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物流寄情34：地理資訊系統GIS

楊惟雯

地圖是人類用來紀錄各種空間現象的主要工具之一，更是記錄地理資訊的一種圖形語言形式。

幾千年來，地圖的定義也不斷發展變化，尤其是電子資訊科技的快速發展，在與傳統地圖學結合後，產生廣泛的應用，對地圖的定義也出現許多不同的見解。

尤其地圖數位化後，電子地圖以數位形式儲存和傳送，並可對地圖內容進行任意檢索和疊加等功能，使地圖應用層面更加廣泛；而電子訊號尚有許多傳統地圖無法達到的絕對優勢，例如：查詢分析，路徑規劃等。

因此，隨著電子資訊科技的發展，地理資訊系統（Geographic Information System，通常簡稱GIS)乃應運而生。

一、地理資訊系統的發展歷史

15,000年前，在拉斯考克（Lascaux）附近的洞穴牆壁上，法國的Cro Magnon獵人畫下了他們所捕獵動物的圖案。與這些動物圖畫相關的是一些描述遷移路線和軌跡線條和符木。這些早期記錄符合了現代地理資訊系統的二元素結構：一個圖形文件對應一個屬性數據庫。

18世紀地形圖繪製的現代勘測技術得以實現，同時還出現了專題繪圖的早期版本，例如：科學方面或人口普查資料。約翰•斯諾在1854年，用點來代表個例，描繪了倫敦的霍亂疫情，這可能是最早使用地理方法的位置。 他對霍亂分布的研究指向了疾病的來源----一個攜帶霍亂疫情的污染水泵。 Broad Street泵斷開，最終終止了疫情爆發。

20世紀初期將圖片分成層的「照片石印術」得以發展。它允許地圖被分成各圖層，例如一個層表示植被和另一層表示水。這技術特別用於印刷輪廓-繪製，這是一個勞力集中的任務，但他們有一個單獨的圖層意味着他們可以不被其他圖層上的工作混淆。這項工作最初是玻璃板上繪製，後來，塑料薄膜被引入，具有更輕，使用較少的存儲空間，柔韌等等的優勢。當所有的圖層完成，再由一個巨型處理攝像機結合成一個圖像。彩色印刷引進後，層的概念也被用於創建每種顏色單獨的印版。儘管後來層的使用成為當代地理信息系統的主要典型特徵之一，剛才所描述的攝影過程本身並不被認為是一個地理信息系統 - 因為這個地圖只是一個附加數據庫了的圖像。

60年代早期，在核武器研究的推動下，計算機硬件的發展導致通用計算機「繪圖」的應用。

1967年，美國、加拿大為調查與分析其國土利用、自然資源、地質、人口普查等資料，遂有地理資訊系統之萌芽。世界上第一個真正投入應用的地理信息系統由聯邦林業和農村發展部在加拿大安大略省的渥太華研發。羅傑•湯姆林森博士開發的這個系統被稱為加拿大地理信息系統（CGIS ） ，用於存儲，分析和利用加拿大土地統計局（ CLI，使用的1:50,000比例尺，利用關於土壤、農業、休閒，野生動物、水禽、林業和土地利用的地理信息，以確定加拿大農村的土地能力。）收集的數據，並增設了等級分類因素來進行分析。

自從1960年代加拿大地理資訊系統（CGIS）開始運作至今，雖然已有四十年之歷史，但在早期，主要工作平台均為價錢昂貴之工作站電腦，其軟硬體價位極高，只有政府或大型研究機構才能負擔，所以GIS始終定位在專業用途，小老百姓一直無緣享受到GIS的好處；至於操作人員，也需要經過多年的訓練才能勝任各項工作。

直到 1990年代，由於個人電腦的普及，以及網際網路的快速發展，加上Internet的商業化趨勢，各GIS廠商也致力於開發Web Base的相關產品，電子地圖才能走向大眾化。如今，使用者只需要透過網際網路瀏覽軟體，就能獲得許多豐富的地圖資訊。現在，GIS的應用已日趨個人化、生活化，可為自己提供即時的空間分析。

二、地理資訊系統的定義

地理資訊系統，英文全名為「Geographic Information System」，通常簡稱為「GIS」。顧名思義，地理資訊系統是由「地理」、「資訊」、「系統」三者結合而成。

