臺灣博碩士論文加值系統

地理資訊系統（GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM；ＧＩＳ）是一套用來擷取、儲存、編輯、處理、分析及展示地理資訊的電腦系統。在真實世界中的種種現像或多或少都可以說是與空間位置相關的，隨著電腦軟硬體技術的快速發展，在各項作業逐漸全面電腦化時自然不能不將地理空間資訊納入。
本研究的目的在於構建一航運地理資訊系統（NAVIGATION GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM；NAVGIS），提供航運領域相關資訊的匯整、處理、查詢、分析、與展示。其資訊內容之設計包括：電子海圖、航線航道資料、Pilotage資料，港埠設施資料、助導航設施及航標資料與現況資訊、港埠即時動態資訊、海難資料庫、危險貨物資料、環境資料、海流（表面流）資料、潮汐潮流資料、氣象預報資料、歷史性氣象資料…等，依其屬性構建屬性資料庫。最終目標在結合各種具有空間分佈特性之航運相關資料，以分工合作方式，達到多目標應用之整合。並結合網際網路之技術，發展網際地理資訊系統（INTERNET GIS；IGIS），以實現資源分享之目的。此系統將可提供各學術研究單位進行研究分析，政府部門、港務局、大型機構及航商輔助業務執行與決策支援。

Geographic Information System is a computer system used for the acquisition, storage, compilation, processing, analysis and presentation of geographic information. In real world, nearly all conditions are related to space and location. Following the rapid progress of computer technology, geographic spatial information naturally should not be absent in the overall computerization.
In this research project, a geographic information system called NAVigation GIS, or NAVGIS, will be developed as a demonstrator of a central navigation information provider and a platform for data exchange and sharing . The information provided in NAVGIS may be static information retrieved from databases, real time weather or sea forcast data or results of composite information analysis. Electronic navigational charts of the inshore waters around Taiwan and Kaohsiung Harbour areas for harbour and harbour approach will be digitized as GIS map files and treated as a vertical database. Besides the chart information, database of accidents and navaids will be integrated (geo-coded). Possible applications of this NAVGIS include general navigation information service, risk warning / vunerable area, marine transport planning, accident database analysis, management of navigational aids database, harbour service and VTS, marine search and rescue, maritime research and education. An Internet server is developed for realizing resource sharing by linking internet technology, it’s called internet GIS, or IGIS. The query and analysis functions of the NAVGIS will be developed for the above applications on GIS.

目 錄
誌謝…………………………………………………………………………I
中文摘要…………………………………………………………………..II
英文摘要………………………………………………………………….III
目錄……………………………………………………………………….IV
圖目錄……………………………………………………………………..X
表目錄………………………………………………………………….XIV
第一章 緒論
1.1 研究背景及目的……………………………………………………1
1.2 研究方法……………………………………………………………3
1.3 研究流程……………………………………………………………4
1.4 研究成果……………………………………………………………5
第二章 文獻回顧
2.1 地理資訊系統概述…………………………………………………9
2.1.1 地理資訊系統定義…………………………………………….9
2.1.2 地理資訊系統的功能………………………………………...10
2.2 地理資訊系統發展現況分析……………………………………..13
2.2.1 地理資料模式………………………………………………...13
2.2.2 資料庫管理系統……………………………………………...14
2.2.3 超媒體………………………………………………………...15
