GPS、ArcGIS與GoogleEarth
  一、GPS的原理與概念

二、GPSMap 60CS使用介紹

三、GPS資料匯入ArcGIS中

四、GPS尋寶遊戲

 

  附錄
   Google Earth

Web 2.0 以蕃薯藤MyMap為例

相片共用服務
A.  Flickr
B.  Panoramio
C.  Slide


一、GPS的原理與概念

1.GPS 所導引之精靈武器,廣泛用於攻擊阿富汗神學士政權目標與恐怖份子基地,其價格約一萬五美金,比百萬美金戰斧飛彈便宜甚多,且較波斯灣戰爭之武器精準,您對GPS的印象是什麼呢?

最大的GPS供應商Garmim

GPS可以幫我們工作更有效率?

GPS可以引導我們自動駕駛?

晚上也可以進行衛星導引嗎?

GPS也可以很有個性的呢

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2.我來說一個是福爾摩斯式的偵探故事,讓妳一窺GPS歷史和未來:

書中劇坊:福爾摩斯對GPS

人物:人質維琪;一幫綁匪;超級偵探福爾摩斯三世先生;「大笨鐘」與身歷聲立體收音機。

地點,英國。在倫敦市區有個地標鐘樓叫做「大笨鐘」(Big Ben 1859年建立)。它每小時整點以鐘聲報時,好比12點時它敲12響,且每響之時間間隔為4秒鐘。

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由於鐘聲能夠傳達的距離非常有限,在英國也有個廣播電台與大笨鐘同時播放報時鐘響,因此英國其他地方都可以透過收音機,聽到那可愛又令人鼓舞的鐘聲。

情景發生如下:有一天,天黑後,一幫武裝的綁匪挾持了維琪,就向各位一樣,是個富有名門世家出身的漂亮女孩,蒙上了她的眼睛,開車載了她許久才到一秘密藏身之處。

雖然是被矇著眼睛,她囚禁的地方是一個很古老的建築,因為她感覺得到踏上的木製樓梯地板吱吱作響的聲音,綁匪打開一立體收音機放在她旁邊。顯然,這些狡滑的綁匪不會讓她看到綁匪的長相,甚至不讓她聽見綁匪的聲音與對話。

維琪被恐嚇且害怕極了,她靠牆角坐著,只能以聽聽收音機稍試舒解一下,聽天由命。

該是午夜的時候了,廣播電台終止了當天的節目,且開始播送大笨鐘的報時鐘聲,她也數著123……10111213?!啊,不可能吧!我一定是被嚇壞了而數錯了,她想著,報時鐘響怎麼可能敲13下!

看守她的綁匪叫她做錄音,要求她爸媽付贖金出來,她只得照辦,對著麥克風以顫抖的聲音說:

「爸、媽,我是維琪,有人挾持了我,他們要一百萬英鎊的贖金,現在他們對我還好,把我藏在一幢很舊的房子裡,老舊得走樓梯地板都會吱吱作響!我好害怕!他們有給我吃的,但如果你們不照著他們的意思做或者報警的話,他們會殺死我。他們要小面值的鈔票,且要你們送到指定的地點去。昨晚我真是恐怖又累極了,爬了十樓後又聽見電台播放的午夜報時鐘聲響了13下,我好怕!求求你們照他們的話做,我好想回家!」

綁匪們檢查了錄音後非常滿意,他們可真的把這女孩嚇死了,顯然她連數數字都搞錯了,十三響鐘聲,她一定還以為就是她的死亡喪鐘呢!

福爾摩斯出現了!

他只聽過一次錄音,馬上恍然大悟知道該怎麼辦了。

福爾摩斯先生說:維琪她們可以直接聽到大笨鐘的聲音,如果是13響的話代表,他們聽到的第1響鐘聲是從收音機來的,第2響到第12響都是從大笨鐘與立體收音機所共同傳出而重合鐘響,最後一響,第13響則只是大笨鐘傳來的,因為聲音落後了4秒鐘。

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她們距離大笨鐘是音速4秒鐘可以到的距離約1280公尺。

這個決定大笨鐘至人質的距離之理念正是GPS所用的方法。關鍵在於收音機和大笨鐘同時播放12響鐘聲,於是收音機至大笨鐘的距離就可用時間之延遲乘以音速常數(每秒320公尺)而求得。

