台中农田水利会之白冷圳新建工程资讯WebGIS查询管理系统

63第八屆海峽兩岸水利科技交流研討會，2004年12月台中農田水利會之白冷圳新建工程資訊WebGIS查詢管理系統譚義績李峑毅臺灣大學水工試驗所摘要「台中農田水利會之白冷圳新建工程資訊WebGIS查詢管理系統」，工作內容除了對1999年九二一地震後，白冷圳工程重建計畫已規劃完成之圳路工程地理資訊系統予以建置與補增圖檔及增建屬性外，並完成網際網路網頁內容編修工作，主要為建立WebGIS屬性與網頁資訊交互查詢功能，藉由網頁介面之超連結功能，施予圖形標題連結設定，使之具備網頁地圖功能，並提供WebGIS介面提供農田水利會人員查詢工程資訊外，並在查詢之屬性資料建立超連結(Hyperlink)功能，便利進階查詢工程相關資訊，包括工程斷面圖與其他現場照片資訊等。本計畫除了提供白冷圳相關介紹及資訊外，針對工程人員建立一套現場工程資訊查詢系統，包括工程名稱、工程之地理位置、工程佈置圖、設施照片、九二一地震後後重建工程資訊(分為兩期，包括第一期與第二期工程)、白冷圳導覽圖、白冷圳道路示意圖、渠道斷面資訊..等。地理資訊系統部分則配合各項工程設施，輔以建立獨立網頁介紹頁面，在屬性資料欄位提供一組網頁超連結屬性，讓使用者可以直接點選網址連至該工程資訊。為此提供更豐富的資訊查閱，對現場或會務人員可快速且豐富的資訊服務功能。一、前言WebGIS(網際網路地理資訊系統)已逐漸廣泛使用於GIS的延伸應用。隨著電腦的處理器以跳倍數的速度演進及網際網路的科技迅速發展，於是越來越多的資料傳遞、資料處理、資料分析等工作，以期望能藉由網路連線的方式(Internet)透過網際網路，能在個人電腦(PC)上完成工作。64以往的GIS系統需在個人電腦上安裝GIS所屬軟體，才能操作，此些軟體所費不貲，並非一般個人經濟能力可及，直至網際網路(Web)的興起，Web與GIS的結合開啟了GIS另一大片天空。網際網路GIS的起源，雖不過只是在1994年由英國愛丁堡大學地理系完成，潮流所趨，使得今日之GIS多以網際網路的方式建置。其最大的優勢在於，用戶端只要在個人PC藉由瀏覽軟體(如IE或Netscape)，即可上網進入ServerWebGIS查詢所需的圖資資料。本計畫的工作即在建立一套以白冷圳為例的WebGIS查詢系統並整合網頁相片與工程圖形交錯查詢之功能。二、WebGIS的特點WebGIS可以簡單定義為在Web上的GIS。當前Internet正在以驚人的速度迅速蓬勃發展，在這樣的情勢下，如何將GIS引入Internet世界，使GIS充分利用和發揮網際網路的優勢，就成為GIS發展研究的一個重要課題。與傳統的單機作業上的GIS相比，WebGIS具有以下的優點：1.更廣泛的使用層面使用者可以同時造訪多個位於不同地方的伺服器上的最新地圖資訊，而Internet所特有的優勢大大方便了GIS的資料管理，使分散式的多資料模式的資料管理和合成更易於實現。2.平台獨立性無論伺服器或客戶端是何種機器，無論WebGISServer端使用何種GIS軟體，由於使用了通用的Web瀏覽器，使用者就可以很方便的使用GIS資料，在本機或某個Server上進行分散式元件的動態組合和空間資料的處理與分析，實現遠端資料共享的目標。3.可以大規模降低系統成本一般專業的GIS軟體均非常昂貴，而使用者使用的經常只是一些最基本的功能，這實際上造成了極大的浪費。WebGIS在客戶端通常只需使用Web瀏覽器（有時還需要外掛模組Plug-Ins），其軟體成本與全套專業GIS軟體相比明顯要節省得多。另外，由於客戶端的簡單性而節省的維護費用也不容忽視。4.更簡單的操作要廣泛推廣GIS，使GIS系統能為廣大的民眾所接受，而不僅僅侷限於少數受過專業訓練的專業用戶，就要降低對系統操作的要求。通用的Web瀏覽器無疑是降低操作複雜度的最好選擇。5.有效的平衡圖資計算負載65傳統的GIS其處理能力完全依賴客戶端機器，因而效率較低。