107 地方特考三等 測量製圖 地理資訊系統與數值製圖 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗考生對於「關聯式資料庫管理系統（Relational Database Management System, RDBMS）」基礎理論的掌握，以及其在「地理資訊系統（Geographic Information System, GIS）」中管理「空間幾何資料（Spatial/Geometry Data）」與「非空間屬性資料（Attribute Data）」的核心架構與實務應用方式。

1. 關聯式資料庫（RDB）之理論基石：

• 由 E. F. Codd 於 1970 年提出，以集合論（Set Theory）與一階述詞邏輯（First-Order Predicate Logic）為數學基礎。
• 資料結構以二維表格形式的「關聯（Relation/Table）」呈現，資料列稱為「元組（Tuple/Row/Record）」，資料欄稱為「屬性（Attribute/Column/Field）」。
• 資料完整性限制（Integrity Constraints）：實體完整性（Entity Integrity，主鍵 Primary Key 唯一且非空值）、參照完整性（Referential Integrity，外部鍵 Foreign Key 必須對應有效主鍵或為空值）及定義域完整性（Domain Integrity）。
• 交易特性：遵循 ACID 原則（Atomicity 單一性、Consistency 一致性、Isolation 隔離性、Durability 耐久性）。
• 標準操作語言：結構化查詢語言（SQL, Structured Query Language）。

2. GIS 與資料庫整合模式之演進：

• 二元混合模型（Dual/Hybrid Model）：空間幾何以專屬檔案（如 ESRI Shapefile、Coverage）儲存，屬性資料存於外部 RDBMS，二者透過共通之圖徵識別碼（Feature ID）建立關聯。
• 整合式物件關聯模型（Integrated/Object-Relational Model）：藉由遵循 OGC（Open Geospatial Consortium）之 Simple Features for SQL 規範，利用空間擴充模組（如 PostGIS、Oracle Spatial、Microsoft SQL Server Spatial），將幾何圖徵以抽象資料型別（Spatial Data Types，如 GEOMETRY 點、線、面）直接儲存於關聯式資料表之特定欄位，實現幾何與屬性的單一集中管理。

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解題方法

本題為標準的觀念申論題，作答應採取「由理論定義切入，由淺入深推展至實務架構」之脈絡：

1. 第一子題（什麼是關聯式資料庫）：

• 清楚給出嚴謹定義（數學關聯模型、二維表格結構）。
• 闡述核心元件：資料表（Table）、主鍵（PK）、外部鍵（FK）、正規化（Normalization）目標（消除資料重複與更新異常）及 ACID 交易原則。

2. 第二子題（GIS 如何利用關聯式資料庫）：

• 依照技術發展與架構層次剖析，切忌僅回答「儲存屬性資料」：
• 架構層次：對比「早期二元混合架構（檔案＋RDBMS）」與「現代整合式物件關聯架構（Spatial Database Engine / Spatial Extension）」。
• 運作機制：說明屬性資料與空間圖徵的串聯（Table Join / Relate）。
• 空間功能：說明空間資料型別（WKT/WKB）、空間索引（R-tree/Quad-tree）以及空間 SQL 查詢與拓撲分析運算（如 ST_Intersects、ST_Buffer）。
• 系統維運：闡述多使用者並行存取（Concurrency Control）、長交易（Long Transaction）與版本控制（Versioning），支撐企業級 GIS（Enterprise GIS）運作。

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選項分析

本題為國家考試之申論題型，無選擇題選項。閱卷評分重點在於答題結構的條理性、專有名詞之精確度，以及是否能完整兼顧「屬性資料管理」與「現代空間資料庫（Spatial RDBMS）原生運作」之實務機制。

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解題技巧

1. 架構對比法獲取高分：說明 GIS 如何利用 RDB 時，考生若只寫出「透過 ID 把屬性資料連起來」，分數往往落在中後段；若能主動繪製或條列「二元混合架構（Hybrid）」與「全關聯式整合架構（Integrated）」之對比，即可展現高度專業深度。
2. 關鍵關鍵字帶出專業度：適當帶出標準規範與技術術語，如：OGC Simple Features Specification、WKT (Well-Known Text) / WKB (Well-Known Binary)、空間索引（R-tree）、空間 SQL（Spatial SQL 函數如 ST_Contains）、ACID 原則、多使用者並行與版本控制。
3. 避免常見盲點：

• 切勿將關聯式資料庫與試算表（如 Excel）劃上等號，必須強調關聯完整性限制（PK/FK）與 SQL 之集合運算能力。
• 現代 GIS 已非單純把 RDB 當作「屬性儲存槽」，幾何資料（點、線、面座標串列）本身亦直接以二進位物件（BLOB）或幾何型別進入資料庫系統。

