臺灣博碩士論文加值系統

成功的地理資訊系統應用必須基礎於資料可以正確模擬現實世界的狀況。時間與空間是資料蒐集時必須考量之因素，如何能掌握動態的變化情形更是近年研究的重點之一。隨著時間的推移，地理現象會發生變化，這些變化可能依循某些簡單規律，也可能毫無規律、錯綜複雜。GIS之資料模式必須可以因應地理現象變化之特性而設計，以正確反映實際之變化情形，提升決策之品質。另一方面，由於網際網路迅速發展以及Web網路服務的日益普及，帶動地理資料共享的風潮，現今地理資料的取得遠較以往便利，也刺激了即時資料取得與應用之想法。為確保異質之時空地理資料可在空間資料基礎建設環境順利、正確地流通與應用，必須正確描述現實世界的時空狀態並透過開放格式進行資料流通。

本研究由時間觀點切入，著重於探討地理資料的模式化及共享策略。我們考量地理現象的變化特性及資料蒐集技術之限制後，設計出時空地理資料描述的基本架構，其有效地結合地理現象的三大基本特徵：時間、空間及主題屬性。此架構可因應各類現象變化由必要的描述資訊進一步推演為不同的時空變化樣式。透過本研究歸納的時空模式選擇決策樹，可引導使用者依時空地理資料之特性選用最合適的描述架構。為改善資料共享時所遭遇的互操作性問題，我們進一步分析描述架構以符合開放式地理資訊協會OGC與國際標準組織ISO要求的地理標記語言（GML）進行資料編碼之可行性。本研究最終透過發展時空地理資料展示介面，展示及應用時空地理資料，以驗證本架構的可行性。目前大部分的WebGIS應用仍仰賴套疊靜態圖資來表現現實世界的空間狀態，透過本研究之成果可以證明『發展圖徵為基礎的開放式應用環境來正確展示地理現象時空狀態』之概念是可行的。

A successful application of geographical information system must be based on correct geographic data that can precisely simulate the real-world phenomenon. Two fundamental factors, time and location, must be considered while collecting geographic data. Since the geographical phenomena may change with time, the design of GIS data model must be able to appropriately model this dynamic nature, in order to accurately reflect the actual changes in reality and enhance the quality in later decision-making process. On the other hand, recent development of Internet and Web Services has brought tremendous improvement to the data sharing mechanism. Easier and instantaneous data acquisition via internet has inspired the motivation of the real-time data application. We argued that it is necessary to correctly describe the spatio-temporal status of reality and distribute data in open format to ensure the successful distribution and application of heterogeneous geographic data in spatial data infrastructure environment.

This research focuses on the modeling and sharing of geographic data from a temporal perspective. After analyzing the change patterns of geographical phenomenon and technological restrictions on data collection, we proposed a common spatial-temporal geographic data description framework based on three basic characteristics of geographical phenomenon, namely, time, location and theme properties. The proposed framework can adapt to the modeling of various spatio-temporal change patterns by flexibly including necessary expanded description. These change patterns are concluded by a decision tree that can guide users to choose the most appropriate spatial-temporal data representation according to the real change status of spatial phenomena. To improve data interoperability during sharing process, distributed geographic data is encoded in Geography Markup Language (GML) foramt, which conforms to the standard of the Open Geospatial Consortium (OGC) and International Organization for Standardization (ISO). Finally, we developed a prototype of map interface with augmented capability to justify feature-based spatio-temporal information. While most of the current WebGIS applications still relies on the overlay of static data layers to illustrate only the spatial status of reality, the result of this research demonstrate it is possible to develop an open and feature-based application environment that can indicate the correct spatio-temporal status of the displayed result.

摘要..............................................I
Abstract..........................................III
目錄..............................................V
表目錄............................................VII
圖目錄............................................VIII

第一章　緒論......................................1
1.1 研究動機及目的................................1
1.2 研究方法......................................3
1.3 論文架構......................................5

第二章　相關研究文獻回顧..........................7
2.1 地理資訊系統的時間觀點........................7
2.2 時空資料模式之發展............................8
2.2.1　發展概況...............................8
2.2.2　常見重要概念...........................9
2.2.3　時空資料模式歸納.......................13
2.3 基本的時空地理資料描述概念....................16
2.3.1　模擬現實世界...........................16
2.3.2　圖徵層級的建模概念.....................19
2.3.3　圖徵為基礎之時空地理資料描述雛形.......24
2.4 標準體制下的地理資料流通環境..................26
2.4.1　圖徵層級（feature-level）的建模方式....26
2.4.2　符合地理資料流通環境之國際標準.........26
2.4.3　時空地理資料內容的完整性及真實性.......29