而WebGIS能充分利用網際網路資源，將較基礎性、全面性的處理交由Server執行，而對資料量較小的簡單操作則由客戶端直接完成。這種計算模式能在Server端和客戶端靈活有效的使圖資計算負荷和網路流量負載做合理的分配，是一種較理想的最佳化模式。由於電腦技術之進度，WebGIS技術與提供服務之效能亦不斷提升，從原先之共通閘道介面CGI技術到嵌入式介面(Plug-Ins)之使用，而後又進步至採用JavaApplet技術作為中界介面(連接地理資訊資料庫與WebGIS畫面之中間橋樑)，近代之WebGIS則使用效能與安全性更佳之JavaServlet技術配合可延伸標記語言XML語言使用，提供決佳之效能服務。JavaServlet有著比CGI效能高、啟動時間快、Servlet間內部通訊容易、安全性高…等優點。透過Applet與Servlet成對的使用，可提供資料流的壓縮及加密，新一代的WebGIS資料在網路封包加密採SSL傳輸機制，並依認證簽署解放資料，Java的金鑰保密政策採DSA簽署，若無對應的KEY，是無法拆解資料流的，這技術廣泛地用在全球電子商務的信用卡交易方面。下圖則是本計畫採用之ArcIMS軟體提供之WebGIS服務架構。圖1ArcIMS軟體提供之WebGIS服務架構二、白冷圳工程資訊管理系統WebServerJavaServletEnginemap-ServletConnectorApplicationServer(NTService/JavaApplication)HTTPHTTPHTTPTCP/IPMapServerTCP/IPDataClient2Client3Client166白冷圳可說是新社鄉全鄉的生命泉源，為新社鄉農業及公共用水之主要來源。白冷圳主幹長16.5公里，其中的第二倒虹吸管是以鋼構橋設計方式跨越過抽藤坑溪，全長346公尺，至今仍是亞洲十分具代表性的倒虹吸工程。全圳除了明暗渠外，尚有22座隧道、14座渡槽及3座倒虹吸管。其起點海拔高度為542.65公尺，地屬山區，幹線附近山壑林立，形成許多天然的尋幽勝地。由於白冷圳水源的滋潤，得以在新社地區盛產了許多特有的蔬果。由於1999年白冷圳在921地震中嚴重毀損，由台中農田水利會負責辦理圳路重建工程工作，該工期規劃為兩期進行，第一期工程以工區及主要設施分列包含一至八工區的復建工程及N0.2倒虹吸工復建工程、入口沉砂池復建工程、進水口復建工程及抽水設施及蓄水池復建工程。第二期工程則包括了表1工程項目外，尚包括第二期工程之「增辦工程」部分，如表2說明。表1白冷圳第二期工程項目項目工程名稱工程說明1白冷圳渠道復建工程(15k+192.5～15k+516)導水路及右岸管理道路L=303m、擋土牆設施一全、NO.14渡槽重建一座L=21.2m2白冷圳進水口倒虹吸工重建工程穿越大甲溪河床倒虹吸工重建L=230m、電廠進水口閘門一座3白冷圳進水口復建工程(第二期)制水井閘門更新及吊籃設備、進水口攔砂閘門一座、管理站房一間、臨時導水路4白冷圳管理道路復建工程管理道路整建L=2000m5白冷圳沿線邊坡及排水路復建工程(第一工區)放水路整建工程150m、沿線山坑治理四處、白冷圳邊坡保護工900m、易崩塌地護坡工二處6白冷圳沿線邊坡及排水路復建工程(第二工區)沿線山坑治理六處、易崩塌地護坡工一處、白冷圳左岸邊坡保護工1200m7白冷圳沿線邊坡及排水路復建工程(第三工區)沿線山坑治理12處、易崩塌地護坡工一處、白冷圳左岸邊坡保護工700m8白冷圳水位遙測及閘門自動監控系統工程水文情報蒐集、水位觀測及遠距監控設備一全、閘門電動系統及遠距控制設備一全、工作站水文情報蒐集系統及遙測閘門設備一全9白冷圳周邊景觀綠化工程制水井、NO.5渡槽、NO.2倒虹吸工及沿線周邊景觀綠化、沿線邊坡植生復原、紀念碑及沿線標示牌設置表2第二期工程之增辦工程項目項目工程名稱工程說明1白冷圳渠道復建工程(第一分水槽至第二分水槽)渠道復建984m、親水平台10處、給水門716m、渡槽2座、版橋15座、分水箱3座、制水門改建2座2白冷圳管理道路復建工程(第二工區)管理道路復建1560m、給水路復建716m、擋土牆復建267m、仿木欄杆845m、花台760m3白冷圳沿線排水路復建工程(第四工區)管理道路復建400m、山麻林排水路復建255m、阿寸溪排水路復建183m、苗一灌溉溝改建340m、版橋一座本計畫目的就是蒐集、分析、整合白冷圳相關介紹與工程資訊，製作與提供該地67區相關資訊給一般使用者參考與說明，以及水利會內相關工程、工務、資訊及管理階層人員查閱使用。