The polygon in CAD base is a collection of line object. So, it needs topology to identify relationship of geometry. Recently, most of GIS tools using non-topology data, cause the GIS software can handle geometry well, not like CAD-base.
However, in my view point, I still think the topology is an important concept of GIS user. it help you more clear how GIS software process the spatial data.


向量式資料過去都是由測量或是遙測成果建立的,所以簡報檔中,顯示網格式資料轉成向量資料的過程。向量式資料一般分為點、線、面幾何。
In the past, most Vector base data are created by surveying, today the RS technology change it! most of data build by digitizing and base on Airphoto.
網格式資料
網格式資料通常作為GIS的底圖,套會在向量式資料下方,常用於現地的顯示(如:空照圖、衛星影像)。當然在網格式資料中,還區分有Grid與Raster資料兩種。筆者不想疑惑讀者,最簡單的區分,只要可以清楚的看見真實世界的地形、地物的網格資料,都可以稱之為Raster Image(如空照圖、衛星影像)。反之,套繪在地圖中,需要輔助判識或專業解讀者,都可以稱為Grid資料(如:地形分析DEM網格、坡度、坡向、空間分析成果、淹水區域格網等);係因為一般需要透過圖例或是格網的資料值才可以判識、應用Grid資料。
What is Raster-base data? it usually be used for overlapping and be the back ground of map on the screen. For raster data, there are also two type "Raster" & "Grid" and you can in divide by "readable". For Raster type, we can recognize by eye; but Grid, you need tool or knowledge to get info. Grid data usually using for analyst.

格網資料相當重要,由其以Grid資料作為空間分析的基礎。很多我們現在看到的空間分析,如淹水、崩坍地、潛勢圖等,都是利用Grid的數據分析所產生的。Grid資料的值可以提供計算、疊合、3D展示等。當然,Raster Image也是目前GIS製圖的重要依據之一。

往後兩、三篇文章,會在分享拓樸、網格資料的概念。
歡迎討論!

GIS概論 - Introduction GIS (7)

比例尺對於GIS之影響
在GIS中,比例尺關係到三個部分,第一,是精度問題;第二,是物件形態問題;第三,則是距離與空間關係問題。
大部分的人對於比例尺的認知,都比較由第三項"距離與空間關係"切入,當然,比例尺一般給讀者的第一印象也是如此。透過比例此的圖形與數字標示,可以協助判讀地圖上或圖形上兩點間的距離或是相對的空間關係。比如說,在一張1/1,000比例尺上的圖,一公分的距離就代表10公尺;而一張1/50,000分之一的圖,一公分就代表500公尺。
但是在GIS概論中,對於比例尺的說明就比我們一般只拿來做距離與空間關係描述來的複雜許多。
"Scale" is a very important for GIS. it controls accuracy, geometry, and distance between objects. Most of people forget the accuracy and geometry parts when they start learning GIS. Today, we will explain how impact of "Scale" in GIS.
Measure a distance on map by scale bar is very easy to understand. we can get distance from two object and get real world's by calculation.

一般而言,GIS中的比例尺還代表著精度。不同比例尺地圖所造成的誤差不一樣。如上圖簡報檔說明一樣,一張地圖的線畫,會因為比例尺不同反映出誤差量不一樣。通常大比例尺的地圖(如:1/500或1/1,000)一個線畫的誤差,因為測量精度要求較高,所以誤差會比較小;而小比例尺的圖(如:1/100,000或1/500,000)一個線畫誤差就會比較大。
Generally, Scale represent of mapping accuracy. For example, when you get a large scale map( say 1/500 or 1/1,000), the Tolerance of accuracy must be more precision than a small scale (say 1/100,000 or 1/500,000).

