113 高普考高考三級 測量製圖 空間資訊理論及實務（包括航空測量與遙感探測、地圖學及地理資訊系統） 考古題詳解

核心觀念

空間資訊的時間解析度，是指資料在時間上的觀測或更新頻率，也就是同一地點或同一範圍被重新觀測、取得或更新的時間間隔。時間間隔愈短，愈能掌握地物隨時間的變化，時間解析度愈高。

衛星影像常以重訪週期描述時間解析度：衛星再次取得同一地區影像所需的時間。重訪週期愈短，時間解析度愈高。但實際可用影像的間隔，也會受觀測安排與成像條件影響。

解題方法

本題先定義時間解析度，再從「衛星多久能再次觀測同一地點」切入，列出影響重訪能力及實際取像機會的因素。作答時應區分衛星軌道與感測器本身的觀測能力，以及雲量等外在條件。

影響衛星影像時間解析度的三個因子

1. 衛星軌道與重訪週期 衛星的軌道高度、軌道傾角及軌道週期會影響其經過特定地區的頻率。以固定軌道運行的衛星而言，軌道特性決定基本重訪能力；具較短重訪週期者，較能頻繁取得同一地區的影像。

核心觀念

Topology（拓樸，或稱位相關係）是地理資訊系統中描述空間物件彼此連接、相鄰、包含及交會等關係的概念。它著重物件之間的空間關係，而不只是座標或幾何形狀；即使地圖放大、縮小或物件座標改變，只要物件間的連接、鄰接與包含關係沒有改變，拓樸關係仍維持不變。

在向量資料中，點、線、面各有不同的幾何表示方式，拓樸則用來描述這些幾何物件彼此如何關聯。

解題方法

作答時先說明拓樸的意義，再交代其在 GIS 的功用，最後依點、線、面舉出至少三種位相關係。列舉時可從「點與點、線與線、線與面、面與面」等物件組合切入，並用具體地理例子說明。

拓樸的功用

1. 維持資料結構正確：檢查線段是否正確連接、面是否封閉，以及相鄰面是否共用正確邊界。
2. 避免資料錯誤與重複：例如避免相鄰地籍面之間出現縫隙或重疊，或道路線段在交叉口未真正接合。
3. 支援空間分析：可用於鄰接查詢、網路路徑分析、面積包含查詢、邊界分析及行政區統計。
4. 提高資料維護效率：當共用邊界需要更新時，拓樸結構可讓相關面共同反映變更，避免邊界資料不一致。

點、線、面位相關係

以下列舉六種常見關係：

• 點與點：重合或不重合 兩個點座標相同時為重合，例如不同資料層記錄同一座測量控制點；座標不同則不重合。

核心觀念

本題考查將既有二維地形圖轉換為具有高度資訊、可供空間分析與立體呈現的三維圖資。重點不是單純替平面圖形加上高度，而是依地物性質建立適當的三維幾何、補足高度資料，並維持圖資的座標、分類、拓樸及品質一致性。

二維圖徵通常以點、線、面表示；三維圖徵則須納入高程座標 $Z$，形成三維點、線、面，或具有體積的立體物件。地形表面可用數值地形模型表示，例如以網格或三角網構成的數值地形模型（DTM）；地物則可依其性質表示為帶有高程的圖徵、表面模型或立體模型。

應區分「三維」與「僅附加高度」：地面地形可用單一高程函數 $Z=f(X,Y)$ 描述，通常屬於 $2.5$ 維表面；建築物等具有垂直立面與體積的物件，則須以立體幾何表示，不能只靠地面高程網格取代。

解題方法

可採「既有圖資整理、補測高度、建立三維模型、品質檢核及更新維護」的分階段策略。

一、盤點並整理既有二維圖資

先將千分之一地形圖各圖層依地物類別整理，例如地形等高線、道路、水系、建築物、植被、地籍或公共設施等。確認各圖層的平面座標系統、比例尺、圖徵編碼、幾何型態及資料年代，並清除重複圖徵、斷裂線段及不合理的幾何錯誤。

既有圖資可作為三維建置的平面骨架，但須先確認其位置精度及現況性，避免將過時或位置偏移的平面資料直接套用為三維模型底圖。

二、取得或補充高程資料

依地物種類及所需精度選擇高程資料來源：

• 地面地形可使用既有等高線、控制點、地面高程點，並配合航空攝影測量、光達測量或地面測量補足資料。
• 建築物高度可由航空光達、立體航空攝影、建物測量資料或現場測量取得；只有建築物平面輪廓時，仍須另行補足屋頂高程或建物高度。
• 道路、水系等線狀地物，可使用道路縱斷面、河床測量或沿線測量資料，確定其高程變化。
• 樹木、橋梁及其他地上設施，應依需求取得地面、屋頂或設施頂部高程，並明確區分地表與地物表面。

所有高程資料須統一垂直基準，並與平面座標系統配合。若資料採不同高程基準，應先完成基準轉換；否則各圖層即使平面位置一致，仍會發生高程錯置。

三、依地物特性建立三維幾何

核心觀念

本題考的是「同一國家坐標系統在不同參考年代的坐標成果」：TWD97、TWD97[2010]、TWD97[2020]都沿用臺灣一九九七大地基準（TWD97）的基準定義；方括號內的年份，表示該版本坐標成果所對應的參考年代。因臺灣位於板塊交界，地殼運動與地震會使地表點位隨時間位移，因此同一個實體點在不同年代的坐標成果可能不同。

解題方法

作答時可從「基準是否改變」與「坐標成果為何更新」兩個層次比較：

1. TWD97：臺灣於民國 87 年（1998 年）公布的國家大地基準及其參考坐標系統。採用 GPS 衛星定位成果建立，基準橢球採 GRS80。
2. TWD97[2010]：沿用 TWD97 的大地基準及坐標系統定義，重新計算並公告對應 2010 年成果。內政部於民國 101 年（2012 年）公告，納入較新的衛星觀測與控制點檢測成果，以改善舊坐標因地殼運動及資料更新而產生的偏差。
3. TWD97[2020]：同樣沿用 TWD97 的基準定義，採用 ITRF2014 等成果解算對應 2020 年的坐標。內政部於民國 109 年（2020 年）公告，目的在反映控制點長期位移並維持坐標成果精度。

因此，年份代表坐標成果的參考年代，並不表示另創一套不同的大地基準。這三者同源，但坐標值不能直接視為相同。

異同比較