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【作者: 張懋】2006年05月10日 星期三

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地理资讯系统(Geographic Information System,GIS)于1980年代引进台湾,当时多由学校教授介绍GIS的观念、基本定义、并引进国外GIS工具软体作为教学与试作之用,当时之GIS软体多以高阶的工作站为作业平台。1980年代末期与1990年代初期,GIS已逐渐在学界萌芽,政府部门也开始引用GIS技术建置先导系统,并开始数化电子地图;值此同时,随着资讯技术的演变,GIS的作业平台也由高阶工作站逐步演化为Windows环境的个人电脑,系统架构也由单机型态演化为2-tiers主从(Client/Server)架构。1990年代末期与2000年代初期,GIS的应用日益广泛,随着网际网路技术的兴起,GIS应用系统的架构也由2-tiers主从架构演化为n-tiers网际网路浏览器架构,不但政府部门使用GIS的人数增加,一般民众亦能在网际网路的一端,透过浏览器享受到GIS所带来视觉化的空间图形效果(如图一)。



《图一 》
《图一 》

GIS的发展与空间图资搜集与制作、资讯与网路通讯技术、及应用领域的空间分析模式等有密不可分的关系(如图二)。



《图二 》
《图二 》

GIS内容的关键点

其中最重要的关键因素就是基本图的制作与开放使用。在农林航空测量所及内政部的努力之下,目前在全台均有1/5000数值图档,奠定GIS发展的良好基础。亦由于此一基本图的公开与容易取得,使民间企业也开始注意到GIS空间图形所提供的商业讯息,这些讯息可以是竞争对手的位置、可以是自己的销售点位置、可以是会员客户的位置、也可以是潜在客户的位置,这些位置讯息让企业能更有效的推展行销策略与销售活动。


另由于GIS的普?应用,系统与系统之间的相容性与整合性日趋重要,OGC的Open GIS规范应运而生,其目的即是希望借着开放性规范之建立,让不同使用者的不同应用系统之间能够互相交流,其方法就是要在维持现行使用不同GIS工具建置之应用系统操作环境与运作方式下,建立一个资料交流的机制,包括:WMS、WFS等。


由于使用者对空间图资的使用方式不同,包括:新增、删除、编修、查询、浏览等,因此使用空间资料库管理空间物件的方式,成为目前GIS图资管理技术领域的一项重大突破。同时因空间资料库仍遵循OGC的开放性规范,使空间资料库成为图资共享平台的解决方案之一。


目前国内基本图系以1/5000街道图为基础,内容包括:铁公路捷运、河流水系、公园绿地、重要地标设施等,部份都会地区已逐步建置1/1000地形图,则其资料内容更加精细,甚至包括地址门牌与分户线。


GIS程式库应用:以MapInfo为例

MapInfo产品发展多以开发空间分析工具(程式库)为主,并提供程式库予应用领域专家开发适用于该领域的空间分析模组;这说起来有一点抽象,但若从MapInfo公司的product及product solution上,可一见端倪。 MapInfo公司目前的主力product包括:MapInfo Professional、MapX、MapX Mobile、MapXtreme 2004/2005、MapXtreme Java、MapInfo SpatialWare等,除MapInfo Professional外,多为程式库产品。 (如图三)



《图三 》
《图三 》

AnySite、Discovery、miAware mobile location services platform、Envinsa Location Platform、Exponare integrated application platform等,多为依据使用需求而开发之通用性product solution,其中Discovery、miAware、Envinsa、Exponare更为平台型解决方案。在台湾也有相同的product solution,譬如:康讯科技的行车监控系统Intelli xCenter及提供在地资讯的Web LBS、鸿志科技的物流规划系统ATIS与Lucina、联铼科技的连锁店POS与客户管理系统等。


MapInfo产品技术发展策略可由其营业额的应用领域分布加以应证,以2005年为例,在MapInfo全球营业收入中,政府部门占32%、电信业占17%、零售业占22%、金融服务与保线业占8%、其他如教育、餐饮、保健、传播、房地产等合占21%,可见得MapInfo在所谓的Business GIS领域早已深耕多时并有显?的绩效(如图四)。


