民國115年 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
民國115年 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）收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
去年馬太鞍溪流經之花蓮光復鄉因颱風造成重大災情，相關單位收集眾
多衛星、航照、無人機，以及地面獲取影像及資料。這些資料若要在地
理資訊系統上整合及分析，必須進行那些必要的處理與檢驗，以確保分
析成果之正確性？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、整合架構與前置檢核：本案同時納入光學衛星、航空照片、UAV（無人飛行載具）影像及地面觀測資料，各來源在坐標、時間、輻射與尺度上皆不一致，須先建立共同參考框架。前置檢核應確認資料來源、拍攝時間、感測器類型、原始解析度、涵蓋範圍、授權與品質說明（metadata），並檢查是否具備足夠的重疊率與地面控制資料，作為後續幾何與輻射處理的基礎。
- 二、幾何處理與坐標系統統一：衛星影像以 RPC（有理函數係數）配合 GCP（地面控制點）進行正射糾正；航照以空中三角測量（Aerial Triangulation）求解內外方位；UAV 以 SfM（Structure from Motion）產製點雲與正射影像；地面影像則以控制點後方交會定位。所有成果應統一至 TWD97 二度分帶（EPSG:3826）等法定坐標系統，並統一時區、高程基準與投影參數，避免套疊位移。
- 三、輻射與影像前處理：須進行輻射定標、大氣校正、太陽高度角與地形遮蔽校正、雲與雲影遮罩、感測器瑕疵與條帶修補、全色銳化（pan-sharpening）及色彩平衡，使不同來源影像具可比性。若進行災前災後變遷分析，更應將影像正規化至相同輻射基準，以免因感測器差異誤判淹水或崩塌範圍。
- 四、尺度、時效與語意整合：網格解析度應依分析目的選擇，類別資料採最近鄰法以保留類別，連續面採雙線性法；並建立共同資料字典與分類碼，統一屬性欄位、單位與命名規則。不同時期影像須進行時間對齊，並以淹水或崩塌事件時間點篩選，確保時效一致。
- 五、品質檢核與不確定性：以獨立檢查點計算 RMSE、CE90／LE90，進行套疊檢核、拓樸檢查與邏輯一致性檢查；記錄資料血緣（lineage）與處理流程，並執行誤差傳播分析，於成果圖標示精度與限制，確保分析成果可追溯、可驗證。
地理資訊系統中，如河流或道路中心線等線形特徵在向量資料格式時通
常以複合線（Polyline）方式表示及儲存。請說明（可配合圖形）將向量
資料轉換為網格資料時，該如何確保此類線形特徵不會流失，並保持連
續。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、問題本質：河流或道路中心線在向量格式中由節點與線段組成複合線（Polyline），轉為網格時以像元為單位表達，極易產生鋸齒、斷裂、粗細不一或相鄰地物誤連。關鍵在於選擇適當網格化規則，維持 8 連通（8-connected）與拓樸連續性，使線形特徵不流失。
- 二、像元大小與解析度選擇：依取樣定理概念，像元尺寸宜小於線寬與相鄰線最小間距之半，避免兩條平行道路或河道合併為一；若原始資料比例尺較小，可先評估最小地物間距再決定網格解析度，必要時提高解析度或分區處理。
- 三、網格化演算法：常用方法包括中心點法（cell-center）、全觸法（all-touched／supercover）、Bresenham 與 DDA 法。建議採全觸法或加權緩衝法，使斜向線段不出現階梯狀斷點；並以 8 連通判定相鄰像元，確保斜線連續。
