自 1980 年代以來電腦通訊技術蓬勃發展, 引發了社會及生活的急劇變化, 資訊革命將人類從工業社會推進到資訊社會 近年來隨著資訊科技相關軟硬體設施不斷革新, 而空間資訊基礎環境逐漸成熟, 空間資訊技術已由學術研究專業領域進入日常商業應用和商品市場, 例如 Google Map 行車導航 購屋分析等生活化與視覺化的應用 2004 年美國勞工部所發表的重要研究報告, 指出了空間資訊科技 (Geotechnology) 與生物科技 奈米科技將成為未來十年的三大重要新興產業, 以 GIS( 地理資訊系統 ) GPS( 全球衛星定位系統 ) RS( 遙感 ) 為代表的 S 現代科技將持續延伸服務領域, 依數位地球 (Digital Earth) 及在地定位服務 (Location-based Services) 的發展概念, 更可進一步結合無線網路通訊及行動計算之商務加值應用, 其發展真是不可限量 本公司近年來積極參與政府與民間各項相關計畫, 如 : 高精度及高解析度數值地形模型建置 國土利用調查 通用版電子地圖 國土資訊各類系統建置等, 整合了航遙測與 GIS 之上下游圖資與技術服務, 將 空間資料蒐集及處理 資訊系統開發及建置 以及 空間資訊整合及應用發展 之技能統合投入計畫 在技術研發分析 流程制定 規範研擬等皆已累積豐厚的實務經驗, 因此本 (79) 期專輯以 空間資訊技術 為主題, 一方面期能分享本公司在空間資訊相關課題之經驗及技術, 另一方面也希望藉由專訪航空測量及遙感探測學會理事長王蜀嘉教授, 以及邀請國內相關學者專家共同發表論述, 以提供經驗交流, 使讀者能更瞭解空間資訊技術之多元應用及未來趨勢, 一齊邁向二十一世紀全球資訊化之發展 台灣世曦工程顧問股份有限公司 副總經理 4 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 5
1 人物專1 人物專訪 INTERVIEW 王蜀嘉教授 1968 年畢業於成功大學土木工程學系,1970 年取得土木研究所碩士, 服完兵役後進入交通部台灣區高速公路工程局服務, 於 197 年赴德國斯徒加特大學 (University of Stuttgart) 攻讀航空攝影測量, 獲博士學位後 1980 年回國任教於成大測量及空間資訊系所, 先後擔任副教授 教授 系主任 所長及成功大學副總務長 1988 年受美國普渡大學土木學院邀請擔任客座研究員,1998 年獲選中華民國航測及遙測學會獎章得獎人, 學術領域專長於影像匹配 空中三角平差計算 數值地形模型 誤差理論及可靠度與偵錯, 教學 25 年培育人才無數 多次獲得國科會甲種研究獎, 及主持多項國科會重要研究計畫, 成果豐碩, 於國內外期刊發表多篇論文, 深獲肯定 於教學之餘尚曾擔任行政院研考會國土資訊系統標準組委員 內政部地政司查核委員等職務, 並協助內政部制定多項測量作業準則 規範及精度標準, 包括航空測量方法與空載光達方法測製高精度及高解析度數值地形模型 彩色正射影像鑲嵌圖製作等規範, 提供產業界建置遵循 王蜀嘉教授現任中華民國航空測量及遙感探測學會理事長及武漢大學遙感信息工程學院客座教授 近年來引領國內航空攝影測量產業, 由類比走向數位, 由二維平面走向三維空間, 對空間資訊技術發展貢獻良多 在 21 世紀今日, 空間資訊科技將成為未來十年的重要新興產業之一, 本期刊很榮幸專訪王教授, 以其個人豐富的閱歷談 空間資訊發展 6 No.79 July, 2008 整理 / 鄭宏逵 攝影 / 姜興華 問 : 王教授您大學時選讀的是土木工程系, 是甚麼樣的機緣讓您從土木走向航空測量? 答 : 我是在 1964 年考入成功大學土木系, 在大學二年級暑假時就到建設公司實習 當年成大還採德國教育方式, 必須要有校外實習才能畢業 實習時正逢公司裡的結構技師公假參加教 育召集, 課長要我替他做陽明山中國飯店結構及配筋計算及桃園一個廠房屋頂的桁架計算 乍聽到這個命令時我嚇得要死 在大二才剛學了點基礎結構學及鋼筋混凝土, 只能應付考試題目的簡單二維柱 樑等原件計算, 從來不知道如何把原件結合成完整的三維結構體 當時又沒有電腦, 最好的計算工具就是一把計算尺而已, 因此不肯接下這任務 最後在課長的舉例說明下才知道, 原來實際的結構及配筋計算 訪No.79 July, 2008 7
1 人物專1 人物專並沒有那麼複雜, 大部分日常所見的建築都是大同小異, 以常用的計算公式及安全係數就可符合規範, 不需要太高深的理論 暑假完後回到學校, 三年級要開始分組, 正逢聯合國贈送成大一套當時屬全世界最先進的德國蔡司公司 1972 年服完預官役後, 進入當時為十大建設剛成立的台灣區高速公路工程局, 在規劃組任幫工程司 主要協助測量 選線 電腦計算及與德國顧問們接洽, 從未想到出國深造 當時政府為了提升公務員素質, 在物力百般艱困之 得到的答案是國家公費不拿, 自有人遞補, 不拿德國獎學金太可惜, 而且德國在測量領域執牛耳之地位, 要學測量最好去德國, 所以就選擇去德國進修 德國在測量方面一直居世界領先地位, 在 硬體 即使到今日, 航測界使用的數位相機 光達掃瞄儀等, 大多仍是德國所開發者 記得多年前有一個在德國 MBB 飛機製造公司 ( 二次大戰時首先研發出噴射機的公司 ) 服務數十年的華人工程師受聘到成大航太系來服務 德國司徒加特大學 (University of Stuttgart) 追隨 時, 對我說系裡只重視論文篇數, 但是卻沒有 Ackermann 教授時, 正是航測由類比式轉為解析 一個人知道飛機該怎麼製造, 故斷言台灣永遠 式的時期, 由於電腦剛開始應用於航測上, 所 不可能有航太工業 這就是今天台灣大學工程 以研究所的研究重心就在空中三角測量平差 教育普遍的問題, 大部分學門不注重與業界的 數值地形模型內插計算等電腦計算程式的開發 合作 因為實作較難生產期刊論文, 以致雖然 以及可靠度與偵錯 影像匹配等基礎理論的推 教育了許多論文製造家, 但是卻沒有製造工業 導 當時所發展出的 PAT-M PAT-B 空三程式 產品的能力, 理論與實務脫節 大多學生要等 SCOP 數值地形模型程式及 MATCH-T 影像匹配程 式等等, 後來都廣為業界使用 ( 左 ) 林耀宗副理 ( 中 ) 管長青資深協理 ( 右 ) 王蜀嘉教授 訪8 No.79 July, 2008 製造的 C8 型航空測量立體測圖儀, 受到史惠順 下, 仍選派公務員赴美深造 本來輪不到我這 問 : 您在德國深造八年, 有關高等教育一定有許多心得, 可否談談您的看法? 老師的鼓吹, 以及想到如果大學畢業後每天做 新進的小幫工程司, 但是組長為了提攜後進, 的都與我在暑假工讀時所做過的結構計算差不多, 還不如去試試看什麼是航空測量, 於是就選擇了測量組 問 : 談談您選擇赴德國深造的心路歷程? 