評估模式與系統整合

一、GPS/GIS/RS 技術整合

坡地社區環境潛在災害之空間分佈資訊與屬性資料建檔，乃為 本計畫之重點工作之一，其對相關資料之存取，將對於未來坡地社 區環境安全管理扮演重要角色。近年來，全球衛星定位系統(GPS) 成為目前大面積單位空間資料收集之最佳工具，其為美國國防部自 1971年起費時近20年，花費超過120億美元，於1973年初始發展的 一套精確藉由軌道衛星導航之空間地理座標位置定位系統，自1978 年起開始發射第一枚衛星，並於1993年10月起正式以24顆軌道衛星 作為全天候之地理座標三度空間定位。又GPS系統初研發乃美軍純 以軍事航空器和飛機導航需要為主要需求，整個系統發展完成後，

共有24顆人造衛星分佈在宇宙6個軌道上，以每12時繞行地球一週 運轉，每個軌道間互呈55度角，因此可使得GPS的使用者在地球上 的任何時間與地點，除有特殊地形、建物設施或森林遮蔽限制外，

皆可不受天候影響，而直接接收到至少4～8顆衛星的訊號，而加以 執行地表物相之座標定位，每顆衛星離地面高度約為20,000公里，

屬繞極衛星，運行週期約11小時57分，其平均壽命約為15年。GPS 系 統 架 構 一 般 可 分 為 太 空 單 元 (Space Segment) ， 控 制 單 元 (Control Segment)及使用者單元 (User Segment)等三部份，其中 太空單元及控制單元屬於衛星發射單位掌管主控，使用者單元將因 涉及資料接收之精度及即時時效而受到限制，但卻為一般使用者所 關切。使用者單元乃指能夠接收GPS衛星訊號之接收器(如圖5-9)。

由於GPS用途甚廣，使用者可依需求目的而異，選取採用不同功能

及精度的接收器。例如應用於工程測量時，則至少應包括一部接收 器(Receiver)、記錄器(Recorder)、顯示器(Screen)、天線或外接 天線(Antana)、資料處理器(Data Processer)及電力供應設備 (Power Supply Systems)等。

圖 5-3 GPS 衛星訊號接收器

每種接收器端視其如何應用 GPS 訊號內之資料處理分析而有 不同之設計方法；有些可接收電碼內所隱含資料及衛星訊息 (所謂 電碼接收器)，而有些則不需要用到電碼 (無電碼接收器) ; 前者 可直接由衛星信息及電碼資料從事即時性導航定位，而後者則需要 利用後處理之星曆做為輔助，故無法應用於即時性定位測量。另外 若接收器可同時接收雙頻(Ll 及 L2)之資料，則可用於消除電離層 折射影響。早期由於美國國防部不公開 P 電碼(P-Code)，許多衛星 接收器廠商在設計上皆刻意避開 p 電碼之使用，而發展出僅利用 C/A 電碼或不需電碼之接收器，以突破缺乏 p 電碼之限制，同樣擴 大了許多 GPS 可應用之領域；如今美國國防部已適度開放 P 電碼供 民間應用，其定位效能將更為快速而精確。

GIS 與 RS 技術乃是以資訊設備為作業系統接合地表地物地貌 之空間分佈特性(含衛星影像分析，數位高程建立與航照判釋)及屬 性資料，以提供各領域人員應用於調查區之相關地理資訊儲存、處 理與分析，並經由 GPS 之快速精確獲取地物地理座標資料與高空 (衛星影像)、中低空(航空照片)等遙測技術之影像正射校正與判釋 分析，而獲取大面積之地表地貌資訊，以提供自然資源之管理與天 然災害之防治，近年來，更由於高解析度之衛星影像解析力華衛二 號、Quick Bird 及 Ikono 等大幅提升，更擴大遙測技術之應用層 面與提高其判釋精確度，因此結合 GPS/GIS/RS 之 3S 科技對實地防 災工程構造物之分佈調查與區位座標標定，均可迅速提供其所在地 物地貌之精確空間分佈資訊，有助於調查工作之進行與調查技術之 提升，達到省工省時績效，故本計畫先以 GPS 就實地坡地社區之防 災工程構造物與其環境潛在災害點位進行地理座標定位，並以 GIS 與 RS 進行坡地社區環境潛在災害區之空間特性分析與其屬性資料 ( 含文字、數據、影像、圖層)之整合，其系統整治作業流程可列 如圖 5-10 所示。

