地理資訊視覺化 網站技術與工具介紹

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林彥成
2018-01-25 | 4 min.

這篇文章會帶大家開箱如何把地理資訊視覺化?

  • 地理資訊系統架構
  • 地圖函式庫 (Openlayer)
  • 地理資訊系統名詞
  • 地理投影方式
  • GeoJSON
  • 前端常見的圖表工具

地理資訊系統架構

DataFlow

  • PostGIS/PostgreSQL: 資料庫
  • GeoServer: 提供 Web Severvice
  • GeoWebCache: 圖磚快取
  • OpenLayers.js、Leaflet.js: 前端網頁操作

雖然資源很多,整合最好的還是 PostGIS/PostgreSQL 套裝,但第一次看到這隻呆肥的大象,除了知道大象鼻子可以頂球,其他好像蠻沒方向的。

http://postgis.net/windows_downloads/

StackBuild

其實裝完 PostgreSQL 之後就有內建安裝 PostGIS 套件的工具,因為 PostgreSQL 其實只是一般的資料庫而已,需要加上能收發地理資訊的外掛也就是 PostGIS,裝完之後,絕對會發現不能馬上用,查了一下官方的文件後會發現以下說明,就是說你都要自己 DIY 加的意思,相關就列在下面,蠻多功能還沒去試的,SELECT postgis_full_version(); 可以看到底裝了什麼,最後再裝 GeoServer 然後簡單設定一下跟我們剛剛裝的資料庫結合,基本上後端就搞定了。

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Please note the PostGIS windows installer, no longer creates a template database. Using CREATE EXTENSION postgis; for enabling PostGIS in a database is the recommended way.
CREATE EXTENSION postgis; -- Enable Topology
CREATE EXTENSION postgis_topology; -- Enable PostGIS Advanced 3D -- and other geoprocessing algorithms
CREATE EXTENSION postgis_sfcgal; -- fuzzy matching needed for Tiger
-- if you installed with pcre
-- you should have address standardizer extension as well
CREATE EXTENSION address_standardizer; -- example rule data set
-- if you want to install tiger geocoder --
CREATE EXTENSION fuzzystrmatch; -- rule based standardizer
CREATE EXTENSION postgis_tiger_geocoder; -- routing functionality
CREATE EXTENSION address_standardizer_data_us; -- Enable US Tiger Geocoder
CREATE EXTENSION pgrouting; -- spatial foreign data wrappers
CREATE EXTENSION ogr_fdw; -- LIDAR support
CREATE EXTENSION pointcloud; -- LIDAR Point cloud patches to geometry type cases
CREATE EXTENSION pointcloud_postgis;

首先資料庫是需要能夠存地理資訊的來源,再來就是也可以提供其他形式的地理資訊來源,Geoserver 最重要的工作其實也就是這樣,把地理資訊吃進來,處理後吐出各種地理資訊,前端其實只是單純的配合配置,然後有點小技巧操弄一下,一個簡單的地圖就完成了。

地圖函式庫 (Openlayer)

openlayers

source : https://openlayers.org/en/latest/apidoc/

除了 Openlayers 3 外還有像是 leaflet 、d3 protovis 、 polymaps 、modest maps 、 Cesium (3D globes and maps) 等等可以去看看,根據上圖的 API 可以看出來 Map 是由 Layer 構成的 View 是用來讓 Layer 出現,其他就是一些額外功能和配置了,最少會需要了解下面幾項。

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ol.map;
ol.view;
ol.interaction;
ol.control;
ol.layer;
ol.source;

簡單範例如下,請一定要相信我只打下面這樣一定不能 Work,配置完之後還要有 target,就是看最後需要映射到哪個 <div> 上面,要有 view,讓他以正確的投影呈現。

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var map = new ol.Map({
layers: layers,
target: "map",
view: new ol.View({
center: ol.proj.transform([120.2146, 22.9953], "EPSG:4326", "EPSG:3857"),
zoom: 12,
}),
});

