第五章 地理資訊系統

ㄧ、關於 GIS

(1)

起源：

1. 地理議題的解決涉及地理資訊的蒐集、處理和分析。1960年代引進電

腦科技來處理地理資訊，因而發展出 GIS 。

2. 目前 GIS 的發展及使用已經逐漸由原本

的電腦資訊系統轉型為一門專 門的理

論學科，同時與地理學的傳統研究方法

完全整合。

(2)

定義：地理資訊系統（ Geographic Information

System， ）是一套整合軟、硬體的電腦

設備，以輔助使用者蒐集、儲存、處理、分析、展示及應用數值化地理資

料的資訊系統。

(3)

功能：提供地理資訊的蒐集、儲存、處理、分析、展示等功能。

(4)

架 構 ： 電 腦 軟 硬 體 、 數 值 資 料 庫 、 操 作 維 護 人 員 （ 地 理 資 訊 系 統 包 含

大要素）

1. 電腦硬體：電腦主機及各種週邊設備，如掃描機、數位儀、印表機等。

2. 電腦軟體：地理資訊系統專業軟體，如 Arc/Info 、 、 MapInfo 等。

3. 地理資料庫：地理資料數位化後儲存於電腦資料庫中。 DataBase是

GIS 的核心，沒有基本的數位化資料，就無法製作或分析。

4. 專業人員：包括地理資訊系統研發、維護極具專業知識的操作、分析

人員。

(5)

GIS的生活化利用

上課講義 第 1 頁

1. 位置：車站、便利商店在哪裡？

2. 狀況：空氣品質如何？人口密度？

3. 空間關係：高鐵經過哪些鄉鎮？網咖集中何處？

4. 路徑：救災路線怎麼走？汽車導航如何進行？

5. 擴散：禽流感疫情如何擴散？

6. 情境模擬：若海面上升10公尺，多少土地會淹沒？

二、資料類型

(1)

資料包括 資料及 資料

(2)

在地理資訊系統中，空間資料通常以地圖的方式表示，如臺灣的行政區圖。

(3)

屬性資料如溫度、人口數量、土地利用等，通常以表格方式儲存展示。如臺灣

行政區圖的屬性資料表。

※ GIS 資料庫的重點在於其空間與屬性的對應關係，不可錯置。

三、資料儲存的方式

(1)

空間資料的儲存方式

1. 式結構（ vector ）：將地表現象中

的點線面等空間資料以幾何座標儲存。

並以表格記錄名稱、類型、數量等屬性

資料。

2. 式結構（ raster ）：將地理資料以

多邊形的網格單元來儲存，同一網格內

所有點視為具有相同屬性的空間單元，

網格愈大，概略化程度愈高。

(1)

在網格模式中，最小的空間單位是一個網

格，網格的大小，代表網格式資料解

析度的高低。

(2)

格子愈小，資料量愈（大／小），圖形愈清晰，資料愈精確。

(3)

解析度較（大／小），其資料量愈大。

(4)

上課講義 第 2 頁

衛星影像、航空照片等，均是屬於 資料。

3.向量模式及網格模式資料儲存之比較

上課講義 第 3 頁

※網格解析度：

1. 解析度一詞原是用於表示影像的詳細程度或可辨識的最小長度。在網格式

資料中則是以網格大小為指標。

2. 同樣範圍的網格資料，解析度愈 ，表示網格邊長越 ，所顯示的現象

也越詳細，網格數量愈 。

上課講義 第 4 頁

學生活動在 GIS 中，地理資料主要是以向量式與網格式等兩種結構儲存，兩者各

有其特性及適用功能。請回答下列問題：2. 你認為地形資料與行政區域邊界應該以何種結構儲存？理由為何？3. 將一紙張地圖掃描所得的地圖檔案，應該是什麼格式？掃描時所設定的

解析度對檔案大小和資料詳細程度有何影響？4. 三種不同解析度的遙測衛星影像，其一網格大小分別為：1 公里、20 公

尺、1 公尺。請問：(1) 對於相同範圍的地區，三種資料的網格數量比例將為多少？(2) 每天天氣報告的衛星雲圖，最有可能使用何種解析度？(3) 如果你在一張影像上可以看到高速公路和其上的車輛，則這張影像

的解析度最有可能是何者？理由為何？

※數位相機畫素與記億卡張數的比較（網格的解析度）

(2)

