04 地理資訊系統簡介

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(1)Chapter. 04 – 地理資訊系統簡介.

(2)  逢甲大學地理資訊系統研究中心  崧旭資訊地理資訊系統講義.

(3) 前言.

(4) Geographic Information Systems; GIS  地理資訊系統係為一套整合各項相關地理資訊化作業  架構於一完整豐富的地理資料庫之上  具有資料擷取、編修、更新、儲存、查詢、處理、分. 析及展示等功能.

(5)  圖形資料.  屬性資料.

(6)  分層儲存  圖籍索引  圖層套疊與分析.

(7) 資料取得 既存 資料. 數位板. 現場 調查. 掃瞄儀. 遙感 探測. 文字檔案. 外部檔案轉換. 資料輸入與處理. 成果輸出與展示. 資料管理系統 地理資料. 硬拷貝. 圖形. 軟拷貝. 報表. 其他媒介. 多媒體. 位相 (topology). 屬性 (attribute). 資料轉換與共享. 資料操作與分析 結合模式.

(8) 資料取得 既存 資料 數位板. 野外 調查. 掃描儀.  資料蒐集與取得. 遙感 探測. 文字檔案.  資料輸入與處理  資料管理 檔案轉換.  資料轉換  操作與分析. 資料輸入與 處理. 續下頁 (next page).

(9) 承上頁 成果輸出與展示. 硬拷貝. 軟拷貝. 其它媒介. 資料管理系統 地理資料 位相 屬性 (topology) (attribute). 資料轉換 與共享.  資料蒐集與取得 圖形. 報表. 資料操作與分析 結合模式.  資料輸入與處理  資料管理  資料轉換  操作與分析.

(10) 點 (Points). 用來表達如井位 (Well Locations)、電話亭、建 築物等地理圖形太小且不連續的區位;另外點也可 用來表示如山頭點無法以面 (Areas)表達的地區。 用來表達如街道、河流或如等高線有長度卻沒有面積. 線 (Lines). 等地理圖形物件太狹窄而無法以面 (Areas)表達之輪 廓。. 用來表達如州、城市、土壤型式或土地使用分區具有 同質性區域的封閉地區。. 面 (Polygon). 用來表達如以高程數值描述地形高度的地區。在表達 方式上有所不同的是地形變化沒有明確的邊界。. 地. 形.

(11) 報表. 報告. 量度 流量圖. Report. 始 65 終. 圖示 林地 湖泊 公路.

(12) 每一筆資料皆 有一個 索引碼(index code) 以關聯到相關 資料庫. 地籍圖. 以地號為索引碼,找到其他資訊.

(13) 向量資料的 點.. 線.. 面. 網格資料的 點.. 線.. 面.

(14) 網格資料. SPOT XS 12.5m*12.5m band G, R, IR. 牡丹水庫.

(15) 彩色航空攝影照片. 台中市科博館. IKONOS band pan. 台北市圓山飯.

(16)  資料庫建置整合  應用系統開發  決策訂定與執行  資源共享與流通. 水資源系統. 交通系統. 土地系統. 警政系統. 防救災系統.

(17)  旅遊資訊  不動產仲介  汽車導航  行動通訊  其他生活資訊.

(18)  Web-GIS  3D-GIS on Web  Remote Sensing  GPS  Integrated GIS.

(19) GIS.

(20)  日常生活中,往往必須考量許多空間因素,例如地點、. 距離、相鄰關係…等,才能作下一步的決定  Ex:休閒旅遊交通路線的安排. 預計終點. 目前位置 經過地點.  空間化 → 絕對位置化 → 整合資訊 → 空間關係推導.

(21)  空間資料本來就是生活的一部份  一般人並未刻意加以強調  地圖  傳統即是描述與儲存空間關係較有效方式的一項產物.

(22)  狹義:  Geography,拆解為Geo與graphy  . geo意指地球上的事物 graphy則是記錄事物的過程。.  整合來看即是描述有關地球上的事物.  廣義:  指地表上下一切可見的特徵,以及解釋空間特徵的現象 或事件.

(23)  地理位置.  Where  表明這個地理資料的位置在何處。地理資料為空間資料的一種,因此必須對空間 中的位置加以標定.  屬性.  What  表明這個地理資料是什麼。地理資料除了空間資料之外,還包括與位置無關的非 空間資料,稱為屬性資料.  空間關連性.  How  說明空間中各物件彼此之間的關係.  時間.  When  說明不同時間中各物件彼此之間的關係,此為目前較難以處理的部分.