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【答案】

核心觀念

本題旨在測驗考生對於開放地理空間協會（OGC）開源軟體投影格式（PROJ / proj.4 參數字串）​與我國法定坐標系統「1997 臺灣大地基準（TWD97）二度分帶橫麥卡托投影（TM2）」​之間對應關係的理解。

核心涵蓋大地測量與 GIS 的關鍵知識點：

1. 大地基準與參考橢球體：TWD97 採用國際大地測量與地球物理學學會（IUGG）公布之 GRS80（Geodetic Reference System 1980） 參考橢球體，並以國際地球參考框架（ITRF）為基礎。
2. 橫麥卡托投影（Transverse Mercator Projection, TM）：臺灣本島採用橫麥卡托二度分帶割圓柱投影，具備正形（等角，Conformal）特性。
3. 分帶投影參數定義：包含中央經線（Central Meridian）、原點緯度（Latitude of Origin）、中央經線尺度比（Scale Factor）、橫坐標平移量（False Easting, 東偏值）與縱坐標平移量（False Northing, 北偏值）。
4. 基準轉換七參數（Bursa-Wolf 模型）：空間三維直角坐標系在基準旋轉、平移與尺度伸縮上的參數定義。

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解題方法

PROJ.4 格式以 +key=value 或 +key 的語法組合定義坐標參考系統（CRS）。解析時應將題目的指令字串拆解為各個獨立的投影定義參數，並分別從「參數代碼意義」、「指定之數值與單位」以及「在臺灣 TWD97 TM2 系統中的工程應用意涵」三個層面逐一剖析說明。

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參數詳細分析

題目給定之 PROJ.4 參數字串共計 9 項，逐項說明如下：

1. +proj=tmerc

• 意義：指定地圖投影方法（Projection）。
• 說明：tmerc 代表橫麥卡托投影（Transverse Mercator Projection）。該投影為橫圓柱等角投影，使圓柱面與橢球體在特定軸線上相割或相切，投影後能維持局部角度不變形（正形性），為臺灣本島大比例尺數值圖籍與地形圖之法定基本投影。

2. +lat_0=0

• 意義：坐標系統的緯度原點（Latitude of Origin）。
• 說明：數值為 $0^\circ$，即以赤道（Equator）​作為緯度原點與計算縱坐標（$Y$ 坐標）的基準起算線。

3. +lon_0=121

• 意義：坐標系統的中央經線經度（Central Meridian / Longitude of Origin）。
• 說明：數值為東經 $121^\circ$（$121^\circ\text{ E}$）。此經線為橫麥卡托二度分帶投影的中軸線，代表臺灣本島二度分帶涵蓋範圍（涵蓋東經 $120^\circ$ 至 $122^\circ$）之中央子午線。

4. +k=0.9999

• 意義：中央經線上的尺度比／尺度因子（Scale Factor along Central Meridian）。
• 說明：數值為 $0.9999$。二度分帶採用「割圓柱投影」，中央經線位於割面內側，其投影長度短於橢球實地長度，尺度縮小為原長的 $0.9999$；在距離中央經線兩側約各 $56\text{ km}$ 處，割面與橢球相交，尺度比等於 $1.0$；而在分帶邊緣（距中央經線約 $100\text{ km}$ 處），尺度比增至約 $1.0001$。藉由此設計可將全分帶內的長度變形嚴格控制在萬分之一（$\pm 0.01\%$）以內。

5. +x_0=250000

• 意義：橫坐標平移加常數，又稱東偏值（False Easting）。
• 說明：數值為 $250,000\text{ m}$（即 $250\text{ km}$）。定義中央經線（$121^\circ\text{ E}$）投影後的橫坐標值 $X$ 為 $250,000$ 公尺（相當於原點向西平移 $250\text{ km}$）。其目的在於使臺灣本島全境及其西部離島之橫坐標值投影後均保持為正值，避免計算與圖資管理時出現負坐標。

6. +y_0=0

• 意義：縱坐標平移加常數，又稱北偏值（False Northing）。
• 說明：數值為 $0\text{ m}$。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於國家空間資料基礎建設（National Spatial Data Infrastructure, NSDI）​及我國國土資訊系統（NGIS）​中「核心圖資（Framework Data / Core Datasets）」定位與內涵的掌握程度。