屬性資料的儲存類型：屬性資料大多以文字、數字及圖示的方式建立為資料

庫形式，而資料庫的類別大多採用關聯式資料庫，同時可以連接空間資料

與屬性資料。

四、GIS的功能： GIS 結合地圖處理、地理資料庫、空間分析三項功能，具

有整合空間資訊及解決真實世界問題的決策支援系統。

(1)

資料蒐集： GIS 可接受數值地圖、遙測衛星影像、掃描圖檔、實察的座標等並

能整合地理資料。

(2)

資料管理維護：傳統紙張地圖受限於比例尺和座標系統的差異，只能用肉眼觀

上課講義 第 5 頁

察、比較，難以直接套疊在一起進行分析。 GIS 可提供各種地圖座標轉換

和整合功能，且便於修改與更新。例如：人口普查的統計。

(3)

查詢： GIS 提供空間或屬性資料的查詢。例如：查詢某個地點的公車站牌。

1. 功能：

(1) 查詢點的座標位置、兩點的距離、一個面狀圖形的面積。

(2) 指定一個點或一個幾何圖形，查詢該圖形範圍所相對應的屬性資

料。

2. 優點：查詢、分析快速便利，可即時更新資料庫等。

(4)

展示： GIS 可隨時利用已建立之資料庫中的資料，快速而簡便的製作各種主題

地圖及普通地圖，出圖迅速且便利，並可與 3D 影像、數位影像、影片相

結合，呈現多種型態的地圖（分布圖、 3D 立體圖、虛擬實境、動畫）。

(5)

空間分析

1. 分析：針對點、線、面，畫出一定距離內的區域，以顯示一個

現象的影響範圍。例如：劃定各種保護區或管制區的範圍。公路的噪

音和空氣污染影響區範圍在哪裡？核能電廠疏散圈內有多少人口？

2. 分析：將 系統相同的圖層套疊，進行區位選擇或探討不同

因子間的關係。可使用且（ ）、或（ ）兩種操作法。例如：垃

圾掩埋場的選址。

(1)

功能：將 、 、 系統相同，但具有不同主題的地圖加

以疊合，藉此找出符合特定需求的地區。

(2)

優點：利用地理資訊系統的空間分析功能，由電腦程式轉繪各種主題

地圖及進行疊圖步驟，不僅快速而且精確。

可用來展現一個地區某種現象的時間變化，以達到環境監測的目的

3. 分析：最短路徑或最佳路徑選擇。例如：運鈔車的路線規劃、

消防隊服務區劃分。

(1)

功能：利用電腦快速運算的功能，依照使用者的需求從指定地點找出

四周最接處的目標物。

(2)

優點：可輕易求出為地到另一地點，距離最短或費用最少、耗時最短

的最佳路徑，使救災或行車更有效率。

4. 地形分析：根據以 式儲存的地形資料，計算地形坡度、坡向、劃

定集水區邊界、分析河川等級等，能有分析、模擬、展示功能。例如：

分析暖化後的台北盆地淹水範圍、劃分集水區的邊界、分析河川等級、

觀景台地點的選址。

(1)

功能：應用數值地形模型（ ），透過電腦的處理與運算，比較某

一空間單元內相鄰網格的高度值，進行該地區如坡度、坡向、視域

等相關地理資訊的分析。

(2)

應用：

分析坡度與坡向對氣候、土壤、植被之影響。

規劃土地利用、監測山坡地等。

視域圖有助無線電基地臺、山憩觀景臺或軍事觀察哨等選址之參考。

可提供防災與救災方面的應用，如海平面上升10公尺時，估計臺北盆

地的可能淹水範圍。

上課講義 第 6 頁

地形模型（DTM，Digital Terrain Model）：數值地形模型是將地表三度空間的起伏變化資料以數值的方式用電腦

加以記錄及儲存。主要的方式即為在原本的二維空間平面上各（X，Y）點另外在對應該點的高度（Z）值，目前台灣所使用的資料為行政院農委會所提供的，以航測方式所產生網格單元為 公尺 × 公尺。

上課講義 第 7 頁

學生活動請依據你對 GIS 功能的了解。就下列各種不同地理研究主題，選出最恰

當的分析功能：1. 道路兩側的噪音影響範圍。2. 分析台南地區的海岸變遷。3. 欲規劃一個最好的校車行駛路線。4. 預測海水面上升 5 公尺時的淹水範圍。5. 找出一家電影院附近 500 公尺內的餐廳及停車場。