(24)  地理位置  Where:表明這個地理資料的位置在何處。 . 地理資料為空間資料的一種,因此必須對空間中的位置加以 標定。.  標定位置方法 . 經緯度坐標、橫麥卡脫坐標、門牌地址、相對坐標(正面大 樓的第二間…).  地理資訊系統中必須有共同瞭解與運用的坐標系統.

(25)  屬性  What:表明這個地理資料是什麼。 . 地理資料除了空間資料之外,還包括與位置無關的非空間資 料,稱為屬性資料。  Ex:道路屬性資料可能包括 . 道路寬度、路面材質、是否為單行道、所屬行政區…等.  屬性資料提供使用者各項可判讀分析的資訊  地理資訊系統中是將屬性資料抽離另外進行處理;但與. 空間資料能維繫著一定的關連性.

(26)  空間關連性.  How:說明空間中各物件彼此之間的關係  Ex:各段道路之間相接的情形、各宗土地彼此相接攘的情形  傳統紙圖的空間關連性是隱含於地圖之中,需要特別進. 行萃取判讀  地理資訊系統則將空間關連性特別予以記錄與處理 . 然而空間物間之間關連性相當多,需要取決於應用需求,將 所需的部分加以記錄或計算.  空間關連性對系統效率影響相當大,因此必須適應用需. 求加以記錄或計算.

(27)  時間  When:說明不同時間中各物件彼此之間的關係 . Ex:應用於保育地區是否有非法開發的變遷偵測.  此為目前較難以處理的部分,現行的方式是採用個別不. 同的圖層代表不同的資料.

(28) 相 互 關 係 時間 空間. 地理資訊系統. 相互關係.  所有事物皆可整合至地理資訊中.

(29) 空間資料. 屬性資料 街道圖.

(30)  資料蒐集不一致  資料重複建置、容易發生不一致的情形.  資料儲存不易  紙圖易隨時間或人員異動而破損流失.  資料取用困難  由各單位各自保管易造成資料不易利用.  資料分析缺乏  往往缺乏所需空間資料以進行分析分析.  資料展現不易  決策者無法充分掌握資訊與空間的關聯性.

(31)  各單位常需要為了個案的需求,進行資料的蒐集。  容易造成資料重複建置,與資料內容不一致的情形。  浪費人力、時間、經費之外,相同資料存在不同解釋更 是難以解決。.

(32)  傳統資料大部分都以紙圖形式保管  需要大量空間進行存放  紙圖容易變形、髒污與破碎導致保存工作困難重重。  資料多半由承辦人員保管隨著人員的異動,而造成資 料的流失.

(33)  調查與建置的資料,往往是由各單位自行保管  使用資料時,可能需要公文往返調閱,花費許多寶貴. 時間。  不一定能夠知曉彼此之間有何種資料可加以使用。  造成資料利用率不佳的情形.

(34)  知識理論不斷在更新,因此往往需要進行資料的分析. 與研究,以獲取經過驗證後的新資訊。  由於資料蒐集、儲存與取用的困難,許多個案於分析 研究時,往往缺乏足夠的參考與分析資料,而無法進 行分析進行相關知識理論驗證,更無法獲取成果所推 得的新資訊.

(35)  傳統資料一般均為文數字資料,多半是經由相關數據. 產生圖表的展現方式  在文數字資料與圖表之間缺乏明確的關係,政策相關決. 策人員往往無法充分掌握空間與資訊的關聯性。.  當資料包含立體空間問題、或大量資料來源,而彼此. 間比例尺或表現範圍又有所不同時,此時資料展現即 會受到限制。.

(36) 36.

(37) GIS發展歷史.

(38)  1960年代,加拿大政府針對廣大未利用的土地進行開. 發計畫,開發計畫需要對大量土地利用與環境適宜性 進行評估  以當時人力,加上傳統紙圖作業,以及浩大工程的資 料分析,估計需要200年的時間  因此若能利用電腦儲存大量資料,並且快速生產資料, 甚至進行運算分析評估的需求下,便誕生了地理資訊 系統(GIS)的概念與建置.

(39)  GIS的發展可分為下列四個階段:  萌芽期 (1960~1970年代初期)  發展期 (1973~1980年代初期)  商業主導期 (1982~1980年代後期)  使用者主導期 (1990~1999)  整合應用期 (2000~ ).