答 : 到德國進修完全是偶發事件 當年成大畢業生比較少以出國深造為首要選擇, 多選擇留在台灣就業 1970 年我由土木研究所畢業, 要我利用公餘準備英語應考, 下了班後就去補習班補英文 這下子, 以前從未想過的出國深造突然進入我生涯規劃內了 由於成大工學院當年採德式教育, 重視德文, 在大學及研究所時都修了德文課, 所以在補習英文時順便也去德文班聽聽看, 同時也報名德國學術交流會 DAAD 的獎學金考試, 最後公費留學及德國獎學金都同時考上 回成大問老師該去哪個國家, 答 : 一般來說, 當年德國工學院的特點是注重學生的實務技能與業界密切交流合作 加上德文期刊本來就不屬於英語期刊所謂檢索 (EI SCI 等 ) 評等之系列, 所以一向就沒有只依據論文篇數來評鑑的迷思 同儕在評審升等 研究計畫申請或系所評鑑時, 看重的是一個人的研究成果有多少是為工業界所引用, 而不是看論文篇數有多少 這種重視對業界實務貢獻的結果, 使得德國在航測方面開發出許多造福業界的軟 王蜀嘉教授到畢業後, 才靠在職教育瞭解業界到底需要什麼, 既浪費了許多年輕人的大好時光, 也浪費了業界的資源及成本 畢竟一個工業體結構必 訪No.79 July, 2008 9
1 人物專1 人物專定是金字塔式的, 只需要少數研發人才, 而需要大量的實務工程師 但是只要大學教授有生產論文的壓力, 就不得不把培養學生成為論文生產者當作重點, 而忽略工業界對工程師的需 巴黎凱旋門前現況的影像 凱旋門前某家咖啡店的位置及景觀如何 該店咖啡目前的價位等等 凡此種種對空間資訊的需求, 都是未來空間資訊產業成長的空間 求 另外, 由於空間本是三維的, 目前以二維 訪10 No.79 July, 2008 問 : 請問您對空間資訊之未來發展有何看法? 空間為基礎的地理資訊系統, 雖然可以滿足大 多數人的需求, 但是對於需要三維空間管理的 答 : 德國聯邦教育部在 2006 年公佈入選大學重 工作而言, 仍然不敷需求, 舉凡都市計畫 城 點支持的三大方向 ( 類似國內 五年五百億元邁 市管理 城市防災 反恐等等, 都需要三維的 向頂尖大學計畫 ), 這三大方向為奈米科 資訊才更有效 如何把空間資訊三維化, 是未 技 生物科技及空間資訊科技, 即表示空間資 來空間資訊研究的一大課題 未來, 誰能以快 訊已被列為本世紀未來發展之重點 美國勞工 速經濟的方式產製三維空間資訊, 誰就能優先 部發表的研究報告, 同樣指出這三樣科技, 將成為未來十年的三大重要新興產業 行政院也 取得商機 ( 左 ) 林志錚副理 ( 中 ) 鄭宏逵經理 ( 右 ) 王蜀嘉教授 將於 國家地理資訊系統建置及推動十年計畫 中, 投入兩百億元經費以促進產業發展, 印證空間資訊服務已成發展關鍵與趨勢 問 : 請問國內測繪規範及空間資訊業務的推動執行與歐美先進國家相較有何明顯的差異? 國外是否有值得效法之處? 打破比例尺的觀念, 也不受限於圖層定義限制 一旦有了基本地形資料庫, 一切有關空間 及 Google Map 或 Wikipedia 類似的作法來做更新, 不但正確 快速, 也可以節省資源 以台灣產業市場來看, 現在仍尚未起飛, 不管是航遙測或 GIS 應用看起來都有很大的成長空間, 會認為它是成長的, 主要是因為人們對空間資訊之需求是無止盡的, 不論是個人 家庭 社會或政府決策支援等都有此需求 以最基本的生活需求來說, 現在大家都依靠傳統 答 : 以德國為例, 建置規範是由整體及長遠角度作大框架規劃, 再以循序漸進方式完成, 階段式修訂更新以符合時代需求, 國內的規範建置完成後, 更新週期比較久, 再加上權責政府單位對先進國家之發展不瞭解, 因此容易造成規範內容跟不上時代 資訊應用所需的資訊都可由庫內自動導出, 可滿足各式各樣使用者的需求 英國更有前瞻的規劃, 未來允許經過國家測量局授權之機構, 對目前所建置完成的國家數位框架 (Digital National Framework) 直接進行更新, 如此可結合社會力量協力維持單一套 總之, 國內推動空間資訊產業的政策 法規 規範與標準應多觀摩國外發展, 宏觀角度規劃以適合新時代, 不要拘泥在某一專案的執行結果, 或計較某些地物該不該測繪的枝微末節 地圖來查詢某地的環境, 但是哪個人不希望有一天, 在電腦或手機上輕輕一點, 就可以對世界上任何一個地方的現況進行查詢, 例如查詢 歐洲在基本地形資料庫的建置觀念也大不相同, 例如德國已經不再製作 1/5000 比例尺基本地形圖, 而改為建置國家基本地形資料庫 可供各界使用的空間資料庫 以門牌或路名為例, 當地郵差 警察最清楚不過了, 任何變化他們最先知道, 如果授權他們比照 Google Earth 問 : 因應人才全球化 專業國際化的未來趨勢, 歐美先進國家對空間資訊人才培育是否有可學習的地方? 您對後進學子有何建議? 訪No.79 July, 2008 11
1 人物專1 人物專答 : 台灣學生與歐美國家較大的不同在於學生的 主動性 在德國學校規定學生畢業前一定要有在工業界實習的成績, 有的更要求要到國外實習以培養學生的國際觀, 而且是要由學生自己找地方實習 去年成大研究發展基金會就收了一位德國柏林應用科技大學測量及空間資訊系的學生, 這位學生透過室友主動找我協助安排實習半年, 實習期間除了實際參與航空測量及外業調繪外, 並且四處觀摩參訪 反觀台灣, 近幾年來越來越多的台灣學生變得較被動而怕苦, 做論文怕寫程式, 做測量怕曬太陽, 出國又怕生活苦, 一心只想走輕鬆簡易的路 會變成這樣, 錯不在學生 三十年前的學生跟現在的學生資質上並沒有不同, 而是因為教育環境與社會觀念不同, 造成教育成效的差異, 歐美國家學校教育較注重培養學生主動 積極 國際化 刻苦耐勞 有責任感的特質, 統的基本圖 以目前來說, 國內最需要的就是如何跳過所謂數值地形圖的中間過渡階段, 迎頭趕上完成空間資料庫的建置 政府首先要做的是規劃整體框架及依據框架訂定標準及實施步驟, 而不是應付目前來自個別使用者的壓力, 斤斤計較基本數值地形圖應該如何測製或該測製些什麼 空間資料庫之建置不應侷限於以達到多少使用人口做為達成目標, 或是侷限於某些特定使用者為目標, 原則上應該是以把國土空間整體數位化及資料庫化為目標 目前內政部對地形圖如何空間資訊化雖也召集產 官 學界定期召開會議討論, 但礙於經費時程限制, 只能依階段性經費之多寡決定建立多少資料, 但若缺少整體資料庫的上層基礎框架規範, 則辛苦建置的資料將來未必能符合資料庫之標準 ( 左 1) 林志錚副理 ( 左 2) 鄭宏逵經理 ( 中 ) 林耀宗副理 ( 右 2) 管長青資深協理 ( 右 1) 王蜀嘉教授 訪12 No.79 July, 2008 而我們社會評定中學教育學校的好壞只看升學成績, 而教改又似乎只注重如何減輕學生壓力, 如何培養所謂 快樂 的學生 這些都是國內教育界及後進學子該省思的課題 問 : 國內空間資訊系統建置, 在政府推動近二十年的時間, 您認為目前是否仍有瓶頸尚待突破? 