高一第一冊L5地理資訊系統補充資料~地理資訊系統講義

Chapter5地理資訊系統

電腦普及以後，使用電腦蒐集、儲存、管理、分析和展示各種地理資料的地理資訊系統，應運而生。

第 一 節　地理資訊系統的功能

自1960年代後期以來，隨著電腦科技的快速發展，利用電腦儲存並處理龐大的地理資訊，不僅迅速且

更有效率。

地理資訊系統的組成
地理資訊系統的定義是一套電腦輔助空間輸入、儲存、尋找、分析、展示的系統，若以完整的
架構而能實際發揮功效而言，地理資訊系統可以視為運用電腦硬體設備與軟體程式，並以完備
的組織形態結合相關的機構與具備相關運用領域之專業人員，所建立的地理資料處理系統，整
合地理資料建立空間關係的資料庫(Star and Estes, 1990)。

地理資訊系統（geographic information system，簡稱GIS），是近幾年來快速進步發展的一個跨
學門新科技，他所涵蓋的理論和技術來自於數個傳統的學科，包括：地理學、地圖學、測量
學、數學、資訊科學等等。就應用層面而言，它所涉及的領域更為廣泛，如環境影響評估、
資源管理、國土規劃、都市和區域計畫、交通管理、森林經營、運輸規劃、生態保育、鄉土
與考古調查等等，舉凡需要涉及地理因子或空間資料的問題，都可以利用他來輔助作業，
地理資訊系統是決策支援上的重要工具。

　　

1. 定義：地理資訊系統（Geographic Information System，簡稱GIS）是一套處理地理資訊的電腦系統。

2. 地理資訊系統四要素：資料庫、電腦軟體、運作硬體、操作人員。
地理資訊系統的運作程序：資料蒐集→資料輸入和儲存→資料整理→分析→展示與輸出。

3. 地理資料的呈現方式：

空間資料	1. 通常以　地圖　的方式表示，如臺灣的行政區圖 2. 空間資料的儲存可分為　向量　模式和　網格　模式
屬性資料	描述各種地理現象的資料，如溫度、人口數量、土地利用等，通常以表格方式儲存展示

4. 空間資料的儲存：

  (1) 向量模式：

     A. 將真實的地理現象，簡化成抽象的點、線、面等元素，並用（X , Y）連續 

          座標組的方式表示。

     B. 例如：a. 一間房子：點的資料。b. 一條道路：線的資料。c. 公園範圍：           

        面的資料。

     C.向量模式的資料精確度較高，資料的管理與查詢較為方便，適用於小地域範圍、精確度

                要求較高的空間資料處理，如都市空間資料的儲存與呈現等

  (2) 網格模式：

     A. 將地表現象切割成若干個網格，每 1 網格皆被視為均質的單元，再由這些 

         網格合起來表示真實世界的地理現象。網格是最小的空間單位。其大小代表資料解析度

                  的高低；格子愈小，資料量愈龐大，圖形愈清晰，資料愈精確。目前我們常見的衛星影

                  像、航空照片等，均是屬於網格資料。衛星影像的空間解析度：指衛星影像中的一個點

                  在地面所占實際面積的大小。面積愈小，解析度愈大，資料的數量也隨之愈大。目前福

                   衛二號最佳解析度為2×2公尺。

     B. 網格與解析度：

    C.網格模式的資料精確度相對較低，但容易配合衛星影像從事疊圖分析和空間分析，適用

               於處理地表分布連續但界線不明顯的地理現象，如森林監控、汙染擴散分析等。

       