(40)  真空管的使用,IBM於1950年代初期產生「第一代」. 電腦  1950後期至1960年代初期,第二代電腦問世,電腦逐 漸於主要政府機關與各行業擔任重要的角色  氣象、地質與地理學家開始利用電腦設備製圖  此時自動化製圖機器尚未開發.  GIS的崛起,可歸功於:  電腦誕生與快速發展  製圖技術的改良  空間分析技術的革新.

(41)  加拿大地理資訊系統(CGIS)  1962年由加拿大農業發展機構計畫主導發展,為世界上 第一套GIS  目的是清查加拿大的土地資料,與整理其境內的邊際土 地而發展。於1964年CGIS才建立完成  世界上第一套地理資訊系統的發展,是為了解決環境問 題,即加拿大農業土地的復育與發展.

(42)  電腦科技持續發展,發明微處理器,誕生desktop. computer與personal computers  1970年代後期各項製圖技術與應用紛紛架構至電腦, 因此漸漸取代傳統人工繪圖  電腦科技進步推動GIS的成長  1969年,Intergraph、ESRI (Environmental Systems. Research Institute)相繼成立,並致力於研究網格式 (Raster)與向量式(Vector)的製圖與分析方法.

(43)  1981年,ESRI正式發表其開發的地理資訊系統軟體. Arc/Info  Arc/Info為第一套商業性的GIS軟體,架構於迷你電腦 之上,進行複雜的空間資訊分析  Arc/Info成功結合標準化的關聯性資料庫管理系統, 完成加拿大地理資訊系統,實現幾何資訊與屬性資料 分離的理念.

(44)  1970年代GIS發展已經有大幅的進步,並於1980年代中. 期加入部分影像處理與遙感探測系統功能  關連式資料庫  地理資訊的資料庫,於1980年代後期,出現了dBase與Oracle. 兩種關連式資料庫,提供了地理資訊系統最佳的屬性資料處 理工具.  1985年後  GIS軟體逐漸由UNIX系統,移轉至PC主機上的DOS與. Windows系統  將複雜的GIS轉變為較簡易的分析軟體.

(45)  經過長期的投入與發展,以及配合桌上型電腦. (Desktop Computer)強大運算能力,GIS的理論與應用 逐漸普及化,不同地區、不同業務單位的使用者,都 產生自身的需求  各項資訊經過傳輸轉換,使GIS處於開放系統的時期, 因此產生資料整合與共享的需求  台灣地理資訊系統的發展,約從1980年代開始,大約 是在本時期之中,各項資料建置與整合工作已具備相 當規模  資料更新、資源共享與流通為一項新的課題.

(46)  電腦軟硬體發展成熟、設備價格合理、網際網路普及. 使用,加快GIS普及應用  GIS技術發展趨勢走向整合性,以形成高度解決整合 能力的地理資訊系統  整合性:包含網際網路、行動通訊、遙感探測、全球衛. 星定位系統…等  人工智慧:包含專家系統、決策支援系統…等.

(47)  以GIS為核心集合各項技術,對空間資訊處理分析的. 結合應用,包括:  GPS,全球衛星定位系統: 結合電子地圖導航,用於道路交通搜尋、或緊急事件定位  RS,遙感探測: 進行環境變遷偵測或工程進度審查  無線通訊: 提供目前位置周遭資訊,如餐廳、停車場…等資訊的位置服 務.

(48) 台灣的GIS發展.

(49)  本地條件因素 台灣地區地狹人稠,若政府未依據自然環境因素、公共設施 位置、未來發展趨勢等條件對土地利用加以綜合考量規劃, 整體環境品質將日益惡化,因此地理資訊系統對台灣土地規 劃與管理,扮演了相當重要的角色.  台灣GIS發展可大致分為下列四個時期  萌芽時期 (1975-1980)  網格式系統時期 (1980-1985)  向量式系統時期 (1985-1990)  國土資訊系統計畫時期 (1990-迄今).

(50)  僅有一些政府單位運用GIS相關技術,且尚未建立GIS. 觀念  最早運用網格式系統為農委會於1976利用衛星對森林 資源的管理,以及稻米生產的預估  內政部地政司於1979年首先開始以向量式土地利用管 理系統管理地籍資料  上述兩案例為本時期台灣GIS發展的基石.

(51)  正式引進GIS觀念,系統以網格式為大多數  農委會為本時期相關計畫的最主要負責單位  中央大學遙測中心為國內最重要的遙測研究單位.

(52)  為國內地理資訊應用開始起飛階段  國土資訊系統於本時期進入規劃與可行性分析工作  政府相關單位仍然扮演最主要負責單位,且應用系統. 以轉變為以向量式系統為主.

