108 年 國立政治大學地政學系碩士班土地測量與空間資訊組《地理資訊系統（GIS）》

本題主要在探討地理資訊系統（GIS）中的「適宜性分析」（Suitability Analysis）的觀念、意義、應用，以及執行時所需的資料與步驟。

適宜性分析的意義與核心概念

適宜性分析是一種空間決策支援工具，旨在評估地理空間中特定地點或區域，對於某種特定用途或活動的適合程度。它透過結合多個空間變數（例如坡度、土地利用、人口密度、交通可達性等），並賦予不同權重，來產生一個適合度分數或等級圖層。這個分數或等級越高，代表該地點越適合所評估的用途。其核心問題就是回答「哪裡是最佳地點？」

執行適宜性分析所需的資料與步驟（以零售商店選址為例）

以一個商業開發者尋找新零售商店的最佳地點為例，執行適宜性分析的步驟與所需資料如下：

1. 定義目標與準則：

   • 目標： 找出最適合開設新零售商店的地點。
   • 準則： 哪些因素會影響商店的成功？例如：
     • 可達性： 距離主要公路、交通樞紐的遠近。
     • 市場潛力： 鄰近人口密度、目標客群消費能力。
     • 競爭程度： 距離現有競爭對手的遠近。
     • 土地可用性與成本： 土地使用分區、地價。

2. 收集與準備空間資料（Data Collection and Preparation）：

   • 基礎圖層（Base Layers）：
     • 道路網路圖層： 包含主要公路、次要道路、交通樞紐的空間資料。
     • 競爭者地點圖層： 標示現有同類型零售商店的位置。
     • 土地使用分區圖層： 標示哪些區域可供商業使用。
     • 人口密度圖層： 顯示不同區域的人口分布密集程度。
     • 消費支出數據圖層： 顯示不同區域（例如郵遞區號、統計區）的平均消費支出。
     • 地價圖層： 顯示土地的價值。
   • 資料處理： 確保所有圖層的坐標系統一致，並進行必要的空間數據清理（例如移除重複點、修正拓撲錯誤）。

3. 進行空間分析（Spatial Analysis）：

   • 距離分析（Proximity Analysis）：
     • 計算零售商店地點與主要公路之間的距離。

本題主要在探討地理資訊系統（GIS）中的「緩衝分析」（Buffer Analysis）的觀念、繪圖說明、應用範例，以及執行時所需的資料與程序。

緩衝分析（Buffer Analysis）的定義

緩衝分析是指在空間資料上，以一個或多個空間物件（點、線、面）為中心，向外（或向內）圍繞出一個固定或變動距離的區域。這個區域就是「緩衝區」（Buffer Zone）。緩衝分析常用於定義影響範圍、安全距離、服務範圍、限制區域等。

繪圖說明

想像我們有一個點狀的圖層（例如一個水源保護區的取水口），我們希望找出距離這個取水口 500 公尺範圍內的所有區域。緩衝分析會在該點物件周圍畫一個圓，圓的半徑為 500 公尺。

• 點物件的緩衝區： 產生一個圓形區域。
  🖼️【此處應有一點物件，周圍畫一個圓形緩衝區的示意圖】
• 線物件的緩衝區： 產生一個帶有圓角的長條形區域，其寬度為緩衝距離的兩倍。
  🖼️【此處應有一線物件（如河流、道路），兩側各畫出緩衝距離，形成帶有圓角的長條形緩衝區的示意圖】
• 面物件的緩衝區：
  • 向外延伸： 在面的邊界外圍擴大一個緩衝距離，形成一個更大的面。
  • 向內縮減： 在面的邊界內縮減一個緩衝距離，形成一個較小的面（例如：排除邊緣的區域）。
    🖼️【此處應有一個面物件（如湖泊、保護區），向外繪製緩衝區和向內繪製緩衝區的示意圖】

應用範例與所需資料/程序

範例一：河流的保護區劃設

• 應用目的： 為了保護河流的水質和生態，需要劃設河流兩側一定寬度的保護區。
• 所需資料：
  • 河流圖層： 包含河流幾何形狀的線狀空間資料（例如：數位高程模型 DEM 提取的河流網、水系圖）。
• 處理與分析程序：
  1. 輸入河流圖層： 將河流的線狀空間資料載入 GIS 軟體。
  2. 設定緩衝距離： 根據環保法規或學術研究，設定河流兩側的保護距離（例如：上游 100 公尺，下游 50 公尺）。

本題主要在探討 UTM（Universal Transverse Mercator）座標系統的定義，並將其與手機定位常用的座標系統以及台灣目前使用的座標系統進行比較。

UTM（Universal Transverse Mercator）座標系統

UTM 是一個全球性的地圖投影座標系統，它將地球表面劃分為 60 個垂直的「帶」（Zone），每個帶寬度為 6 個經度。它使用橫麥卡托投影（Transverse Mercator Projection）將地球表面的經緯度轉換為二維平面直角座標（X, Y）。

• 投影方式： 橫麥卡托投影。
• 分帶： 全球分為 60 個帶，編號從 1 到 60，由西向東（1 帶從西經 180 度到 174 度）。
• 基準面（Datum）： 通常使用 WGS 84（World Geodetic System 1984）作為基準面。
• 座標表示： 每個帶內，以中央經線（Central Meridian）為 Y 軸（稱為 Easting，東向座標），赤道為 X 軸（稱為 Northing，北向座標）。為避免出現負值，中央經線的 Easting 值設為 500,000 公尺，赤道上的 Northing 值設為 0 公尺（北半球）或 10,000,000 公尺（南半球）。
• 優點： 在每個帶內，投影變形較小，適合區域性的大比例尺地圖製作和測量。全球統一，便於跨區域整合。