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。

地理資訊系統(GIS)經由軟硬體的整合，可同時解決圖面資料及屬性資料之輸入、儲存、取用、分析、展現等問題，以提供全方位之決策重要資訊。

一套完整的地理資訊系統，可以儲存極為龐大的空間資訊，不但能迅速呈現出一幅相關地區的電子地圖，並能根據需要，提供各種空間資訊，讓使用者對自己的生活環境或週遭世界可以一目了然、迅速掌握。結合地圖處理、資料庫與空間分析三項功能，正是地理資訊系統的最大特色。

三、地理資訊系統的資料特性

GIS中涵蓋兩類資料：空間資料(Spatial Data)及屬性資料 (Attribute Data)。

空間資料記錄空間中的點、線、面等空間元素，如：城市、河川、道路、洪氾區域....。

屬性資料記錄空間元素的特徵，如：城市的名稱、面積、人口、老人率，河川的長度、洪峰等資料，一般係以表格型態(Table)存在。

現代的衛星影像資料雖然可以迅速掌握土地利用變化的訊息，但卻無法表達確實的地理位置，必需配合GIS技術，整合相關地理資料後，方可確定其真正的地理位置。另外，為使人員能更迅速精確到達變遷現場查核，輔以GPS引導，更加可以達到事半功倍的績效。

GPS與GIS的結合，可以讓我們更快速、精確獲取地理空間資料庫所需的資料。因為GPS單點定位精度差，故較常用於各種GIS現場調查的定位。

單點定位係單獨一個觀測站接收訊號進行定位者，稱為單點定位或絕對定位或導航定位。採用虛擬距離觀測量；精度較差，僅能消除接收儀時鐘誤差；用於現場調查定位的接收儀，必須具備輕巧的特性。

四、地理資訊系統的應用

地理資訊系統(GIS)是一門科技整合下的科學，它整合了數個傳統的學科，包括：地理學、地圖學、測量學、數學、資訊科學…等，發展至今已40餘載，近年來與遙感探測(Remote Sensing)、全球定位系統(GPS,Global Positioning System)等技術相結合，相關應用急速增廣，成為一個跨學門新科技。

地理資訊系統與全球定位系統(GPS)、遙感系統(RS)合稱3S系統。

從全球定位系統（GPS）——另一種測量工具中得到的位置，也可以被直接輸入到GIS中。 遙感數據同樣在數據收集中發揮着重要作用，並由附在平台上的多個傳感器組成。傳感器包括攝像機、數字掃描儀和激光雷達，而平台則通常由航空器和衛星構成。

現在大部分數字數據來源於圖片判讀和航空照片。軟拷貝工作站用來數字化直接從數字圖像的立體象對中得到的特徵。這些系統允許數據以二維或三維捕捉，它們的海拔直接從用照相測量法原理的立體象對中測量得到。

現今，衛星遙感提供了空間數據的另一個重要來源。這裡衛星使用不同的傳感器包來被動地測量從主動傳感器如雷達發射出去的電磁波頻譜或無線電波的部分的反射係數。

遙感收集可以進一步處理來標識感興趣的對象和類例如土地覆蓋的光柵數據。例如，通過分析由遙感生成的數字衛星圖像，可以生成一個與地圖類似的有關植被覆蓋的數字信息層。

GIS的應用範圍極為廣泛，舉凡環境影響評估、水資源管理（流域經營、河川流量分析、洪峰估計）、國土規劃、都市和區域規畫、交通運輸管理、最適位址選擇、機場設施規劃、公路選線、高速公路規劃分析、森林經營、車輛導航系統、流行病追蹤、生態保育、考古調查…等，舉凡需要涉及地理因子或空間資料的問題，都可以利用他來輔助作業，地理資訊系統是決策支援上的重要工具。

參考資料﹕

1. GIS專題--地理資訊系統簡介，作者：劉威麟。

2.整合GIS、GPS、RS於輔助勘測工作可行性之探討，北區辦事處 陳健兆。

3.地理資訊系統，原文網址:  

http://www.wisinfo.com.tw/touching/html/GIS.htma。

4. 地理資訊系統，原文網址: http://www.geog.ntu.edu.tw/research/%E5%85%AD%E5%A4%A7%E8%BB%B8%E7%B7%9A/%E7%A9%BA%E9%96%93%E8%B3%87%E8%A8%8A/%E8%A1%9B%E6%98%9F%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E5%8F%8A%E9%81%99%E6%B8%AC/paper_intro.htm。