(53)  我國GIS發展轉捩點 – 1991 「良好的政策與適當的規劃分析,重要關鍵是掌握最新 最正確的資訊與資料,並且必須透過先進的技術與工具, 因此能否成功推動與建立地理資訊,將直接影響政府單 位施政及決策品質,更連帶影響民眾權益」 整理至許文志,「台灣省地理資訊系統推動與建立之具體作法」演講稿.  以內政部資訊中心為核心,國土資訊系統計畫開始進. 行組織化與全面性推動.

(54)  以往獨力發展地理資訊系統作業  自行建置資料庫,易形成資料格式、資料定義、坐標系統、. 精度等不相同情況  往往造成資料重複建置與資料無法整合.  成立統籌協調組織,進行規劃與標準訂定  釐定各單位負責的資料類別、標準格式、資料品質與更新作. 業  整合分散的空間地理資料,提高資訊共享、減少重複建置作 業  提升各單位對業管範圍之規劃、管理與決策能力.

(55)  分散地理資料的整合  提供多目標使用  主管機關負責維護資料  空間決策支援系統基礎.

(56)  組織架構  中央  綜合作業分組  標準制度分組  網路規劃分組  九大資料庫分組.  地方政府  地理資訊系統推動小組.

(57) GIS 定義.

(58)  Goodchild,1985. 地理資訊系統是一套獲取、儲存、管理、分析及展示 自然現象與其相關的資訊整合系統  Burrough,1986 一組可以自實際的世界中,為滿足使用者需求所進行 空間資料的蒐集、儲存、更新、轉換以及顯示的有力 工具.

(59)  Dana Tomlin,1990 GIS的廣義定義為預備、展現及解釋地表現象的設 備;狹義而言,GIS是為取得、維護及使用圖籍資 料而設計的一套電腦軟、硬體設備  ESRI,1990 GIS是結合電腦軟、硬體、地理資料及個人設計的 系統,可以有效率的獲取、儲存更新、操作、分 析及展示各種地理極其相關資訊.

(60)  Davis,1996. GIS是一套以電腦為基礎的系統,可以由地圖輸入、儲 存、管理、分析及展示空間(即非空間相關)資料; 結合資料庫及空間分析能力,並製作系列性的產品  Bernhardsen,1999 GIS是可以利用一般電腦為基礎來處理與分析地理資料 的系統,其中包含軟、硬體周邊相關製圖及交流設備.

(61)  內政部資訊中心,1993 地理資訊系統是幫助吾人處理地理資料及協助空 間決策的電腦系統,具備地理資料輸入、處理、 管理、分析及輸出的功能  施保旭,1997 地理資訊系統,乃是一組軟體(工具箱的角度), 能讓你以數位化形式蒐集空間資料;有效率的存 取這些資料;分析這些資料,得到衍生的資料, 以使用者方便有效的方式展現數位化資料,以及 針對特定應用加以組合調適所得的應用系統.

(62)  總體來說,GIS是: 用來儲存與處理地理資訊的電腦系統,包括對真 實世界的空間資料進行獲取、管理、處理、分析 與展示等工作,以解決與空間相關或複雜的規劃 與管理問題  GIS的能力     . 蒐集、儲存與擷取空間資訊 透過圖形與文數字方式展示空間資料 查詢滿足特定條件的空間資訊 釐清空間資料之間的關係 進行空間資料的分析輔助各項決策擬定.

(63) 資料展現. 資料輸入. 資料處理. 資料分析. 資料庫.

(64)

(65) 電腦測繪 資料庫 管理. 遙測. GIS. 全球衛星定位. 電腦輔助設計.

(66)  在文數字資料庫方面,過去有階層式資料庫. (Heirarchical Database)及網路式資料庫 (Network Database)。  大多數近代的資料庫系統,例如:DBASE、FOXBASE、 ACCESS、SQL Server、ORACLE、INFORMIX等為關 連式資料庫 (Relational Database)。  目前向量式GIS的屬性大多儲存在關連式資料庫系統 中,僅就關連式資料庫系統加以介紹。  空間資料庫(Geodatabase),近年各資料庫漸漸發展出 空間資庫形態,以供GIS系統使用,如ORACLE、 SyBase、SQL Server.

(67) GIS 功能.