2.2.4 專家系統、人工智慧及決策支援系統……………………….16
2.2.5 通訊及網際網路之發展……………………………………...16
2.3 國內外對於GIS應用於航運方面之研究與發展概況…………..17
2.3.1 國際間………………………………………………………...17
2.3.2 國內…………………………………………………………...22
第三章 系統設計概念與方法
3.1 航運地理資訊系統的整體規劃…………………………………..26
3.2 前置作業…………………………………………………………..27
3.2.1 需求分析……………………………………………………...27
3.2.2 現況調查……………………………………………………...28
3.2.3 系統架構規劃………………………………………………...30
3.2.3.1 GIS架構…………………………………………………..30
3.2.3.2 NAVGIS系統功能架構…………………………………..32
3.2.4 系統軟硬體評選……………………………………………...34
3.2.4.1 國內外GIS軟體系統性能評估…………………………34
3.2.4.2 CARIS簡介…………………………………………….…35
3.2.4.3 CARIS系統模組……………………………………….…36
3.3 系統建置…………………………………………………………..38
3.3.1 資料模式……………………………………………………...38
3.3.2 資料庫建置…………………………………………………...39
3.3.2.1 ODBC的架構…………………………………………….40
3.3.2.2 ODBC支援的檔案格式………………………………….41
3.3.2.3 ODBC的優點…………………………………………….41
3.3.2.4 資料庫的連結程序……………………………………....42
3.3.3 海圖管理……………………………………………………...42
3.3.3.1 連續性資料庫…………………………………………....43
3.3.3.2 垂直圖層…………………………………………………43
3.3.3.3 海圖管理…………………………………………………44
3.3.4 應用軟體整合………………………………………………...45
3.3.5 界面程式撰寫………………………………………………...45
3.3.5.1 界面程式結構……………………………………………46
3.3.5.2 CARIS DDE的連接……………………………………...46
3.3.5.3 CARIS DDE的操作……………………………………...47
3.4 網路界面開發……………………………………………………..47
3.4.1 網路環境……………………………………………………...48
3.4.2 界面程式開發………………………………………………...50
3.4.2.1 網際地理資訊系統評比…………………………………50
3.4.2.2 JAVA語言………………………………………………...52
3.4.2.3 系統功能…………………………………………………52
第四章 系統建構.
4.1 數化程序…………………………………………………………..55
4.1.1 建立檔首資料………………………………………………...55
4.1.2 設定數化海圖的基準點……………………………………...57
4.1.3 數化海圖……………………………………………………...58
4.1.4 建立網路位相關係及多邊形位相關係……………………...60
4.2 資料庫連結………………………………………………………..64
4.2.1 屬性資料庫內容……………………………………………...65
4.2.2 建置屬性資料庫……………………………………………...66
4.2.3 設定資料來源………………………………………………...67
4.2.4 CARIS Setup資料庫連結工具…………………………….…68
4.3 連續性資料庫與垂直圖層………………………………………..69
4.3.1 連續性資料庫………………………………………………...70
4.3.1.1 座標系統…………………………………………………70
4.3.1.2 參考檔……………………………………………………71
4.3.1.3 載入分割海圖……………………………………………72
4.3.2 垂直圖層……………………………………………………...73
4.4 應用軟體整合……………………………………………………..74
4.5 DTM數值地形圖檔製作……………………………………….…75
4.6 界面程式撰寫……………………………………………………..76
4.6.1 DDE界面的控制……………………………………………...76
4.6.2 DDE指令……………………………………………………...77
4.6.2.1 MARK…………………………………………………….77
4.6.2.2 SENDKEYS……………………………………………....78
4.6.2.3 GETKEYS………………………………………………...79
4.6.2.4 SENDCMD……………………………………………….79
4.6.2.5 GETINFO…………………………………………………80
第五章 NAVGIS網際網路系統之建構與應用
5.1 Client端設計……………………………………………………….83
5.1.1 開發環境……………………………………………………...83
5.1.2 系統功能設計………………………………………………...83
5.1.3 圖形界面設計………………………………………………...85
5.1.4 基本圖形控制功能…………………………………………...85
5.1.5 滑鼠事件控制功能…………………………………………...86
5.2 Server端設計………………………………………………………87
5.3 資料結構轉換……………………………………………………..89
5.3.1 建立資料來源………………………………………………...89
5.3.2 編譯CARIS圖檔資料………………………………………..90
5.3.2.1環境設定………………………………………………….90
5.3.2.2 圖檔轉換…………………………………………………90