- 四、保持連續性的技巧：先建構節點—鏈結拓樸、以 snapping 對齊端點、橋接微小間隙；再以約半個像元之緩衝區「燃燒」（burning）線形，最後以細化（thinning／skeletonization）回復單一像元寬。亦可採向量—網格混合策略，將線狀特徵保留為向量圖層疊加於網格底圖。
- 五、檢核與限制：應檢查連通性、端點數、線長誤差與面積偏差；簡化（Douglas-Peucker）宜在網格化前審慎評估，以免移除關鍵彎折。網格化具不可逆性，須保留原始向量資料，並以視覺與拓樸檢核確認線形未流失。
目前超高解析光學衛星影像的空間解析力幾乎可媲美航照，但以衛星
影像立體對所產製的三維數值地表模型，其品質（尤其是高程精度）
仍不如以相同空間解析力航照立體對所產製的模型，請申論其可能原
因。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、幾何構形差異：衛星受軌道與側擺角限制，立體對之交會角（convergence angle）通常小於航照，B/H 比偏低。高程精度約與 GSD 除以交會角正切成正比，交會角小則視差對高程的敏感度低，高程誤差被明顯放大，此為最根本原因。
- 二、輻射與時效不一致：衛星立體對常在不同日期、不同太陽高度角與大氣條件下取像，陰影方向、物候、雲霧與水氣造成輻射差異，使影像匹配（image matching）失敗率升高；航照多為同一航帶、同一時段拍攝，光照與紋理一致，匹配成果較穩定。
- 三、感測器與影像品質：衛星標稱 GSD 僅為取樣間距，實際 MTF（調變轉換函數）、PSF、訊噪比、全色銳化與壓縮失真，使有效解析度低於標稱值；航照使用大面陣數位相機或底片，MTF 較佳、邊緣銳利，有利次像元匹配。
- 四、定位精度與控制條件：衛星幾何受軌道測定、姿態抖動與 RPC 偏差影響，須大量 GCP 與區域平差改正；航照可搭配高精度 GPS／IMU 與密集控制。側視衛星之建物傾斜（layover）與地形遮蔽較嚴重，於山區與都市更易產生錯誤匹配。
- 五、成果面與改善建議：DSM 於植被、建物邊緣與陰影區匹配困難，加上點雲濾除與內插，誤差逐步累積。可採多視角、多時期衛星影像、引入雷射掃描資料、增設 GCP 及嚴謹精度評估加以改善，並於成果中揭露高程精度指標。
請說明什麼是合成孔徑雷達差分干涉（Differential Interferometric SAR,
DInSAR）？並指出可以進行什麼應用？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、定義：合成孔徑雷達差分干涉（Differential Interferometric SAR, DInSAR）係利用同一地區兩幅（或多幅）SAR 影像之相位差，經干涉處理形成干涉圖，再扣除地形相位後，取得代表地表變形的差分相位，進而推算變形量。
- 二、原理與公式：干涉相位可表示為地形相位、變形相位、大氣延遲、軌道誤差與雜訊之疊加；變形量 d(LOS) = －λ／(4π) × Δφ(defo)，其中 λ 為波長，C 波段約 5.6 公分、L 波段約 23.6 公分。由於僅量測雷達視線（LOS）方向分量，需搭配升降軌或外部資料才能還原三維位移。
- 三、處理流程：依序進行影像配準、干涉圖生成、基線估計、去平地效應與地形相位（使用外部 DEM）、相位濾波、相位解纏（unwrapping）、地理編碼與大氣改正；其中相位解纏與基線誤差為主要誤差來源。
- 四、應用範圍：可應用於地層下陷與地下水超抽監測、邊坡滑動與崩塌、地震同震變形、火山地表膨脹、冰川流動、礦區沉陷，以及堤防、橋梁、捷運與管線等基礎設施之變形監測，具大範圍、全天候、公分級精度之優勢。
- 五、限制與精進：時序去相干（尤其植被與農地）、大氣延遲、相位解纏錯誤及最大變形梯度限制，均影響成果可靠性。實務上以 PS-InSAR（永久散射體干涉）與 SBAS（小基線集）進行時序分析，並輔以偏移量追蹤（offset tracking）處理大變形區。