比例尺除了上數量點以外,在圖資的規畫上,比例尺還控制著物件的顯示與成型。這一點道是一般GIS使用人員比較沒有考量到的部分。但是如果各位讀者有機會作為GIS系統的規劃者,就必須要了解。舉例而言,101大樓,在小比例尺的GIS圖中(1/100,000)是用POI,一個點位來表示;但在大比例尺中的圖(如:1/1,000)就適用面形資料來顯示。再舉例,台北市在世界地圖中,會用點來代表,而在台灣地圖中,就會顯示面型的行政區,甚至顯示出個別的區界。這都是因為不同比例尺尺度不同所反映出來的GIS物件呈現狀況。
The Scale also controls geometry. When you are creating a map, you should consider what's scale you want. cause of same phenomenon, might be made in different geometry. For example: Building 101 can be a point object in scale 1/100,000 map, it also can be a polygon(building area) object for large scale 1/1,000 topography.
回到工程化GIS的角度來看,筆者以前在一篇技術文章中論述到CAD與GIS的差異,其中也談到比例尺在CAD與GIS製圖的比較。由Engineering GIS看來,建築與工程與地圖應用各有不同的單位與比例尺差異,而GIS的應用範疇中,這三項應用皆可以回歸到GIS進行管理,因此,讀者一定要清楚自己建立GIS系統所要管理的範圍、尺度,再依據成圖的方法規畫自己的物件類型。
In the past, I did a study for CAD and GIS of Pipe line Mapping. In this study, I point out what's different of scale for GIS, Architects, and Mechanical. you can read more by link to CAD與GIS製圖之差異-以管線應用為例(初探)

比例尺差異的特性在於CAD與GIS製圖中有很大的區別。一般而言,CAD製圖所使用的比例尺較大,而GIS製圖時所應用之比例尺多為小比例尺者。係因,於CAD製圖中,多為機械零件或建築物之實體的描述,比例尺多半在1比1至1比1000之間;由於描述之對象為精密且範圍不大之設計資料,因此,在比例尺上的應用就較為大。另外,CAD製圖所描述之物件多以實體,具象的說明,顯見抽象(如利用點資料代表某一種資料)的描述及應用。再者,於CAD製圖中,允許不同比例尺之資料摻雜於單一圖面資料上,各具比例尺描述。
而GIS製圖而言,由於是大範圍針對地形上進行製圖描述,因此,對於比例尺上的應用顯著的比CAD製圖來的小的許多。通常利用1比1000至1比無限比例尺之間。而在GIS製圖中,物件的描述通常也會因為比例尺之不同而有所變化,例如:一般人手孔位置,將以點物件代表,鮮少以圓形物件建立線畫物件;或城市的位置,在大比例尺時,採多邊型描述城市的範圍,在小比例尺中,則以點物件代替;或道路及河流在小比例尺時以線型物件表示,在大比例尺時以多邊型物件表示。故GIS製圖,皆以抽象線化描述為主。另外,GIS製圖中於單一圖面中,不能並存兩種比例尺資訊。
摘自 CAD與GIS製圖之差異-以管線應用為例(初探)


歡迎討論。

2009年12月1日 星期二

GIS概論 - Introduction GIS (6)

點幾何
點幾何通常用於描述特定的資產空間位置,例如:有興趣的點POI、或是位置、或是資產(如消防栓、電箱、電桿)等。點幾何相當簡單描述,可以只用X、Y、Z座標值代表空間位置。在我們深活當中,很多事務可以用點幾何來存放,成為GIS資料的一部分;當然,用點幾何儲存也最簡單最方便,只要用記事本將座標標定,再加入名稱與描述,就是一個GIS軟體可以處理的點資料。
值得一提的是,GIS資料中,並沒有特定文字資料格式的存在。文字資料被規範在點資料內。但是,像MapInfo Professional 軟體就將文字資料單存提出來作定義。
GIS represent the Phenomenon by different geometry, such as Point, Line, and Polygon. Point data usually be used for POI, Property, and specify location, etc. The Geometry of Point is very easy to be defined by text file or table which only need recording the X, Y, Z value and properties.