答 : 世界先進國家諸如德國 英國等, 均已陸續完成國家空間資訊基礎框架的規範, 以基本地形資料庫 ( 或空間資料庫 ) 來漸漸取代傳 問 : 您對政府部門或民間企業努力方向有何期許? 答 : 我們看到 Google Earth 及 Google Map 等允許全球使用者可將自行蒐集到的資訊上傳, 讓網路上的人都可以瀏覽 一個民間公司所完成的系統, 不僅可將本身所蒐集到的資訊提供眾人瀏覽, 亦可藉由一個通用之格式平台, 提供使用者依個別需求完成特定使用之空間資訊系統, 這是一個很值得作為借鏡的例子 希望國內不管是公部門或私部門都應經常到國外看看其他先進國家發展的情形, 以宏觀的角度多多 學習國外發展的技術及經驗 展望未來政府也能規劃一個空間資料庫框架, 逐步完成基本資料庫建置作業, 也期勉民間顧問公司提供更多的實務建議, 來共同完成這項重要的使命 問 : 您對兩岸測繪技術交流展望為何? 答 : 兩岸測繪人員的第一次正式交流是在 1992 年成都舉行的第一屆海峽兩岸測繪交流研討會上 兩岸在分隔四十多年後, 經由台灣的史惠順教授及大陸的王之卓教授二人合力推動下, 才有第一次的聚會 當時大陸在物質環境方面還落後台灣很多, 港台去的人都還要使用所謂的外匯券 但是大陸的測繪人力非常豐沛, 因為有個專門培育測繪人才的武漢測繪科技大學 ( 現已併入武漢大學 ) 此外, 在中央及省均有統一測繪專責機構, 所以在制度 規範及標準上都相當一致, 提供良好的發展基礎 之後由於大陸放手實施改革開放的結果, 在很短的時間之內, 測繪研究人才 設備及水準都達到比台灣要高的水準, 無論在純理論研究或是應 訪No.79 July, 2008 1
用軟 硬體的開發上都頗有成就 即使不看大 陸 只看目前歐美日等國 有關測繪及空間資 訊的學校 研究機構及企業裡 幾乎都聘有武 漢測繪科技大學的校友這一現象 就可證一 斑 此外 今日包含台灣在內世界上有相當多 參 後記 的測繪單位也都在使用大陸所開發的軟硬體 感謝王蜀嘉教授百忙中撥冗接受專訪 在 但是另一方面 由於大陸把測繪仍然當作 十分愉悅的談笑風生中 個小時的訪談一下 國家機密 以致測繪幾乎是國家壟斷的事業 子就過去了 從細說留學的心路歷程及所見所 並不利於交流開放 而台灣較先進的地方則是 學的心得 到闡述空間資訊發展及未來努力方 測繪事業已經私人企業化 測繪事業 向 我們不僅在知識見聞上獲益良多 更感受 能不靠政府而快速現代化 到王教授謙謙儒者與務實的風範 美中不足的是台灣也把許多 空間資訊當作國家機密 也不 利於私人測繪事業的交流及發 基本圖資所規劃的國家空間資訊基礎框架 學 展 所以兩岸在測繪方面的 校培育人才應著重於實務而非訓練成論文製造 交流在短期內可能還只能 機器 政府主管單位應有更宏觀格局 而非侷 侷限在學術理論的切磋 限於推動個別專案 國內產 官 學應扮演更 及應用軟硬體的採購 積極角色 以因應空間資訊產業的蓬勃發展 方面 14 No.79 July, 2008 人物專訪 1 人物專訪 1 綜合本次專訪瞭解歐洲先進國家針對建置 No.79 July, 2008 15
工程論著 2 中 華 技 術 ENGINEERING 摘 要 SUMMARY 現代化國家中 舉凡民生 科技 建設等皆需應用重力資料 例如在民生運用方面 1 之度量衡標準 在工程建設方面之坐標系統與高程系統 以及在資源探勘 地球變遷 地震預測等科技運用方面 而精確的重力資料則倚賴國家重力網之建立 本文先就臺灣 地區早期重力測量作一概述 再詳述內政部辦理重力測量工作執行現況 最後闡述臺灣 重力測量之未來展望 2 壹 前言 國防應用領域也有極其重要的作用 由此可了 解重力測量的重要性 重力是反映地球形狀 地殼運動的重要資 訊 例如以重力異常推求地殼外貌 大地起伏 等應用 此外 人造衛星之發射及軌道計算 貳 臺灣早期重力測量紀事 海洋資源之開發及地球科學之研究及應用 天 197 水準面之計算等 均需有精確詳實之重力資料 日本大地測量學會Kumagai等人以Vening 以資應用 Meinesz重力擺由日本京都 Kyoto 之重力基點 引測臺北 新竹等十三處絕對重力點 Kumagai, 1 2 在大地測量領域中 地球重力場是確定高 195 顏淐波 1978 程坐標及研究地球形狀的主要資訊 在地球物 16 No.79 July, 2008 理領域中 可利用地球重力場觀測資料探勘地 1959 下礦藏資源 同時可以此分析地震成因 在海 中國石油公司使用Worden相對重力儀進行 洋學領域中 根據重力場資訊能夠揭示海洋洋 重力測量 並以設於苗栗縣斗換坪之重力基 流和環流的活動規律 另外地球重力場資訊在 點 為臺灣地區之重力原始基點 中國石油 1975 No.79 July, 2008 17 2 工程論著 然資源之探勘及開採 正高系統之建立 大地
2 No.79 July, 2008 2 No.79 July, 2008
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工程論著 2 中 華 技 術 ENGINEERING 摘 要 SUMMARY 服務導向架構 Service Oriented Architecture, SOA)近來成為地理資訊界相當流行的名 詞 資訊科技的發展趨勢也朝向服務導向架構快速邁進 因為SOA帶來的好處已經逐漸 明顯 因此企業界與政府單位均爭相引入SOA 來提升員工的生產力 本文探討SOA與 國土資訊系統的關係 並對國內如何在國土資訊系統的組織下推動SOA 提出建議策略 作為政府施政的參考 壹 前言 由於空間資料的共享牽涉到資料管理之公部門 空間資料 然而對於資料需求者而言 如何取 內部相關辦法 是故必須思考如何在國家層級 得所需的資料 仍存在著許多的問題 隨著寬 之下 建立分享空間資料的機制 這個機制為 頻網路及跨平台資訊技術的發展 未來國土資 國家空間資料基礎建設 (NSDI) 之一部分 訊系統將逐漸成為分散式之架構 在 開放式 NSDI將能讓所有地理資訊的使用者都能有效的 地理資訊系統(Open GIS) 的潮流下 目前我國 節省資料收集的時間 提升資料價值 有效地 內政部 國土資訊系統資料倉儲及流通中心 進行決策 未來在NSDI的基礎上 發展以網路 已規劃 建立透過單一平台 以OGC之 WMS 服務導向架構 (Service-oriented architecture WFS規格發佈各資料生產節點所屬空間圖資之 SOA) 為核心的新一代地理資訊系統 地理資訊 機制 在這機制下 資料需求者能夠在用戶端 網 (Geo-Web) 之整體機制 將成為未來地理資 以支援這些開放式空間規格的地理資訊系統產 訊系統之核心概念 品 即時地取用 展示空間資料 以輔助空間 決策的進行 本文將檢討分析目前國土資訊系統發展的 應用系統與資料庫 並以資料流通共享標準與 0 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 1 2 工程論著 國土資訊系統發展十多年來 已建置大量
