113 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》

本題主要在考察學生對於地圖投影的基本概念、種類、以及在臺灣地區的實際應用。

核心觀念： 地圖投影是將地球表面（一個三維的球面或橢球體）轉換到平面地圖上的數學方法，過程中必然會產生變形（失真）。不同的投影方式會對形狀、面積、距離或方向產生不同程度的保留或變形。

詳解：

1. 地圖投影的定義：
地圖投影是一種數學方法，用於將地球表面（通常是近似的橢球體）上的點轉換到平面上，以便在地圖上表示。由於地球是彎曲的，而紙張是平的，因此在進行這種轉換時，必然會產生變形，包括形狀、面積、距離和方向的失真。

2. 地圖投影的主要參數及其意義：

• 標準緯線 (Standard Parallel) 或 標準經線 (Standard Meridian)：

  • 定義： 在某些投影中，投影面與地球表面接觸（或無限接近）的線稱為標準線。在這些線上，投影的變形最小，甚至沒有變形。
  • 意義： 標準線的選擇會影響投影的變形分佈。例如，在圓錐投影中，標準緯線的選擇決定了投影面與地球表面接觸的方式，進而影響投影的準確性。

• 中央經線 (Central Meridian)：

  • 定義： 在某些投影中，沿著中央經線的變形最小，或者中央經線被投影為一條直線。
  • 意義： 中央經線是投影的參考線，通常是投影的中心。它有助於確定地圖的方位和範圍，尤其是在圓柱投影中，中央經線通常沒有長度或方向上的變形。

• 投影中心 (Center of Projection)：

  • 定義： 在幾何投影（如方位投影、圓柱投影）中，投影中心是假設的光源或觀察點。
  • 意義： 投影中心的位置影響著投影的幾何特性和變形模式。例如，在從地球中心投射到切面的方位投影中，投影中心就是地球的球心。

• 變形 (Distortion)：

  • 定義： 指在地圖投影過程中，地球表面上的真實幾何關係（面積、形狀、距離、方向）在地圖上發生的改變。
  • 意義： 了解變形是選擇合適投影的關鍵。不同的投影類型會分別保持或變形這四種幾何性質：
    • 等角投影 (Conformal Projection)： 保持局部形狀和方向不變，但面積和距離會變形。
    • 等積投影 (Equal-area Projection)： 保持面積不變，但形狀和距離會變形。

本題主要考察學生對 DEM 和 DSM 這兩種重要的地形資料模型的理解，包括它們的定義、內涵、產生方法以及應用場景。

核心觀念： DEM 和 DSM 都是用數值方式表達地表高程的資料，但它們的「地表」定義不同，進而影響了它們的內涵、產生方法和應用。

詳解：

1. 資料內涵：

• 數值高程模型 (Digital Elevation Model, DEM)：

  • 內涵： DEM 代表的是「裸露的地面」的高程，即假設地表上沒有任何植被、建築物等遮蔽物時的地面高度。它反映的是真實的地表地形。
  • 簡言之： DEM 是「地」的高度。

• 數值地表模型 (Digital Surface Model, DSM)：

  • 內涵： DSM 代表的是「地表上所有物體頂部」的高度，包括地面本身、建築物、樹木、橋樑等所有可見地物的頂部。它反映的是人眼所能見到的最頂層地貌。
  • 簡言之： DSM 是「物」的頂部高度。

2. 產製方法：

• DEM 的產製方法：

  • 等高線內插 (Interpolation from Contour Lines)： 傳統的地圖資料，將等高線數據轉換為規則格網或不規則三角網 (TIN) 的 DEM。
  • 立體測繪 (Stereo Photogrammetry)： 利用航空攝影或衛星影像的立體像對，通過人工或自動的視差量測來提取高程信息。
  • 雷射掃描 (LiDAR)： 利用雷射脈衝從飛機或無人機上發射，測量雷射回波的時間來計算地表點的高程。LiDAR 數據通常具有高精度和高密度，可以同時獲取地面點（用於生成 DEM）和地物點（用於生成 DSM）。
  • 雷達測繪 (Radar Interferometry, InSAR)： 利用合成孔徑雷達（SAR）的干涉相位信息來獲取地表高程。

• DSM 的產製方法：

  • 立體測繪 (Stereo Photogrammetry)： 航空攝影或衛星影像的立體像對直接提取的頂部高程信息。

本題主要考察學生對關聯式資料庫基本概念的理解，以及如何將其應用於地理資訊系統（GIS）中，處理空間資料與屬性資料的關聯。

核心觀念： 關聯式資料庫以表格（關係）的形式組織數據，透過鍵值（Key）來建立表格之間的連結，這與 GIS 中空間物件與其屬性資訊的關聯性有著高度的契合。

詳解：

1. 關聯式資料庫 (Relational Database) 的定義：
關聯式資料庫是一種資料庫模型，它以表格（稱為「關係」或「表」）的形式來儲存數據。每個表格由列（記錄或欄位）和欄（屬性或字段）組成。表格之間可以透過共同的欄位（稱為「鍵」，如主鍵、外鍵）建立關聯，使得數據可以被組織、查詢和連結起來。