因此在資訊管理系統上區分兩部分，一是可提供外界使用者參考使用之資訊，包括台中農田水利會(以超連結方式直接連至水利會)、白冷圳緣起、地理位置、水文氣候、相關連結等。一是供水利會人員查詢使用的工程資訊，包括工程資訊與地理資訊系統兩部分。因此，以網站方式將兩者整合建構，並將資訊盡量以網頁方式呈現，因此使用上速度較為快速。系統規劃中必須將一般使用者及會務管理及使用人員區分，一般使用者可以瀏覽基本資料；而工程資訊及地理資訊系統屬於水利會專有資訊，涉及諸多工程資訊引用及圖資資訊，不任意對外公開使用者，以登入權限方式控管。本計畫作業流程主要如下：圖2工作計畫流程工程資訊包括下列資訊可茲查閱，包括白冷圳工程平面佈置圖(含八大工區及工區內各項復建工程)、白冷圳導覽圖、水準點、代表性工程、進水口、沈砂池、隧道、渡槽、虹吸工程、蓄水池、橋樑等工程資訊。又各項工程資訊均提供其位置之座標、起點樁號與終點樁號、工程說明及照片、相對位置圖(工程斷面圖)及WebGIS連結等資訊。資料收集及數化處理水準點及現場工程資料現場(GPS定位、拍攝照片)ArcView圖層資料處理(水準點、工程設施、網頁連結)網頁設計ArcIMS安裝設定測試及操作手冊撰使用者ServerClient68圖3計畫區域範圍圖4本計畫提供之白冷圳工程資訊圖5工程斷面資訊69圖6WebGIS屬性查詢介面與超連結屬性功能白冷圳工程資訊管理系統之建置、開發及運行測試均相當正常，效能與穩定性亦較佳。ArcIMS提供兩個方式提供查詢介面，以往使用Java介面，雖然圖層符號可資瀏覽但是效能較差，經修正改以html模式展現，無論查詢介面及顯示效能均可提供非常優越之服務效能，很適合透過網頁直接連結查詢使用，用戶亦不必先下載安裝plug-in瀏覽套件，降低使用者進入門檻。三、結論白冷圳地理資訊系統經由ArcIMS軟體將原始資料轉換至網頁呈現，提供一良好之查詢效能。可以非常簡單與快速地提供水利會人員快速查詢與展示，並進而迅速地掌握各種工程最新資訊。然而地理資訊之展示速度與伺服器端(Server)設備速度有直接之關聯性，因此建議由獨立之伺服器系統負責網頁地理資訊服務(WebGISService)。倘若必須在網頁伺服器端共同負責資訊服務，則建議至少由Pentium4等級，512Mb以上記憶體之伺服器擔任ArcIMS伺服器，以利資訊快速處理。參考文獻1.周天穎、周學政，《ArcView透視3.x》，松崗電腦圖書股份有限公司，2001。2.蔡博文、許巖璨，《新一代地理資訊系統ArcView8.x剖析》，崧旭資訊股份有限公70司，2003。3.林祥偉、孫志鴻、許巖璨，《ArcView8.x進接篇》，崧旭資訊股份有限公司、仲琦科技公司，2002。4.《eTrexVista中文操作手冊》，台灣國際航電股份有限公司。5.《台中農田水利會灌溉排水圳路工程資訊管理系統建置計畫(以白冷圳為例)》，台灣省台中農田水利會，2002。6.“經濟部水利署”水利規劃試驗所，《台中縣白冷圳重建工程規劃》，台中農田水利會，2002。7.黎明工程顧問股份有限公司，《白冷圳重建計畫—白冷圳進水口復建工程竣工報告》，“經濟部水利署”，2002。8.黎明工程顧問股份有限公司，《白冷圳重建計畫—白冷圳沈砂池復建工程竣工報告》，“經濟部水利署”，2002。9.黎明工程顧問股份有限公司，《白冷圳重建計畫—白冷圳NO.2倒虹吸工復建工程竣工報告》，“經濟部水利署”，2002。10.黎