你的GPS接收機也同時複製了GPS衛星以微波送出的GPS測距碼,由於衛星和你之間的距離很遠,因此衛星與你接收機間的距離就可由延遲的時間乘以光速常數而算出來。

我們回到福爾摩斯先生探案中,再延伸些故事,假如說維琪沒有敘述她被藏匿地方的情況,或者距離大笨鐘1,280公尺的圓周上仍有上千幢類似的老房子的話,福爾摩斯先生可就麻煩了。那種情形下,別處的另一個大笨鐘就可幫上忙。 

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如果他距第一個大笨鐘一段距離,又離第二個大笨鐘另一段距離遠,則他只會在兩個可能的地點上,即該兩圓的交點上。福爾摩斯先生能用好多個大笨鐘的定位系統指到正確的一點上了。這也是為何天上要有24GPS衛星的原因,全球的任何時、地總會有好幾個可用或可見到的衛星,所以這就稱得上是全球定位系統。

詳情請繼續閱讀: http://www.allgps.com/cn/ Yahoo! 評選為GPS領域中最受歡迎網站!

3.定位原理簡介

全球定位系統約分為三個部份:

(1).太空衛星部份:由24顆繞極衛星所組成,分成六個軌道,運行於約20200公里的高空,繞行地球一周約12小時。每個衛星均持續著發設載有衛星軌道資料及時間的無線電波,提供地球上的各種接收機來應用。

(2).地面管制部分:為了追蹤及控制上述衛星運轉,所設置的地面管制站,主要工作為負責修正與維護每個衛星能保持正常運轉的各項參數資料,以確保每個衛星都能提供正確的訊息給使用者接收機來接收。

(3).使用者機收機:追蹤所有的GPS衛星,並即時地計算出接收機所在位置的座標、移動速度及時間,一般民眾所能擁有及應用的即屬於此部分。

計算出太空衛星與使用者接收機間的距離後,就可依三角向量關係來列出一個相關的方程式,接收機每接收到一顆衛星就可列出一個相關的方程式,在至少收到三顆衛星後,即可計算出平面座標(經緯度)值,收到四顆則加上高程值,五顆以上更可提高準確度。

4.使用環境限制

由於衛星是處在相當高的運行軌道上,其傳送的訊號是相當的微弱,因此它不像一般通訊無線電或是大哥大等可在室內使用或收到訊號,在使用時需注意下列事項:

(1).需在室外及天空開闊度較佳之地方才能使用,否則若大部分之衛星信號被建築物、金屬遮蓋物、濃密樹林等所阻擋,接收機將無法獲得足夠的衛星訊息來計算出所在位置之座標。

(2).請勿在具1.575GHz左右之強電波環境下使用,因此環境易將衛星訊號遮蓋掉,造成接收機無法獲得足夠的衛星訊息來計算出所在位置之座標,尤其是高壓電塔下方。

(3).單純GPS所計算出的高程值,並非是我們一般所說的海拔高度及氣壓計量測的飛行高度,原因在於所使用的海平面基準點不同,因此在使用時請務必注意。

(4).一般手持式GPS的正確性約在10-40公尺左右,除了本身的精確程度外,地圖資料的更新速度、程式設計的友善都是影響的重要關鍵。

我的GPS愛爬山

話說第二天計劃從苗栗公館舅舅家騎到汶水再接台三線北上,以補第一天沒騎完台三之憾。

公館到汶水,台六線算是最明顯該走的路,但我存心想試試GPS的導航能力,於是選擇了「自行車模式」+「最短時間」+「最佳路徑」讓它去規劃,結果它算出一條從「大坑」繞過去的路,這路一看就知道不會好走,但想既是閒著測試,不騎騎看怎知差多少。

舅家附近都是田,範圍大到目力所極之處都還是田,而田裡的房舍都長一個樣,若不是熟悉當地的人,大概轉兩圈就分不清東南西北了,有GPS,先不論導航,光是內建的電子地圖對定位就有很大的幫助,找到聯外的道路絕對沒問題。

跟著GPS到大坑的行修寺後,就開始爬坡了,按照坡度和那股綿延不絕的氣勢來看,少說也是個三五百公尺的山。明知此路會很辛苦,但心裡就是有個「看你要把我帶到哪去」的念頭,當下竟然有著玩RPG遊戲,邁向魔王迷宮的快感...郊山爬坡,陡是必然的,一路輕檔上,爬得醃酸菜般,汁水淋漓。

這沿路而來的軌跡跟GPS上的地圖還滿符合的,爬到約400公尺處,GPS指示要往右邊的叉路,我往右看了一下,是一條陡下、舖著水泥石子的農家道路,心想路口應該還在前方,於是繼續往前騎,約莫50公尺之後,看看GPS...啊?怎麼過頭了?真是那條路啊?再仔細看一下上頭顯示的路名:「博愛農路」...很好,誰叫我是選自行車模式呢,這GPS可真是體貼,知道主人愛騎山路啊。


