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研究生： 廖宜真
Liao, Yi-chen
論文名稱： 基礎於開放式地名資料描述之歷史時空資訊展示研究
The Illustration of Historical Spatio-Temporal Information based on Open Gazetteer Data
指導教授： 洪榮宏
Hong, Jung-hong
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 測量及空間資訊學系
Department of Geomatics
論文出版年： 2009
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 189
中文關鍵詞： 地名 、時空 、事件 、地圖介面
外文關鍵詞： map interface, event, spatio-temporal, placename
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    • 人類之歷史隨時間之遞移而歷經不同階段之發展與演變。長期累積之大量史料文獻與圖籍資料記錄真實世界在過去不同時期之狀態，藉由研究學者致力於歷史變遷之研究與分析，我們得以追溯歷史發展之軌跡並重建過去時空之狀態。有賴於電腦科技技術的進步，以數值形式保存歷史文獻與地圖資料為目的之「數位典藏計畫」得以實現，進而促成相關資源透過GIS 加以管理、分析及整合之契機。經由解讀歷史文獻中時間與空間之元素，並輔以GIS 為基礎之地圖介面進行整合與呈現，可提供使用者以視覺化的方式建立對過去歷史狀態之了解，為傳統研究方式帶來革命性的突破。
    有效取得相關資料並正確重建對應之關係為完整考證之首要條件。然而由於各單位往往依循各自需求而規劃建置歷史資源，缺乏共同之描述方式，致使成果也常獨立分散於網際網路環境。此類之資料異質性無疑阻礙了相關資源直接分享與應用之互操作性。如何善用分散環境中之歷史資源、減低資訊取得之障礙、簡化文獻記錄之彙整與分析工作，並透過地圖介面正確展示，將是GIS 與歷史研究課題結合所迫切必須面臨之挑戰。
    針對上述問題，本研究由OpenGIS 之觀點切入，提出一個整合分散式歷史資源之架構。藉由設計可模式化歷史資訊之時間、空間與主題元素之應用綱要，建立開放與標準之架構，以利使用者解讀並整合不同來源取得之資訊，促進分散資源交換流通，並滿足地名、事件與時間觀點之應用需求。為建立對過去歷史時空狀態的了解，研究中進一步發展地名資料整合機制，針對不同來源同一歷史地標之相關描述，建立其空間應有之關聯與正確之時間先後順序。基於地圖知識而發展之地圖介面除可彙整不同來源的資訊外，並依時空條件回溯展示特定時空之狀態，更對於時間描述模糊與不一致之問題，藉由視覺變數突顯展示資訊時空狀態之不確定性與衝突。
    本研究成功證明OpenGIS 之架構可有效提升異質歷史文獻資源模式化、取得與整合之能力。面對分散環境中日益增加之歷史資訊，以知識為基礎之整合架構，配合考量時空因素所設計之地圖介面，將可有效掌控取得之資訊並避免錯誤之判斷，以為研究學者創造一個更加親和的工作環境。本研究針對結合分散式資源於歷史研究之應用，提出全面性之規劃，允許研究學者可進一步因應需求進行發展與擴充，將可為未來相關研究奠立更為良好且重要的發展基礎。

    As time passes by, human history has been through many stages ofevolution and a huge number of historical literature, documents, and mapswere produced to record the real world phenomena in different periods oftime. The dedicating efforts toward historical change analysis enable us totrace the historical evolution tracks and re-construct the spatio-temporal statusin the past. The ‘Digital Archives Project’ aims to preserve historical literatureand maps in numerical formats with innovated computer technology, throughwhich relevant resources could be effectively managed, analyzed, and integrated with GIS. By exploring the spatial nature of the historical data, GIS-based map interface allows users to perceive historical status from a spatio-temporal perspective, a revolutionary breakthrough when compared to the traditional research technique.
    One prerequisite for a comprehensive research is to easily collect all relevant data and correctly rebuild their corresponding relationship. Historical information in the Internet, however, is often created and distributed independently in an unorganized way and such heterogeneity no doubt impedes the direct sharing and interoperable use of historical information. Obstacles remained unresolved at least includes (1) how to make the best use of existing historical resources in a distributed environment; (2) how to reduce the barriers regarding the access to information; (3) how to simplify the process of integrating and analyzing historical information and (4) how to provide a correct illustration aid towards the displayed map contents.