圖 5-4 GPS/GIS/RS 系統整合流程圖

坡地社區環境潛勢災害調查

DGPS 測量

TMІІ 座標轉換

基站資料 差分處理

GPS 資料轉換 GIS 與 RS 之衛星影像

圖層格式資料整合

屬性資料輸入及 位相關係建立 建立坡地社區環境

潛勢災害防治 GIS 系統 RS 衛星影像

正射校正

GPS/GIS/RS 整合 比例尺調整與

座標系統確認

否 否

系統完成

二、資料結構特性 1.圖形資料庫

所謂圖形資料庫，係將治山防災構造物之空間地理分佈資 料，藉由GPS進行數化而產生數值圖層，其他與工程有關之基本 資料包括：水系、道路、地質、坡度、坡向、鄉鎮界、地形等。

圖層資料依其結構可分為向量式(Vector)、網格式(Raster)及 混合式(Hybrical)三種：

1）向量式資料結構

向量式資料結構的基本邏輯單元是將地圖依自然邊界劃 分 ， 產 生 向 量 式 資 料 ， 其 位 相 關 係 被 視 為 該 物 之 屬 性

（Attribute）。此一資料結構之優點在於理論的發展較完整 而易於了解，且資料精簡、佔用儲存媒體的空間小；但缺點 為空間的位相關係無法全部納入，且在進行套疊分析時計算 量過大。

2）網格式資料結構

網格式資料結構的基本邏輯單元係將空間位置地理網格 化，然後將網格當成資料收集與處理基本單元，同時將屬性 資料記錄於網格中。此一資料結構之優點在於進行套疊與分 析時較為簡便方便；但缺點則為資料量往往相當龐大。

3）混合式資料結構

向量式與網格式資料結構各有優缺點，遂採用折衷變通 辦法，即以網格式或向量式資料結構為主，再加上向量與網 格數據間之互換(Vactor to Raster Conversion)功能。但其 缺點為當資料過大時，資料轉換工作常成為作業瓶頸。此外，

圖形資料除了結構有所不同外，資料型式也有所差別，一般

來說，通常可以分成點圖層(Point)、線圖層(Arc)以及多邊 形圖層(Poylgon)三種。本計畫所採用之GIS/RS軟體係屬混合 式資料結構，皆可處理網格式及向量式資料，且其相互間可 提供圖層之相互轉換。

2.屬性資料庫

除了圖形資料之外，非圖形之屬性資料通常記錄在屬性資 料 庫 中 ， 而 其 又 因 為 設 計 之 不 同 ， 可 分 為 層 次 結 構 (Hierar-chical Structure)、網狀結構(Network Structure) 與關連式結構(Relational Structure)等三種。這三種資料庫 雖然各有所長，然而關連式資料庫本身具有操作容易、資料獨 立性高、資料結構清楚等優點，所以近幾年來在資料庫系統研 發方面的發展，多以關連式資料結構為主，本計畫所採用之GIS 軟體即屬於關連式資料結構，其未來更可與其他資料庫作相互 整合而設計其分析處理功能。

3.影像資料庫

圖形資料及屬性資料所表達之空間資訊，具有空間量化之 能力，其在坡地社區環境災害之空間管理上，乃為提供空間特 性模擬分析之主要資料來源，但此種空間資訊，其視覺化較差，

因此建立視覺化較佳之影像資訊有其需要，故本計畫所建立之 影像資料包括數位高程(DTM)、坡度、坡向坡地社區環境現況照 片與高雄壽山及旗山二地區之航空照片及遙測衛星影像，其經 數化建檔後即可提供相關單位查閱，此可令使用者或管理者增 加對坡地社區環境現況之瞭解與潛在災害防患之監控。上述各 相關資料之內容如表5-12所示。之圖形資料與屬性資料，均以 ARC/INFO GIS軟體進行圖層數化及資料格式轉換後，再將所需

