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生活中的地理資訊

空間資訊已經廣泛應用在許多環境資源的調查與分析上,以往這樣的資源僅限於少數人可以使用,但近來由於網路的普及加上衛星的發展,使得一般人都有機會使用這些新科技產品。
 
 
 
倫敦於1854年爆發一種不明的流行病,病人上吐下瀉,重者甚至死亡。整個疫情蔓延非常凶猛,短短10天就有500人致病喪生。專家試圖從各種徵兆找出致病原因,卻苦無進展。

在危急的狀況下,史諾(John Snow)醫生拿出倫敦的市街圖,把一個個病患的住家位置標示在地圖上,並就病患的分布情形進行觀察。他發現大部分病例呈現集中分布的型態,再針對當地的環境進一步分析,他發現中心點附近有一口井,大部分的病患就住在這口井周圍250碼的範圍內。進一步的分析與研究,讓他懷疑致病元兇就是這口井,因而建議附近居民停止取用這口井的水。就在停止取用後的第3天,再也沒有新的病例發生,當地的霍亂疫情也逐漸平息。

這是一個廣泛流傳在醫療地理及公共衛生學界的案例,看完這個故事之後,你有什麼感想呢?

生活中我們經常會面臨與位置及分布有關的問題,例如公共衛生專家關心:「登革熱發生在哪些地區?可能往哪裡擴散?」大型連鎖店的行銷推廣人員關心:「什麼地方的區位條件較佳?市場潛力比較大?」回答這類的問題,往往需要與位置及空間分布有關的資訊,也就是所謂的空間資訊。

發生在地表上的現象通常都有對應的位置,決策者在進行判斷時,若能掌握相關的空間資訊,會有助於提出較為周詳的決策。近年來,資訊科技的發展讓我們有更好的工具來處理空間資訊。

無所不在的空間資訊

生活周遭一些看似稀鬆平常的現象,往往具有空間資訊的成分,經過處理及分析,就可能衍生出有價值的決策依據。以下利用兩個例子加以說明。

便利商店  當客人在便利商店購物時,店員除了利用讀碼機掃描商品的條碼外,也可以同時輸入顧客的性別、年齡層等資料。這一筆筆的購買紀錄,就被整合成所謂的銷售時點(points of sale)資料。近年來一些大型的連鎖便利商店,紛紛建立銷售時點資料庫,營運總部的分析人員便可以利用這些資料找出每一家分店的特色,進而整理出各家分店的熱賣商品及需求。

北部濱海地區的一家便利商店就曾經發現,清晨時購買土司麵包的男性顧客特別多。進一步的分析結果顯示,這些男士其實是早起的釣客,他們購買土司是為了當釣餌,不是當早餐。當然,這家便利商店的土司供應也就特別齊全,無慮短缺。

每一家便利商店都有明確的位置,也有它的環境特色。整合地點及銷售時點資料,一家家外表看似相同的便利商店,所販賣的貨品其實不盡相同。銷售時點的紀錄讓每一家分店都可以抓住當地顧客的特殊需求,甚至結合天氣預報資料來決定明天應該進什麼貨物。資訊的應用讓業者得以創造更好的業績。

隨身手機 空間資訊不只是靜態的紀錄,也可能是動態的即時資訊。帶著手機在戶外行動的人,他的位置有可能被偵測和記錄下來,因為手機是透過基地臺傳遞訊號的,基地臺可以偵測到服務範圍內的手機,而每一座基地臺的位置都是明確的,因此由基地臺位置可以推估手機所在的區域。

對廣告業者而言,掌握到顧客的位置就是一種商機。結合手機業者所提供的訊息,商家可以針對其周遭範圍內的手機發出簡訊,提供即時的廣告以爭取顧客上門。對於偵辦案件的員警而言,手機的通訊情形提供了空間資訊,透過通聯紀錄就可以追查特定對象的行蹤。

上述的範例或許新鮮,卻不奇妙。隨著科技的進步,空間資訊的類型和應用越來越多。許多看似平常的事情,其實都有可能包含空間資訊的成分。空間資訊的應用之所以越來越普遍,就是因為許多不同領域的研究者默默地在發展相關的工具和方法。由於這些努力,讓我們看到更多元的應用。