    This research proposed to investigate the integration of distributed historical information from an OpenGIS perspective. An application schema capable of modeling the spatial, temporal and thematic components of historical information is developed, which allows distributed resources to provide standardized encoding of various aspects of historical status of reality in terms of placenames, events and time. This open and standardized architecture enables users to transparently interpret and integrate historical information collected from heterogeneous resources in a standardized and straightforward way. Based on the understanding of all the spatio-temporal aspects of historical information, we further develop a gazetteer information integration mechanism to establish necessary spatial links between separated
    pieces of information regarding a historical site and a correct temporal ordering of its associated events. The vagueness and inconsistent problem of temporal descriptions has also been addressed with different levels of uncertainty. This integrated historical information can then be illustrated in the map interface with given spatial and temporal constraint. Based on cartographic knowledge, the map interface includes a built-in visual aid mechanism to indicate the possible uncertainty and conflict among historical information collected from heterogeneous data resource.
    This research successfully demonstrates the OpenGIS architecture allows the distributed historical information to be easily modeled, accessed and integrated, in spite of their possible heterogeneous nature. The
    knowledge-based information integration architecture further provides researchers a friendly environment to simultaneously inspect all collected data and avoid possible wrong judgment from a spatio-temporal perspective. As the volume of distributed historical information continues to increase in the future, researchers’ applications can be easily developed and expanded with this proposed OpenGIS prototype.

    摘要....................................................................................................................I Abstract............................................................................................................ III 目錄..................................................................................................................V 表目錄........................................................................................................... VII 圖目錄.............................................................................................................IX 第一章、緒論...................................................................................................1 §1.1. 研究動機與目的.............................................................................1 §1.2. 研究流程及方法.............................................................................7 §1.3. 論文架構.........................................................................................9 第二章、地名資料之相關標準與應用......................................................... 11 §2.1. 國內外地名資料介紹...................................................................12 §2.1.1. 美國地名資訊管理系統...................................................12 §2.1.2. 加拿大地名資料庫...........................................................14 §2.1.3. 英國geoXwalk Gazetteer Project .....................................15 §2.1.4. 台灣地區地名查詢系統建置計畫...................................17 §2.2. 地名資料流通與相關標準...........................................................21 §2.2.1. 地理標記語言GML .........................................................22 §2.2.2. 地名資料相關標準...........................................................24 §2.3. 地名資料相關應用.......................................................................33 第三章、地名資料描述架構之設計.............................................................43 §3.1. 地圖展示內容...............................................................................44 §3.2. 文獻描述基本型態.......................................................................48 §3.2.1. 地名...................................................................................49 §3.2.2. 事件描述分析...................................................................53 §3.2.3. 時間...................................................................................58 §3.3. 地名資料描述架構.......................................................................63 §3.3.1. 地名類別...........................................................................64 §3.3.2. 事件類別...........................................................................67 §3.3.3. 時間相關類別...................................................................71 第四章、歷史時空資訊展示介面設計.........................................................79 §4.1. 系統架構與流程規劃...................................................................79 §4.2. 時空資料庫架構...........................................................................87 §4.3. XML 檔案匯入資料庫之流程規劃..............................................96 §4.3.1. 地名資料處理流程...........................................................97 §4.3.2. 事件記錄處理流程...........................................................99 §4.3.3. 時間轉換機制.................................................................102 §4.4. 知識判斷機制............................................................................. 110 §4.4.1. 異質來源描述之比對分析............................................. 112 §4.4.2. 流程規劃.........................................................................123 §4.5. 展示系統規劃.............................................................................130 §4.5.1. 查詢功能.........................................................................130 §4.5.2. 展示輔助機制.................................................................136 第五章、系統測試與分析...........................................................................141 §5.1. 系統發展工具與環境說明.........................................................141 §5.2. 測試資料說明.............................................................................143 §5.3. 使用者介面與系統功能介紹.....................................................147 §5.4. 