五、GIS的應用

(1) 資源管理及環境監測

1. 說明

2. 分析步驟

(2) 決策支援系統

1. 說明

上課講義 第 8 頁

2. 分析步驟

上課講義 第 9 頁

※相關網站

1. 群琁地圖通電子地圖服務網http://www.gismap.com.tw/gismap/sys/begin.htm

2. 921 地震數位資料庫 http://921kb.sinica.edu.tw/scripts/erc921/

3. 「中華民國癌症發生率分佈地圖集」及「中華民國癌症死亡率分佈地圖

集」 http://163.29.76.36/download/setup2.exe 、http://www.bhp.doh.gov.tw/B

HP/do/www/themeParkDocRead?

themeParkDocumentId=49457&type=document&themeParkId=510

4. 臺北市區里鄰電子地圖 http://www.czone2.tcg.gov.tw/tp92-1/index.htm

5. 台北縣電子地圖服務網 http://www.gis.fcu.edu.tw/

6. 台北市地理資訊 e 點通http://addr.tcg.gov.tw/

7. 台灣電子地圖服務網http://www.map.com.tw/

8. Google Map http://maps.google.com/

9. PaPaGO! 線上地圖 http://www.imap.com.tw/

10. ESRI 世界地圖 http://arcdata.esri.com/data_downloader/DataDownloader?

part=10200

11. 國土資訊系統 http://ngis.moi.gov.tw/

12. 逢甲大學地理資訊系統研究中心 http://www.gis.fcu.edu.tw/

13. 數值地形模擬 http://gis.geo.ncu.edu.tw/GIS/TOPO/TOPO.htm

14. 行政院主計處http://www.dgbas.gov.tw/mp.asp?mp=1

15. 台北市政府衛生局http://www.health.gov.tw/Desktop.aspx

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隨堂練習

2. 下列何項地理主題最適合利用地理資訊系統來進行環域分析？ ( Ａ ) 垃

圾掩埋場選址 ( Ｂ ) 建購電腦產品的物流網 ( Ｃ ) 預測淹水的範圍

( Ｄ ) 陽明山坡度、坡向特徵 ( Ｅ ) 斷層線周圍劃定警戒禁建區範圍。

〔道明中學〕

3. 欲管制學校周圍網咖設置時，應使用下列何種分析方式最為適當？

( Ａ ) 環域分析 ( Ｂ ) 地勢分析 ( Ｃ ) 相關分析 ( Ｄ ) 疊圖分析

( Ｅ ) 視域分析。〔道明中學〕

4. 最適當的地下水補助區的三要件是：坡度小、

排水不良、泥質岩層。下圖為某一地區地下水

補注三要素簡圖，請依 GIS 圖層套疊的分析，

圖中何地為最適合的地下水補注區？ ( Ａ )

甲 ( Ｂ ) 乙 ( Ｃ ) 丙 ( Ｄ ) 丁。〔嘉義

女中〕

5. 目前臺灣採用的數值地形模型多以幾公尺見方的正方形網格系統？

( Ａ ) 1 ( Ｂ) 10 (Ｃ) 40 (Ｄ ) 100 ( Ｅ) 1,000 公尺。〔師大附中〕

6. 下列哪項資料為圖形資料，必須使用「數化儀」數位化？ ( Ａ ) 教育程

度 ( Ｂ ) 道路系統圖 ( Ｃ ) 都市降雨強度 ( Ｄ ) 人口性別比

( Ｅ ) 就業結構。〔竹北高中〕

7. 以一組（X，Y， Z）的數值來表示地形三度空間資料的數值地形模式

（ DTM ），其資料結構應屬 ( Ａ ) 向量模式 ( Ｂ ) 網格模式

( Ｃ ) 階層式結構 ( Ｄ ) 網狀結構 ( Ｅ ) 關聯式結構。〔斗六高中〕

8. 遙測衛星像片每一個衛星網格所涵蓋的地面範圍稱為「解析度」，美國大

地衛星的解析度為80公尺，法國史波特衛星的解析度為20公尺，福爾摩沙

衛星二號解析度則為 2公尺，試問臺灣土地利用多樣且破碎，每一種土地

利用所涵蓋的面積都很小，利用何種遙測衛星分析最合適？ (A) 美國大

地衛星 (B) 法國史波特衛星 (C) 福爾摩沙衛星二號 (D) 任何衛星皆

可。

上課講義 第 11 頁