圖層加以建立，而數位高程則藉由ERDAS Imagine影像處理軟 體，進行轉換與分析，產生應用性圖籍資料如坡度圖、坡向圖 等，以供展示、套疊與分析用。以此三種軟體所建立之資料庫，

不 論 是 向 量 式 或 網 格 式 的 資 料 ， 皆 以 ArcView8.X 軟 體 及 以 VB(Visual Basic)程式語言為介面進行整合，以供後續坡地社 區環境之即時查詢、展示、分析及管理用。

表5-12 坡地社區環境潛在災害空間資料庫之圖層種類與資料型態

三、評估模式系統化測試

本計畫所建立之資料圖層，因其資料型態包括圖形、影像及文

（數）字資料，故進行系統整合，有利於進行圖層資料之製作、查 詢、統計、分析管理及快所建立之評估模式速正確經由系統聯結操 作。本計畫採用WINDOWS作業環境之ArcVeiw、ArcGIS軟體，並以物 件 導 向 語 言 開 發 使 用 者 圖 形 界 面 (GUI ； Graphical User Interface)，以提升使用者對系統模式連結操作能力，讓使用者能 憑直覺，作即時正確的系統操作使用。因此所設計之人機系統交談 自然環境 地工環境 坡地社區災害環境 圖層種類 資料型態 圖層種類 資料型態 圖層種類 資料型態 土地利用 POLYGON 等高線 ARC 災害工程位

置 POINT 等溫線 ARC 坡度 IMAGE 衛星影像 IMAGE 等雨量線 ARC 坡向 IMAGE 社區環境照

片 IMAGE 水系 ARC 數位高程 IMAGE 潛在在害點 POINT 行政區界 ARC 地層 POLYGON 航空照片 IMAGE

水文站 POINT 斷層 ARC 集水區 POLYGON 土壤 POLYGON 植生分佈 IMAGE 道路 ARC

介面，可用選單式(MENU)或圖示(ICON)功能，配合資料結構和 GPS/GIS/RS系統運作，以展現其對坡地社區環境潛勢災害資料之查 詢、展示與分析處理功能。

以ARC/INFO與ERDAS所建立之圖層與影像資料，因均屬關連式 資料庫(RDBS)，且係屬一種以二維表列方式傳達各類資料特性，雖 然具備嚴謹之數學理論基礎與結構化之查詢語言，但其空間資料與 屬性資料係分開儲存，於進行空間查詢時，必需分別查詢空間資料 與屬性資料，再將所欲查詢結果進行整合展示，此將影響執行效 率，同時對未來資料更新亦易造成資料整合問題，近年來，所發展 的物件導向資料處理模式，可輕易將空間資料與屬性資料進行整 合，以物件啟動事件，對使用者圖形界面作開發，並達到同做 (Concurrency)、安全(Security)與回復(Recovery)之多重系統展 示功能。而ArcView與ArcGIS地理展示系統所提供之物件導向程式 語言設計功能，將可構建物件導向模式之應用系統，且可藉由動態

以ARC/INFO與ERDAS所建立之圖層與影像資料，因均屬關連式 資料庫(RDBS)，且係屬一種以二維表列方式傳達各類資料特性，雖 然具備嚴謹之數學理論基礎與結構化之查詢語言，但其空間資料與 屬性資料係分開儲存，於進行空間查詢時，必需分別查詢空間資料 與屬性資料，再將所欲查詢結果進行整合展示，此將影響執行效 率，同時對未來資料更新亦易造成資料整合問題，近年來，所發展 的物件導向資料處理模式，可輕易將空間資料與屬性資料進行整 合，以物件啟動事件，對使用者圖形界面作開發，並達到同做 (Concurrency)、安全(Security)與回復(Recovery)之多重系統展 示功能。而ArcView與ArcGIS地理展示系統所提供之物件導向程式 語言設計功能，將可構建物件導向模式之應用系統，且可藉由動態