文：游博翔
炎熱的夏天又到了，而臺灣的夏季也同時是登革熱發生的高峰期，近期關於登革熱爆發的新聞層出不窮，從中央到地方都為了防疫工作而焦頭爛額，但你是否曾感到疑惑，當傳染病爆發時，那些防疫專家們到底如何判斷疫情的熱區？又要怎麼合理的安排防疫工作，才能夠最有效率的阻止疫情持續擴散呢？也許大部分人優先想到的可能都是與醫學、生物學或環境工程相關的手段，但各位也許不知道，地理學中的「空間分析（Spatial Analysis）」也在流行病學史上有著舉足輕重的地位。
那到底什麼是空間分析？廣義而言，它指的是透過空間資料來運算，試圖找出各種事件在地理空間上有何種關聯性的一門科學，那為何會說他與流行病學有關？它的興起與發展對我們生活造成了什麼影響？在現代又有什麼各式各樣的應用呢？看完這篇文章，相信各位就會對於空間分析有著進一步的了解！
空間分析的興起：John Snow的倫敦霍亂分析
1854年的倫敦，各地接連爆發了零星的霍亂疫情，其中最嚴重者莫過於倫敦蘇活區（Soho）的寬街霍亂爆發事件（Broad Street cholera outbreak），從8月31號的夜晚開始，在短短三天內，寬街周圍的居民里就有一百二十七人死亡，接下來不到一周的時間裡附近四分之三的居民棄家逃離，商店關門，行人絕跡，附近所有居民都籠罩在死亡的恐懼之中。
在這場霍亂爆發時，關於霍亂的醫學研究已經相當的多，大致可以確定霍亂的症狀和死亡率，但對於霍亂的傳播途徑究竟為何，這些醫學專家們莫衷一是，在那個細菌還未被人們發現的年代，最受到推崇的理論是「瘴氣論」，認為霍亂是骯髒環境中生成的瘴氣，體質虛弱、道德敗壞的人們容易受其影響；另一小群的醫生們則主張，霍亂是透過其他尚未發現的物質，在人群中傳播造成的疾病。
內科醫生斯諾（John Snow，不是King of The North那位）便是那些少數的另類主張者之一，他早在幾年前就懷疑，霍亂是透過「水」來傳播的，受感染的人們是因為飲用了受汙染的水而染上霍亂，但當時醫界並未採信他的說法，斯諾於是著手運用統計學的方法在倫敦南部進行調查，但就在此時，在他診所幾個街區外的寬街爆發了霍亂，斯諾醫生立刻趕了回去，設法取得了附近的死亡人數和死因統計數據，並將其繪製在地圖上，將寬街的公共水泵標註出來，並且以粗黑線標示感染者的住家位置，再透過數學上的沃羅諾伊圖與步行測試，將「步行到寬街水泵而非其他水泵最近的區域」圈出來，顯示這個範圍內的人們通常都是到寬街水泵打水，也就證明了寬街霍亂是以這個水泵為中心，透過「飲用受汙染的水」而傳播的，這個事實在地圖上可說是一目瞭然。
斯諾醫生在商討如何抑止這場霍亂的理事會上，將這份地圖連同調查報告一同提出，當時的理事會成員在聽取了斯諾的發言後，下令拆除了寬街水泵的把手，這個舉動「堪稱是流行病學史上傳奇性的一幕」，人們第一次在與霍亂的戰鬥中，以科學為基礎，做出了明智的干預措施，而拆除了把手讓人們不再從寬街水泵取水後，霍亂也就此平息了下來。
在這個歷史性的時刻中，扮演著重要角色的這張霍亂地圖，便是最早也最廣為人知的空間分析應用實例，水泵的位置、感染者住家的位置，都是蒐集而來的空間資訊，透過地圖的呈現，再加上以數學方法圈出使用寬街水泵的家戶範圍，這整個過程都彰顯了空間分析的核心精神，也就是將「空間關係」視作分析的核心，並透過統計方法與數學模型，判斷不同事件如何在地理分布上具有關聯性。
現代空間分析的發展
空間分析在此後的流行病學、生物學、人口學等等領域都有重要的地位，在地理學1970年的計量革命後，除傳統自然／人文地理的架構外，地理學又多了以「空間資訊科學」為主軸的計量地理學發展路線。不過，當空間分析的尺度從幾個街區，擴大到一座城市、一個國家甚至全球時，幾乎不可能靠著手繪地圖的方式來進行，在電腦科學的快速發展後，空間資訊能夠被電腦紀錄、儲存與運算，才使得空間分析在大尺度的應用變為可能，空間資訊科學也迎來最為重要的3S的發展，分別是──GIS（地理資訊系統）、GPS（全球定位系統）、RS（遙測）三項重要技術。