線幾何
線幾何通常用於描述道路中心線、維生管線資料等,其實相當簡單,這裡筆者不加以贅述。唯一要分享的經驗是,很多過去所建立的GIS資料,或是一般使用者自行建立的CAD圖資,都常用單一的"線"來描述線型資料,如道路或管線;其實,建議大家少用單一的"線"來製作資料。真正的GIS資料建立時要考量資料的完整性,以及是否可以真正的反映出實際的空間幾何,所以如果是連續的資料,如道路,建議大家還是使用"聚合線"來建置。
The Line geometry always be used for Road, utility, live line data.
Most of CAD user create line object by "line" in CAD or GIS software. that is a very bad idea, cause line object will increase file size and not easy to clean up for GIS usage. So, I strongly recommend you create by Polyline.

面幾何
面形資料通常用於區域、不連續性的資料建立。如行政區域、流域、建物邊界等。在建立面形資料時,要注意物件幾何是否完整。
Polygon object display a region or discontinue Phenomenon, such as boundaries, river, town, etc. The Polygon geometry is harder than point and line geometry creation, you should consider about the topology issue.

圖形套疊
圖形套疊,就是將點、線、面資料套在一起。當然,GIS的幾何套疊時,有上下順序之分,一般都以點、線、面為資料順序。因為,較為早期的GIS軟體沒有透明度的設定,因此,將面形資料放置於點與線型資料的上方,將會覆蓋住點與線的顯示。
Finally, the overlapping point, line, and polygon layers in same map in same coordinate system. Right now, most of GIS software support transparency for layers display, so you don't worry about the order of overlapping.


後續的文章會講到空間資料的格式部分,會再將點線面以拓樸理論詳加說明,因此,在本文當中,讀者可以自行思考在日常的作業中哪些資料可以用點、線、面來描述,建立GIS空間資料。
Well, I will continue update this section of Introduction GIS recently. And in coming up Topology section you can learn more about how GIS define the geometry, and how it connected with attribute.

GIS概論 - Introduction GIS (5)

學習GIS在地理Geographic上,首要必須學習到的就是座標系統的觀念。在GIS中,一切的圖形都需要座標系統的定義。座標系統(由其以台灣)其實沒有這麼難,很多時候大家會被搞混,不知道什麼是TWD67、TWD97、TM2等名詞,在這裡筆者就簡單的介紹相關的知識給各位,以便於各位使用地圖及GPS硬體。
First of all, you need to know the Coordinate System(CS) while you study GIS. In Taiwan you usually use WGS84, TWD67, and TWD97 three CS. Those three CS are with different Datum, WGS84 for WGS84 CS, GRS67 for TWD67 CS, and GRS80 for TWD97 CS. TWD67 and TWD97 are with same projection TM2.

一般人對於地球科學所使用的名詞一定不陌生,包含:南北極、赤道、回歸線、經度、緯度等。其實,這就是我們常看到的地球儀,會標示出來的主要主要資訊。南北極相當簡單,就是地球儀夾住的兩個點位,但是,北極會影響到我們在地圖上常看到的名詞正北、方格北這兩項。讀者有興趣可以去Google一下。
其餘赤道與回歸線,筆者就不在贅述。重點在經度與緯度,一般而言經緯度是一種球體座標的描述,因此,如果讀者看到經緯度座標,那就是再用一種球體座標描述空間位置所在。經緯度並沒有做過投影,因此,如果你看到經緯度座標,不要認為他已經是平面的成果了。

地球在地球科學上的描述相當豐富,下面這張圖不是要跟各位讀者講地球科學的概論,主要是要讓大家可以明瞭,我們所居住的地方視在地表,地殼的最外層,薄薄的一層。而物理學家及數學家針對地球的計算成果不一定一樣,因此,在世界上有許多不同的地球大小被計算出來,但是大體上是相同的;這也是下一張簡報會論述到的Datum的部分。