硬著頭皮騎下去,前進約五百公尺轉了幾個彎後,又遇到一個叉路,左邊往上,右邊往下,往下的那條,路面很窄,幾乎算是登山徑了,左邊那條雖然寬一點,但看來又是爬到雲深不知處的態勢...而重點是,無論選哪一邊,都已經偏離GPS規劃的路徑很遠了...沒錯,這裡的實際路況跟GPS地圖是不一樣的,這下也沒必要再冒險下去啦,於是掉頭回去,花了五分鐘自己找到台六線到汶水便是,被GPS騙去爬山,嗟~。

從農路出來之後,我很好奇,到底要怎樣設定它才會甘願走台六線,在模式選單一一試了快遞業(台灣的快遞大都是機車吧)、計程車、汽車,規劃的結果都一樣,最後我我好氣沒好笑的又選了「公共汽車」,它還是很堅持走這條農路...,那到底是什麼車才夠資格走台六線呢?有了...卡車。就是用了這模式之後才發現即便選了避免收費道路和快速道路,它還是會上高速公路。

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5.導航之基本原理(Waypoint & Route定義)

GPS除了可以定位外,導航更是另一個主要的應用。

接收機所計算出的任何時刻座標資料,在GPS裡我們都稱為一個航點(WAYPOINT),要利用GPS作導航功能,最基本的就是先建立航點的資料,並編上一個名字儲存在接收機內,如此不管是要做航點與航點間的導航,或是要編輯一條航線,就可直接利用記憶體內的航點資料。

例如:目前我們在台北市,希望往南旅行,中途停在新竹市,終點為台中市。從起點至終點,每站就都是一個航點,航點與航點間的行程稱為航段(LGE),整個行程我們稱之為一條航線或是一條路徑(ROUTE)。

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二、GPSMap 60CS使用介紹

1.電池蓋、USB傳輸埠、電源及燈光開關

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開機與關機都需要持續按著電源鍵3秒鐘

2.單位設定,大地座標系統設定

座標顯示格式→台灣地區二度分帶

在同一地點位置進行定位時,TWD67(虎子山系統)與TWD97兩系統所得到的座標值,會相差近900公尺,而目前大部份的山區經建版地形圖仍是使用TWD67舊虎子山系統,只有較新版之像片基本圖才使用TWD97新虎子山系統,基本上TWD97系統與WGS84系統相近,只有在用於精密測量時才有影響。

將 GPS裝置器載入MapSource後,還需要對MapSource軟體調整該軟體的座標系統,這樣輸出的資料才能確保是您要的座標系統,否則就要再經過一次轉換了。

3.GPSMap 60CS主功能畫面

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(1). 將GPS拿至室外較寬闊處並開啟電源後,畫面會自動切換至衛星狀態頁並自動搜尋衛星。

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(2).若所在環境為收不到訊號的室內,可將GPS關閉改由模擬模式替代,使初學者可在收不到衛星的地方練習操作GPS;此外若僅要查詢電子地圖資料庫,亦可先將GPS功能關閉,以增加資料庫讀取速度及提升省電效應。

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(3).地圖設定(圖上方為北方或航向、畫面版面設定、搜尋分類、搜尋方法、現地標定)

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(4).軌跡儲存與設定

暫存航跡

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儲存航跡

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4. MapSource檔案輸出

(1).取得GPS裝置和電腦MapSource的連結

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(2).將GPS的航跡傳送到MapSource電腦

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(3).將MapSource的航跡,儲存成GPS的標準交換格式( *.gpx)檔

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(4).載入GoogleEarth中

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(5).新增地標

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(6).將照片傳到個人照片分享網,例如無名或是Yahoo相片...等

記下相片的連結點,如 http://tour-hualien.hl.gov.tw/data/photo/2007118112123.jpg

Picasa照片連結(這個當然比無名一類的高明多了)

Picasa網路相簿登入 (這是我的,怕您嫌登入麻煩,給您參考一下而已,要用自己申請)
U:shinelin82
P:shinelin

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在網路相簿的右下角中可以找到相片的網址

http://lh5.google.com.tw/image/shinelin82/RmJlSIeCVwI/AAAAAAAAAAw/60yEB0Zvk_4/s800/001.JPG