地理資訊系統名詞

  • GML (Geography Markup Language): XML 地理圖形標記語言,包括空間特徵和屬性。
  • KML (Keyhole Markup Language): 圖形幾何特徵規格,Google Earth 使用之 KML 格式,被 OGC 採納為實作標準之一。
  • WCS (Web Coverage Service Specification): 網路網格資料服務規格,HTTP 介面,取得特定的網格式影像資料。
  • WMS (Web Map Service Specification): 網路地圖服務規格,HTTP 介面,取得地圖影像,如 JPG、GIF 與 PNG。
  • WFS (Web Feature Service Specification): 網路圖徵服務規格,HTTP 介面,取得向量式的地理圖徵資料,可進行資料編修目前採用的資料格式為 GML。
  • WPS (Web Processing Service Specification): 網路處理服務規格,透過該標準使用者可以將地理資料處理工作交付給伺服器端來處理。

地理投影方式

因為地球是圓的,但不是很圓,當圓的東西畫在平面上就需要投影,台灣地圖常見的坐標分別是 TWD67、TWD97 和 WGS84,其中 WGS84 就是常見的 GPS (lat, lon) 系統, 以下為台灣本島常用的 EPSG (European Petroleum Survey Group) 代碼:

  • EPSG 3857(900913): 使用於各種網路地圖上,由 Mercator 投影而來適合用於平面地圖,如 Google map,OSM,等等皆預設採用
  • EPSG 4326(WGS 84): 經緯度系統,經常出現在氣候的定位適合用於球形地圖
  • EPSG:3826(TWD97): TM2 (二度分帶,中央經線 121 度)(適用臺灣本島,目前政府使用)
  • EPSG:3828(TWD67): TM2 (二度分帶,中央經線 121 度)(適用臺灣本島,早期政府使用)

註一:N 度分帶,把球面切成 N 片最後拼起來,變形程度 N 越大則越小
註二: 代碼就是個小團體訂了小團體規則,最後變成大團體的各種規則

GeoJSON

GeoJSON 也是常用的資料格式,首先推薦一個網站 geojson.io ,看名字就知道是做 geojson 的 IO (被打 XD) ,那啥是 GeoJSON 呢?Geo 是形容詞?JSON 是 JavaScript Object Notation,是一種常用的傳輸資料格式,就算是加上 Geo 他其實還是 JSON 不過就是裡頭會有固定的格式罷了 XDDD

GeoJSON 在我看來最主要的用途在於 Infographic 也就是資訊視覺化(硬要烙英文 XDDD),因為轉成 JSON 檔後在前端操弄上真的還蠻有幫助的,可以很方便地去做基本的邏輯判斷及顯示,封面圖那段 code 主要是透過 PostGIS 去取得 DB 中的資料並轉成 GeoJSON ,簡單來說就是透過 PostGIS 內建的函式 ST_AsGeoJSON 幫忙,來組成我們想要的 JSON 檔,然後 SQL 寫得稍微複雜一點點而已 XD

http://geojson.io/#map=2/20.0/0.0

前端常見的圖表工具

目前常見的有以下三種:

  • Chart.js
  • D3.js
  • C3.js

當然是從最熱門的 D3 開始看 XDDD 初步的感覺是,D3 適合較進階的使用者使用,網路上一句解釋說的不錯 :

D3.js 的基礎不是在視覺化,而是資料與物件的結合

D3 將資料對應到 dom 上,再透過方便的介面來詳細的定義各式需要的效果,文件要閱讀會需要一定的基礎知識,隨意舉一個 Voronoi Diagram,另外還有像是 topojson 這個蠻常在範例中看到個格式,可能都是很多人沒聽過的名詞 Orz

相對於困難的 D3,C3 和 Chart.js 就相對親民許多,C3 較 D3 容易這是當然的,畢竟 C3 就是以 D3 為基礎並簡化寫法的 Library,C3 和 Chart.js 兩者都是出圖表的函式庫,像是常見的 Line chart, Bar chart, Pie chart 等,Chart 在 Github 星星頗多,搭配基本客製化的配置檔其實基礎操作也夠用了,兩者使用起來的方法也差異不大~

資訊視覺化相關的呈現,除了統計圖表外,還有地理資訊在地圖上的顯示方式,地圖視覺化方式大概是熱點圖、群聚圖、航線、圖層上色後疊合,其中有看到幾個比較有趣的應用:竊盜重度急診即時訊息環境儀錶板(pm 2.5)、一定要推一下的制服(X)正妹(O)地圖、或是簡單的麥當當距離圖~


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