地理資訊系統於土地規劃上之應用

在土地利用規劃過程中，除了考慮各種土地在空間上的分布及需 求，也要考慮土地適宜性及土地規劃相關法令政策等因素。這些因素在 規劃使用過程中各有其不同的作業特性，透過對地理資訊系統各功能介 紹及空間分析模組功能之說明，了解各種分析功能與規劃作業之關係，

本研究將透過空間分析等模組在土地規劃上應用，有助於規劃及模式建 構。地理資訊系統之定義與功能敘述如下：

地理資訊系統(Geographic Information System,GIS)泛指一套可處理 空間資料輸入、儲存、選取、分析、與展示等功能之電腦輔助系統。GIS

他利用到空間分析技術之各個不同領域間的共同基礎。具有以下之基本 功能：

1. 資料輸入：即可將不同來源及格式之資料，處理轉換為電腦可接 受之數值形式資料。

2. 資料儲存及管理：符合使用目的之資料儲存結構，不僅能節省資 料儲存空間，亦可迅速、正確地尋取及管理資料。

3. 資料分析與轉換：地理資訊系統可依不同作業之需要，提供不同 之分析功能，且應具資料格式之轉換功能，以利不同資訊系統間 資料之互通利用。

4. 資料輸出與顯示：原始基本資料或經分析後之成果，可透過各種 輸出工具輸出圖形或屬性資料，亦可由電腦螢幕直接顯示資料。

凡是與相對位置或空間分布有關的知識都是地理的範疇；將空間資 料經數位化處理後，儲存於電腦資料庫中，就是資訊；將電腦硬體、操 作軟體、空間資料與使用人員連結起來，就是一個系統。其中地理資訊 系統之資料結構，依其輸入、儲存、與輸出方式，大致可分為下列數種：

(1) 向量式(Vector)地理資料：將圖形資料以點、線、面等數值座標結 構儲存，並進一步建立空間上之拓樸。

(2) 網格式(Raster)地理資料：將研究區之圖形資料以相同規格之網格 (Grid cell)架構來儲存，或展示地理資料。

(3) 文數字屬性資料：不同項目地理資料在空間分布上有不同之特 性，此特性可由文字或數字之屬性資料代表，地理資訊系統主要

及結合空間地理資訊與屬性資料，據以從事分析作業。

圖 2.7 網格化示意圖 資料來源：本研究繪製

網格式資料結構是將地表空間資料，以網格的形式表示，而每一個 格子表達的乃是各屬性值，如圖 2.7 所示(a)為真實世界的圖徵；(b)為圖 徵轉為網格資料；(c)為由向量圖轉為網格式資料。而網格的大小就代表 網格資料解析度，其網格越大，解析度低。相反的，網格越小，解析度 越高，所表現空間資料越接近真實世界。網格資料的記錄方式為每一個 網格中記錄的值，以不同數值代表不同的土地利用類別，1 表示工業、2 表示住商、3 表示農業等類型。

進年來由於地理資訊系統(GIS)的蓬勃發展，使得以 GIS 為基礎所建 立的空間模型已廣泛運用於土地利用之規劃中，國外部分相關研究敘述 如下：Mallawaarachchi et al.(1996)結合地理資訊系統(GIS)與線性規劃 (linear programming)方法，在自然資源上管理與應用，透過空間分析的圖 層套疊及最佳化模式的應用，評估土壤侵蝕的危害與經濟成本，防止土 壤惡化，找出最高效率之土地利用。Irwin and Geoghegan (2001)在土地規 劃上，利用空間模型的建立，協助解決城市擴展之間有關經濟、人口成

長與環境因素等相關問題。都市土地利用分配，在多種利用類型情況下 如工業區、與住宅區並且考慮生物樣性(biodiversity)，使土地規劃為一項 複雜的任務，Svoray et al.(2005)為了讓小且密集的國家如以色列，土地利 用能帶來地區永續發展，且解決生態敏感區及人口快速成長之問題，該 研究使用地理資訊系統，為地區作合適評估，其評估準則為自然保護、

林地種植、住宅區及工業區，且考慮地形因子、土壤因子讓土地規劃更 完整。將相關準則及條件透過圖層套疊分析(Overlay Analysis)之功能，利 用圖層分級或給予權重後作疊圖分析而得到合適條件區域，以供決策。

森林綠地在都市社區裡，可為都市空間帶來美感與提供休閒娛樂的 地方，並且有淨化空氣及吸收二氧化碳作用，Attwell(2002)探討都市土地 資源利用與都市規劃，在丹麥市是否有足夠森林空間，除了未開發地區 以外，尋找可被種植樹木的區域，包括工業區、公共機構、住宅區、等 綜合地區，可被利用種植樹木的地區，並以地理資訊系統協助規劃。

Freppaz et al.(2004)結合地理資訊系統與數學規劃模式之決策支援系統，

探討以能量供應為目標之森林開採策略，決定造林面積，並同時考量經 濟、社會、技術及法規之期望與限制。Phua and Minowa(2005)提出森林 保護計畫，以多準則決策方法，配合地理資訊系統評估以及層級分析法 作分析，以森林保護為主題層，生態、土壤、水源保護及潛在威脅為準 則層，其分析結果提供森林管理策略供決策者評估及判定。Bailey et al.(2006)以最大自然效益，以森林地帶為空間目標，透過地理資訊系統規 劃，其主要效益為生物多樣性、休閒娛樂、碳儲存、自然風景等，同時 保護自然資源。