(7).開啟FrontPage,鍵入相關資料

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(8).切換至程式碼

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(9).複製並貼到GoogleEarth的說明中

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(10).將檔案儲存為可與其他人分享的KMZ檔

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三、GPS資料匯入ArcGIS中 下載範例檔

1. 若是要將GPS的資訊匯入ArcGIS中,必須將GPS的資料轉換為ArcGIS可以認得的檔案型態,ArcGIS9.2除了純文字檔以外,尚多了Excel的格式方便使用者匯入,但是欄位的名稱依然必須符合DBASE的格式:不得超過10個字、沒有中文字或空格等特殊符號。

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2.如果是ArcGIS9.1或以前的版本則必須轉換為純文字的資料格式,在Excel另存為逗號分隔的.CSV檔或是空白TAB分隔的.TXT檔,再將附檔名都改成.TXT(在工具中選資料夾選項,在檢視中設定不要隱藏已知檔案類型的副檔名)。

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3.在MapSource儲存的文字檔,用記事本開啟後可以發現,通常包含了不只一個的航跡,如上圖就包含了四個暫存的路線和一個已經設定檔名的航跡,要小心選擇指定的航跡來轉換。

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4.若是要與ArcGIS既有的Shapefile圖資套疊時,需要設定為常見的方格座標台灣二度分帶、大地座標系統Taiwan(TWD67)

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5.利用Excel轉換,若單位為經緯度應轉換為台灣二度分帶的TWD67座標系統

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6.利用Excel開啟純文字檔案,設定欄位間為空格的分格

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7.將度分秒的DMS經緯度度量,轉換為DD的度量

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8.並複製到純文字的檔案格式

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9.利用Transform.exe轉換經緯度為TM2 下載轉換程式

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10.將計算後的結果複製貼成純文字的檔案,利用Excel開啟後與資料庫合併後存檔

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11.利用ArcGIS匯入XLS的資料表或是CSV的逗號分隔檔

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12.在圖例列按滑鼠右鍵Display XY Data,指定X, Y的座標欄位

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13.在XY Event處按滑鼠右鍵,並Export Data為點資料型態的Shapefile檔

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14.點的Shapefile轉為線的Shapefile,匯入frmPoints2Lines.frm 下載ArcObject程式  下載Avenue程式 下載XTools Pro3.1.1 for ArcGIS9

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、Geocache尋寶遊戲
http://geocaching.com
Username:shyangwoei Password:shine
 

附錄

Google 地球基礎簡介

下載Google 地球

Step1.進入Google 地球首頁(http://earth.google.com/)

Step2.右上角處按下即可下載

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使用Google 地球

以下簡單就Google 地球的操作介面來做介紹。

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① 搜尋欄-可依地址或店家屬性尋找座標定位,並管理定位結果。
② 地標位置欄-可顯示各種主題地標,調整圖層透明度,並加以儲存編輯。
③ 圖層夾-可勾選並選擇不同主題圖層,如:道路、餐廳、3D建築物、運輸工具、旅遊與觀光……等。
④ 工具列-包含增加地標、多邊形、路徑以及套疊、寄送和列印等功能。
⑤ 3D控制模組-包含移動、放大縮小、旋轉與傾斜角度等功能。
⑥ 主畫面-主畫面可顯示地球地形及其上主題,甚至可觀看天際一角。
⑦ 狀態欄-可顯示滑鼠座標、視角海拔高度及串流下載情況等狀態。
⑧ 地球全景- 顯示螢幕視窗對應地球全圖的某一部份。


EX:尋找功能     搜尋----輸入目的地位置-----按下index.5.gif

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EX:加入圖層   圖層---勾選"道路"

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EX:3D控制模組   利用右上角的3D控制模組左右上下移動來觀看畫面,右下角可看現在畫面所顯示的海拔高度

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二、Web 2.0

Web2.0 最吸引人的還是服務之間的結合(Mash-up),不管是結合小站吸引人新服務的力量撼動大網站的長尾理論(the long tail),都和以前一個網站(Yahoo)想獨大的概念有著明顯的區別。

蕃薯藤的MyMap,是一個和Urmap合作的mash-up地圖網站, 最主要的功能就是可以提供使用者在地圖上增加自己的景點。不但可以為自己做地圖紀錄(美食地圖、旅遊地圖、夜店工略等等)並分享,也可以看看其他人提供的景點,充分表現Web 2.0使用者導向的精神。所以如果今天你寫了一篇食記或遊記,想要分享給親朋好友知道,再也不用辛辛苦苦在文字中說明景點在哪裡了,只要把MyMap嵌入到你的文章中,一切就搞定了。

