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GIS教學目標探討 ─談選用適當的GIS分析工具
黃有善 華江高中 談選用適當的GIS分析工具
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為什麼要學習GIS? 在95課綱中提到「地理」課程欲達成之核心能力的一項是,知道如何利用地理技能,以收集、整理及分析各種地理資料,並能選擇恰當的方式來表現、解釋地理現象的分布類型、成因及其變化,以解決生活中所面臨的地理問題。 而GIS就是用來協助我們整理、分析各種地理資料,以及呈現成果的有力工具。了解GIS的分析功能與其應用潛力,才能選擇合適的工具,幫助我們解決生活中所面臨的地理問題。
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95課綱中GIS教學的具體目標 而在95課綱,「認識地理資訊系統」的主題中,所列的具體目標如下: 能分辨地理資訊和非地理資訊
能區分空間資料與屬性資料 能區分向量資料和網格資料 能了解地理資訊系統的功能與應用潛力 沒有空間資料 地理事物分布的空間座標
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課本上常見的GIS分析功能 在高中課程中,一般較常提到的GIS分析功能有下列幾項: 環域分析 疊圖分析 路網分析 地形分析
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如何選用GIS分析功能? GIS在高中課本上出現已經7年,我們自己現在是否真的了解如何選用GIS的各種分析功能?
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環域 環域是以某一指定的地理事物(圖徵)為中心,來劃出距此指定的地理事物周圍有一定距離之範圍。 所有圖徵的環域距離數值都固定
個別圖徵有個別的環域距離數值 可用在都市計畫圖
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環域的應用 針對點、線、面等地理事物,都可以界定出一個明確的空間距離範圍,來展現特定的影響範圍。
例如:核電廠周圍50km輻射監測範圍、活動斷層兩側30m的限建範圍、臺灣的200浬經濟海域。
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向量模式才可以作環域? 地理資訊系統的空間資料儲存模式中,何者可以從事環域分析? (A)階層模式 (B)關聯模式 (C)網格模式 (D)向量模式。[95某校高一段考] 原題解析:向量模式較接近線狀資料形態,故利於環域分析。網格模式較接近面狀資料形態,而階層模式與關聯模式是屬性資料儲存模式。 網格模式也可以做環域分析,關聯式資料庫也可以儲存空間資料!
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網格模式也能作環域分析 用網格模式資料做環域分析,速度也很快! 0:非道路 1:道路 2:沿道路周圍環域第一帶 3:沿道路周圍環域第二帶
0:非道路 1:道路 2:沿道路周圍環域第一帶 3:沿道路周圍環域第二帶 4:沿道路周圍環域第三帶 用網格模式資料做環域分析,速度也很快!
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向量模式適於 表現個別獨立物件 地理現象之分佈,有的屬於個別的、離散的、不連續的(階梯的),例如建物分布、都市位置、道路路線等等,都有明確位置或邊界。 依人腦思考的邏輯概念將地理事物分別為點、線、面、體等個別獨立物件,再取物件中央位置或邊界的座標值儲存,即成為向量模式的地理資訊。
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向量式圖徵內儲存的是代號 向量模式將地理空間中的所有事物區分為個別的地理物件,在空間資料庫中每一個「圖徵」所儲存的值,除了物件的空間座標外,還有連接屬性資料庫時所需要的「代號」(ID No.)。
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網格模式適於 表現連續變化現象 有些地現象分佈是屬於連續的、全面的、平滑分布的,如地表高度、大氣壓力等,無法區分獨立個體,傳統地圖常以等值線圖來表現。 網格模式以規則的網格依序排列為二維空間,網格內的每個單元,代表著地表上一小塊空間內的地理現象,且單元內的資訊均被概括化為均質區。
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網格內儲存的是屬性值 網格模式將同一網格內的空間特性視為均質,再以抽樣值、平均值或最主要值來存入這個網格。所以每一「網格」內並無儲存空間座標,其儲存的值即為「屬性」(attribute)。
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環域範圍是用 平面直線距離來產生 常用的地理資訊分析方法有:(甲)地勢分析(乙)環域分析(丙)視域分析(丁)疊圖分析(戊)最佳路徑分析;若臺北市警局欲實施以各分局派出所為中心,在500公尺距離與各道路的路口、巷弄的防搶勤務配置,則採取哪些分析較合適?(A)甲乙(B)乙丁(C)丙丁(D)甲戊。 [95某校高一段考] 環域是使用平面直線距離來劃出範圍界線;如果是沿道路行走的距離,或是20分鐘內可到達的範圍,就要用路網分析才可以,例如消防勤務區分派。
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傳染病的隔離區如何劃設? 劃設傳染病的隔離管制區範圍,可利用何種分析方法?(A)疊圖分析(B)環域分析(C)視域分析(D)路網分析。[95某校高一段考] 要劃設傳染病的隔離管制區範圍,應先說明是何種傳染病,才能思考傳遞方式是什麼?透過空氣飛沫、水源飲食、還是昆蟲傳遞?問題明確才有正確的思考方向,方能選出合用的分析工具。
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海嘯前進等時線圖不是環域 下圖為海嘯前進的等時線圖,圖中等時線間距為1小時,鋸齒狀的線條代表斷層線。[94指定]
有人會使用投石入水,激起水波來說明環域。但是要注意的是,海嘯前進等時線圖並非使用環域分析就可以來製作!