為了加強水資源保育與集水區經營管理，河流與水庫集水區及地下 水補助區之土地利用與經營管理為維持水資源之質與量的基礎，Grabaum and Meyer(1998)以地理資訊系統為平台，建立多準則最佳化模式對一個 48 km²之試驗區進行土地利用最佳化分析，其考慮之因素包括地下水之 補注、地表水之排放標準、土壤沖蝕之危害及農作物之產量等。Wang et al.(2004)探討集水區上作土地適用分析並整合地理資訊系統，建立最佳化 模式，透過集水區鄰近周圍相關土地利用資料(森林、農業、工業等) ， 社經資料之蒐集，該研究以最佳化模式之分析並同時兼顧經濟效益及環 境衝擊(水土流失及水品質保護)，等多重目標下建立多目標優化模式進行 土地利用分配之探討。Higgins et al.(2008)在澳洲東部流域面積 142,000 公頃，使用數學規劃方法解決環境規劃上的問題，利用多目標規劃的方 式，以最大環境效益為目標，同時考慮生物多樣性(biodiversity)、碳封存 (carbon sequestration)等考量。

土地利用在空間上配置，為複雜規劃問題，然而同時考慮生態、經 濟及空間配置，在土地規劃上相當重要，若忽略這些關係可能造成環境 衝擊與土地利用零碎分散，Carsjens and Knaap(2002)在農業規劃上結合地 理資訊系統，並考慮限制及法律規定不可開發地區，以及利用多準則評 估方法分析未來農業區位地點。

為了改善都市空間無計畫的擴展，Garbriel et al.(2006)以多目標規劃 結合地理資訊系統，在智慧型成長(smart growth)理論下進行土地規劃，

融合成長管理理念，並支持集中而非分散的就業和服務的都市發展樣 式。Liu et al. (2007)在中國武漢，漢陽湖地區，結合 GIS 系統與多準則分

析方法，評估與預測 2006 年至 2020 年間土地利用變化，透過層級分析 法(Analytical hierarchy process)，以永續土地利用為主要目標，自然、生 態、社會經濟與位置為評估準則，透過不同的因素與權重，評估最佳永 續土地利用，研究中結合AHP 與 GIS 方法讓土地利用達到永續，且平衡 都市擴展及生態保存。

國內對於地理資訊系統應用在林地、坡度敏感區、集水區鄰近土地 規劃，結合地理資訊系統及土地利用規劃相關方法，評選出最適土地利 用相關研究敘述如下：張小飛(2000)以生態規劃法的方式探討林地利用，

利用地理資訊系統的數值分析方法與生態規劃法，對自然環境與人文特 性進行分析，了解土地適宜性，土地開發上的限制包括：交通可及性、

土石流、崩坍地、坡度等法規限制。以及考慮社會經濟條件上的需求。

流域之土地利用管理應考量對各項敏感性之影響，黃麗津(2003)利用 GIS 與數值地形於坡度敏感區之研究，整合環境地質資料，配合坡度及 敏感評估架構，以花蓮清水溪流域為例，分析清水溪流域地區坡度敏感 特性，藉由 GIS 空間分析之功能，資料之蒐集及分析，了解該地區之潛 在坡地敏感的基本特性。林雅玲(2005)在保育與防災基礎上，對水庫集水 區的開發與利用，以土地適宜分析方法為基礎，應用地理資訊系統的空 間分析，對不同土地利用型態做適宜評估，同時考量水庫集水區之敏感 特質，重新規劃水庫集水區域內之最適土地利用。李偉銘(2006)以優化模 式整合地理資訊系統在土地規劃管理上應用，以山坡地土地之基本特性 做為土地條件之評估因子，利用U/L ratio 之土地利用適切性評估法最為 依據，利用 GIS 系統篩選出過渡開發之土地，並且使用優化分析技巧推

求最適化土地管理方案。

在林地規劃方面，為了使林地的經營管理更有效率，陳建璋(2000)、

林長青(2002)將林地分級，透過地理資訊系統為技術、工具，其結果將可 提升造林管理效率。彭秋蘭(2003)藉由決策樹分析，進行荖濃溪事業區林 地分類及林地適宜性分析以數值高程模型資料，配合地理資訊系統的空 間資料整合、擷取及展示的功能，將同性質或相似性林地進行歸併，進 行林地分類規劃使用，分別為自然保育區、森林育樂區、國土保安區、

林木經營區四個區域。以了解林地使用分區特性與生態環境之關係。王 素芬(2001)以數學規劃方法配合林地分級決策支援系統知識庫之模糊隸 屬函數，尋求林地分級最適準則，利用地理資訊系統與決策支援系統及 數學規劃作一連結，提供林地適宜性分析，結果顯示利用數學規劃可以 提高決策支援系統評估的準確性。陳志彰(2005)應用 GIS 分析結合遙測

林木經營區四個區域。以了解林地使用分區特性與生態環境之關係。王 素芬(2001)以數學規劃方法配合林地分級決策支援系統知識庫之模糊隸 屬函數，尋求林地分級最適準則，利用地理資訊系統與決策支援系統及 數學規劃作一連結，提供林地適宜性分析，結果顯示利用數學規劃可以 提高決策支援系統評估的準確性。陳志彰(2005)應用 GIS 分析結合遙測