評估模式與資料庫系統初步整合

一、GPS/GIS/RS 技術整合

坡地社區環境潛勢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 5-3)。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、記錄器、顯示器、天線或外接天線、

資料處理器及電力供應設備等。

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

圖 5-3 GPS 衛星訊號接收器

資料來源：本研究整理

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(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福衛二 號（ForosatⅡ）、Quick Bird、IkONOS 及 LiDAR 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 科技對坡地社區環境潛勢災害區之分佈調查與潛 勢災害區位之座標標定，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 就實地坡地社區之環境潛勢災害點位進 行其 TMⅡ地理座標定位，並以 GIS 與 RS 進行坡地社區環境潛勢災 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 5-4 所示。

圖 5-4 GPS/GIS/RS 資料庫系統整合流程圖 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

GPS/GIS 資料庫系統 RS 衛星影像

正射校正

GPS/GIS/RS 資料 庫整合測試 比例尺調整與

座標系統確認

否

否

系統完成

資料來源：本研究整理

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二、資料結構特性

1.圖形資料庫

本研究之圖形資料庫係將坡地社區環境潛勢災害區之區位 在空間之地理分佈資料，藉由GPS進行數化而產生數值圖層，另 外其他與環境潛勢災害有關之基本資料包括水系、道路、地質 構造、岩性、土壤、坡度、坡向、鄉鎮界、DTM地形等圖層資料，

依其資料結構可分為向量式(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

本研究中所列屬之坡地社區環境潛勢災害資料庫，除了圖 形資料外，非屬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，

惟因近年來關連式資料庫具有操作容易、資料獨立性高、資料 結構清楚等優點，所以本研究所研發之資料庫系統則以關連式 資料庫結構為主要系統建構平台與基礎，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 合設計而呈現其資料之分析處理功能。

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，其在坡地社區環境潛勢災害之空間管理上，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、坡向及坡地社區環境 現況照片與南投縣航空照片及遙測衛星影像，其經數化建檔後

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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勢災害防患之監控。上述各相關資料之 內容例如表5-12所示。表5-12中所列各項圖形資料與屬性資 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ArcView9.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。

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

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 災害區位 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 潛勢災害點 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

表 5-12 坡地社區環境潛勢災害資料圖層種類與型態

資料來源：本研究整理

件導向語言開發使用者圖形界面(GUI)，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：Relational Database System)，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

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：Relational Database System)，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