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工程論著 2 中 華 技 術 ENGINEERING 摘 要 SUMMARY 農林航空測量所在國內航遙測發展上扮演重要角色 近年來引領國內航遙測技術發 展與地理資訊之加值應用 並建構全國完整航遙測圖資資料庫 提供國人最快捷 最精 確之航遙測資訊 本文介紹農林航空測量所之發展歷程 主要業務範疇 業務單位工作 職掌及未來發展願景 壹 前言 貳 航測製圖之演進 航測遙測資料是地理資訊系統不可或缺之 農林航空測量所(以下簡稱農航所)辦理航測 一環 以其快速 便捷所獲得之影像判釋資 製圖業務五十餘年來 航測技術之進步與軟硬 訊 舉凡國土規劃 都市計畫 經濟建設 資 體設備之提升 歷經許多時期 在航空攝影方 源調查 農林經營 災害防救 環境監測 學 面 1971年引進PA-1航測飛機 No.79 July, 2008 40 No.79 航測遙測發展非常早 政府遷台以後 1954年 內政部於1979年為基本圖測製購入Beech- 農村復興聯合委員會成立森林資源及土地利用 craft 200 航測飛機(圖1) 農業委員會於1995年 航測調查隊為農林航空測量所的前身 1959年 購入Beechcraft 50航遙測飛機(圖2) 具備GPS 1月台灣省政府農林廳成立農林航空測量隊 衛星導航設備及高精度RMK-TOP空照相機(圖 197年7月改隸林務局 1980年12月擴編為農 ) 並汰換PA-1航測飛機 目前兩架航遙測飛 林航空測量所 1999年7月改隸行政院農業委員 機以台中清泉崗機場為起降機場 並由內政部 會林務局農林航空測量所 主要任務為辦理台 空中勤務總隊統籌管理 維修及派遣 由農航 灣地區像片基本圖及林區像片基本圖測製及農 所空照同仁執行航空照相工作 1980年購置DS- 林資源航測調查與業務 1260多光譜掃描系統 執行多光譜資料收集工 作 No.79 July, 2008 41 2 工程論著 術研究及行政管理皆賴以為規劃之依據 我國
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工程論著 2 中 華 技 術 ENGINEERING 摘 要 SUMMARY 2004年美國勞工部所發表的重要研究報告 指出了空間資訊科技(Geotechnology) 與生物科技 奈米科技將成為未來十年的三大重要新興產業 以GIS(地理資訊系統) GPS(全球衛星定位系統) RS(遙感)為代表的S現代空間資訊科技在土木及相關工程資訊 應用領域發展迅速 本文揭櫫從傳統測量邁向21世紀熱門產業Geomatics之發展 扼述測 量及空間資訊工程領域之技術研發現況及其在土木工程資訊上之應用 壹 前言 環顧國內外的土木與工程資訊技術顧問 三 施工後 通過完工驗收階段後 確實實施 業 應用知識科技於土木工程 改善環境品 保固與維修服務 務求工程設施與人員之安 質 追求永續發展之需求 運用電腦科技於工 全 維護公司信譽與 技術暨工程品質值得信 程規劃 設計 施工 監檢測及營運維護上 賴 之良好口碑 境在工程規劃設計應用 基礎設施之監檢測系 其中 在每一個步驟階段裡 都需要 工 統 人工智慧用於工程設施維護管理 工程資 程資訊 如圖1扼要說出了土木工程建設 訊資料庫之管理與應用等 而土木與工程建設 需要測量提供空間和工程資訊 包括施工體 大抵包括三大步驟 的位置 數值地形模型(Digital Terrain Model, DTM) 土方量 物料 施工規格等 而隨著時 一 施工前 依據需求著手進行規劃與設計 代與相關科技之進步 測量已繼往開來邁入所 謂的Geomatics新紀元 它提供了土木工程所需 二 施工中 根據工程設計圖施行放樣與品管 的空間和工程資訊 工作 並嚴格要求施工安全 不偷工減料 48 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 49 2 工程論著 整合成熟的工程科技與電腦 譬如說 虛擬實
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專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY Google Earth是近兩年來被廣為使用的一套免費D虛擬地球軟體 由於其操作 的便利性 能夠快速的下載全球衛星影像 數值地形模型 向量地圖資料 已為 各界廣為熟知 並有許多架構在Google Earth平台上的新應用 例如災難新聞中快 速全球展示 動態交通即時資訊 飛行模擬 地圖日記等等 可以說Google Earth 開啟一個新的空間訊息平台 本文先介紹Google Earth最新的發展趨勢 包括 街 景操作模式 時間序列4D展示 KML成為國際標準與COM API 中間輔以數則 實 例 說明Google Earth與其他應用軟體結合 在地圖服務平台 監工管理 動態訊 息提供 D工程模型導覽上的應用 最後簡單說明Google Earth對世界的改變 而 且如何開創一個新的空間舞台 關鍵詞 Google Earth KML GIS OGC 數位地球 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 正工程師 陳良瑋 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 副理 李信志 2 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 資深協理 管長青 1 1 2 壹 不斷蛻變進化的Google Earth 不知道什麼時候開始 國際新聞報導中 式 使D建物的外牆可以貼附擬真性較高的現 記者很快的說明著災害發生的位置 迅速的操 場照片 同時也加強了Google Earth與SketchUp 作藍色地球於螢幕解說印尼的海嘯 四川的地 間相互操作的便利性 震 非洲的戰爭 那就是Google Earth Google 2007年5月 2D地圖平台的Google Maps推 體 幾乎每隔幾個月就有新版本的Google Earth 出首波5個都市的街景照片 這是利用一組特 發表 且每次發表都會讓人為之驚艷 近期幾 殊的攝影器材 裝置在車上沿路拍攝下來的 個特別的演變分述如下 這組設備擁有11個不同方向的鏡頭 可同時運 專題報導 自從2004年收購Keyhole公司的Earth Viewer軟 作 並將照片融合成60度影像(如圖1) 據說 一 從D擬真到街景視圖 如同親歷其境 Google曾嘗試在台灣試拍過 但因為台灣都市 人潮眾多 必須克服大量車牌及人臉模糊化的 58 No.79 July, 2008 2006年月 Google先是買下了相當容易操 影像處理工作 至今尚未推出 2007年8月 作上手的D建模軟體 @Last公司的SketchUp 4.2版的Google Earth新增照片觀覽功能 使用者 緊接著在同年6月推出的Google Earth 4.0中開始 可以將高解析度的相片垂直擺放到Google Earth 支援D模型開放標準 COLLADA(*.dae)檔案格 中 並透過此一模式放大觀看實景(如圖2) No.79 July, 2008 59