台灣一般常用的Datum有三種,包含WGS84、USGRS67、GRS80等三種,其中WGS84與GRS80兩個地球大地基準面的定義幾乎相同。而WGS84在一般國際上被認可使用,USGRS67就是我們常用的TWD67座標系統的大地基準;GRS80就是現在政府積極推廣的TWD97座標系統的大地基準。如果讀者想要知道得更加詳盡,可以上http://www.sunriver.com.tw/grid_tm2.htm上河文化的網站,裡面講述得相當清楚。

投影沒這麼難,舉例:讀者一定有吃過橘子的經驗,橘子所剝剩下的皮,沒有辦法變成平面的。(這一個舉例,筆者在很多課堂上舉例過)。基本上,投影就是解決這樣的問題,將球體的資料轉換成平面的方法,講的再簡單一些,將地球想像成為一顆透明的氣球,由內打一個燈泡,向外投射出在平面上的,就是投影了。

世界上常用的投影有三種,圓錐投影、圓柱投影及極投影(平面投影)個別適用在不同的的區域。了解投影以後,讀者對於台灣座標系統就不會搞混了。

圓錐投影如圖所示,圖片中的描述筆者不在重複。

圓柱投影如圖所示,圖片中的描述筆者不在重複。

極投影(平面投影)如圖所示,圖片中的描述筆者不在重複。

而台灣使用TM2D投影,如果讀者要看詳細的說明,筆者還是介紹上河文化的網站,這一個地圖出版商的介紹相當詳盡。
http://www.sunriver.com.tw/grid_tm2.htm

筆者在很多專案上提供專業的建議與諮詢,其中在CAD方面,筆者接觸到很多專案,基本上,土木工程師與建築師幾乎搞不清楚座標系統與座標的差異。這是我要再三詳述的。座標在任何圖面上都存在,一般建築與工程在平面上慣用卡式座標系統,也就是X,Y,Z。但是,卡式座標系統的座標值,不代表座標系統。也就是說,一般工程圖上的座標值,不能夠代表TWD67或是TWD97座標系統。
座標系統代表轉換,如同兩個不同國家的人在溝通,必須要找到翻譯。而詮釋資料中的座標系統定義,就如同告訴對方你所講的語言,當知道語系以後,才可以找到可以精通雙方語言的翻譯。因此,傳統CAD製圖中,在圖框附近標示的座標系統名稱,其實就是詮釋資料的表現,圖形裡面的座標值,只是依據特定座標系統所顯示的空間位置值。
所以,在軟體功能性沒有達到座標系統定義的情況下,使用者一定要注意,標明座標系統或是定義好詮釋資料,反向,如果向他人取得資料,也一定要確定對方所使用的座標系統。
有了座標系統,以及正確的座標值後,圖形才可以相互交換套疊。

一般看到座標系統轉換程式講的
WGS84經緯度,就是經緯度座標。
看到WGS84 TM2就是TWD97座標系統。
GRS67 TM2就是TWD67座標系統。

歡迎討論!!

2009年11月30日 星期一

GIS概論 - Introduction GIS (4)

GIS組成

上一篇文章中,讀者可以了解到GIS所應用到的技術包含RS、GPS、CAD、DBMS、及Mapping等,這些都是讀者可以延伸閱讀語學習的專門技術。然而,回歸到GIS概論中,GIS在本身的組成上,必定包含圖形、資料庫、與系統三大部分,缺一不可。如果,僅有圖形與資料庫,那只不過是圖資管理,無法實際應用;若只有資料庫與系統,就回歸到資料庫管理系統DBMS;若只有硬體與圖形,那也不過是圖形系統Computer Graph。所以完整的GIS一定要有圖形、資料庫、與軟硬體的組成。
Last time we take about the technology of GIS, include RS, GPS, CAD, DBMS, and Mapping. Today, we will learn more about GIS. GIS include three parts, The Grpah, Information, and System.

在圖形上,有幾個關鍵的要素是讀者在學習GIS時必須要了解的,包含:座標系統、幾何、資料格式、比例尺等。因為這幾個圖形要素,掌控著GIS圖資應用。在接下來的文章中將會一一介紹。
In Graph part, it includes Coordinate system, Geometry, Data format, and scale.