5.4 航運地理資訊系統與網際網路系統功能比較…………………..91
第六章 實例探討
6.1 海圖顯示…………………………………………………………..93
6.1.1 海圖管理……………………………………………………...93
6.1.2 選擇性顯示…………………………………………………...95
6.2 查詢顯示…………………………………………………………..97
6.2.1 點位置查詢…………………………………………………...97
6.2.2 兩點距離／方位角查詢……………………………………...98
6.2.3 空間資料查詢屬性資料……………………………………...98
6.2.4 屬性資料查詢空間資料……………………………………...99
6.2.5 非空間資料查詢…………………………………………….100
6.2.6 非空間資料查詢…………………………………………….100
6.3 資料分析應用……………………………………………………101
6.3.1 區位分析…………………………………………………….101
6.3.1.1 區位功能………………………………………………..101
6.3.1.2 環域功能………………………………………………..102
6.3.1.3疊圖功能………………………………………………...103
6.3.1.4 區位分析實例探討……………………………………..103
6.3.2 時空變化趨勢分析………………………………………….105
6.3.3 地形分析…………………………………………………….106
6.3.3.1 立體地形圖……………………………………………..106
6.3.3.2 坡度、坡向圖…………………………………………..107
6.3.3.3 等深／高線圖…………………………………………..108
6.3.3.4 主題圖套繪立體地形圖………………………………..108
6.3.3.5 視域分析………………………………………………..109
6.3.3.6任意點深度、坡向及坡度之查詢……………………...109
6.3.4 空間分佈分析……………………………………………….110
6.3.5 網路分析…………………………………………………….111
6.3.6 統計資訊作業……………………………………………….111
6.4 資料庫管理………………………………………………………112
6.5 F16失事搜救實例探討…………………………………………..114
6.6 網際網路系統……………………………………………………118
6.6.1 圖形顯示功能……………………………………………….118
6.6.2 資料庫功能………………………………………………….118
6.6.3 查詢功能…………………………………………………….120
6.6.4 圖層管理功能……………………………………………….121
第七章 結論與建議
7.1 結論………………………………………………………………122
7.2 建議………………………………………………………………124
參考文獻………………………………………………………………...126
附錄一 電子海圖顯示與資訊系統執行標準………………………...130
附錄二 具有特殊狀況之區域………………………………………...140
圖目錄
圖1-1 研究流程圖…………………………………………………….…4
圖2-1 GIS架構圖………………………………………………………..9
圖2-2 MEGIS系統……………………………………………………..21
圖2-3 海下環境資料資訊系統………………………………………...25
圖3-1 基隆港務局行政組織編制架構………………………………...29
圖3-2 與GIS相關之業務……………………………………………...30
圖3-3 GIS架構圖………………………………………………………30
圖3-4 系統功能架構…………………………………………………...32
圖3-5 CARIS的應用範圍……………………………………………...36
圖3-6 CARIS系統模組………………………………………………...36
圖3-7 ODBC架構圖…………………………………………………....40
圖3-8 屬性資料庫連結流程…………………………………………...42
圖3-9 連續性資料庫…………………………………………………...43
圖3-10 Vertical Layering..……………………………...………………...44
圖3-11 海圖管理模式…………………………………………………...44
圖3-12 界面程式架構圖………………………………………………...46
圖3-13 NAVGIS網際網路系統架構圖…………………………………48
圖3-14 資料庫與網際網路伺服器及CARIS Internet Server連結架構圖
…………………………………………………………………………….49
圖3-15 航運地理資訊系統網際網路界面……………………………...54
圖4-1 系統建構流程圖………………………………………………...55
圖4-2 海圖數化………………………………………………………...60
圖4-3 建立位相關係步驟……………………………………………...61
圖4-4 位相關係建立資訊……………………………………………...64
圖4-5 資料連結流程…………………………………………………...65
圖4-6 燈塔資料庫……………………………………………………...67
圖4-7 SQL Server中的燈塔資料庫…………………………………...67
圖4-8 連續性資料庫與連結圖層間的關係…………………………...70
圖4-9 Reference File……………………………………………………71
圖4-10 不連續線段接合………………………………………………...72
圖4-11 載入海圖………………………………………………………...73
圖4-12 Vertical Database…………………………………………………73
圖4-13 應用軟體整合…………………………………………………...74
圖4-14 ＊.get檔案內容…………………………………………………75
圖5-1 NAVGIS網際網路系統架構…………………………………...82
圖5-2 系統使用者界面配置…………………………………………...84