系統測試.....................................................................................152 第六章、結論與建議...................................................................................167 參考文獻.......................................................................................................171 附錄A、時間描述之類型與轉換原則.......................................................181 自述...............................................................................................................189 表目錄 表2.1 GNIS 資料庫欄位.............................................................................13 表2.2 CGNDB 資料庫欄位........................................................................14 表2.3 地名普查資料表之欄位與範例.......................................................18 表2.4 「SI_LocationInstance」類別屬性項目說明..................................27 表2.5 ADL GCS 資料內容.........................................................................30 表3.1 文獻描述範例...................................................................................48 表3.2 圖徵變化型態與對應之影響...........................................................56 表3.3 部分朝代年號紀年與西元年對應關係表.......................................59 表3.4 文獻時間記錄方式整理...................................................................60 表3.5 時間記錄適用之時間關係對應.......................................................62 表3.6 「地名」類別屬性項目說明...........................................................65 表3.7 事件相關類別屬性項目說明...........................................................68 表3.8 時間相關類別屬性項目說明...........................................................73 表4.1 地名資料表綱要...............................................................................88 表4.2 地名展示資料表綱要.......................................................................89 表4.3 地名資料表開始時間記錄範例.......................................................91 表4.4 事件資料表綱要...............................................................................92 表4.5 空間變化事件資料表綱要...............................................................93 表4.6 相關地名關聯表綱要.......................................................................94 表4.7 相關事件關聯表綱要.......................................................................94 表4.8 地名描述架構元素與地名資料表欄位對應...................................99 表4.9 地名描述架構元素與事件資料表欄位對應.................................101 表4.10 空間變化事件資料表...................................................................101 表4.11 事件類型（EventType）判斷......................................................102 表4.12 資料表時間相關屬性對應名稱...................................................103 表4.13 模糊時間之轉換規則...................................................................108 表4.14 異質來源圖徵狀態描述組合之分析........................................... 113 表4.15 起迄時間描述組合....................................................................... 116 表4.16 加入模糊時間考量之時間關係定義........................................... 117 表4.17 更名事件描述與圖徵狀態之比對狀況表...................................121 表4.18 處理結果.......................................................................................128 表4.19 量測等級與視覺變數之關係.......................................................137 表5.1 電腦硬體規格.................................................................................142 表5.2 系統取得之地圖資料.....................................................................144 表5.3 數化項目.........................................................................................144 表5.4 測試資料.........................................................................................146 表5.5 工具列按鈕功能說明.....................................................................151 表A.1 時間轉換整理................................................................................181 圖目錄 圖1.1 台灣歷史文化地圖.............................................................................2 圖1.2 基礎於資料標準之共享環境.............................................................4 圖1.3 歷史資源現行流通環境示意圖.........................................................5 圖1.4 研究流程.............................................................................................8 圖2.1 GNIS 地名查詢介面與National Map 展示結果............................14 圖2.2 geoXwalk 示意圖.............................................................................16 圖2.3 地理識別碼概念...............................................................................25 圖2.4 ISO 19112 標準之UML 圖..............................................................26 圖2.5 「台南市東區」地名資料記錄範例...............................................28 圖2.6 地名識別模型...................................................................................31 圖2.7 地名資料庫與電子地圖結合...........................................................34 圖2.8 UCSB 之ADL Geospatial Library 服務網頁畫面..........................35 圖2.9 美國GOS 計畫之入口網站.............................................................36 圖2.10 加入位相關係之查詢範例.............................................................36 圖2.11 時空基礎架構之時空記錄.............................................................38 圖2.12 時空檢索成果.................................................................................38 圖2.13 CHGIS 地名資料記錄模式示意圖................................................39 圖2.14 中國歷史地理資訊系統.................................................................40 圖2.15 東台灣時空變遷研究平台.............................................................41 圖2.16 KML 時間標記範例.......................................................................42 圖2.17 Google Earth 展示介......................................................................42 圖3.1 研究架構...........................................................................................44 圖3.2 地圖範例...........................................................................................45 圖3.3 不同時期地圖展現之概念圖...........................................................46 圖3.4 地名對應到特定空間位置（點/面）..............................................51 圖3.5 同一圖徵位置記錄差異...................................................................52 圖3.6 點位數化位置差異...........................................................................52 圖3.7 地名沿革範例...................................................................................53 圖3.8 圖徵變化示意圖...............................................................................54 圖3.9 合併類型示意圖...............................................................................57 圖3.10 分割類型示意圖.............................................................................57 圖3.11 地名資料描述架構UML 示意圖..................................................64 圖3.12 「地名」類別UML 概念圖..........................................................65 圖3.13 地名資料包裝範例.........................................................................66 圖3.14 事件相關類別UML 概念圖..........................................................67 圖3.15 事件描述complexType ..................................................................69 圖3.16 一般事件包裝範例.........................................................................69 圖3.17 名稱變化事件包裝範例.................................................................70 圖3.18 遷移事件包裝範例.........................................................................70 圖3.19 現有地名資料代表時間記錄範例.................................................72 圖3.20 時間相關類別UML 概念圖..........................................................73 圖3.21 朝代時間描述範例.........................................................................75 圖3.22 事件時間描述範例.........................................................................75 