Business GIS的用户有几项特性:(1)用途与目的为商业机密、(2)分析评估模式各家不同、(3)使用者多非工程或IT背景(大型企业则有坚强的MIS部门) 、(4)使用的工具要容易上手或可塑性高。商业用户为MapInfo公司一年创造约US$ 76 Million的营业额,并成为MapInfo公司主要的收入来源,其原因就是MapInfo产品之容易上手及程式库的适用性与弹性使然。


MapInfo公司除开发软体工具外,并有系统的搜集全球各地区的电子地图,同时整合软体工具与电子地图提供应用系统的开发与顾问咨询服务,以2005年为例,在MapInfo全球营业收入中,软体销售占45%、电子地图占32%、顾问服务占23%(如图四)。



《图四 》
《图四 》

MapInfo公司在软体发展上,将持续依循前述之策略,并遵循(1)Microsoft .NET与SunOne Java并行发展、(2)以功能元件为产品主轴、(3)遵循业界标准,如OGC、GML等、(4)与主流资讯产品相容整合,如Oracle、Microsoft、UNIX、LINUX等原则。


GPS、GIS与RS(Remote Sensing)3S技术整合

全球定位系统(Global Positioning System,GPS)原本是一个测量的技术,与GIS整合应用后,成为一个提供位置资讯的工具。 GPS输出的是一串数字,其中最主要且最被普?使用的是由GPS接收器所计算出来的大地座标,要让这个数字表现的座标值有意义,就必须以GIS的方式展现在电子地图上。因此GPS在应用上,多须搭配GIS,一方面将座标值储存为GIS的资料,作为空间资讯的来源;一方面透过GIS的展现方式,让人能一目了然这一串数字所代表的位置(即GPS接收器所在位置)。同时,透过GPS精确的位置资讯,可用来校正GIS所使用的电子地图,使GIS的空间位置更为精准。


遥感探测(Remote Sensing,RS),顾名思义,就是以不直接接触物体而去感测物体的特性,在地球科学相关的学门中,大概可以说是利用感应器侦测物体的光谱特性,从而判断该物体,而此一感测器多安装于人造卫星或飞机上,其所收集到的资讯内容包括光谱特性所隐含之地表地物类别及该地表地物所在位置,对GIS而言,同时具备空间位置与属性资料。使用RS技术所收集到的资讯为数值影像资料,具备大面积、多光谱、多时段等特性。目前市面上的RS资料包括:福卫二号、IKONOS、QuickBird、SPOT、政府与民间航拍之航空照片、雷射扫描的光达资料等。在选用RS资料时,则应依据使用需求,评估RS资料的空间解析度、光谱解析度、辐射解析度及时间解析度等,选择最适用的RS资料。 RS资料用途广泛,可用于制作电子地图、增加视觉判识效果、提供人眼所无法看到的地表地物光谱特性、环境变迁监测等。


3S应用趋势

目前台湾GPS应用盛行,GPS结合GIS的应用以在地生活资讯查询及导航为主。在地生活资讯查询系以GPS所在位置为中心点,查询附近之生活资讯,譬如便利商店、超商、餐饮、加油站、停车场、医院诊所等之位置及相关资讯,相关资讯则可包含地址、电话、商品/服务类别等。使用者为一般大众,操作介面的流畅与美观、资料之丰富、及系统效能等,为此类产品的关键。


导航系统的主要功能则为订定起迄点、系统自动规划最佳路径、引导驾驶者依据规划之路径到达目的地,使用者多为车辆驾驶者,系统的关键因素包括路网与交通规则、路径规划引擎、及使用者介面,亦即整体系统是否有足够的资讯及良好的引擎,能帮使用者规划一条不会走错的路,然后让使用者在驾驶汽车行进间可以无需目视的方式,很清晰的引导到正确的路径上。


这种GPS结合GIS的应用因不具备无线通讯功能,须将资料、地图、应用系统等以单机方式安装于mobile device上,mobile device可以是PDA、Car PC或是mobile phone,因此mobile device的硬体特性与效能影响到应​​用系统的功能。