這些技術對於目前地理資訊科學的發展有多重要？一般人或許很難想像，光是將最基本的空間位置資訊記錄下來，就是一項大工程了。過去的地圖學者們多半仰賴實地走訪測繪，費盡力氣才能夠產製出一張地圖，而為了繪製出全球地圖，除了深入各地進行測繪外，地圖學者們也發明出一系列的投影方法，讓3D的地球表面能夠被記錄在2D的平面上，到了二十世紀，則利用飛機拍攝航照圖，來增進大尺度地圖的準確度。但是，那怕地圖的精確度有所提升，能夠記錄的依然是基礎的地理資訊，要想作為進行空間分析的工具，就必須一片片地在透明圖層上繪製所需的資訊，並進行人工疊加，不僅耗時而且效率極低，也難以進行精密的數學計算。
為了解決地圖測繪需要耗費龐大資源、又無法有效進行查詢與分析的問題，加拿大地理學者湯姆林森（Roger Tomlinson）在協助加拿大政府進行土地利用調查時，便著手開發了地理資訊系統，將空間屬性（如一個區域內的土地利用方式）與幾何性質（區域的範圍、位置），利用編碼記錄下來，這樣一來，每個圖徵內都能夠連結到特定的資料值，並且能夠任意地疊加與修改，如此一來變大大節省了製圖的時間，也讓空間數據的分析計算變得更為簡易，湯姆林森博士也因為這個創舉而被稱為「GIS之父」。
相信不少都有關注到最近福衛七號升空的新聞吧！大家都知道衛星能用於氣象預報、電話通訊等等大家習以為常的事物，而事實上，衛星科技的發展，同時也使大範圍的地表調查變得普及，透過衛星影像接受到地表反射出的光與電磁波，不僅能夠單純紀錄平面的地表影像，還能夠利用這些不同波長、反射角度的光進行計算，這種蒐集地表資訊的方法，就稱作為遙測（Remote Sensing），不僅能夠計算出地表的起伏、土地利用型態、植被茂密程度等等特徵，而且，由於衛星的繞行是週期性的，又能夠在短時間獲取大範圍的資訊，比起過去的航照圖之外，更能夠長期監控同一區域的地表特徵，也能夠透過GIS來進行大尺度的空間分析。比方說，若我們想知道一個都市長期以來綠化的情形，實際走訪都市內所有的綠地顯然不太實際，但透過抓取長期的衛星影像，進行分析過後，便能輕易看出整體都市綠化的進展、都市內的綠化程度是否有區域差異、這些差異與其他因素間的關聯性等等。
而衛星的另一項重要應用就是我們常常聽到的GPS（全球定位系統），這項服務讓地面位置發出電磁波後，透過已知位置的衛星接收電磁波的時間，來推算他們之間的距離，而只要有了四顆衛星接收到距離資訊並回傳後，就能夠用地面點與衛星之間的方位與距離，推算出地面點的實際座標位置。GPS使得我們能夠輕易地得知自己的位置資訊，讓我們能夠輕鬆記錄下大量的空間數據，假設你今天在某個地方打卡並標註地點，利用的就是GPS或其他定位系統回傳給你的位置；而另一個重要的就是汽車導航功能，導航一方面透過GPS獲得你所身處的位置，另一方面透過內建的GIS資料庫，搭配各種不同的道路分級、紅綠燈狀況、車流多寡等等因素，來為駕駛計算出最適路線。
無論透過GPS獲得精準的座標位置，還是利用遙測獲取大範圍地表的空間資訊，或者最後利用GIS將所有資料彙整，都使得空間分析的使用變得愈來愈普及化，分析結果更具有價值。從政府單位、公司行號到個人，都能夠著手進行空間分析，看到這裡，各位是否好奇，除了前面提到的傳染病防疫這種高度專業性的工作外，好像這些應用多半用於學術研究或政府機關，那我們的日常生活到底跟空間分析有什麼關係？空間分析的結果又如何影響了我們的生活呢？
日常生活中的空間分析：商業選址