圖 1 Google Maps 的街景視圖 圖 2 Google Earth 的照片觀覽模式 2008 年 5 月, 街景視圖正式被納到 Google Earth 4. 版中, 其運作方式是採用類似照片觀 圖 Google Earth 的街景視圖 圖 4 新縮放滑桿可直接轉換至地面視角 二 動態資料與 4D 展示 - 展現即時與變遷資訊 Google Earth 提供許多豐富的各式圖層資 Google Earth 上 即時地震數據監測 即時空氣品質 即時停車資訊等, 都有過應用實例 Google Earth 自 4.0 版加入 時間軸 的功能, 讓靜態的空間資料變成擁有時間序列的 4D 展示, 這效果可以讓 D 模型動起來 ( 如轉動的摩天輪 運行中的貓空纜車 ); 卡翠納颶風中心路徑可以串連成為動態行進路線 ; 各個時期的歷史地圖 兩極冰山溶解或航照影像可以進化到 4D 的地貌演變 ; 疫情資訊結合發病地點與時間可以繪製成疾病的擴散歷程 到了 4. 版新增的 日光 按鈕, 也算是 時間軸 的擴充應用, 使用者可以隨著時間軸的播放, 觀賞各地的日出與日落, 如果同時開啟氣象雲圖圖層 ( 如圖 6), 將使 Google Earth 看起來更接近真實的地球 圖 5 即時交通資訊 (Traffic 圖層 ) 三 D 世界的共通語言 -KML 成為國際標準 KML 是 Keyhole Markup Language 的縮寫, 為 Google Earth 中用以顯示空間資料的標準檔案格式 隨著 Google Earth 功能不斷的增加, KML 的版本也持續擴充演進, 目前最新的版本為 2.2 版 由於 Google Earth 普及性相當高的緣故, 已有越來越多的 GIS 及 CAD 軟體支援 KML 檔案格式的匯入與匯出, 例如 :ArcGIS Desktop AutoCAD Civil D 2008 MicroStation MapInfo; 而 Google Maps Virtual Earth 等電子地圖瀏覽器平台 (GeoBrowser) 已支援 KML 檔案的線上套疊功能 ; 部分 WebGIS 伺服器軟體亦開始提供動態 KML 服務的發布, 如 :ArcGIS Server SuperMap iserver 等等 儘管 KML 已獲多數軟體支援,Google 為了 KML 的長遠發展, 仍然將相關的檔案格式文件提交到開放式地理空間標準協會 (Open Geospatial Consortium, OGC), 申請成為國際開放標準的一員, 而這項申請, 經過技術委員會的討論以及會員的投票參與, 已於 2008 年 4 月正式確認生效 現在 KML 的完整名稱是 OpenGISÖ KML Encoding Standard (OGC KML), 換句話說, KML 已成為地理空間資訊平台的標準語言, 可預期的未來將會有更多軟體或平台支援它, 同時,KML 新版本的制定與擴充, 將由 OGC 協會繼 專題覽的方法, 將街景照片濃縮至一顆一顆的球面續負責維護 上 ( 如圖 ), 使用者進入此一模式, 可以抬頭向料, 有些屬於背景圖資 ( 如道路 行政界線 地 專上 觀看四周 60 度全視野的整個球體視域 在名 ); 有些屬於地標點位 ( 如各類商店 銀行 四 COM 元件 API 與 Google Earth API- 開發題使用者操作介面上, 為了方便 D 視景的操作, 旅遊景點 ); 有些屬於社群分享 ( 如維基百以 GE 為基底的應用程式報Google Earth 改良原有的縮放滑桿, 當地圖移動科 Panoramio 相簿 ); 另外還有一類屬於較為導到接近地表時, 視窗畫面會逐漸傾斜俯衝, 將 特別的動態資訊, 如即時交通資訊 ( 如圖 5, 僅 Google 在 2006 年 10 月公佈了 Google Earth 核 報導60 No.79 July, 2008 檢視角度轉為與地表平行, 感覺就像是親自站 於英文版 ) 即時氣象 New York Times 即時新 心 COM 元件的 API 類別函式庫, 使用者可以透過 在當地觀看一樣 ( 如圖 4) 短短 2 年多的時間, 聞 YouTube 影片等等, 這些動態資訊圖層可 這組 API 開發獨立的應用程式, 與 Google Earth Google Earth 就歷經了好幾次的功能躍進, 如果 以提供瀏覽者各式應用的啟發 Google 認為, 進行互動溝通, 進而取代在 Google Earth 中大部 使用者是從 Google Earth.0 一路升級上來的玩 最佳的資料內容往往來自於使用者所建置, 藉 分的操作功能 舉例來說, 我們可以開發一個 家, 將會發現 Google Earth 的地球模擬畫面有變由 KML 語言中的 Network Link 標記, 任何的資景點地標的定位查詢程式, 使用者可由下拉選圖 6 使用日光功能觀看日出, 同時打開氣象圖層得越來越接近真實現地景像的趨勢 料只要被設定為自動更新, 就能動態的展現在單中選擇地標種類與景點名稱, 按下定位鈕後 No.79 July, 2008 61