儲存方式	向　　量　　模　　式	網　　格　　模　　式
意　　義	將真實世界簡化成一個個均質的點、線、多邊形等元素，並搭配一屬性資料庫，來表現資料的本質	將地表簡化成一個個陣列網格，每一網格為一均質單元，網格同時表現資料的屬性和圖形兩種特質
資料輸入	逐點輸入，建置成本較高	直接由遙感探測儀器取得影像，或利用 固定的平面間距取樣，來得到網格資 料。資料蒐集速度較快
資料結構	必須逐點記座標和順序，結構較複雜，但便於資料的查詢	為影像式網格結構，簡單明瞭
幾何精確度	能精確表示地理位置，不因地圖放大或縮小而改變	網格愈細，則幾何精確度愈高，但資料 量也愈大；圖形放大時，物體輪廓會產 生鋸齒狀的邊緣
適用時機	適用於離散性和階梯性的資料，如加油站、道路或都市土地利用分區的劃分，其資料有明確的位置或邊界。通常，人文社經現象及交通運輸、管線管理等具有此種特性	適用於連續性或平滑性的資料，如地形起伏或氣溫氣壓的變化等，其資料類別或數量高低為一漸進的演變。自然環境中的因子多具有此特性

地理資訊系統的應用：

其主要功能有：

1、查詢（Query）：使用者可以查詢每一方格地理資料的屬性。經由遮蓋（mask） 功能，使用

者並可針對某些特定範圍進行各種查詢，例如求 取其面積，各種不同屬性的百分比及面積、

周長等。針對ｎ個 不同層面的資料，也可查詢不同屬性組合所佔的比率。常見
的查詢範例包括：

a. 某一個行政區的人口、面積；
b. 某一個道路開挖所可能碰到的地下管線埋設狀況；
c. 某一筆土地的所有權人﹑地價﹑面積、轉移記錄等；
d. 某一個地點上，最近的加油站、銀行、或1公里範圍內的餐廳等

2、展示（display）：一般GIS系統都可以提供多種不同展示功能，例如平面的彩 色圖、三維

立體圖、點線面疊置的地圖等。我們可以根據 地面高度來繪製三維的fishnet map，而在其上

覆蓋地面覆蓋， 土壤或植被等不同的地理資料。隨著電腦圖形的進步，GIS 的繪圖功能越來

越多元、方便，圖形傳遞的技術也日漸提昇。

3、疊圖（overlay）：受到美國學著McHarg所提出的生態設計方法，疊圖(overlay) 功能是GIS

被廣為推介的主因，早期許多GIS的應用分即析 是鎖定在疊圖的功能上。透過多項圖層資訊

的結合，地理資 訊系統也可以進行區位的選取，

M例如：
1.進行潛在災害分析時，找尋坡度在30度以上的順向坡；
2.找尋住宅區時，選取在公車站牌500公尺距離內、1000
公尺內有公園、非屬潛在災害地區、平均房價每坪20萬 元以內之區域。

4.環區（buffer）分析：一條公路的噪音、空氣污染範圍有多大？核能電廠方圓 10公里內有多

少住家？舉凡這類的分析，都有賴環區指 令的執行。環區的概念根據某些特定的點、線、面

資料， 使用者可以進一步推演出其不同距離的環帶。例如：根據 高速公路的路線位置，我們

可據以求出不同環境因子的 影響範圍。

地理資訊系統除了可將屬性資料迅速轉成各種統計表、統計地圖外，還具有查詢、最佳路徑分析、

地勢分析、環域分析、疊圖分析等功能，和日常生活關係密切。

　１、地勢分析

　２、環域分析

　３、疊圖分析

　４、視域分析

一、查詢

　　查詢是GIS最常用的功能，除了可查詢地點的座標位置、兩地點間的距離、面狀圖形的面積外，

還可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。電子地圖的查詢就是GIS

最生活化的應用

二、最佳路徑分析

　　最佳路徑分析是利用電腦快速運算的功能，依照使用者需求，規劃出兩點之間的最佳路徑

三、地勢分析

地勢分析是指應用數值地形模型（Digital Terrain Model，簡稱DTM），透過電腦處理與運算，比較某一空間單元內相鄰兩地的高度值，進行坡度、坡向、視域等相關地理資訊的分析。

數值地形模型是以數值的方式記錄地面上平面位置（X，Y）及高程（Z）的座標值，用以描述地形資料。其應用範圍相當廣泛，在地形分析上可用來進行坡度坡向計算、等高線製作，土木工方面用來做