在資訊上,讀者要學習的包含屬性、資料表、資料庫的定義,當然ER Model、正規劃與資料流也是GIS必備的知識。筆者在很多課堂中發現,一般走應用的承辦人員,如工程、管線管理、資產管理等應用者,雖相當熟悉本身應用的範疇與架構,但對於資料庫規劃卻涉略極少,因此,對於系統規劃上,顯得相當無助。
For Inforation, which means Database. the Database is most important for GIS, cause more than 70% GIS operation are database. you creat attribute data for graph, and you also query data what you need by SQL. For database operation, you need learn more for ER Model, Data Flow, Table of Data, Database, etc.

在系統上,包含軟體、硬體技術。現在商用GIS軟體相當多,但是,往往使用者對於商用軟體的操作與技術不是相當了解,以至於在很多系統中有綁規的狀況。我不是再抱怨系統商,以筆者的角度,很多新的應用在台灣還沒有配套措施,因此,再盲目的追求軟體的新功能與新的標準,並能解決近程的單位內部GIS的問題,所以適可而止的應用技術,而不是作為技術的盲從者。
For System part, it niclude Software and Hardware. the Software help you process the data, and Hardware support you store, saving data in digital format.

所以,接下來的幾篇文章將就座標系統、幾何、資料格式、比例尺、資料庫、ER Model、正規化、資料流、GIS軟體、硬體跟讀者分享GIS的概論與應用。

歡迎討論。

2009年11月26日 星期四

GIS概論 - Introduction GIS (3)

In this section, we will discuss the technology of GIS, it include: RS, GPS, DBMS, Mapping, and CAD.
遙測

遙測一般在GIS應用中,最常使用的成果就是空照圖與衛星影像。然而遙測技術是一門專門的學問,筆者很難在GIS概論中,讓所有的讀者了解遙測的理論與應用。畢竟,在大學課程中,遙感探測是一門3學分的課程,而測量系與森林系又格外著重遙測的學習。但可以確認的是,衛星影像在Google Earth的應用中,已經讓所有人都可以了解到他的實用性。當然,如果讀者還記得"全民公敵(ENEMY OF THE STATE)"中衛星強力的威力,那你對於遙感探測就更加有興趣了。
筆者為了幫助各位了解,也特地去找了遙測的教學影片,希望對各位讀者有所幫助。
If you want know more about how RS work, please link the following URL.
http://www.youtube.com/watch?v=oei4yOwjIyQ


全球定位系統

GPS的應用在一般我們的民生中愈來愈普遍,如車機導航、掌上型GPS、車輛監控、測量等。但是你之道GPS是如何應用的嗎?還有GPS是哪一個單位所管轄的嗎?透過筆者所收尋到的GPS介紹影片,讀者可以了解龐大GPS系統的技術。
其實GPS、RS、GIS現在被廣泛整合為3S的應用,在GIS概論中,更是不可或缺。
If you want know more about GPS work, please link the URL.
http://www.youtube.com/watch?v=EOwMkFsJXRI


電腦輔助製圖與設計

電腦輔助設計或是製圖,其實是GIS最基本的資料建置階段,傳統GIS資料的建立,都來自於工程或是製圖的CAD圖檔。CAD的發展比GIS來的早,但是,往往CAD被刻版映像侷限在繪圖,而非GIS資訊化的基礎,因此也最常被忽略。筆者一直以來致力於工程GIS化的推廣,無非就是希望可以上CAD製圖可以更加平順的進入到GIS管理與應用。這樣一來就可以解決許多GIS應用過程中,圖資成本過大的問題。
現今CAD發展已經不是單就平面而已,已經具有足夠的技術與能量發展成3D視覺化設計,並且將CAD推向CAE的另一個境界。
CAD usually be used for drafting and design. However, CAD can support Engineer to Simulate the project. If you want know future design, please link the URL.
http://www.youtube.com/watch?v=qBP-3lmXdV8