圖5-3 航運地理資訊系統網路界面…………………………………...84
圖5-4 CARISView與CIS間的通訊流程……………………………..85
圖5-5 滑鼠（X,Y）座標……………………………………………….87
圖5-6 程式間運作流程………………………………………………...88
圖5-7 CIS圖層………………………………………………………...91
圖6-1 0313台灣及附近島嶼海圖……………………………………..94
圖6-2 0352三貂角至舊港泊地海圖…………………………………..94
圖6-3 0353a基隆港海圖………………………………………………95
圖6-4 顯示所有海圖資訊……………………………………………...96
圖6-5 選擇性顯示海圖資訊…………………………………………...96
圖6-6 點位置查詢……………………………………………………...97
圖6-7 兩點位置／距離查詢…………………………………………...98
圖6-8 查詢基隆港燈塔資訊…………………………………………...99
圖6-9 以屬性資料查詢空間資料……………………………………...99
圖6-10 查詢基隆港務局首頁片………………….……………………100
圖6-11 查詢西19號碼頭機具照……………..……………………….100
圖6-12 航運法規資料庫查詢………………………………………….100
圖6-13 挑選水深10∼20米區域………………………………………102
圖6-14 環域功能……………………………………………………….102
圖6-15 0353a海圖與內政部陸圖套疊…………………………………103
圖6-16 區位分析實例探討…………………………………………….104
圖6-17 計算汙染面積………………………………………………….105
圖6-18 顯示海洋大學東北方的海岸變遷…………………………….106
圖6-19 0313灰階不規則網狀立體圖………………………………….107
圖6-20 0313彩色不規則網狀立體圖………………………………….107
圖6-21 0313灰階地貌圖……………………………………………….107
圖6-22 0313彩色地貌圖……………………………………………….107
圖6-23 0353a海底坡度圖……………………………………………...107
圖6-24 0353a海底波向圖……………………………………………...107
圖6-25 0353a等深線圖………………………………………………...108
圖6-26 0313等深線圖………………………………………………….108
圖6-27 主題圖套繪立體地形圖……………………………………….108
圖6-28 視域分析……………………………………………………….109
圖6-29 任意點深度、坡度與坡向之查詢…………………………….109
圖6-30 海事案件空間分佈圖………………………………………….110
圖6-31 碰撞與擱淺事件空間分佈分析圖…………………………….111
圖6-32 圖表分析……………………………………………………….112
圖6-33 海圖資料表…………………………………………………….113
圖6-34 資料查詢界面………………………………………………….113
圖6-35 空間資料查詢………………………………………………….114
圖6-36 海圖資料查詢………………………………………………….114
圖6-37 F16失事地點…………………………………………………...115
圖6-38 查詢海上搜救單位…………………………………………….116
圖6-39 扇形搜索……………………………………………………….116
圖6-40 查詢附近海域水深資料……………………………………….117
圖6-41 查詢附近海域海流資料……………………………………….117
圖6-42 圖形顯示功能………………………………………………….118
圖6-43 屬性資料表…………………………………………………….119
圖6-44 屬性詳細資料顯示…………………………………………….119
圖6-45 位置經緯度座標查詢………………………………………….120
圖6-46 兩點距離及方位角查詢……………………………………….120
圖6-47 圖層管理功能界面…………………………………………….121
圖7-1 系統的未來發展……………………………………………….124
表目錄
表3-1 業務需求分析表………………………………………………...27
表3-2 國內外GIS軟體系統性能評估………………………………...35
表3-3 CARIS DDE的連接……………………………………………..47
表3-4 網際網路地理資訊系統優缺點比較…………………………...51
表4-1 CARIS水平座標系統…………………………………………...56
表4-2 投影轉換表……………………………………………………...57
表4-3 數化最大容許誤差……………………………………………...59
表4-4 空間資料形態…………………………………………………...66
表4-5 電子海圖之航行目的與製圖比例尺之關係…………………...69
表4-6 延伸檔…………………………………………………………...72
表4-7 CWEXEC巨集指令………………………………………….…77
表4-8 MARK指令內容………………………………………………..78
表4-9 SENDKEYS指令內容……………………………………….....78
表4-10 GETKEYS指令內容…………………………………………….79
表4-11 SENDCMD指令內容……………………………………………79
表4-12 SENDCMD巨集指令……………………………………………80
表4-13 GETINFO 指令內容…………………………………………….80
表4-14 GETINFO巨集指令………………………………………….….80
表5-1 Server端應用程式………………………………………………88
表5-2 NAVGIS系統與網際網路系統功能比較………………………92
表6-1 海圖依使用目的分類表………………………………………...93

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