挖填方計算、坡地或道路開挖，災害評估方面可用在災害崩塌容積計算，其他常見可用來做三度空間

展示等等。

大屯山區數值地形模型

數值地形模型（Digital Terrain Model，簡稱DTM），是以ＸＹＺ座標格式來描述地表位置之數值資料，與傳統地圖上的等高線都是用來展現地形的高低起伏﹔雖然等高線使用方便，但僅限用於平面的展示，而DTM則不然，它可在GIS系統中被靈活地運用，如作成3D立體模型、飛行模擬、景觀模擬以及彩色地形圖等，另如將3D立體模型結合彩色地形圖，即可在電腦中複製出一個接近真實世界的地形面貌出來。 

 坡度與坡向在氣候、土壤、植被等自然地理方面，以及土地利用規劃、山坡地監測等工程領域，是相當重要的影響因素。此外，只要比較兩點間是否有阻礙視線的地點存在，便可產生視域圖。

在視域圖中，可清楚呈現某一指定地點上，向外能看到與不能看到的區域，故在無線基地臺、遊憩觀景臺或軍事觀察哨等選址時，可發揮最佳功能。此外，地勢分析還可提供防災與救災方面的應用，如海平面上升10公尺時，利用地勢分析估計臺灣東北部可能淹水的範圍

 以南投縣暨南大學為觀察點之視域圖

海平面上升10公尺時東北部淹水範圍模擬圖

視域分析是指找出由一點所能觀察或通訊的範圍。常用於評斷景觀的能見度，找出微波或

雷達的死角。視域分析結果在環境規劃和環境影響評估工作上都有許多應用功能。

例如，在國家公園範圍內進行設施興建規劃時，可以依據主題景觀所在的位置來規劃觀景台的

位置，視域圖可用以輔助選擇最佳的觀景點位置。在森林經營管理工作上，也可以利用視域分

析來選擇森林觀測站的位置，以最少的觀測站來涵蓋整個林區。

四、環域分析

　　環域是以點、線、面等空間單元為中心，在一定的距離內環繞該空間單元的區域。

利用環域分析，可以呈現出某種現象的影響範圍，常應用在各種保護區或管制區的劃定，如河岸生

態保護區、飛航管制區、核電廠的疏散圈

 日本政府在三一一地震導致福島核電廠受損時，以環域方式劃分出須強制撤離居民的範圍

環域分析是指當我們要表示某一地理現象時，想顯現出該種地理現象的影響範圍，而此種以中

軸線為基礎，然後向中軸線兩側一定範圍內標示出此種地理資料的影響範圍稱為環域分析。

可分為三種模式：

<1>點：像是以警察局或派出所管轄範圍的界定、汙染源、疾病的擴散

<2>線：畫定高速鐵路兩旁電子工廠受影響的範圍、道路沿線、斷層帶沿線

<3>面：畫設保護區的範圍、經濟海域

五、疊圖分析

疊圖分析是將比例尺、座標、投影系統相同，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。

傳統的疊圖分析，需要先在透明片上將研究區的各種主題地圖，繪製成比例尺、座標、投影系

統都相同的地圖，再將所有透明片疊合，找出符合需求的區域，製成可以展示結果的地圖。

這種疊圖方式不僅費時耗力，且容易在轉繪或疊圖時產生誤差。

利用地理資訊系統的空間分析功能，傳統的轉繪與疊圖步驟均可由電腦程式代勞，可快速繪

製且精確。如能在環域分析的基礎上，進行疊圖分析，將使GIS的分析功能得到更好的發揮

採用GIS和RS技術自動提取專題資訊，進行各種地理要素 （如道路、建築、植被、水域等）

的專題製圖，並利用GIS功能進行道路、建築、植被、水域等圖層的疊置與分析。

疊圖分析應用實例（尋找合適的建築用地）

疊圖是地理資訊系統中相當重要的功能，主要為空間物件的交集、聯集與差集運算分析，

即布林（Boolean）運算的AND、OR、NOT及NOR