114 專技高考高等考試 測量技師 地理資訊系統 考古題詳解

核心觀念

數位孿生（digital twin）是以數位模型描述真實世界中的物件、場所、系統或流程，並透過資料連結，使模型能反映實體狀態與變化的技術。它不只是三維模型或靜態地圖，而是結合「實體對象、數位表示、資料連結與分析應用」的動態系統。

在 GIS 領域，數位孿生以地理位置與空間關係為基礎，整合地形、地籍、道路、建築等空間資料，以及感測器、物聯網（IoT）、遙測、即時交通或設施管理資料。GIS 提供空間資料管理、套疊分析、網路分析與地圖呈現能力；數位孿生則進一步把資料更新、情境模擬與決策支援納入其中。

解題方法

作答時先界定數位孿生，再說明它與 GIS 的關係，最後以一個具體案例交代資料來源、分析方式及決策用途。核心要呈現「真實世界資料如何進入數位模型，以及模型如何協助管理真實世界」。

以城市治理為例，可建置城市數位孿生：

1. **建立空間底圖與三維模型：**整合地形、道路、地籍、建物及地下管線資料，建立具地理座標的城市模型；建築資訊模型（BIM）可提供建物構件與設施細節。
2. **連結即時或定期更新資料：**接入雨量計、水位計、交通感測器、空氣品質監測站等資料，依應用需求更新模型中的狀態。

核心觀念

本題考查地形表面的數值表示、DEM 與 DSM 的資料差異、常見產製方法，以及兩者在 GIS 中的適用情境。

• DEM（Digital Elevation Model，數值高程模型）：以數值描述地表高程的統稱。在實務上常用來指裸露地面（bare earth）的高程，不含樹木、建物等地上物；但不同機關或資料規格對 DEM 的定義可能略有差異，作答時應交代採用的定義。
• DSM（Digital Surface Model，數值表面模型）：描述地表可見表面的高程，包含建物、樹冠等地物頂部。
• 兩者同為連續表面資料，可用規則網格（raster）或不規則三角網（TIN）表示。規則網格的格網大小、水平與垂直座標基準、資料來源及處理方式，都會影響精度與用途。

DEM 與 DSM 比較

在同一位置且採用相同高程基準時，建物或樹木等地物存在處，DSM 高程通常高於 DEM。兩者相減可形成地物高度的近似估計：

此差值受資料配準、格網解析度、地面分類及植被穿透能力影響；若兩表面未使用相同基準或未妥善對位，差值不能直接解讀為地物高度。

解題方法：產製流程

作答時可依「資料取得 → 分類或量測 → 表面建模 → 品質檢核」說明，並指出 DEM 的關鍵是取得裸露地面高程，DSM 的關鍵是保留表面地物高程。

DEM 產製

1. 航空或衛星影像立體測量：利用具重疊的立體影像，經內方位、外方位與空中三角測量建立立體模型，量測地面點或產生密集點雲；再移除建物、植被等地物點，保留地面點。
2. LiDAR 點雲分類：利用光達回波點雲辨識地面點與非地面點，選取地面點作為地形樣本。植被區可利用穿透林冠的回波協助取得地面點。
3. 地面測量或既有高程資料：以全測站、GNSS、水準測量取得地面高程，或整合等高線、地形圖與其他高程控制資料。

核心觀念

Interoperable（可交互運作、互通），是指不同組織或不同廠牌所建置的資訊系統，能在共同遵循的規則下交換資料、正確理解資料，並進一步協同執行工作。放在 GIS 中，重點不只是「資料傳得出去」，還包括接收方能正確解讀其座標、格式、欄位與地理意義，並能拿來查詢、分析或整合。

因此，GIS 互通通常涉及數個層面：

• 技術互通：系統能連線，並以共同的通訊協定交換資料或服務。
• 語法與格式互通：資料採用可讀取的共同格式或編碼方式。
• 語意互通：不同系統對欄位、分類、單位及資料內容有一致理解。
• 組織與程序互通：參與單位對資料更新、存取權限、品質與使用方式有共同約定。

只採用相同檔案格式，未必就能達成完整互通。例如兩個系統都能讀取向量資料，但若一方把欄位 ROAD_TYPE=1 解釋為省道，另一方解釋為主要道路，資料雖可傳輸，語意仍不一致。