GPS结合GIS后,再加上无线通讯能力,则可延伸上述单机版的在地生活资讯查询及导航功能,为透过无线通讯,将GPS接收器的位置回传告知伺服器端,并可依据GPS接收器的位置,由伺服器端提供更多与更即时的在地资讯。因为无线通讯系统将GPS接收器位置回传给伺服器端,伺服器端可以在电脑萤幕的电子地图上显示GPS接收器所在位置,达到行动监控功能。若GPS接收器是由个人携带,则可知道该携带者的位置;若GPS接收器是装在车辆上,则可知道该车辆的位置。


个人及企业如何应用GPS图资软体

整合GPS接收器与人体生理感应装置,佩戴于人身上,则可将生理感应装置所侦测的体温、血压、心跳等生理状态及佩戴者的位置,透过无线通讯告知伺服器端,伺服器端则依据该配戴者生理状态与位置,提供适时适地的服务。个人配戴系统可用于老人、幼童、失智失忆者、慢性病患等的照顾与养护。


扩充GPS接收器为GPS车机与车上电子相连结,可将车辆状态与位置一并透过无线通讯告知伺服器端,譬如油电系统的状况、门锁是否有不正常开启、是否有撞?造成气囊弹出等,伺服器端可依据车辆状态与位置,提供适时适地的服务。在GPS车机部份,除与车上电子连结外,亦可因需求提供输入与显示装置,达到与客服中心双向讯息传递的功能。这种应用因须安装于车辆上,与车上电子相连结,并透过无线通讯系统作资料之传递,因此除车机应具备之应用功能外,车规的硬体设计、各厂牌车型的机电与内装、用车人的使用特性、及无线通讯系统的涵盖率与频宽等为关键。


GPS结合GIS与无线通讯的应用范围广泛。警政、消防、医疗救护相关车辆的行车监控管理与指挥派遣支援,让指派中心能在案件发生时迅速、且一目了然所辖车辆位置,有效地指派离案件地点最近之车辆、并传递所需资讯,执行救援勤务;民间运输物流车队管理,可引用这类系统了解车与物的位置,侦测车辆储物系统是否有不正常操作,或作插单接货的派遣管理;保全保险业者,一方面可用以管理、支援保全人员与车辆,另一方面亦可用以了解保全与保险对象所在位置,依据状况需求提供适时适地的救援服务;其他如计程车管理与叫车服务、租赁车监控管理等,都是这类系统的应用。


车载GPS、无线通讯、GIS与车上电子系统的整合运用成为Telematics产业与技术发展的一项重要元素。


LBS的关键元件与图资内容区位智能(Location Intelligence)发展现况


Telematics产业因各关键技术的发展而水到渠成。其中GIS提供了区位智能(Location Intelligence)的技术。区位智能主要是用以回答使用者”我在哪?”、”某某某在哪里?”、”这附近或那附近有什么?”、”从这里如何到那里?”等区位资讯,在借由这些区位资讯,连结到与该区位相关的其他资讯,以增加使用者在业务与日常生活上的便利性。


在GIS的区位智能领域中,MapInfo一直居于领先的地位,2002年率先推出miAware Mobile Location Services Platform(行动区位服务平台),提供行动通讯业者一个区位智能的服务平台。在这个平台架构下,MapInfo将软体系统分为:前端使用与展示层(client and presentation tiers)、业务逻辑层(business logic tiers)、行动区位服务平台层、资源层(resource tiers)。前端使用与展示层系指行动电话、PDA、笔记型电脑、Car PC等行动装置,业务逻辑层系指该业务系统所提供的应用模式,资源层系指该业务应用系统所需使用之资料与资料管理; miAware行动区位服务平台将这三层加以串接,将该业务应用系统所需提供予前端行动装置使用者的图资,自资料库中有效的撷取并发布。当然,资讯发布系透过无线通讯系统,业务应用系统必须与业务营运系统连结,所需之资料则储存在一个企业级的资料库中与营运系统共用。(如图五)



《图五 》
《图五 》

MapInfo于2004年推出Envinsa Enterprise Location Platform(企业级区位智能平台),使企业内部(Intranet)、网际网路(Internet)、行动装置(Mobile Device)使用者都能即时享受到区位智能所提供的在地资讯服务(Location-Based Services,LBS)。企业用户可藉由LBS提升户外作业的效率,譬如:客服中心可依客户位置与需求,搜寻最适当的外业同仁,提供客户位置与需求予该外业同仁,让该外业同仁能就近、即时提供客户服务,建立优质的客户关系。个人用户则可使用行动电话与PDA透过LBS获得即时性的多元化在地资讯。 (如图六)