圖3.23 時期時間描述範例.........................................................................76 圖3.24 以識別碼整合不同來源資料之示意圖.........................................77 圖4.1 地名狀態描述...................................................................................80 圖4.2 地名資料範例（時間點）...............................................................81 圖4.3 系統架構示意圖...............................................................................82 圖4.4 地圖介面展示概念圖.......................................................................82 圖4.5 圖徵取得資訊不完整.......................................................................83 圖4.6 異質來源相關描述不一致...............................................................84 圖4.7 時間模糊與不確定因素...................................................................85 圖4.8 系統整體運作示意圖.......................................................................86 圖4.9 地名資料表與地名展示資料表示意圖...........................................88 圖4.10 模糊時間描述示意圖.....................................................................90 圖4.11 遷移事件記錄範例.........................................................................93 圖4.12 資料表之關聯關係.........................................................................95 圖4.13 檔案匯入資料庫之流程示意圖.....................................................97 圖4.14 地名資料範例.................................................................................98 圖4.15 事件包裝範例...............................................................................100 圖4.16 時間描述方式...............................................................................103 圖4.17 加入時間關係之描述範例...........................................................104 圖4.18 時間轉換流程...............................................................................105 圖4.19 事件時間之<對應時間>屬性......................................................106 圖4.20 時間確定性－約...........................................................................106 圖4.21 時間關係示意圖...........................................................................107 圖4.22 圖徵狀態與事件間之關係........................................................... 110 圖4.23 獨立建構之GIS 系統.................................................................. 111 圖4.24 開放式GIS 系統.......................................................................... 112 圖4.25 異質來源時間描述精確程度之差異........................................... 117 圖4.26 模糊性時間描述發生位置示意圖............................................... 118 圖4.27 創建事件描述與圖徵狀態之比對狀況（1）............................. 119 圖4.28 創建事件描述與圖徵狀態之比對狀況（2）.............................120 圖4.29 消失事件描述與圖徵狀態之比對狀況.......................................120 圖4.30 更名事件描述與圖徵狀態之比對狀況.......................................121 圖4.31 特定時間之地名資料描述...........................................................123 圖4.32 知識判斷機制流程示意圖...........................................................125 圖4.33 由地名資料表取得同一圖徵所有記錄.......................................126 圖4.34 同一圖徵各狀態時間記錄示意圖...............................................127 圖4.35 無資料來源...................................................................................128 圖4.36 地點查詢之流程圖.......................................................................133 圖4.37 年代查詢流程...............................................................................134 圖4.38 動態展示示意圖...........................................................................134 圖4.39 動態展示功能流程.......................................................................135 圖4.40 符號設計之流程...........................................................................136 圖4.41 存在時間不確定之範例...............................................................138 圖4.42 符號設計–存在時間之確定性.....................................................138 圖4.43 符號設計–空間位置與名稱之確定性.........................................138 圖4.44 符號設計–資訊不足.....................................................................139 圖4.45 符號設計–事件描述衝突.............................................................139 圖4.46 視覺變數比較...............................................................................140 圖5.1 資料來源.........................................................................................143 圖5.2 古地圖對位及數化流程.................................................................144 圖5.3 古地圖對位與數化成果.................................................................145 圖5.4 使用者介面.....................................................................................147 圖5.5 查詢功能選單.................................................................................148 圖5.6 展示輔助機制.................................................................................149 圖5.7 知識判斷機制彙整結果.................................................................150 圖5.8 歷史資訊顯示視窗.........................................................................150 圖5.9 工具列.............................................................................................151 圖5.10 加入檔案.......................................................................................152 圖5.11 地名、事件與空間變化事件資料表之匯入成果.......................153 圖5.12 知識判斷機制之彙整成果...........................................................154 圖5.13 無空間參考之事件列表...............................................................154 圖5.14 地名資料表與地名展示資料表之比較.......................................155 圖5.15 地名查詢選單...............................................................................156 圖5.16 地名查詢成果（1）.....................................................................156 圖5.17 地名查詢成果（2）.....................................................................157 圖5.18 地名查詢成果（3）.....................................................................157 圖5.19 地名查詢成果（3）.....................................................................158 圖5.20 年代查詢選單...............................................................................159 圖5.21 年代查詢成果（1）.....................................................................159 圖5.22 年代查詢成果（2）.....................................................................159 圖5.23 展示輔助機制視窗.......................................................................160 圖5.24 年代查詢成果（3）.....................................................................161 圖5.25 點選查詢.......................................................................................161 圖5.26 年代查詢成果（4）.....................................................................162 圖5.27 年代查詢成果（5）.....................................................................162 圖5.28 動態展示查詢選單.......................................................................163 圖5.29 動態展示成果（1）.....................................................................164 圖5.30 動態展示成果（2）.....................................................................166

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