109 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》

本題主要在探討三維地理資訊系統 (3D GIS) 的發展必要性。3D GIS 的核心價值在於能夠更真實、直觀地呈現地理空間資訊，提供更豐富的分析維度。

核心觀念： 3D GIS 相較於傳統 2D GIS，能夠更精確地模擬真實世界的空間結構與現象，提升資訊的視覺化與分析能力。

解題思路：
本題要求從「需求」的角度出發，舉出兩個具體例子來說明 3D GIS 的必要性。這表示需要思考在哪些實際應用場景中，3D GIS 的能力是 2D GIS 無法滿足，或是無法有效滿足的。

範例一：都市規劃與防災

• 需求： 隨著都市發展，建築物日益密集，高度也越來越高。在進行都市規劃時，需要評估建築物對周遭環境的日照、通風、視覺景觀的影響，同時也需要精確模擬洪水、地震、火災等災害發生時，建築物與地形的相互作用，以及人員疏散的路徑。
• 3D GIS 的必要性：
  • 日照與通風分析： 傳統 2D 地圖無法呈現建築物的高度與遮蔽關係，難以準確模擬陽光照射的角度與範圍，以及空氣流通的狀況。3D GIS 可以建立精確的建築物模型與地形模型，進行精確的日照模擬，幫助規劃者優化建築配置，提升居住品質。
  • 災害模擬與疏散計畫： 洪水淹沒、煙霧擴散等災害具有明顯的三維空間特性。3D GIS 可以將地形、建築物、管線等納入模擬，更真實地呈現災害的影響範圍與擴散路徑，例如模擬洪水在街道、建築物之間的流動，或煙霧在建築群中的飄散。這有助於制定更有效的疏散計畫，規劃避難路線，提高應變能力。
• 其他考量： 3D GIS 也能用於評估建築物之間的視覺衝擊，例如在高樓林立的區域，可以模擬不同視角的景觀，進行視覺景觀的評估與管理。

本題主要在考察利用地理資訊系統 (GIS) 進行物流配送路線規劃所需的資料組成與屬性定義。

核心觀念： 路網分析是 GIS 的重要應用之一，其基礎是建立一個包含路網幾何資訊與屬性資訊的空間資料庫，以支援各種路徑搜尋、最短距離、服務範圍等分析。

解題思路：
題目要求列出物流公司進行路網分析所需的主題地圖 (shapefile 格式)、其他資料，以及各主題地圖的屬性。這需要從物流配送的實際需求出發，思考哪些地理空間資訊是必不可少的。

一、所需主題地圖 (Shapefile 格式)

主題地圖是指以特定地理要素為表達對象的空間圖層。對於物流路網分析，主要需要以下幾類主題地圖：

1. 路網圖層 (Road Network Layer)

   • 幾何類型： Polyline (線狀要素)。
   • 說明： 這是路網分析的核心，包含所有可供車輛通行的道路。
   • 屬性：
     • Road_ID: 道路唯一識別碼。
     • Name: 道路名稱（如：中山路、環河快速道路）。
     • Type: 道路類型（如：一般道路、快速道路、高速公路、巷道、單行道）。
     • OneWay: 是否為單行道 (例如：0=雙向, 1=順向, -1=逆向)。
     • MaxSpeed: 允許的最高車速 (km/h)。
     • Length: 道路長度 (公尺或公里)。
     • TravelTime: 預計通行時間 (分鐘)，可透過 Length / MaxSpeed 計算，或更精確地考慮路況、號誌等因素。
     • Restrictions: 交通限制（如：禁止大貨車、限制高度、限制噸數）。
     • SurfaceType: 路面類型（如：柏油路、砂石路），影響車輛損耗或通行速度。
     • NumberOfLanes: 車道數。
     • Cost: 進入該道路段的通行成本（例如，過路費，或作為路徑成本的權重）。

2. 興趣點圖層 (Points of Interest - POI Layer)

   • 幾何類型： Point (點狀要素)。
   • 說明： 包含物流節點，如貨物集散點、倉庫、客戶地址等。
   • 屬性：
     • POI_ID: 興趣點唯一識別碼。
     • Name: 名稱（如：A倉庫、B客戶）。
     • Type: 類型（如：倉庫、客戶、加油站、停車場）。
     • Address: 詳細地址。
     • Coordinates: 經緯度座標。
     • Capacity: 若為倉庫，可記錄儲存容量。
     • ServiceTime: 若為客戶，可記錄平均服務（裝卸貨）時間。

3. 行政區界圖層 (Administrative Boundary Layer)

   • 幾何類型： Polygon (多邊形要素)。
   • 說明： 劃分不同的行政區域（如：縣市、鄉鎮市區），有助於進行區域性的配送規劃與管理。
   • 屬性：
     • Admin_ID: 行政區唯一識別碼。
     • Name: 行政區名稱。
     • Population: 區域人口數（若需考慮配送密度）。

4. 土地利用圖層 (Land Use Layer)

   • 幾何類型： Polygon (多邊形要素)。
   • 說明： 標示不同區域的土地利用類型（如：住宅區、商業區、工業區、農業區、保護區）。
   • 屬性：
     • LU_ID: 土地利用唯一識別碼。
     • Type: 土地利用類型。
     • Restrictions: 某些土地利用類型可能對貨運車輛有通行限制（如：禁止進入住宅區的重型車輛）。

二、其他資料

除了 Shapefile 格式的空間圖層外，還需要以下非空間資料或額外空間資料：

本題主要在考察數值地形模型 (Digital Terrain Model, DTM) 的三種主要表達形式：不規則三角網 (TIN)、等高線 (Contour) 及規則網格 (Grid) 的產製步驟、優缺點。