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(1).先選擇一個你想要加入到文章的景點,比如說CNET Taiwan總部,然後點選地圖右下角的分享。

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(2).在旁邊就會出現一些設定選項,你可以選擇你要的地圖尺寸、比例、是否多點自動播放(在每個點輪流跑,在之後會解釋),然後按下產生程式碼,就會產生所需要的程式碼。
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(3).如果你有用過Youtube的影片嵌入功能的話,那接下來應該就很熟悉了。在文章中找個你想插地圖的位置,把剛剛那段程式碼直接貼上,然後儲存送出即可。

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(4).如果你覺得單景點地圖不過癮,比如說共會去七八個景點,想要一次秀給讀者看,那你就要先設定相同的標籤。比如說在設立景點的時候,都在標籤中加入「CNET趴趴走」這個標籤。
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(5).要選擇分享前,要從「我的」->「標籤」中選擇「CNET趴趴走」這個標籤,然後在選擇地圖右下角的分享。同樣可選擇你要的地圖尺寸、比例。此時是否多點自動播放就有差別了,如果你選擇是的話,地圖就會在每個地點中跑來跑去,而如果沒選的話,當然就不會跑了。

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4.相片共用服務

(1). 第一個老牌的照片共用服務,就是flickr並且已經被Yahoo收購。 http://www.flickr.com/

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Flickr的首頁很典雅端莊,有濃濃的西班牙風味,是英文的介面一點也不奇怪,有人天生就有語言的障礙或恐懼症,我覺得真的太可惜了。flickr每月可以上傳100M的圖片,看到最近200張上傳照片,不過,每年交25美元可以免除這些限制條件(這點非常令人不爽)。

(2). 對於panoramio,大多數人可能至今都沒有聽說過。 http://www.panoramio.com

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panoramio有貼心的語言介面服務,從不同的國家造訪panoramio會自動切換到適當的語言,從台灣造訪會看到中文的介面。panoramio提供了一些很誘人的服務,包括為所有用戶提供了2GB的圖片上傳空間,並不限制人們流覽圖片的數量,也不限制上傳流量(不用評比也知道要選哪一個)。

作為一個非常另類的照片共用,從一開始,panoramio就好像是專門為Google Earth設計的一個圖像共用存放服務,在2006年12月之前一直都是默默無聞的。直到12月Google Earth突然將panoramio添加到Google Earth的Geographic Web圖層中,才使得這個圖像服務驟然走紅,快速進入大眾的視野之中。

只要上傳的照片包含座標資訊,會自動顯示照片,照片旁邊同時顯示Google衛星地圖的地標。上傳的圖片會被自動加入系統的KML檔中,製作包含照片的KML地標檔。每月panoramio會自動將最新的包含座標位址的照片更新到Google Earth的Geographic Web/Panoramio圖層中。

(3).Google著名的照片軟體Picasa ,可以將照片加入經緯度的座標資訊  Picasa2軟體下載

Step1:打開Google Picasa,選取拍攝的照片。

Step2:點選“工具-->地理標記-->使用 Google Earth 加入GeoTag”。

Step3:Picasa會自動開啟Google Earth進行圖片座標的確認。

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Step4:打開的Google Earth會在右邊顯示一個圖片框,裏面顯示剛才的照片。十字座標,是確認圖片的位置,確認後點選“地理標記”按鈕,就可以將座標資訊寫入Exif中。

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Step5:將相片傳上Panoramio

個人登入 http://www.panoramio.com/user/287439
U:shinelin
P:shine

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Step6:一個月左右審核通過,全世界就都能在GoogleEarth上看到您分享的照片了

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(3) Slide 是個免費上傳個人大量照片,利用網站提供的一些主題、外框、背景,將照片製作成幻燈秀與全世界分享。 http://www.slide.com

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Step 1: 利用E-mail申請一個個人空間__以  E-mail: shine@mail.nhlue.edu.tw   密碼:  shine  為例

Step 2:點選 Browse上傳照片

Step 3:利用「設定設計」、「個性選擇」來編輯你的幻燈秀,利用(除掉)來移除不要的選擇。

Step 4:按 儲存便完成幻燈秀。

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Step 5: 可以將Embed裡的內容copy到html語法裡,便可以在自己的網站裡分與大家分享幻燈秀。

範例一: http://gis.nhlue.edu.tw/ecotour/words_files/out.html

範例二: http://gis.nhlue.edu.tw/hgis/eduactive/p1024.html

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Last modified: Wednesday, 18 December 2013, 04:49 PM