大家是否曾經感到好奇，你家附近的超商或超市，到底是怎麼決定開店地址的？臺灣素有「便利商店王國」之稱，大家都讚嘆臺灣的便利商店數量之多，但為何有的地方開得特別密集，相隔幾步路就有好多家店，有的地方卻遍尋不著一家，這其中究竟藏著什麼玄機？
通常來說，這些商店決定開店位置的過程，多半是優先考慮「周圍的消費人口」，也因此需要去統計各個預計開店地點周圍的人口數，雖然政府有提供村里級的人口資料，但是對於便利商店而言，他們統計的周邊範圍通常只有周邊300公尺左右，因此需要比村里更細緻的人口資料，因為同一個村里內的人口並不一定是均勻的，因此，傳統做法便是派人到周圍的住宅區，拿著計數器清點周圍人口，這麼做不僅需要耗費大量人力物力且效率低，也時常錯估人口。
我們實際問到了進行地理資訊商業分析服務的科技公司──瑞竣科技，來看看他們如何解決這個問題。
專案人員告訴我們，當他們需要進行細緻化的人口資料時，會透過衛星影像的判釋，將建物給框出來，透過建物登記資料判斷建築的類型是住家或商辦，並搭配樓層數等等計算建築物內初步的人口類型，接著，他們會透過公司內部自行建立的「POI資料庫」，利用他人的商業智慧來推算確切人口數。 這個POI資料庫是什麼？事實上，他就是透過蒐集各種不同機關／店家資訊，並對他們加以分類後，來設定每個分類與人口數之間的相關性模型，比方說資料庫內被標註為連鎖餐廳的店家，它們必須設在人口聚集的大型住宅區或商業區，才能夠生存下來，這便是屬於這些店家的商業智慧，而POI資料庫便是將這些連鎖餐廳標註出來後，給予他們一個較大的影響權重，離連鎖餐廳越近的地方，可能就有愈多的人流，透過各個店家／機關的影響權重疊加，就能夠看出哪裡是人流聚集之處，比方說同時離百貨公司、連鎖餐廳與咖啡店等等店家很近的地點，就可以判斷它擁有龐大的人流，是適合開業的好地點。除了單純推算人口總量外，也能夠透過設定特殊的權重值，來進行更細緻化的人口分類，比如性別、年齡、工作人口等等。
這些細緻化後的人口資料，就是他們能夠提供給客戶來評估開店效益的空間資訊，比方說知名的連鎖超市便是運用了他們所提供的資訊，來評估新店的開店位置，對於非常重視區位的超市／超商而言，利用上述人口資料推算週圍的人口數及人口型態，能夠大大降低他們錯誤展店的風險，確保新店能夠開設在一個好的位置，是他們能夠在短短幾年內展店如此快速的重要原因。
利用這個人口資料所做出的商業選址決策，就呈現在我們的日常生活之中，人口越密集的地方，自然店家也就越密集，而確保決策正確的過程，最重要的就是得到精確且詳細的空間資料，也因此，在推算人口資料的過程中，GIS公司善用了各種地理資訊相關的科技，並且透過建立起影響程度的數學模型，來進行嚴密的空間分析，從而提供這些企業作為分析選址的參考。看完這個分析的過程，相信大家都能理解到，把店開在哪裡確實是一門學問，而這門學問中，處處都是空間分析的身影。
除了商用服務外，空間分析的技術應用在公眾服務上時，也能為社會大眾創造公共利益，比方說在上述的POI資料庫中，加入24小時營業店家／警察局等等機構的資訊後，就能夠判斷出夜間還亮著燈光的路，讓大家能夠判斷在夜晚走哪些路段會比較安全。透過這種貼近日常的空間分析應用，也希望拉近公眾與空間分析這門學科的距離，讓所有人能理解到空間分析在我們的日常生活中，可以說是無所不在的，它不僅在各種政府／商業決策中被廣泛利用，也可以用來服務大眾，使我們的日常生活變得更加便利！
參考資料
Johnson, Steven. 2006. The Ghost Map: The Story of London's Most Terrifying Epidemic – and How it Changed Science, Cities and the Modern World. Riverhead Books. 195–196. ISBN 1-59448-925-4.