地理資訊科技的3S

空間資訊的處理過程涵蓋資料的蒐集、管理、分析、展示,這些工作分別使用不同的工具。近年來,空間資訊科技的快速發展,主要和3種工具的開發有關,這3種工具就是全球定位系統(GPS)、遙感探測(RS)及地理資訊系統(GIS),也就是所謂的3S。

全球定位系統 所謂定位,就是測定所在地點的位置。在沒有電腦的時代,我們經常使用指南針及地圖來定位,海上的船隻則藉由燈塔或星象來指引航向。

全球定位系統(global positioning system, GPS)是一套適用在世界各地的定位工具,它利用24顆在空中繞行的衛星做為定位的參考點,使用者只要持有定位衛星訊號的接收器,收取來自衛星的訊號,並經由接收器內部的處理器運算,在幾秒鐘內就可以推算出所在地點的坐標。利用這種工具,不管任何時間及地點,只要是視野遼闊、可以收取定位衛星訊號的地方,都可以迅速精確地完成定位。

GPS的發明讓我們隨時隨地都可以知道「在哪裡」,空中的飛機、海上的船隻、地面上的汽車,都可以即時測得它們的位置,以進行導航工作,或者藉由通訊設備把位置的資訊傳送給相關人員。目前,公車業者、保全業者、警政消防業者,都已經逐漸引進這種系統設備,做為車輛控管之用。對於從事戶外活動和研究調查的人員,GPS也是一種隨身的好伴侶,可以提供精確的座標,避免意外發生。

GPS原本是為了軍事用途而發展的,主要用來導引飛彈、軍艦及軍機等。在這項國防科技開放給民間使用之後,使用層面越來越廣泛,目前已經有業者生產內建GPS功能的手機,可以預期GPS的應用會逐漸普及。但GPS的應用還在起步階段,除了一般人所了解的汽車導航之外,國外已經有研究者在發展以GPS協助導引盲人的工作,而有更多的保全和私家偵探公司,進一步利用GPS發展保護或偵察的業務。GPS的應用尚有寬廣的空間,待我們去開發。

遙感探測 最近美國Google公司推出了一個大型的地圖網站,網址是maps.google.com。相較於原Google網站所提供的網頁搜尋功能,這個地圖網站提供的是地表景象的展示功能。10年前,有些學者想像坐在家中就可以神遊世界各地、觀察任何地方的景觀,這種想像已經在網路上實現了。對於「條條大路通羅馬」感到好奇嗎?想了解熱帶雨林的景觀和消失情形嗎?想看看北京故宮和天安門廣場嗎?類似這樣的問題,在網路上都可以得到一些線索。

Google Maps其實不是第一家提供這種資訊服務的網站,然而它的出現卻代表著空間資訊普及的另一個里程碑,因為它所提供的資訊和傳播的速度都是非常可觀的。這個網站服務的背後有個龐大的地表影像資料庫,影像來自遙感探測(remote sensing, RS)技術的偵測成果。

位於太空中的遙測衛星,上面載有一組用來偵測地表環境的感應器。這些感應器可以偵測地表反射的電磁波,並記錄後傳回地面。由於地表接受陽光輻射後所反射的電磁波,會因為地面覆蓋物的性質而有所差異,只要針對反射的電磁波強度加以展示和分析,就可以得知地表的環境和資源分布狀況。

遙測衛星一經發射後,便在固定軌道上周期性地繞行,持續監測地面現象。這種密集且重複的繞行,使得它既可以提供即時的資訊,也可以提供長期的資訊。因為這種特性,讓遙測衛星可以在印尼的大海嘯發生之後,很快地提供海嘯衝擊範圍的資訊,也可以用來顯示熱帶雨林的長期演變。

遙測衛星的另一個特色是它可以偵測不同波段的電磁波,進而偵測到人眼看不到的現象。例如,一般的溫度高低是肉眼難以分辨的,但卻可以反映在近紅外光波段的輻射強弱上。許多衛星配備了可以偵測近紅外光波段的感應器,便可以辨識溫度的高低。這種功能的應用非常廣泛,例如遭受某些病蟲害的植物體溫可能較高,近紅光的影像顯示便可以用來進行林木或作物的健康檢查。此外,核能電廠所排放的水溫是否過高、海水是否有不正常的增溫,類似的問題都可以藉由遙測衛星影像進行偵測與分析。