一般手機定位取得的座標

一般手機透過 GPS（Global Positioning System）或 GNSS（Global Navigation Satellite System）接收衛星訊號來定位。這些衛星系統本身提供的地理座標是基於大地座標系統（Geodetic Coordinate System），最常用的是 WGS 84。

• 座標類型： 大多為經度（Longitude）和緯度（Latitude），表示地球表面上一個點相對於參考橢球體（如 WGS 84 橢球體）的位置。
• 表示方式： 通常以度（Degrees）、度分秒（Degrees Minutes Seconds, DMS）或度（十進位 Degrees Decimal, DD）表示。例如：經度 121.5654° E，緯度 25.0340° N。
• 基準面（Datum）： 預設通常是 WGS 84。

台灣目前使用的坐標系統

台灣在歷史上和地理測量上，使用了多種基準面和座標系統，最常見的包括：

1. TWD97（或稱 TWD97 TM）：

   • 基準面（Datum）： 是基於 ITRF94（International Terrestrial Reference Frame 1994）重新定義的，更精確地貼合台灣地區的地殼運動。
   • 投影方式： 橫麥卡托投影（Transverse Mercator Projection）。
   • 分帶： 台灣地區使用一個中央經線（經度 121° E）的投影帶，稱為「TWD97 TM 兩度分帶」（Zone 103）或「TWD97 TM 三度分帶」（Zone 102）。
   • 座標表示： 平面直角座標（X, Y），單位為公尺。
   • 用途： 目前台灣官方測量、都市計畫、地籍圖等最廣泛使用的座標系統。

2. TIN（或稱 TWD67）：

   • 基準面（Datum）： 較早期的基準面，與 WGS 84 或 ITRF94 有較大的差異。
   • 投影方式： 橫麥卡托投影（Transverse Mercator Projection）。
   • 分帶： 台灣地區使用一個中央經線（經度 121° E）的投影帶。
   • 用途： 過去的測量資料仍可能使用此系統，但已逐漸被 TWD97 取代。

比較

| 特徵 | UTM 座標系統 | 一般手機定位座標 (WGS 84) | T

本題主要在探討如何利用遙測影像進行水庫集水區崩塌地的判釋，並編輯成主題圖（Thematic Map）的整個流程。

核心概念：
此題結合了遙感探測（Remote Sensing）的影像判讀技術、地理資訊系統（GIS）的空間分析與製圖能力，以及水土保持的專業知識。目標是從遙測影像中識別出潛在的崩塌地，並將這些資訊視覺化成一個易於理解的主題圖。

執行流程說明：

1. 影像獲取與預處理 (Image Acquisition and Preprocessing)：

   • 影像選擇： 選擇適合的遙測影像。考量因素包括：
     • 空間解析度： 需足夠細緻以辨識崩塌地的尺度。例如，高空間解析度衛星影像（如 WorldView, GeoEye）或航空影像。
     • 光譜解析度： 影像包含的光譜波段（例如，可見光、近紅外線、短波紅外線）需有助於辨識地表特徵。
     • 時間解析度： 選擇崩塌地容易顯現的時期（例如，雨季後、季節性植被變化時）。
     • 雲層覆蓋： 影像需盡量避免雲層遮蔽。
   • 資料獲取： 從影像供應商（如：政府測繪單位、商業衛星公司）處取得影像資料。
   • 預處理：
     • 幾何校正 (Geometric Correction)： 確保影像中的地理位置準確，通常會使用地面控制點（GCPs）或現有的精確地圖進行正射校正（Orthorectification），使其與地理座標系統對齊。
     • 輻射校正 (Radiometric Correction)： 校正影像因感測器、大氣、太陽角度等因素造成的亮度差異，使其能真實反映地表反射率。

2. 影像判釋 (Image Interpretation)：

   • 目視判釋 (Visual Interpretation)： 這是最傳統也常與自動化方法結合的方法。判釋員憑藉經驗，利用影像的「影像特徵」（如：色調、紋理、形狀、陰影、空間關聯性）來辨識崩塌地。
     • 色調： 崩塌地常呈現裸露的土壤顏色，可能與周圍植被的綠色不同。
     • 紋理： 崩塌區域通常有較粗糙、不規則的紋理。
     • 形狀： 崩塌通常呈現舌狀、扇狀或階梯狀。
     • 陰影： 崩塌的陡峭邊坡會產生明顯陰影，有助於判斷地形起伏。
     • 空間關聯性： 崩塌常發生在陡坡、河岸、道路邊坡附近。
   • 自動化/半自動化判釋 (Automated/Semi-automated Interpretation)：
     • 影像分類 (Image Classification)：
       • 監督式分類 (Supervised Classification)： 透過在影像上標記「訓練樣本」（例如，已知崩塌地、植被、裸露地、水體等），然後讓分類演算法（如：最大概似法 Maximum Likelihood, 支持向量機 SVM, 隨機森林 Random Forest）學習這些樣本的特徵，並將影像中其他相似特徵的像素分類到對應的類別。
       • 非監督式分類 (Unsupervised Classification)： 演算法自動尋找影像中的統計聚類，然後由判釋員將這些聚類與實際地物類別（如崩塌地）對應。
     • 特徵提取 (Feature Extraction)： 利用影像處理技術（如邊緣檢測、紋理分析）直接提取崩塌地的空間形態特徵。
     • 多時相影像分析 (Multi-temporal Analysis)： 比較不同時間點的影像，尋找地表發生顯著變化的區域，崩塌通常會導致地表反射率和紋理的變化。