《图六 》
《图六 》

LBS的关键元件与图资内容

综观MapInfo的miAware与Envinsa区位智能平台,可以归纳出LBS的四项关键元件与其所需之四项基础图资:(如图七)



《图七 》
《图七 》
(表一)

四项关键元件

 

四项基础图资

地址对位(GeoCoding)

 

地形(街廓、路网)图

路径规划(Routing)

 

地址门牌资料库

图资发布(Mapping)

 

交通规则

空间资料库(Spatial Database)

 

POI(Points of Interest,重要设施)


地址对位分为两类,一种是将前端使用者所输入查询地点(地址门牌或POI的地址门牌)转换为座标,另一种是将前端使用者所携带的GPS行动装置所在位置转换为最近的地址门牌或交叉路口,两种作业模式都需要地形图与地址​​门牌资料才能完成。 (如图八)



《图八 》
《图八 》

路径规划则是由前端使用者指定起迄点后,系统依据地址对位定义起迄点座标,选择时间最短、距离最短、经快速道路、经特定道路等路径模式后,依据路网与交通规则,演算最适当路径。路径规划所需资料除地形图与地址​​门牌资料外,尚须交通规则资料。 (如图九)



《图九 》
《图九 》

图资发布在LBS的工作分为两部份,一部份是依据前端使用者所定义之资料需求到资料库中撷取所需资料,第二部份是将所撷取的资料依据前端所定义的展现方式传至前端使用者的显示装​​置上。这种在网际网路上发布空间图资的技术为GIS技术中的基本元件,市面上的GIS软体工具多有类似产品,MapInfo网际网路图资发布引擎分为MapXtreme Java及MapXtreme .NET两类,系统开发者可依据整体系统架构加以选用。以MapInfo MapXtreme Java为例,可以分为Thin Client(图十)与Fat Client(图十一)两种网际网路图资发布网站部署模式。



《图十 》
《图十 》

《图十一 》
《图十一 》

LBS的空间资料库管理工作繁重,其中包括对基本图资的管理,及对外部提供POI及资料内容的管理,而管理的工作包括资料的新增、修改、删除、时程、版本、权限等;又由于前端使用者众多,资料库效能亦影响整体系统服务效能;因此跳脱传统GIS图层、档案的图资管理方式,将图元以物件方式储存于关联式资料库中,并沿用关联式资料库的管理功能以管理空间资料,成为LBS空间资料库管理的解决方案。空间资料库为GIS的技术发展趋势,早在五年前就有类似产品问世,然整体产品技术之成熟则是在近两年间。 MapInfo在空间资料库的技术发展系以与业界主流关联式资料库策略联盟为主,即自行发展MapInfo SpatialWare以搭配SQL Server、Informix及DB2,而在Oracle部份,则使用Oracle Spatial。 (如图十二)



《图十二 》
《图十二 》

POI是一个多样化的项目,针对不同的营运可以建立各自的POI,譬如:以饮食为主的业务可以餐厅、小吃店为POI,以旅游为主的业务可以旅馆、民宿为POI,以汽车驾驶者为主的业务可以加油站、停车场为POI,百货超市可以其店面及会员为POI。 POI的种类多且来源及使用方式不一,因此建立妥善、具客制化弹性且有标准作业程序的POI资料来源管理与资料更新机制为建构LBS的重要课题。


展望未来

MapInfo公司的发展态势,同样表现在MapInfo公司选择区域性伙伴上。康讯科技于2002年起成为MapInfo在台湾地区的唯一代理商,具备商品化的电子地图、应用系统开发、顾问咨询等产品与服务能力,在GIS/MAP的业务方面,图资/软体/服务及政府/电信/民间各约1/3的分配比重,此一分配比重将持续为康讯科技GIS/MAP业务发展的主轴。


展望未来,康讯科技将持续推动由单机、主从架构到网际网路与无线通讯方面之应用,配合国土资讯系统之发展,推广地方政府区位智能之应用,并与企业智能结合,辅助企业便捷的应用区位智能于企业的营运与管理,同时维运已建置之LBS关键元件与基础图资,并提供B2B的LBS解决方案。


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