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空氣污染擴散範圍是環域? 彰化縣線西鄉傳出鴨蛋遭受戴奧辛污染,三個月後,緊鄰線西鄉的伸港鄉,也爆出毒鴨蛋,污染都指向在彰濱工業區的臺灣鋼聯。臺灣鋼聯是以電弧爐廢棄物「集塵灰」為原料,製造氧化鋅,電弧爐所產生的戴奧辛占全國的58%,大多在集塵灰裡頭……。請問:毒鴨蛋的出現,可採用哪一種方式分析?(A)最近鄰分析 (B)視域分析 (C)環域分析 (D)疊圖分析。[95北區指考模擬考] ?!
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油污擴散範圍是環域? 貨輪「阿馬斯」日前於墾丁國家公園鵝鸞鼻東方近海發生原油外洩,油汙範圍涵蓋了整個龍坑自然生態保護區沿岸,不但將對景觀造成嚴重的汙損,而生態系內食物鏈的破壞,更將危及海域內形形色色生物的生存,欲分析油汙的擴散研究,應使用下列何種分析方式? (A)環域分析 (B)地勢分析 (C)屬性分析 (D)疊圖分析。 [95某校高一段考] ?!
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擴散範圍≠環域 圖為2002年10月30日由衛星所拍攝義大利西西里島某災害發生後第4天的影像 [93指定(敏督利) ]
[93指定(敏督利) ] 空氣污染、水污染、疾病擴散等等擴散,都受特定條件影響向特定方向傳遞,而不是簡單地向四面八方等距離擴散。
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擴散是複雜的空間分析 下圖為網格式地理資料,顯示森林火災蔓延的相關訊息:根據火災蔓延情形,圖中甲乙丙丁的值依序是:
(A)1001 (B)0110 (C)0001 (D)0101。[91指定] 鄰近起火點:是指位於起火點方格旁(相鄰及對角線方格),且位於風向吹拂的方格範圍。 可能蔓延地區:指位於鄰近起火點方格,且位於易燃林木的方格。
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疊圖分析 疊圖分析是將具有相同的座標位置之各種地理資訊圖層套疊在一起,來進行各種運算。
例如:用布林運算元─交集、聯集、差集、互斥集(AND, OR, NOT, XOR),來篩選符合條件的資料。 A AND B OR NOT XOR 產生的新圖層會繼承原有的屬性資料
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疊圖分析的運算 圖為布林運算元的示意圖,A、B二圓代表兩種資料,經布林運算後,灰色區域為符合條件的資料,白色區域為不符合條件的資料。若某地區有林地、保育地、坡地和建築用地四種土地利用類型。請問:下列敘述何者符合「XOR」的關係? (A)坡地的建築用地,但非林地。 (B)林地或非坡地的保育地。 (C)林地或坡地,但非坡地的林地。 (D)林地的非保育地。 [93指定] F xor S = (F or S) not (F and S) (S and B) not F F or (P not S) F xor S F not P S:坡地 B:建築用地 F:林地 P:保育地 A AND B OR NOT XOR
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相同的資料模式才能疊圖? 哪一種空間資料模式較容易進行疊圖分析,如像片與地圖的疊合? (A)屬性表格 (B)向量模式 (C)圖紙描繪 (D)網格模式。[95某校高一段考] 向量模式或網格模式的圖層,只要同一個地點有同樣的空間座標值,都能疊合在一起!