(68)  GIS是能夠提供使用者關於任何空間資料的查詢與分. 析的工具  進行購屋評估、行車動線安排、店鋪選址協助、潛在淹. 水區分析…等  利用GIS的協助將可以成為生活上的好幫手.  當輸入資訊經過相關處理後,將以地圖的圖形提示方. 式展現,提供作為最佳決策的參考.

(69)  空間查詢  從圖上查詢任一物件的資料(如超商,河川,學校,建物等)  屬性查詢  查詢符合特定條件的地點(如所有學校)  變遷研究  比較同一地點的某種特性隨時間的變化(如建築物結構)  最佳路徑尋找  找出任意數點之間的最佳路徑(行車最短距離)  空間分佈的研究分析  Ex:便利店分佈  預測模擬  模擬某種因素的改變對環境的可能影響(工廠排放物).

(70) 土地資源 生態資源 水文資料 … 自然資源 地形資料 人文資料 …. GIS 應用軟體. 資料庫. 經營. 管理 執行. 結果. 規劃.

(71) 資料獲取. 資料分析. 資料儲存. 成果展示. 資料查詢. 成果輸出.

(72)  GIS提供的功能範疇相當廣,概略可分為以下部分:  空間圖資輸入  屬性資料管理  資料查詢  資料展示  資料分析  成果輸出.

(73)  GIS最重要部分 – 資料  第二手的現有資料  自行建立資料.  資料來源類別  傳統紙圖  GPS坐標  衛星影像.  輸入資料方式  數化  掃瞄. 1,543.42 2223.54 2,582.32 5947.65 3,577.22 6548.52 4,857.66 9856.56 5,875.25 6582.12. Coordinates.

(74)  GIS資料. 欄.  圖形資料  屬性資料.  採用關連式資料庫  由個別表格組成  表格中包含欄位與記錄  記錄之間的關係包含  一對一關係  一對多關係  多對一關係. 記. 錄. 位.

(75)  分為圖查文與文查圖  圖形查詢屬性 (圖查文)  屬性查詢圖形 (文查圖).  資料查詢  提供作為輔助資訊  尋找選擇所需資料  釐清資料間的關係  計算相關統計資料.

(76)  資料分類展示.

(77)  空間關係查詢  完全包含    . completely contain 被包含於 are contain by 完全落入 are completely within 於…特定距離內 are within a distance of 中心落入於 have their center in. ►空間分析 環域 Buffer 溶解 Dissolve 合併 Merge 裁切 Clip 交集 Intersect 聯集 Union.

(78)  視覺化展示  地圖  表格. 指北針.  統計圖.  地圖內容  地圖主體  標題  指北針  比例尺  圖例  地圖格線. 圖例 比例尺.

(79) GIS 相關資訊.

(80)  MapInfo  Arc/Info;ArcView ; ArcGIS  AutoCAD Map  WinGIS  MicroStation  SuperGIS (TW)  QGIS (Free).

(81)  隨成本的降低及不斷的技術突破更廣泛應用在工 商企業界。  透過三維視景的模擬功能,呈現實際無法以肉眼 可見的景觀。  突破時間限制,長期性觀察偵測自然環境中某些 因子的變化。  與其他相關科技結合,如 3S (RS + GPS + GIS),有 效的處理及分析大量資料,以助於深入的了解人 文環境和自然資源, 進而維持全球性的經濟能源 及生活環境。.

(82)  傳統的GIS大多建構在光碟或個人電腦上,資料的更新與. 流通相當不易,由於網際網路(Internet) 的迅速發展,使 得許多GIS改換至網際網路上來建置。  簡單地說,Web GIS就是在Internet的WWW (World Wide Web) 上設計一GIS,使Web GIS具有GIS與Internet 的功能, 有時又稱為Internet GIS或IGIS。.

(83) 比較項目. GIS. 系統環境. 單機定點式. Internet上之WWW. 使 用 性. 須安裝及規劃方能使用. 立即上線,資料不須額外加工. 資料更新. 須重新發行及安裝才可. 可隨時. 操作介面. 系統不一,使用者須重新學習. 透過瀏覽器. 頻寬要求. 不需要. 高. 技術層次. 成熟且完整. 起步中,還不夠成熟. 功. 完整(不受限制). 簡單. 多且完整. 少且不完整. 能. 發展工具. Web GIS.

(84)  Google Map  UrMap  網際網路的地理資訊系統與相關服務  房屋網  Google Earth  QGIS. 延伸思考: 1. 休閒產業的資訊系統 可否使用類似的功能? 2. 哪些功能是欠缺的?.

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數據

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參考文獻

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