相關定義與法制基礎說明如下（本題以命題當年民國 107 年之法規與政策方案為準；現行法規與推動架構後續雖納入三維國家底圖與智慧國土計畫，但核心圖資之基本內涵與共用原則維持一致）：

1. 國家空間資料基礎建設（NSDI）：由技術、政策、標準、人力資源及空間資料組成的整合性體系，目的在促進空間資料的建置、流通、共用與加值應用，避免政府重複投資。
2. 核心圖資之定義：依行政院核定之《國土資訊系統推動方案》及內政部相關推動規範，核心圖資係指地理空間資訊中具備「定位基準性」、「高度共用性」、「不可替代性」與「跨領域關聯性」之基礎底圖，由政府專責機關優先產製並加速維護與流通。
3. 相關法源依據：

• 《國土測繪法》第 17 條（基本測量）、第 18 條（基本地形圖之測製與保管）。
• 《地籍測量實施規則》及《土地法》（地籍圖測繪與產權管理）。
• 《戶籍法》及門牌編釘相關自治法規（門牌編釘與門牌地址管理）。

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解題方法

本題為標準的觀念闡述型申論題，答題切入點應採「總—分—總」之架構：

1. 破題界定核心圖資的共同特性：先簡述核心圖資被挑選的通則標準（幾何基準性、公信力、高重複利用性、跨業務整合鍵值）。
2. 分項剖析四大圖資：題目已指定「基本地形圖」、「門牌位置資料」、「數值地形模型（DTM）」及「地籍圖」，解題時必須嚴格針對這四類圖資，分別就「圖資內容（幾何型態、屬性內容、涵蓋範圍）」與「被選為核心圖資的理由（應用價值、不可替代性、扮演的角色）」兩大維度進行對稱式作答。
3. 歸納總結：總結四大核心圖資如何彼此疊合互補，共同構成國家數位治理與空間決策的骨幹。

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選項分析

本題為申論題，無選項分析。答題關鍵在於各子項「內容」與「理由」不可偏廢，且論述須結合 GIS 空間分析與政府實務應用，避免流於口語化或非技術性描述。

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解題技巧

1. 結構對稱性（評分亮點）：在作答卷上，將四項圖資分立大標題，每個標題下方統一設「1. 圖資內容」與「2. 被選為核心圖資之理由」，層次分明，閱卷老師能迅速採計得分點。
2. 切入維度的四字訣：說明「被選理由」時，可由以下四個關鍵維度切入，答案即具深度：

• 基（幾何基準）：作為空間座標校正與套疊的骨架。
• 聯（關聯鍵值）：作為串接各機關業務資料的關鍵屬性（如地號、門牌）。
• 公（公權力與產權）：涉及法定權利與高公信力，私人無力或無權產製。
• 資（成本與外部性）：測製成本極高，由國家統一建置最具規模經濟效益。

3. 避免常見陷阱：

• 誤將 DTM 僅視為「高度數字」，漏掉其在三維空間分析、水文模擬與正射影像校正上的不可替代性。
• 說明門牌時，忽略「地理編碼（Geocoding）」是人文社經資料空間化的核心樞紐。
• 地籍圖只寫「地界線」，漏掉地號與地籍屬性資料庫（產權、地價、使用分區）之連結功能。

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【答案】

一、各核心圖資之內容與被選理由

（一）各種比例尺之基本地形圖

1. 圖資內容：

• 定義與幾何：依《國土測繪法》測製，包含不同比例尺（如 1/5,000、1/25,000 等）之向量與數值圖資，以 TWD97 坐標系統為基準。
• 要素構成：詳細記錄地表之自然地貌（水系、水體、海岸線、地貌等高線、高程註記點、植被）與人為地物（道路、鐵路、橋樑、重要建築物輪廓、行政界線、重要地名與公共設施標註）。

2. 被選為核心圖資之理由：

• 空間定位的視覺與幾何母圖：為所有主題圖（如地質圖、環境敏感區圖、土地利用圖）疊加套合的共同幾何框架與背景底圖，提供直觀的地理空間相對位置。
• 全面性與權威性：由國家測繪專責機關統一規範圖式與精度，具法定公信力，是國家各項工程規劃、國土綜合規劃及軍事防衛最基礎之圖資。
• 產製成本高昂：需仰賴航空攝影測量、空載光達（LiDAR）等高成本技術，個別機關或民間難以獨立負擔，必須由國家統一建置以實現規模效益。

核心觀念

本題評量考生對「開放地理空間協會」（Open Geospatial Consortium, OGC）所制定之「網路地理資訊服務」（OGC Web Services, OWS）標準協定的掌握程度。核心觀念包含：