線 面等幾何資料, 並加入 KML 語法中的 description 標記記載文字資訊 description 標記為 HTML 格式, 可透過 href 屬性連結至外部網頁 圖 8 工地交通即時影像的案例即是收集捷運工地的監視器點位資訊, 將即時影像的 URL 超連結顯示在 Google Earth 中 二 台灣世曦地理資訊平台地圖套用 台灣世曦工程顧問股份有限公司 ( 以下簡稱台灣世曦 ) 鑒於各部門對地理圖資套疊之需求甚殷, 於 2004 年時參考空間資料倉儲的概念建立了一套圖資查詢整合平台 GIS 支援網 ( 如圖 9), 平台中包含 1/5,000 向量 圖 11 Google Earth 經建版地形圖套疊服務 圖 7 新加坡 D 導覽 訊 不過或許是撰寫單機版應用程式複雜度較高的關係,Google 並沒有大力宣傳這組 API, 實際應用案例比起網頁平台開發的 Google Maps API 少了許多 2008 年 5 月,Google 新發表 Google Earth Browser Plug-in, 使用者只要安裝這個外掛程 圖 9 台灣世曦 GIS 支援網電子地圖查詢畫面, 同時顯示該景點的相關資圖 12 Google Earth SPOT 衛星影像套疊服務式電子地圖 1/25,000 經建版地形圖掃描檔 SPOT 衛星影像 1/5,000 正射影像等各類圖資, 使用者可擷取電子地圖的查詢畫面, 應用在競標簡報或各式報告書中, 也可直接下載圖層資導將自動飛覽至該處 式, 便可讓 Internet Explorer 或 Firefox 擁有完整 D 料作後續的加值使用 而隨著 Google Earth 的發地球操作界面 這相當於是把 Google Earth 內嵌圖 8 工地交通即時影像 展演進,GIS 支援網亦將原有的地圖服務加以專到瀏覽器之中, 而操作方式則與 Google Earth 完專擴充, 發布數種 KML 格式的主題圖服務, 可直題全相同 開發人員可搭配以 JavaScript 為基底的在 Google Earth 圖庫中 (http://earth.google.com/ 題接在 Google Earth 中開啟並套疊使用, 如圖 10 報Google Earth API, 在 Web 上開發多元化的 D 應 gallery/) 已有成千上百個經過挑選的 KML 檔案供報圖 11 圖 12 分別為電子地圖 經建版地形圖 導用程式 ( 如圖 7) 使用者下載瀏覽, 以下將針對工程面向與生活 SPOT 衛星影像之套疊服務, 係台灣世曦地理資資訊的應用進行介紹 訊平台應用 Google 平台範例 貳 Google Earth 應用實例介紹一 工地交通即時影像與進度資訊圖 10 Google Earth 電子地圖套疊服務各行各業在 Google Earth 上的應用相當的 Google Earth 中可以很容易的建立點 廣泛而多元, 端視使用者的想像力與創造力 62 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 6
圖 1 機場捷運台北站雙子星聯開大樓完工模擬 圖 15 紐約世貿中心原址實景照片 參 新空間詮釋者及新資訊應用舞台 應用資訊技術於空間的詮釋, 至今都有不同案例及構想推陳出新, 早期的虛擬城市 (Virtual City) 提供一個烏托邦的世界, 從市民 街道 建物到法律均營建在虛無的空間上, 擺脫既有地理範圍的虛擬城市, 藉由討論區聊天室的途徑存在於網路上, 最有名的範例如圖 17 所示, 一個虛擬赫爾辛基 (Virtuaali Helsinki) 城市, 但沒有實體的空間存在, 自然也無法引發人們對空間的記憶及地域上的情感, 搬離城市如同換一個帳戶般的無眷戀 料與相關電子地圖, 使用者可以看到全世界不同地理區域的地理景觀, 這些衛星資料以往可能是軍事用途, 但現在 Google Earth 上, 無論是機場 潛艦基地 衛星發射中心都可以一覽無遺, 但另一方面對於新聞的焦點 旅遊的景點 親友的住所等, 無不在 Google Earth 上達到窺視瀏覽的目的, 隨著瀏覽的次數增加及窺視 新的空間詮釋舞台漸漸的落在數碼城市及數位地球上, 主要是應用 S(GIS GPS RS) 以真實空間基礎建構虛擬空間平台, 因為其空間映像與真實世界接近, 在使用者的空間認知與地域情感上取得連繫, 因此在社群經營上更加快累積用戶, 但舞台的大小也決定社群的規模, 數碼城市的推廣遠不如數位地球的 圖 17 虛擬赫爾辛基 (Virtuaali Helsinki) 城市 的角度不同, 商品宣傳 社群的溝通 訊息的 圖 14 台鐵捷運化桃園高架車站視域模擬圖 16 紐約新世貿中心完工後視域模擬規模, 而 Google Earth 又可以說是數位地球中傳播給 Google Earth 創造更多的機會 最成功的案例 專二 真實與虛擬情境的混搭專台鐵捷運化桃園高架車站視域模擬, 模擬工程題回到文章的起點, 原有 Keyhole 公司技術題完工後的地景樣貌 報是為滿足軍事用途, 當加入 Google 的資金及相對於虛擬城市的虛無及數碼城市的擬報導D 模型的瀏覽與展示是 Google Earth 的強項創意後, 整個發展已有不同的應用構思, 可真, 不得不佩服 Google 併購 SketchUp 的目的, 在導三 工程模擬街景模式是 Google Earth 4. 的新功能, 藉由功能 ; 而模型的建置則有賴 D 繪圖軟體互相以下列角度思考 擬真的空間環境中給予虛擬情境的物件, 當中調整圖層透明度的方式, 可相互切換實景照片國宣布 2008 年奧運場館的構想後, 更多數的人搭配 越來越多的建築師或室內設計師選擇以與完工後的視域模擬 ( 圖 15 及圖 16 以紐約新世貿一 窺視世界角落的心情從 Google Earth 上看到他的模型 地理位置, 也 Google SketchUp 繪製 D 建築模型, 進而套疊至中心為例 ) 目前因台灣的街景視圖尚未上線, 可想像 2008 年北京的新風貌, 而許多 GIS 分析的 Google Earth 之中進行工程模擬 圖 1 是機場此功能可改放自行拍攝的現場照片, 進入照片 Google Earth 最大的資產在於全球衛星資成果也有與真實空間搭配的平台, 相關課題如捷運台北站雙子星聯開大樓完工模擬 ; 圖 14 是觀覽模式觀看比對 64 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 65
的變動等, 也許日後還會出現虛擬人物及虛擬城市在 Google Earth 上出現 三 網路應用新平台 現在最流行網路上的見面話是 今天 Google 了嗎?, 習慣上每天在網路上的活動就是打開 Microsoft 的 IE 瀏覽器, 觀看新聞 社群交友 網路搜尋都在 IE 的平台上完成, 但或許有一天, 你打開的不再是 IE 而是 Google Earth 平台, 上述的動作都可完成, 而且文字與空間的訊息都能同步傳遞, 以地圖日記 (http://map. answerbox.net) 網站為例,Google Earth 也可以是旅遊日記的撰寫平台, 未來也可以是商品交易平台 交友平台 旅遊平台, 就等待新的創意者利用 肆 結語 綜觀 Google Earth 的最新發展與應用, 可歸納兩大方針, 也可由此觀察到 Google Earth 的成功關鍵因素及豐沛的商業利益 一 開放式平台加速市場開拓 商業公司空間服務經由 Google Earth 提供平台, 分享前述各種空間訊息, 而 Google 也由服務的點擊率換取商業利益 二 豐富空間資訊創造新應用 