製圖學


資料庫管理系統

GIS應用中有70%是在做資料庫的處理,比如說將一般作業中的表單便為資料庫,提供線上填寫,或者是將數據提供查詢產生成報表等。因此,在GIS概論中,讀者不可或缺的知識就是資料庫概論。很多時候,讀者會只專注在圖形的處理,這是錯誤的。回想起學習GIS過程,當年筆者也去修過資料庫概論,學習ER Model、資料流、正規劃、SQL等基本的資料庫概念。當然,如果你是系統規畫的主導人,你一定要去看資料庫概論。建議必讀的課本就是"SQL聖經"。

2009年11月25日 星期三

GIS概論 - Introduction GIS (2)

傳統地圖的問題
The Issue of Transitional maps

傳統的地圖已經應用許久,GIS技術的發展可以說是一種突破,透過GIS的應用可以解決傳統地圖使用上的幾個問題:
GIS can address the following issue in Traditionally mapping.
1. 資料收集,過去資料收集都是利用紙本來紀錄資料的內容,在資料的保存與更新上,常會遇到資料是否已經建置過,或者資料在不同人員,不同時間上收集後,是否保持一致性。這部分,確實可以透過GIS數位化的方式來累積與解決。但是,筆者在很多單位中,還是發現,很多單位雖然已經數位化資料,透過電腦儲存,但是卻沒有配套的更新、維護流程,導致資料還是亦如往常的流於舊有的形式。這部分,有賴圖資管理者具備建全且完整的資訊化概念。
2. 資料儲存,這部分透過GIS數位化的保存,確實可以降低紙本資料在多年使用後,因為老舊、破壞、汙垢所造成資料派讀不易的狀況。更重要的是在數位化以後,保存資料的空間變小了;容量變大了;更新上也更加便利。
3. 資料取用,數位化的GIS很重要的一部分在於資訊的管理。有了管理機制的建立,使用者不必再像從前一樣,需要去大型圖櫃翻閱紙本。透過資訊化管理(DBMS)可以幫助在資料萃取上,取得更好、更快速的成果。
4. 資料分析,傳統的地圖很難進行分析,所有的分析都需要透過套圖的方式才能建立。而表格的資料也很難圖形化呈現在地圖上。有了GIS系統的建立,使用者可以利用數位化的方式將圖層套疊,產製Grid作空間的疊加,這部分在過去的紙本上,幾乎是不可能完成!筆者,以前曾經利用GIS作過風水分析,試問,如果這一種複雜化的GIS分析,是在傳統的紙本上,是多麼艱難。
5. 資料呈現,數位化確實是呈現資料最佳的方式,透過數位化,資料呈現可以是動態的、3D的、即時的。傳統的地圖呈現,都是列印資料;遇到資料錯誤或是更新,就必須要再次出圖(相當不環保)。因此,有了數位化GIS,的建立,資料呈現可以跳脫平面、非即時、靜態的展示。現在,很多工程或是地圖展示,都是互動的,就像Google Earth一樣。

GIS可以用在哪些領域呢?

舉凡是交通、公共事業、電信、土地管理、資然資源、水利、測量...都可以應用到GIS系統。
舉例而言,http://urmap.com.tw就提供路徑規劃。
高雄市政府建立管線管理系統http://pipegis.kcg.gov.tw/wwwpipe/home/index.asp提供管線施工查詢http://pipegis.kcg.gov.tw/peoplepipe/DEFAULT.htm
水土保持局便民系統提供土地管理查詢http://gis.swcb.gov.tw/
這些都是GIS應用的實例,因此GIS的應用,只要用心的分析平時的作業流程,加上一些創意就可以在任何單位內創造出GIS系統。
GIS應用的技術

GIS是一種系統化的集合,因此所應用到的技術絕不是單一的,一般GIS主要的應用技術包含:GPS全球定位系統、RS遙感探測、DBMS資料庫管理系統、Mapping製圖學、CAD電腦輔助工程。透過,這些技術的資料收集、建立、維護與管理、呈現,才能建構出目前地理資訊系統所提供的多樣性功能與應用。

下一篇介紹將針對各項技術分別描述,歡迎討論!