1. 服務導向架構（SOA）與分散式 GIS：透過標準化 HTTP 協定（GET/POST/RESTful），在伺服端（Server）與用戶端（Client）之間傳輸地理空間資訊，達成跨平台、跨軟體的資料共享與互通性（Interoperability）。
2. 服務內容本質之區分：清楚劃分「呈現用渲染地圖影像（動態渲染／預先快取切片）」、「具備幾何與屬性的向量圖徵」與「具備真實物理像元數值的空間網格涵蓋資料」。

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解題方法

本題為經典申論題型，答題切入點應採「標準分類說明 $\rightarrow$ 核心協定特性剖析（傳輸本質、主要請求、優缺點） $\rightarrow$ 綜合比較彙整」之三層架構：

一、 常用網路地圖服務標準分類與特性剖析

目前全球產官學界最廣泛遵循的標準為 OGC 規範，主要涵蓋以下四項經典標準，以及近年主流的向量切片延伸標準：

1. 網路地圖服務（Web Map Service, WMS）

• 資料本質：伺服端動態渲染的「地圖柵格影像」（如 PNG、JPEG）。
• 核心機制：用戶端傳送地圖範圍（BBOX）、圖層（Layers）、空間參考系統（CRS/SRS）、影像尺寸與樣式（Style/SLD）至伺服端，伺服端即時合成並輸出靜態圖檔。
• 主要請求操作：
• GetCapabilities：取得服務詮釋資料（支援圖層、坐標系統、輸出格式等）。
• GetMap：請求產生並回傳指定範圍與樣式的地圖影像。
• GetFeatureInfo：點擊地圖查詢特定像素位置所對應的屬性資訊。
• 特性與優缺點：
• 優點：製圖彈性高，支援動態樣式（SLD/SE）變更、圖層任意疊合及任意比例尺出圖；原始圖資存於伺服端，具高度資料安全性與版權保護。
• 缺點：伺服端每次請求皆需即時運算繪圖，高併發或大量使用者存取時伺服器負載極大，反應延遲較高。

2. 網路地圖切片服務（Web Map Tile Service, WMTS）

• 資料本質：依金字塔多尺度預先渲染並快取的「分幅地圖切片影像」（Tile Images）。
• 核心機制：基於預先定義的切片矩陣集（TileMatrixSet），將地圖在各比例尺下切割為固定尺寸（常用 $256 \times 256$ 或 $512 \times 512$ 像素）的圖塊，用戶端依「層級（Level）、列（Row）、行（Column）」直接索取靜態圖塊。
• 主要請求操作：
• GetCapabilities：取得切片矩陣集結構與圖層資訊。
• GetTile：依層級與行列號請求特定圖塊影像。
• GetFeatureInfo：查詢特定切片上特定像素點的屬性。
• 特性與優缺點：
• 優點：伺服端無需即時繪圖，直接讀取快取（Cache），大幅降低 CPU 負擔；極易整合 CDN（內容傳遞網路），具極高擴展性與極快瀏覽載入速度，為底圖（Base Map）發布主流。
• 缺點：不支援任意縮放比例尺與自訂動態樣式；圖資更新成本高（資料變更需重新產生快取金字塔）。

3. 網路圖徵服務（Web Feature Service, WFS）

• 資料本質：具備幾何坐標（Geometry）與屬性欄位（Attributes）的「原始向量地理圖徵」（Vector Features，以 GML、GeoJSON 等格式傳輸）。
• 核心機制：直接傳輸向量資料本體，使用戶端能夠獲取空間幾何與屬性，在前端進行符號化渲染、空間查詢或空間分析。若具備 WFS-T（Transactional）功能，則允許用戶端對圖徵進行新增、刪除、修改。
• 主要請求操作：
• GetCapabilities：查詢服務能力與可用圖層。
• DescribeFeatureType：查詢圖徵圖層的綱要結構（Schema，如欄位型態）。
• GetFeature：依空間或屬性條件（OGC Filter）撈取實體圖徵資料。
• Transaction（WFS-T 專用）：執行向量資料之 C/U/D 異動。
• 特性與優缺點：
• 優點：具備直接存取圖元與屬性能力，支援用戶端離線運算、拓撲分析、動態篩選與雙向編輯（WFS-T）。
• 缺點：傳輸量龐大，當圖資精細或涵蓋範圍廣時極耗頻寬與用戶端記憶體；需直接暴露幾何坐標與屬性，資料保密性相對較低。

4. 網路涵蓋服務（Web Coverage Service, WCS）