解題方法

本題是觀念說明與應用舉例題，作答宜先下定義，再從「資料、服務、語意與作業流程」說明如何讓不同 GIS 系統合作。例子應具體交代資料如何發布、另一系統如何取得，以及如何處理座標與資料定義，才能顯示理解的不只是格式轉換。

可用以下答題架構：

1. 說明 interoperable 的核心意義。
2. 說明互通涵蓋資料交換、正確解讀及協同作業。
3. 以跨機關或跨廠牌 GIS 為例，說明採用標準服務、共同格式與共同資料定義的作法。

GIS 應用例子

例如，縣政府與消防機關分別使用不同廠牌的 GIS。縣政府維護道路與建物資料，消防機關需要在自己的 GIS 中查詢救災路線與附近設施。可採取下列作法達成互通：

1. 以標準服務發布資料：縣政府透過符合 OGC 規範的網路地圖或地理資料服務，發布道路與建物資料，讓消防機關的 GIS 用共同介面查詢或取用。

核心觀念

交集（Intersect）是向量疊圖分析，將兩個或多個圖層的幾何重疊部分擷取出來，並把參與疊合圖層的屬性資料帶入成果圖層。交集適用於點、線、面資料；輸出幾何型態由輸入圖層的幾何型態決定。

以兩個面圖層為例，交集成果只保留兩圖層共同重疊的區域，且每個成果區塊同時包含兩圖層的屬性。幾何上可表示為 $A \cap B$。

解題方法：以淹水潛勢區與土地使用分區為例

使用資料

• 淹水潛勢區圖層：面資料，包含淹水深度或潛勢等欄位。
• 土地使用分區圖層：面資料，包含分區名稱或使用類別等欄位。

兩個圖層須使用相同的座標參考系統，並確認資料範圍與位置正確。

分析步驟

1. 載入淹水潛勢區與土地使用分區圖層，檢查其座標系統、幾何型態及屬性欄位。
2. 開啟 GIS 軟體的 Intersect（交集） 工具，將兩圖層指定為輸入圖層。
3. 設定輸出檔案位置及名稱，執行分析。
4. 檢視成果圖層與屬性表，確認只留下兩圖層重疊的範圍，且成果同時具有淹水潛勢與土地使用分區的屬性。
5. 可依淹水潛勢類別統計各土地使用分區內的面積，找出受淹水影響的分區及其範圍。

示意圖

核心觀念

本題考查堰塞湖災害監測系統的整體設計，須說明如何取得地形、水位、降雨與溢流等資料，再估算蓄水量、判讀溢流風險，並將監測結果轉化為警戒資訊與災害預警。答案應涵蓋「資料取得—空間分析—風險判斷—資訊展示與發布」的完整流程。

堰塞湖蓄水量是水面高程相對於湖盆地形的積分。若湖盆底面高程為 $z_b(x,y)$，水面高程為 $h$，則蓄水量為

其中 $A$ 為湖盆範圍。實務上常以數值地形模型（DTM）或水下地形資料建置湖盆地形，再計算不同水位下的蓄水量，形成水位—面積—蓄水量關係。

解題方法

一、資料取得

1. 地形與影像資料 利用航空攝影、無人機影像、衛星遙測、光達（LiDAR）或地面測量取得堰塞體、湖岸及下游地形。影像可用於判釋湖面範圍、溢流口位置與崩塌變化；立體影像或光達可產製高解析度地形資料。若湖水混濁、地形陡峭或現地不易進入，遙測及無人機資料可補足地面測量的限制。

2. 水位資料 可設置水位計、壓力式水位感測器、雷達或超音波水位計，連續量測湖面高程；亦可由影像判釋湖岸線，配合地形資料推估水位。感測器須進行高程基準聯測與定期校正，並以無線通訊或衛星通訊回傳資料。

3. 溢流口與溢流量資料 透過定點攝影、無人機或衛星影像監測溢流口位置、寬度及沖刷變化，並以水位計、流速儀或現地流量測量掌握溢流狀況。若現場難以直接量測流量，可依溢流口斷面、水深與流速估算，基本關係為

其中 $Q$ 為流量、$A_c$ 為過水斷面積、$\bar{v}$ 為平均流速。亦可依溢流堰幾何與水頭採用適當的水理公式估算，並以現地觀測校核。

4. 輔助與環境資料 整合雨量站、氣象預報、地震資料、河川水位、堰塞體變形與崩塌監測資料，作為水位變化及潰決風險研判的依據。各來源須統一座標系統、高程基準、時間格式及資料品質標記。

二、資料分析與蓄水量估算