GIS基本概念

GIS基本概念●地理資訊系統(Geographic Information Systems，簡稱GIS)是一種處理空間資訊的技術。

●實例：⏹台北市多目標門牌供應管理系統(.tw/)⏹高雄市航測影圖查詢系統(詳附圖)●GIS係由「資料庫」和「功能」二大部份所組成(詳下圖)。

●資料庫由「圖形資料庫」及「屬性資料庫」二部份所組成。

圖形資料庫的資料型式分為「網格式資料」和「向量式資料」二種。

網格式資料包括了航空照片、衛星影像等資料，向量式資料則是由點、線、面等資料型式所構成。

●關聯式資料庫是目前最常見的屬性資料庫結構，階層式和網絡式資料庫目前已經相當少見。

物件式資料庫則是下一世代的資料庫結構，目前已有一些資料庫採用此種資料庫結構。

●關聯式資料庫可以看成是一群表格的組合。

●「圖形資料庫」和「屬性資料庫」之間，存在一些鏈結(link)，如下圖。

透過這些鏈結，可以由圖面查詢其相應的屬性資料，也可以將屬性資料庫的查詢結果，顯示其空間分佈的情形。

●GIS具有CAD所無之以下特點：1.位相關係(topology)2.資料庫管理能力3.空間分析功能4.圖層劃分方式5.地物編碼6.區分「數化」及「繪圖」二個階段。

在「數化」階段，注重其坐標位置；在「繪圖」階段才決定其線型、顏色、指北、比例尺、圖例等問題。

【註：隨著技術的演進，GIS和CAD之間的界線，越來越模糊。

】●測量成果與業務主題圖的差別⏹測量成果經常以CAD呈現◆一圖層一屬性◆屬性資料依附於圖元或以註記方式呈現，而非存於資料庫●如：路名、河川名、建物結構、樓層數⏹測量成果無地物編碼⏹測量成果常以正方圖幅管理圖檔，割裂街廓、建物。

⏹測量成果常以點資料表示停車場、農地、菓園、草地，宜以面式示之。

⏹面式地物之測量成果可能以線型資料表現，並未封閉。

⏹為美化圖面，可能刪去重疊線段(如：道路境界線與建物邊界線之重疊處)。

⏹必須轉換成GIS圖檔，做成業務主題圖。

◆屬性存於資料庫、合併圖層、地物編碼、地物單元、無圖幅圖檔管理、面式資料●上述的GIS架構，並非所有的GIS套裝軟體均全部具備。

不同的GIS套裝軟體公司基於其市場策略，會開發以某些功能為主的套裝軟體。

●不同的(GIS)軟體，有不同的「潛在用戶假設」，適用於不同的作業目的。

所以，難以籠統的說那一個GIS軟體最(較)好，而是必須視其目的而定。

●由於資訊科技的快速發展，GIS軟體技術也歷經了許多世代：主機版、工作站版、個人PC版、網際網路版、PDA版、移動式無線上網版…。

每一個世代，吾人均可發現有一些新的廠商推出新的產品。

GIS的產業市場，不時面臨著重整。

●GIS的發展⏹最早期為自動化製圖及設施管理軟體(Automatic Mapping /FacilityManagement)：以點及線資料主。

⏹土地管理系統(Land Information System)：以面資料為主。

⏹GIS可以結合許多的資訊科技，以發揮更強的功能。

⏹GPS(全球定位系統), RS(遙感探測), WWW, mobile phone, PDA,VR(虛擬實境), AI(人工智能), ES(專家系統), DSS(決策支援系統),ANN(類神經網路), CBR(案例式推理), CA(宮格自動機), Agentbased model (代理者模擬)…名詞解釋●國土資訊系統(National Geographic Information System，簡稱NGIS)：台灣特定的專有名詞。

應用GIS技術所建立的國土資料庫，以做為合理規劃管理國土之基礎。

目前分為十個分組(含九大資料庫)，訂有八大資料標準。

政策研議單位為經建會，綜合規劃幕僚作業單位為內政部資訊中心，各分組召集單位為各相關部會。

詳情請參考.tw/。

●空間資料基礎建設(Spatial Data Infrastructure，SDI)：台灣NGIS也可以說是台灣空間資料的基礎建設。

Global Spatial Data InfrastructureAssociation (/)是這方面的國際組織，交流各國SDI 的推動經驗。

●地理編碼(geo-coding)：依循一定的規則或原則，賦予地物識別碼的過程。

例如：門牌、坐標、地籍地號…均屬之。

●識別碼(identifier，簡稱ID)：每一地物須有唯一的識別碼，俾做為聯結圖形資料庫及屬性資料庫之用。

⏹可分為系統自行編定的「系統識別碼」(system ID)和「使用者識別碼」(user ID)。

系統識別碼由軟體自動產生，做為內部程式使用，使用者不能變更它。

使用者只能賦予使用者識別碼，以區別不同的地物(如：建物、街廓、道路、土地使用分區)。

●圖解地形圖(紙圖) V.S. 數值地形圖●成圖數化(digitization，紙圖→數值地圖)●數值航測●數值地形模型(digital terrain model，簡稱DTM)：學術名詞。