Google Earth 充分運用 Web 2.0 的平台特性, 將社群的分享 集體智慧的創作結晶納為源源不絕的基礎資料, 迅速豐富各式空間資料的完整性 ( 例如 Google Earth Community 中的地標資料 Panoramio 的風景相片 D Warehouse 的立體建物等 ), 此外 Google 也與眾多圖資供應廠商策略聯盟, 廣納各地最完整的空間圖資及影像資料, 可以預期 Google Earth 仍會持續不斷的擴充, 增加更多令人驚奇的特異功能, 身為這套軟體的使用者, 在未來仍舊愉快的享受它 期待它下一次的驚奇 導地震帶的分佈 沙塵暴的位置 兩極冰山融化 Google 眼光獨到的併購了 Keyhole Earth 及 專@Last SketchUp 兩套軟體, 在重新包裝之後提供專題了一個相當便利的 D 模型建置環境與查詢展示題報平台, 這個平台不但容易上手 操作簡單, 對報導於使用者的需求反應迅速, 幾乎半年至一年有一次大改版, 開發團隊的整體設計概念比用戶看得更高更遠 有一個如此開放性平台, 空間訊息不再是少數公司的專利, 或是營建一個高額費用的 Web GIS 系統, 利用 Google API, 許多 66 No.79 July, 2008 參考文獻 1.D Singapore Explorer,http://www.earthsg. com/dsingapore/ 2.Google Earth API,http://code.google.com/apis/ earth/.google Earth Blog,http://www.gearthblog.com/ 4.Google Earth COM API Documentation,http:// earth.google.com/comapi/ 5.Google Earth my Virtual Globe Blog,http:// gemvg.com/ 6.Google Lat Long Blog,http://google-latlong. blogspot.com/ 7.KML Documentation Introduction,http://code. google.com/apis/kml/documentation/ 8. 江寬 龔小鵬等編著,Google API 開發詳解 : Google Maps 與 Google Earth 雙劍合璧, 北京 : 電子工業出版社,2008 9. 饒見有, 地理資訊新紀元 - 數碼城市, 科學發展,416 期,20~27 頁,2007 年 8 月 No.79 July, 2008 67
專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY 為推動國土資訊系統基礎環境建置計畫 內政部雖於近年補助各縣市政府積極 辦理都會區1/1000數值地形圖建置作業 由於所需時程冗長 經費龐大 更新頻 率緩慢 無法在短時間內完整涵蓋全臺灣地區 提供各界加值應用 有鑑於此 政府有必要推動通用版電子地圖作為各單位衍生加值應用之基本底圖 在合理範 圍內降低圖資建置所需經費及時程 進而提高更新頻率 維持內容之可用性 通 用版圖資內容與精度應滿足中央 地方政府及民間85%以上需求 內政部國土測 繪中心於2007年推動試辦計畫 規劃並實作產製 並評估不同方式所需之經費與 達到的資料精度 亦配合實作經驗回饋修正通用版電子地圖相關規範 使其更符 合實際應用所需 本文彙整國內政府單位及民間機構之電子地圖需求分析 並藉 由試辦計畫以多元圖資整合技術建置通用版電子地圖 探討各階段執行流程技術 要點及實務經驗 關鍵字 通用版電子地圖 地理資料庫 GIS (Geographical Information System) 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 正工程師 劉新達 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 技術經理 鄭宏逵 內政部國土測繪中心 地形及海洋測量課 測量員 陳鴻智 內政部國土測繪中心 地形及海洋測量課 測量員 游政恭 4 1 2 1 2 壹 前言 4 目前國內流通供應之各式基本圖的精度 比例尺 製作方法及內容格式等雖均不同 但 國土資訊系統推動至今已近二十年 不 論公部門或私部門對於全國性空間範圍圖資之 現有圖資內容 資料品質具有規範標準 且多 需求日趨迫切 大比例尺之都市計畫地形圖雖 與部分圖層重新建置方式 建立一套具全國 然都會地區已逐步建置 但其資料內容規定詳 性 共通性 一致性 定期更新為特點之電子 盡及高精度規範下 所需建置時程較長 對各 地圖 同時兼具最新正射影像及向量式的內 項公共建設及商業民生用途之需求緩不濟急 容 建置通用版電子地圖之目的包括 元豐富 通用版電子地圖可透過現有資源整合 質 精度及正確性 仍有加強改善空間 亦未 一 解決都會區域1/1000數值地形圖建置經費 建立圖資更新機制 在對公部門業務管理及私 高 時程冗長 更新頻率緩慢 無法在短 人企業發展商業模式時 總有政府部門及民間 時間內完整涵蓋全臺灣地區之困境 專題報導 而民間迫於需求所建置之電子地圖 在資料品 機構呼籲國內產製一套適合多數人使用 範圍 全國性 格式標準化及可定期更新之電子地 二 在合理範圍內降低圖資建置所需經費及時 圖 有鑒於此 經建會國土資訊系統推動小組 程 進而提高更新頻率 維持內容之可用 於 國家地理資訊系統建置及推動十年計畫 性 中 優先建置全國 核心圖資建置與基礎圖資 建置 內容即包括台灣地區通用版電子地圖 68 No.79 July, 2008 建置 三 作為政府 民間單位衍生加值應用之基本 底圖 No.79 July, 2008 69