第三章　時空地理資料描述基本架構之設計............33
3.1 時空地理物件之基礎原型類別設計................34
3.1.1　現實世界的變動情形.....................34
3.1.2　地理資料的蒐集方式.....................38
3.1.3　地理物件基礎原型類別...................39
3.1.4　時間端點開放性之探討...................42
3.2 時空地理物件之基本架構........................44
3.2.1　State及Event之架構設計.................44
3.2.2　時空地理物件的基本架構設計.............46
3.2.3　時空地理物件之歷史.....................48
3.2.4　描述架構之評估.........................49
3.3 具代表性的時空地理資料及其描述方式............52
3.3.1　常見的時空地理資料及其特性.............52
3.3.2　時空地理資料描述架構的強化設計.........54
3.3.3　Segment改良成果........................60
3.3.4　典型的時空地理資料描述方式.............62
3.4 時空地理資料種類之決策樹......................72

第四章　開放式時空地理資料之建立..................75
4.1 地理標示語言（GML）的時間描述.................76
4.1.1　GML發展背景............................76
4.1.2　GML的時間表示法........................76
4.1.3　GML的動態圖徵描述......................85
4.1.4　GML的幾何物件描述......................91
4.2 時空地理資料基本架構的GML編碼原則.............92
4.2.1　State及Event之GML描述..................92
4.2.2　Segment之GML描述.......................95
4.2.3　基本STF之GML描述.......................102
4.3 冗餘資料的處理................................107
4.3.1　GML時空地理資料的冗餘情形分析..........108
4.3.2　GML時空地理資料冗餘情形之處理方式......114
4.3.3　GML時空地理資料冗餘情形之處理效果......117

第五章　時空地理資料之展示及應用..................121
5.1 系統環境及測試資料............................121
5.1.1 測試環境說明............................121
5.1.2 測試資料說明............................124
5.2 時空地理資料之展示............................126
5.2.1 單一靜態圖徵............................126
5.2.2 靜態圖徵集合............................128
5.2.3 一般動態圖徵............................130
5.2.4 純點狀動態圖徵..........................134
5.2.5 帶有事件之動態圖徵......................136
5.2.6 不同來源之各類圖徵綜合展示..............138

第六章　結論與建議................................143
6.1 結論..........................................143
6.2 建議..........................................144

第七章　參考文獻..................................145
自述..............................................149

◆ 中文文獻
王宏勇，2005。空間運動對象時空數據模型的研究，中國人民解放軍信息工程大學 博士學位論文。
尹章才，2002。GIS中基于特征的數據模型，國土資源科技管理，第19卷（2002年第2期），pp.50~53。
李定剛，2005。應用於互操作性環境之地理資料描述基本架構，國立成功大學 測量及空間資訊學系，碩士學位論文。
李德仁，龔健雅，林宗堅，陳軍，2000。地球空間信息為大家－國際攝影测量與遥感學會第十九屆大會技術總結，遙感信息，第4期，pp.91~95。
唐常杰，1999。時態數據庫的成果、缺陷與未來─時態數據庫二十年回顧之二，計算機科學，第26卷，第3期，pp.63~65、pp.87。
陳軍、陳尚超、唐治鋒，1995。用非第一範式關係表達GIS時態屬性數據，武漢測繪科技大學學報，第20卷，第1期，pp.12~17。
陳澤民，2007。基礎地理信息特徵研究，華東六省一市測繪學會第十次學術交流會－江蘇省測繪學會推薦論文集。pp.1~6。
張祖勛，黃明智，1996。時態GIS數據結構的研討，測繪通報，第1期，pp.19~22。
舒紅、陳軍、杜道生、周勇前，1997。面向對象的時空數據模型，武漢測繪科技大學學報，第22卷，第3期，pp.229~233。
舒紅，1998。概念、形式化和邏輯時空數據建模原理初探，武漢測繪科技大學 博士學位論文。
喬彥友，1996。用時間GIS建立地籍信息系統的研究，地理學報，第51卷，第5期，pp.463~470。
黃旭初，2002。新世代的GIS編碼標準-地理圖形標記語言GML，國土資訊系統通訊，第42期。
黃旭初，2003。ISO 19100系列國際標準之系統塑模原理，國土資訊系統通訊，第48期。

