地理學「空間分析」的興起與發展：為何與流行病學有關？在現代又有哪些應用？

文：游博翔

​炎熱的夏天又到了，而台灣的夏季也同時是登革熱發生的高峰期，過往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？在現代又有什麼樣的應用呢？

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127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。他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，如此也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。

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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，哪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」。