關聯式資料庫的關鍵特徵：

• 表格 (Tables / Relations)： 數據以二維表格的形式儲存。
• 欄 (Columns / Attributes)： 代表數據的屬性，如姓名、年齡、地址。
• 列 (Rows / Records)： 代表一個獨立的數據實體，如某一個人。
• 主鍵 (Primary Key)： 表格中唯一識別每一列的欄位，確保無重複且非空。
• 外鍵 (Foreign Key)： 一個表格中的欄位，參照另一個表格的主鍵，用來建立表格之間的連結。
• SQL (Structured Query Language)： 用於操作和查詢關聯式資料庫的標準語言。

2. 地理資訊系統 (GIS) 如何利用關聯式資料庫技術：

GIS 中的地理空間數據通常包含兩大部分：空間資訊（幾何形狀，如點、線、面）和屬性資訊（與幾何形狀相關的描述性數據）。關聯式資料庫非常適合管理和連結這兩部分數據。

應用範例：

假設我們有一個 GIS 專案，需要管理臺灣各縣市的行政區劃和人口統計資料。我們可以利用關聯式資料庫來實現：

• 建立表格：

  1. 「行政區劃」表格 (Polygon Features)：

     • FID (Feature ID, 主鍵)：唯一識別碼，例如 1, 2, 3...
     • Shape (幾何屬性)：儲存多邊形（縣市邊界）的幾何數據。
     • 縣市名稱：文字，如「臺北市」、「新北市」。
     • 面積：數值，平方公里。

  2. 「人口統計」表格 (Attribute Table)：

本題主要考察學生對 VGI (Volunteered Geographic Information) 的理解，包括其定義、產生背景、運作模式、參與者角色以及潛在問題。

核心觀念： VGI 是指由廣大公眾自願貢獻、產生和分享的地理空間資訊，它顛覆了傳統由專業機構壟斷地理數據生產的模式，成為當前地理資訊領域的重要趨勢。

詳解：

1. 自願性地理資訊 (Volunteered Geographic Information, VGI) 的定義：
VGI 指的是由廣泛的公眾（非專業地理資訊生產者）基於個人意願，利用各種工具（如智慧型手機、GPS 設備、網頁介面）共同參與地理空間數據的採集、創建、編輯、分享和使用。這些資訊通常是免費或低成本獲取的，並促進了地理資訊的普及和應用。

2. VGI 的意義：

• 地理資訊民主化： 打破了傳統地理資訊由政府或專業機構壟斷的局面，讓普通大眾也能參與到地理數據的生產和更新中。
• 數據時效性與覆蓋範圍： 公眾的參與可以快速更新地理資訊，尤其是在專業機構難以觸及的區域或時段（如突發事件、地方性變化）。
• 豐富的數據內容： VGI 可以包含傳統地圖難以涵蓋的細節，如餐館評論、景點評價、即時交通狀況、社區特色等，提供更豐富的地理維度。
• 促進協作與社群發展： VGI 專案通常圍繞特定的地理話題或區域，能夠凝聚社群，促進參與者之間的協作和知識共享。
• 創新應用： VGI 數據為許多新的地理應用和服務提供了基礎，例如眾包地圖、實時導航、災難響應等。

3. VGI 的運作模式：
VGI 的運作模式多樣，但通常包含以下要素：

• 數據採集： 參與者使用各種設備（如手機 App、GPS）在實地記錄地理位置資訊，或在線上編輯地圖。
• 數據上傳與儲存： 採集的數據被上傳到一個中央伺服器或分散式平台。
• 數據驗證與編輯： 數據可能經過社區成員、專案管理者或自動化工具的審核、驗證和編輯，以確保數據的品質和一致性。
• 數據分享與使用： 經過處理的 VGI 數據可以公開或以特定方式分享給其他用戶、開發者或研究者使用。
• 激勵機制： 有些 VGI 專案會提供非物質（如聲譽、徽章）或物質（如獎勵）的激勵，鼓勵參與。

4. 所需資料：

• 空間位置資訊： GPS 座標、地址、地標名稱等。
• 屬性資訊： 點、線、面的描述性特徵，如商店名稱、營業時間、評論、照片、道路類型、建築物資訊等。
• 時間資訊： 數據採集的時間、事件發生的時間。
• 使用者資訊： 參與者的身份（可匿名）、貢獻歷史、聲譽等。

5. 各類參與者在其中所扮演的角色：

• 數據貢獻者 (Data Contributors)：
  • 角色： 最廣泛的參與者，利用個人設備（手機、相機）記錄地理資訊，如拍攝照片、記錄餐館評論、標記興趣點、繪製地圖。
  • 範例： 使用 Google Maps 貢獻照片和評論的用戶、OpenStreetMap 的編輯者。