2009年11月24日 星期二

GIS概論 - Introduction GIS (1)

本篇文章是講述GIS概論的系列文章第一篇,也是前些時間到嘉義縣政府上GIS概論所備課的教材。由於PPT檔案有100多頁,因此,只能用系列的方式介紹給大家。
This PowerPoint was created for Chiayi Country Government Training, and over 100 pages. So, in the following few weeks, I will share my slide for all readers.
這份教材的前半部分,與一般課堂上或是網路上的教材大同小異,重點在於筆者額外的補述文字;後半部分比較著重於系統的規劃與建立,因為與課的學員是政府機關的公務人員,因此,不能太重於技術層面,因此,利用簡單的範例講解GIS的系統與分析,希望學員在未來有機會承接GIS業務時,可以幫助自己單位規畫實用的系統。
This PowerPoint include two parts, the first part provide basic GIS training and include GIS concept, that was collected from website and textbooks. The Second parts focus on Application, teach each user(especially for Government users)how to analyst and build a GIS System. I really hope it can help you quickly understand the GIS.



校區平面圖,利用立體建物的量體與編號標定不同建築物,作為指引。

簡略的示意圖,指示所在位置與交通狀況

同樣利用立體建物的量體加上引線直接標註與說明園區配置

台北市捷運路網圖,利用示意表達路線關係

世界地圖,具有真實空間位置關係
上面所呈現的所有影像都是地圖的一種,您可以透過Google去尋找"Map"相關的照片檔,就可以發現筆者所發布的這一些圖片。
We can say all images above are a kind of maps. you can use Google search to get all images that I post to.
重點在於,地圖示與人溝通的工具,無論你是繪製簡圖;或是一張具有空間座標地圖,凡是具備有地理的相關位置、比例尺、方向,能夠透過文字或是標註來溝通資訊,我們都可以說是地圖的應用。而GIS其實沒這麼難,他就是把我們慣用的圖資,透過系統化的方式連結起來,提供更多元與方便的查詢工具。
The point of mapping is communication, no matter what kind of format you created. The Mapping maker usually uses graph, scale bar, North arrow, and text label to communicate information with readers. Well, I think the mapping and GIS is not as hard as you can reach.

GIS就字面上的解釋是地理(Geographic)、資訊(Information)、系統(System)三個字所組成,而地理主要是描述空間的關係、資訊主要是邏輯化資料便為可以分析決策的資訊、系統則是提供儲存、管理、維護、新建、分享的工具。
The Basic GIS concept, include three parts, Geography, Information, and System. Geography is explain the relationship of the real world, and information is providing information for data analyst and decision making, and then the system is helping GIS store, management, maintaining, creation, and sharing data( include graph and attribute)

The GIS is using 2D or 3D data to simulate the real world and provide the valuable info to help data display, query, analyst, and decision making
再簡單一點的解釋,地理資訊系統基本上是一種真實世界的現象描述方法,提供管理使用人員利用數值化的方式模擬真實世界。利用2D、2.5D或是3D的方式堆疊資料,提供展示、查詢、分析、決策的工具。
所以想像一下,是否你在還沒學習GIS以前,你已經在用這樣的觀念與實作了?
而GIS在每個領域都可以應用的到,取決於你是否有去將平實的作業利用資料庫的整合結合圖形來作管理。例如:管垃圾車的環保單位可不可以建GIS系統?作路燈或路樹的人員可不可以建立GIS?警察、消防等單位可以建立GIS嗎?工程管理可以建立GIS嗎?這些答案無疑的都是可以。但取決於你對您的業務瞭解程度,及是否有進行規劃。

歡迎討論!