遙測衛星就像是空中的千里眼,已經廣泛應用在許多環境資源的調查與分析工作上。以往這樣的設備僅限於少數人可以使用,但近來由於網路的普及加上衛星的發展,使得一般人都有機會使用到這些新科技產品。如何善用這些衛星影像來增進我們對於地球環境的了解,是更值得我們關心的事。

地理資訊系統 GPS和RS提供的資料越來越多,而這些大量的資料需要有工具來整合及分析,地理資訊系統便是滿足這種需求的工具。地理資訊系統(geographic information system, GIS)是一套用來蒐集、儲存、管理、分析、展示地理資料的電腦系統。就功能而言,地理資訊系統具有傳統地圖的角色和功能,可以說是一個「電子地圖工廠」。

GIS在臺灣的發展還不到20年,早期的GIS一套動輒要數百萬臺幣,主要使用者大都是政府部門中有關糧食、地政、都市及區域計畫等的單位。由於軟硬體技術的發展,現在GIS已經普及到一般個人電腦都可以安裝,可選擇的軟體也非常多,甚至有免費的軟體可用(如美國軍方所發展的GRASS),因此越來越多的企業開始使用GIS進行決策和管理。

例如我們每天使用的電力、自來水、瓦斯、電信,背後都有GIS的應用。房地產公司、大型連鎖店等企業也可能用GIS來輔助決策和管理工作。雖然一般民眾可能沒有察覺,但是GIS其實已經無聲無息地進入我們的生活中。

GIS整合地理資訊處理分析的所有相關功能,應用層面也就非常廣泛。民國92年5月初,國內的SARS疫情轉趨嚴重,教育部因而成立SARS疫情緊急應變中心,並要求各級學校若有疫情要即時通報,而應變中心也每天3次地彙整各校通報的資料。原始的通報資料是以Excel表格呈現,這樣的資料適合統計分析,卻難以呈現SARS疫情在全國校園的分布與消長形勢。

為了更有效地掌握校園SARS疫情的資訊,臺大地理系的研究團隊利用通報表格中的校名欄位,把單純的統計報表轉換成可以呈現分布狀況的空間資訊,讓教育部不只可以看到相關的數量,也能看到分布和變化,進而可以更有效地提供各縣市所需的口罩、耳溫槍等資源。透過網路提供校園SARS疫情資訊的查詢檢索,不僅使得教育單位可以做更好的因應,也因為資料的透明公開,使得社會大眾普遍降低對校園安全的疑慮,協助大家度過SARS的威脅。

除了環境衛生的應用之外,GIS也協助我們增進對歷史文化的了解。在另一項研究中,臺大地理系的同一個團隊利用GIS整合臺北都會區的聚落分布資料,所使用的資料涵蓋1895年至今的聚落分布狀況。這些資料原本呈現在紙張的老地圖上,由於不同年代的地圖比例尺和座標不一,難以用傳統的手工作業進行整合。藉由GIS的資料管理功能,可以整合這些來源及形式都不同的老地圖,進而提供我們有關臺北都會區聚落成長的資訊。

地理資訊科技潛力無窮

近年來地球環境快速變化、國際貿易競爭和政治衝突日趨激烈、人口成長壓力逐漸升高,人類面臨許多前所未有的挑戰。相對地,科技的發展也提供我們許多前所未有的工具和方法。人類所面臨的問題大都與空間位置及分布有關,因此地理資訊科技也就有重大的應用價值。

面對這些新的問題和新的工具,衍生出許多新的領域。美國勞工部針對2002至2012年共10年間美國的產業發展及人力需求,提出3個新興的專業領域,分別是生物科技、奈米科技與地理資訊科技,顯示地理資訊科技在未來社會中的重要性及價值。

科技的發展往往有不同的層級。在學術研究層面,需要有人從事新工具的發展、資料品質的提升、分析方法的改進、人才培育的訓練等。目前大學中有許多相關系所在進行地理資訊的研究和教育推廣,除了主要的地理系之外,其他如測量、都市計畫、環境資源等系所,也都有相關的學術研究活動。由於GIS和現代人的生活日益密切,從2006年起的高一地理課程也會涵蓋地理資訊的概念和技能。

不管我們是否了解地理資訊科技,它已經貼近我們身邊。認識這項新科技,應該是現代公民的基本素養之一。更重要的是,認識它之後,或許你未來的生活或工作會因而不一樣。
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