核心觀念： DTM 是對地表起伏形態的數值化表達，不同的表達形式適用於不同的應用場景，各有其優缺點。

一、產製步驟說明

1. 不規則三角網 (Triangulated Irregular Network, TIN)

   • 定義： 以一系列離散的測量點 (Mass Points) 作為頂點，連接這些點形成一系列互相無重疊且覆蓋整個區域的三角形。
   • 產製步驟：
     1. 數據採集： 獲取地表高程點數據，這些點通常是隨機採樣的，但會盡量涵蓋地表特徵（如山頂、鞍部、溪谷線、分水嶺線等）。這些點稱為「質量點」(Mass Points)。
     2. 邊界定義： 定義 TIN 的外圍邊界，通常由一系列點連接而成，形成一個包覆所有質量點的凸包或指定的多邊形。
     3. 三角化 (Triangulation)： 應用 Delaunay 三角化算法。該算法的原則是，任一三角形的外接圓內不應包含其他任何點。這能生成較為「規則」且「均勻」的三角形網格，避免產生過於狹長或扁平的三角形。
     4. 約束邊 (Constraints)： 在三角化過程中，可以加入「約束邊」，例如溪谷線 (Stream Lines) 或分水嶺線 (Ridges)，確保這些重要的地表特徵被準確表示為 TIN 的邊。
     5. 屬性賦值： 為每個三角形賦予其平均高程、坡度、坡向等屬性（雖然 TIN 主要關注頂點高程，但可計算三角形的屬性）。

2. 等高線 (Contour Line)

   • 定義： 連接海拔高度相同的點所形成的曲線。
   • 產製步驟：
     1. 數據採集： 獲取高程點數據（同 TIN 的質量點），或直接使用已有的 DTM 數據（如 TIN 或 Grid）。
     2. 等高距設定： 設定等高線的間隔（例如，每隔 10 公尺繪製一條等高線）。
     3. 插值與追蹤：
        • 若從高程點數據開始：在點與點之間進行高程插值，尋找高程值等於等高距整數倍的點，並將這些點連接起來形成等高線。
        • 若從 TIN 或 Grid 開始：可以透過對 TIN 的三角形或 Grid 的網格單元進行高程插值，並在單元邊界或內部尋找高程等於設定值的點，然後連接形成線。
     4. 平滑處理 (Smoothing)： 為了讓等高線圖看起來更美觀，通常會對生成的等高線進行平滑處理，但需注意避免過度平滑導致等高線交叉或失去原有地形特徵。
     5. 標示高程： 為每條等高線標示其海拔高程值。

3. 規則網格 (Raster Grid)

   • 定義： 將研究區域劃分為規則的正方形或矩形網格，每個網格單元 (Cell) 儲存一個高程值。
   • 產製步驟：
     1. 數據採集： 獲取高程點數據（質量點），或使用現有的 DTM 數據（TIN 或等高線）。
     2. 網格定義： 設定網格的大小（解析度，Cell Size）和範圍。網格大小決定了 DTM 的精度和數據量。
     3. 高程插值 (Interpolation)： 對於每一個網格中心點（或單元內），根據周圍的高程點（或 TIN 節點、等高線）進行高程插值，計算出該網格單元的高程值。常用的插值方法有：最近鄰法 (Nearest Neighbor)、雙線性插值 (Bilinear Interpolation)、反距離權重法 (Inverse Distance Weighting, IDW)、克里金法 (Kriging) 等。
     4. 賦值： 將計算出的高程值賦予對應的網格單元。

二、各形式的優缺點

1. 不規則三角網 (TIN)
   • 優點：
     • 數據精度高： 直接使用離散的高程點，能精確表示測量點的位置和高程，尤其適合表示地表起伏複雜、高程點分佈不均勻的區域。
     • 保留地形特徵： 可以通過約束邊 (Constraints) 精確表示地表要素，如溪谷線、分水嶺線、道路邊界等，這些特徵直接成為 TIN 的邊。

本題要求將一段關於向量式空間模型 (vector-based models) 的英文敘述翻譯成中文。

核心觀念： 向量式空間模型是 GIS 中表示地理空間資訊的一種基本方法，強調要素的幾何形狀和屬性，特別是其拓撲關係的建立。

解題思路：
仔細閱讀原文，理解每個詞彙和句子的含義，並將其準確、流暢地翻譯成符合中文語法的表達。

原文逐句翻譯與解釋：

1. "An important aspect of vector-based models is that they enable individual components to be isolated for the purpose of carrying out measurements of area and length, and for determining the spatial relationships between the components."

   • An important aspect of vector-based models: 向量式空間模型的一個重要方面
   • is that they enable individual components to be isolated: 是它們能夠將個別的要素（或組成部分）獨立出來
   • for the purpose of carrying out measurements of area and length: 以便進行面積和長度的量測
   • and for determining the spatial relationships between the components: 以及確定要素之間的空間關係。
   • 整句翻譯： 向量式空間模型的一個重要方面是，它們能夠將個別的要素獨立出來，以便進行面積和長度的量測，以及確定要素之間的空間關係。

2. "Spatial relationships of connectivity and adjacency are examples of topological relationships and a GIS spatial model in which these relationships are explicitly recorded is described as topologically structured."

   • Spatial relationships of connectivity and adjacency: 連通性 (connectivity) 和相鄰性 (adjacency) 的空間關係
   • are examples of topological relationships: 是拓撲關係 (topological relationships) 的例子