◆ 英文文獻
Allen, J.F., 1983. Maintaining Knowledge about Temporal Intervals. Communications of the ACM. Vol. 26, No. 11, pp.832~843.
Armstrong, M.P., 1988. Temporality in spatial databases. Proceedings: GIS/LIS'88. No.2, pp.880~889.
Agatha, Y.T., Adams, T.M.,Usery, E.L., 1996. A spatial data model design for feature-based geographical information Systems. International Journal of Geographical Information Systems. Vol. 10, No. 5, pp.643~659.
Calkins H.W., 1992. Institutions Sharing Spatial Information, in Networking Spatial Information System. Edited by Newton P.W., Zwart P.R., and Cavill M.E.. pp.283~292.
Egenhofer, M.J., Glasgow J., Gunther O., 1999. Progress in Computational Methods for Representing Geographical Concepts. International Journal of Geographical Information Science. Vol. 13, No. 8, pp.775~796。
Frank A.U., 1992, Telecommunication and GIS: Opportunities and Challenges, in Networking Spatial Information Systems, Edited by Newton, P.W., P.R. and Cavill, M.E., pp.235~249.
Galdos. 2003. Developing and Managing GML Application Schemas. Canada. Galdos Systems Inc.
URL:http://www.geoconnections.org/developersCorner/devCorner_devNetwork/components/GML_bpv1.3_E.pdf
Hornsby, K., Egenhofer, M.J., 2000. Identity-based change:a foundation for spatio-temporal knowledge representation. International Journal of Geographical Information Science, Volume 14, Number 3, pp.207~224.
ISO/TC 211, 2005. ISO 19103: Geographic information-Gonceptual schema language.
ISO/TC 211, 2003. ISO 19107: Geographic information-Spatial schema.
ISO/TC 211, 2002. ISO 19108: Geographic information-Temporal schema.
ISO/TC 211, 2003. ISO 19115: Geographic information-Metadata.
ISO/TC 211, 2007. ISO 19136: Geographic information-Geography Markup Language.
ISO/TC 211, 1999. ISO/CD 15046-4: Geographic information - Part 4: Terminology.
NIST. 1994. Federal Information Processing Standards Publications 173-1, Spatial Data Transfer Standard. National Institute of Standards and Technology, U.S. Commerce Department's Technology Administration. Washington, D.C.
Pequet, D. J., Duan. N., 1995. An Event-Based Spatiotemporal Data Model (ESTDM) for Temporal Analysis of Geographical Data, Intl. Journal of GIS, Vol. 9, No. 1.
Renolen, A., 1997, Temporal Maps and Temporal Geographical Information Systems (Review of Research). Department of Surveying and Mapping, The Norwegian Institute of Technology.
URL:http://citeseer.ist.psu.edu/renolen97temporal.html
Renolen, A., 1997a. Conceptual Modelling and Spatiotemporal Information Systems: How to Model the Real World. ScanGIS’97- The 6th Scandinavian Research Conference on GIS. pp.35~52.
URL:http://citeseer.ist.psu.edu/renolen97conceptual.html
Shi Wenzhong, Zhang Minwen, 2000. Development Of A Gis Data Model With Spatial,Temporal And Attribute Components Based On Object-Oriented Approach, Geo-Spatial Information Science, Vol.3. No.1.
U.S. Geological Survey. 1993. The SDTS Mapping of the DLG-E Model.
URL: http://mcmcweb.er.usgs.gov/sdts/emapoct_93/section1.html
Usery, E.L., 1996. A Feature-Based Geographic Information System Model. Photogrammetric Engineering & Remote sensing. Vol. 62, No. 7, pp.833~838.
Worboys, M. F., 1994. Object-Oriented Approaches to Geo-Referenced Information. International Journal of Geographical Information Systems, Vol.8, No.4.
Yeh, T.S., Cambray, B.D., 1995. Modeling Highly Variable Spatio-Temporal Data. 6th AustraliAsian Database Conf., pp.221-230
Zhang C., Peng Z.R., Li W., Miacheal J.D., 2003. GML-Based Interoperable Geographical Databases. UCGIS Summer Assembly 2003.

◆ 書籍
Lake, R, Burggraf, D., Trninic, M., & Rae, L., 2004. Geography Mark-Up Language: Foundation for the Geo-Web. Chichester, England ;John Wiley & Sons.
Langran, G., 1992. Time in Geographic Information Systems, Taylor and Francis, London.Hornsby, K., Egenhofer, M.J., 2000. Identity-based change:a foundation for spatio-temporal knowledge representation. International Journal of Geographical Information Science, Volume 14, Number 3, pp.207~224.
Sinton, D., 1978. The inherent structure of information as a constraint to analysis: Mapped thematic data as a case study, Harvard Papers on Geographic Information Systems, Vol. 7, G. Dutton (ed.), Addison Wesley .
Guting, R.H., Schneider, M., 2005. Moving Objects Database. San Francisco, CA. Morgan Kaufmann.