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向量圖層可以切取航照 疊圖分析是用空間座標去套疊!
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比例尺相同才能疊圖嗎? 將兩份地圖作「疊圖分析」時,需要二者的哪一項資料相同? (A)比例尺 (B)圖幅大小 (C)圖例 (D)主題圖名。 [95某校高一段考] 原圖的比例尺會影響的是地圖資料搜集與製圖的精度,而圖幅大小影響的是資料涵蓋範圍。
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投影座標系統相同才能疊圖 作疊圖分析前,兩圖層應有相同的投影座標系統,否則疊合的結果是無用的垃圾而已。
在分別使用TWD67與TWD97的TM2鄉鎮區界圖上,同一個地點座標值相差約1KM。
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資料精度也影響疊圖結果 製圖精度不同會使疊圖結果產生零碎的小區域。 原始曲線 數化曲線
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疊圖分析常和空間查詢混雜 GIS「疊圖分析」已被公部門普遍使用。下列哪項業務最適合用此法來處理? [94指定]
以水源保護區的空間位置來選取。 GIS「疊圖分析」已被公部門普遍使用。下列哪項業務最適合用此法來處理? [94指定] (A)找出位在水源保護區內的養豬戶。 (B)界定鄰近工地50公尺的噪音影響範圍。 (C)分析最佳視野的遊客觀景台位置。 (D)規劃交通尖峰時間避開塞車的替代道路。 環域分析 視域分析 路網分析
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空間查詢 空間查詢除了直接由畫面選取查詢,也可以是利用某些指定的地理事物的空間位置,來選出另一些地理事物。
例如:選出與某些特定地理事物空間位置有重疊的、選出被某些特定地理事物穿越過的、選出與某些特定地理事物在一定距離內的一些地理事物等等。 在水源保護區內的養豬戶。 高鐵經過的縣市。 在活動斷層兩側30m限建區(先產生環域)內的土地(再疊圖)。
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空間查詢示意圖 選出空間位置有重疊的圖徵 先產生環域再選出空間位置有重疊的圖徵 在線兩側產生環域再選取重疊的圖徵
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查詢海線鐵路經過的鄉鎮 利用海線鐵路的空間座標位置,來查詢所經過的鄉鎮,並列出查詢所得的鄉鎮之屬性表格。
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例如單行道、立體交叉路。通常稱為拓樸或位相關係。 旅行成本(包含距離及時間)會影響設施服務的可及性。
路網分析 路網分析:針對向量式的路線圖,配合路線的空間關連性,主要應用在路線規劃或資源配置。 路線規劃:尋找被選定的地點間之最短路徑或最佳路徑,例如:汽車導航的路線規劃,消防車派遣。 資源配置:用來指派服務範圍,例如:消防隊選址及服務區劃分,小學學區劃分。 也可用於電力負荷管理、水資源管理。 旅行成本(包含距離及時間)會影響設施服務的可及性。
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如何查詢離家最近的電影院? 如果我們希望查詢離家最近的電影院,可以考慮採用下列何種方法?(A)最佳路徑分析(B)迴歸分析(C)計量分析(D)環域分析。 [95某校高一段考] 原題解析:可利用GIS中的最佳路徑分析得出距家最近或交通時間最快抵達的戲院。 找最佳路徑前,需先確定起點和終點。所以要先用空間查詢找出可能的一些電影院位置(例如先做離家3km環域再疊圖) ,然後再進一步做路徑分析,得出距家最近或交通時間最快抵達的戲院。
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路徑規劃 先指定起點、終點、依序必需經過點,再尋找被選定的地點間之最佳路徑。
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資源搜尋 1.設定需求資源的條件。 4.取得資源的路徑規劃。 3.設定起點、終點。 2.得到符合條件的資源清單。
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地形分析的功能 地形分析:對網格格式儲存的數值地形資料,可以計算坡度及坡向、製作暈渲圖、剖面圖或等高線圖,也可以用來做視域分析、挖填方計算、還有面積/體積分析。 視域係指站在某一地點上所能看到的所有範圍,視域分析通常用來找觀景台、雷達站之類,需要視域最廣的位置。但是也可以用來找出隱蔽的位置,例如一些必要而又被嫌惡的設施位置。
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地形分析結果 有很好的展示功能
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報告完畢 敬請斧正 黃有善 E-Mail:yosun@tp.edu.tw 益教網論壇
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