在台灣，有一套涵蓋全島的DTM網格資料，其網格單元大小(解析度)為40公尺見方。

車籠埔斷層沿線、台北市區有解析度更高(約5米見方網格)的DTM資料。

台灣在2007年也將完成全台5米見方解析度之DTM。

●位相(topology)：又稱「拓樸」。

點、線、面的空間關係。

必須先有位相關係的建立才能進行空間分析。

●比例尺(scale)：圖紙上地物長度所代表之實地長度之比例(1/500之比例尺比1/1000大)。

同一圖幅，比例尺越大，所涵蓋的實地範圍越小，但包含之資料項目越多。

紙圖有比例尺、精度及正確度的觀念；但電腦上沒有比例尺的觀念，只有精度和正確度的觀念。

許多數值地圖係由紙圖數化而來。

紙圖本身有比例尺的概念。

對測量而言，不同的比例尺即對應了不同的精度以及資料內容(項目)的要求。

大比例尺通常要求較高之精度(較小之容許誤差)，但正確率可能仍維不變，也可能降低。

實務上，吾人如果提到「1/1000數值地形圖」，這代表二種可能：(1)成圖數化：這份圖是數化1/1000的地形圖而得，除了原圖的精度及正確度之外，數化過程也會降低其精度及正確度。

(2)數值測量：比照1/1000地形測量所要求之精度及正確度的數值測量成果。

●精度(precision)：容許之最大誤差(與量測工具之最小刻度有關)。

較高精度之圖，所容許之誤差較小。

通常容許誤差，在圖紙上為0.2mm-0.5mm 之間。

在影像圖檔，精度的概念與「解析度」或「解像力」(resolution)相同，表示一個像元(pixel)所代表的地面範圍大小。

●正確度(accuracy)：抽檢結果，符合精度要求之比率。

例如，某張地籍圖數化成果之正確度達95%，表示至少有95%的地物其圖示與實地之誤差不超0.2mm。

不同比例尺的圖，雖精度要求不同，然可以有相同的正確度(合格率)，但通常小比例尺的圖之正確率也較低。

就影像資料而言，則可能指以下二者之一：(1)影像糾正之正確度，(2)「判釋的正確度」，亦即正確判釋地表覆蓋(land cover)之像元數的比率。

●土地覆蓋(land cover)：從航空照片或者衛星影像上能夠直接判讀或者分類出來的土地類別；例如：森林、河川、建築物、道路、橋樑…●土地利用(land use)：必須透過實地調查始能瞭解的土地類別。

例如，從航空照片之中，雖然可看出建築物之所在，但是並不能瞭解它是住宅或者商店。

又如：大賣場可能是主體商業建築、停車場、周邊綠地、咖啡座所組成。

是故，一種土地覆蓋可能被再細分成多種土地利用，也可能由多種土地覆蓋組成一種土地利用。

●土地覆蓋和土地利用的分界並非絕對，會隨著判釋能力及各地區空間特性之不同而有所變化。

例如：在台灣地區，多數學校有圍牆，所以，能夠在航空照片上(目前以人工方式，將來可能以自動判釋方式)認出運動場、教室(有某種特殊形式的建築物)、圍牆，便可以在土地覆蓋的類別中區分出「學校」此一類別。

此一方式在美國可能就不管用，許多美國的大學並沒有圍牆，運動場可能在另一校區，並不相鄰，所以可能就分辨不出來。

又如，美國郊區的建築極易判出其為住宅或者購物中心(shopping mall)，但是台灣就不易區分。

●以下有關「實體、物件、圖元、圖徵」之定義，並未完全統一(但逐漸統一)。

應小心使用，或先確認其定義。

⏹實體(entity)：實際物理空間所見之地物。

⏹物件(object)：【測量、數值地形圖】表達實體的數值資料，可帶有空間和時間屬性資料，也可以有相應的空間運算函式(spatialanalysis functio ns)。

符合物件導向式(object-oriented)的觀念，可以由簡單的物件組成複雜的物件。

例如，個別建物可以組成街廓，再進一步組成社區、都市、區域。

⏹圖元(primitive)：數值物件的基本元素(件)。

如：點、線、面、弧…⏹圖徵(feature)：由圖元構成，可以是物件本身或其局部構件。

例如，建物外框可能既是圖徵也是物件，但是有中庭的建物(物件)則是由外框線或內部中庭框線兩個圖徵所組成。

【但是OGC (OpenGeospatial Consortium) 不太區分feature 和object的差別。

】大地坐標系統(coordinates)⏹亦稱｢大地基準｣、｢參考框架｣。

是一個假想的橢球體。

⏹台灣的大地坐標系統有二個國家標準：TWD67和TWD97。

【詳下】⏹參考網站：/features/2000/exploration/projecti ons/index.html⏹國際大地測量學與地球物理學協會（International Union of Geodesyand geophysics 簡稱為IUGG）在1967年及1980年公佈的地球參考橢球體，分別之為GRS67及GRS80。

⏹台灣TWD67(TaiWan Datum 1967)及TWD97(TaiWan Datum1997)分別採用GRS67及GRS80之地球參考橢球體。

⏹TWD67 的坐標基準在埔里，TWD97 的坐標基準在台灣地區的內政部八個追蹤站的坐標值為基準。

TWD67 的坐標基準與WGS84 坐標基準兩者不一致，約相差1公里。

TWD97 的坐標基準與WGS84 坐標基準兩者相差不大，約幾公分至數十公分。

⏹TWD67與TWD97的概略轉換：某點之TWD67 座標，其X（東）加826 米，Y （北）減210 米，Z （高度）加20 米*（但Z 的準確度不如X,Y），可大約得到其TWD97 座標，誤差不會超過5 米。

⏹轉換程式：/geo/taiwan_datums/index_en.html投影(projection)：⏹將「球面」轉成「平面」的方法。

⏹投影方法可以分成三大類：planar, conic, cylindrical。

各類投影方法又可隨著不同的切點或切圓而產生不同的地圖。