間 85% 以上需求 內政部資訊中心於 2006 年辦理 規劃建置 都會區千分之一數值地形圖及門牌位置資料之相關推動規範及示範作業 案, 規劃通用版電子地圖推動建置可行性評估, 並委請內政部國土測繪中心辦理 96 年度通用版電子地圖試辦計畫 本文彙整國內政府及民間電子地圖需求分析, 藉由試辦計畫以多元圖資整合技術建置通用版電子地圖, 探討各階段執行技術流程及分享實務經驗 貳 國內電子地圖需求分析 台灣地區進行數值地形圖測繪工作已有時日, 各地區數值地理資料庫架構也逐漸形成, 但受限於各種比例尺地理資料權限開放及資料空間廣度不足, 仍未能廣泛應用 民間業者建置電子地圖已有十餘年, 在電子地圖供應面上已有 4~6 家廠商可提供數值地圖販售, 資料建置成本為廠商生存之最大因素, 於資料使用客源仍多以公部門計畫為主, 因此參考圖資多為 1/5,000 比例尺基本圖, 資料詳實度 正確性及精度仍有不足 通用版電子地圖對政府部門及民間機構之 縣市政府及區域性中央附屬機關 ( 如國家風景區 河川局等 ) 對電子地圖的需求較為不同, 要求之比例尺通常為 1/1,000 ~ 1/5,000 較為適用, 包括重要地形圖層, 及詳盡之重要地標註記, 道路形式包括單線及街廓兩種形式, 主要機關位置範圍能明確標示, 如有土地使用類別 等高線或高程暈渲圖能於山區及空曠處表現 公部門對地理資料庫之建置所迫切之圖資需求如表 1 表 1 公部門之圖資需求分析項次需求內容說明都會地區需有 1/1,000 之精度, 若為網際網精度等級路上使用, 至少達 1/5,000 正射影像 道路街廓 道路單線圖 河流水系 水體 ( 湖泊 ) 道路 分隔島 重要機關及學校 都市計畫區 建成區 獨立建物 門牌 重要地標 橋樑及隧道空間範圍提供全國性或單一縣市資料更新頻率為 ~5 年流通供應機關可本職責加值及更新圖資二 民間機構電子地圖需求電子地圖之流通已為民間相關新興產業帶來蓬勃生機, 主要產業需求來自地圖加值 汽導四 圖資內容與精度滿足中央 地方政府及民 ( 二 ) 汽車導航產業汽車導航產業之產值近年皆以倍數方式成長, 而國內因自主地圖來源欠缺, 間接使導航系統商競爭力薄弱 汽車導航產業所需求之電子地圖, 主要以更新頻率為主, 特別是路網 街廓 建物 重要地標 地形高程等資料為主 ( 三 ) 手機服務產業手機地圖服務特色, 在於手機螢幕限制及便利性需求, 因此對地圖精度要求並不高, 但迫切需求街廓及重要地標等圖資 ( 四 ) 地理服務商因網際網路發展而快速成長, 是一個新興服務, 例如 Google Earth Google Map Yahoo Travel Map 或 UrMap 地圖網等, 利用網頁方式提供旅遊 POI 路徑查詢及地圖黃頁等功能 各服務商間競爭性激烈, 容易被新廠商所取代, 因此, 各廠商對地圖之要求在於更新頻率 取得價格 交通路網正確性及正射影像來源等 私部門對地理資料庫之建置所迫切需 要之圖資需求分析如表 2 表 2 私部門之圖資需求分析 彩色正射影像網格需求分析說明如下 : 車導航 手機服務及地理服務商, 民間相關產 業之加值應用, 對電子地圖之需求迫切, 茲將參 通用版電子地圖規劃及產製方式 專二 通用版電子地圖城鄉劃分專一 政府部門電子地圖需求私部門對電子地圖之需求說明如后 題一 通用版電子地圖圖層規劃題考量通用版電子地圖之建置須符合實際需報公部門對電子地圖空間需求範圍可分為兩報( 一 ) 地圖加值產業導部分, 中央機構職掌為全國性資料, 對電子地通用版電子地圖以最基本最常用圖層為主, 求與經濟效益, 針對人口密集與經濟活動集中國內電子地圖廠商, 主要提供政府圖要求比例尺 精度及圖層類別較低, 但空間採 GIS (Geographical Information System) 分層概念的地區, 應建置資料精度較高的電子地圖, 而部門專案計畫所需圖資, 其資料精度在需求範圍以全國性為主, 以 1/5,000 比例尺為圖規劃九大類圖層, 包括道路 鐵路 水系 行政對於人口稀疏與經濟活動不熱絡的地區, 則建都會區尚佳, 在鄉村區精度及正確性仍資需求下限, 過大的比例尺可能會影響其資料界 區塊 建物 重要地標 控制點及彩色正射置資料精度較低的電子地圖, 以節省建置成本需加強, 但優勢在資料範圍涵蓋全島, 庫效率及便利性, 常見之資料來源包括衛星影影像等圖層 ( 如表 ) 並符合用圖者需求 依據上述因素, 將臺灣地資料一致性高, 有豐富的興趣點 (POI, 區分別劃分為城區 (urban area) 與鄉區 (rural area) 像 農航所影像 運研所電子地圖及民間電子 Point of Interest) 資訊 兩大區域 ( 如圖 1) 地圖 70 No.79 July, 2008 項次 精度等級 圖資內容 空間範圍 流通供應 需求內容說明 配合網際網路上使用, 比例尺 1/5,000 左右即可 正射影像 道路街廓 道路名稱 河流水系 水體 ( 湖泊 ) 重要機關及學校 門牌 重要地標 橋樑及隧道 提供全國性資料 更新頻率為 1~2 年資料格式能為民間直接取用加值, 供應辦法簡易且價格合理 表 通用版電子地圖九大類圖層 類別圖層名稱型態 道路中線 線 道路 道路節點 點 道路 面 臺鐵 線 鐵路 高鐵 線 捷運 線 河流 面 水系 河流中線 線 水庫湖泊 面 行政界 鄉市界面鄉鎮市區界面 區塊 區塊 面 建物 建物 面 重要地標 點 控制點 點 No.79 July, 2008 71
( 二 ) 縮編處理已建置都市計畫 1/1000 地形圖地區, 依據地形圖為基礎, 透過航照取得 空三平差 正射影像產製 圖資補編繪等程序產製符合通用版電子地圖規範的電子地圖 表 4 通用版電子地圖製作所需基礎資料蒐集計畫表 資料分類資料名稱用途資料來源產製年份優先申請 航照影像 農航所航照影像立測 正射農航所 2007~ 至今 民間航拍影像立測 正射 ( 備案 ) 民間航拍公司新拍 航測控制點 空三平差 自行佈設 新佈標 內政部高精度及高解析度 DEM 測製案 2005 年 圖 1 臺灣本島城區與鄉區劃分成果 ( 一 ) 向量資料要求城區 : 向量資料圖面位置相對於實際位置的誤差不得超過 1.25 公尺, 經換算比例尺為 1/2500 鄉區 : 圖面位置相對於實際位置的誤差不得超過 2.5 公尺, 經換算比例尺為 1/5000 ( 二 ) 彩色正射影像解析度要求城區的影像解析度 25 公分 ; 鄉區的影像解析度 50 公分 ( 三 ) 資源整合尚未建置 1/1000 地形圖地區, 除了可採重新產製方式外, 亦可採現有資源整合方式建置通用版電子地圖 ; 以 1/5000 像片基本圖 縣市 1/1000 地形圖 門牌底圖及相關電子地圖產品為基礎, 透過航照取得 空三平差 正射影像產製 圖資補編繪等程序產製, 若仍有不足之圖層, 依據 重新產製 方式補繪 肆 多元圖資製作電子地圖 通用版電子地圖共包含九大類 15 圖層, 資料建置方式採多元圖資整合概念進行製作, 需先依據用途廣泛蒐集可供使用之資料, 優先蒐集並整合現有公部門之屬性資料, 分析適用性, 增進圖資完整 正確性 確認資料來源及產製時間, 以分析圖資內容 精度 坐標系 既有圖資控制點 行政區域圖圖層轉製各圖資主管機關 二 通用版電子地圖之標準作業程序 電子地圖之作業流程較為複雜, 所需之基礎資料眾多, 產製方式有多種方式, 產製之順序亦有先後之別, 須先研擬下述四個重要課題, 包括基礎資料蒐集與備案計畫 擬定圖層產製方式 各圖層產製之先後順序, 訂定完整之標準作業程 2. 立體測製 : 由完成空三平差之立體模形進行圖資數化, 包含建物 河流 ( 面 ) 道路 ( 面 ) 水庫湖泊 鐵路等圖層. 加值產製 : 利用已測製完成之成果進行加值, 包含正射影像製作 正射數化 ( 區塊 ) 中線數化( 道路 河流 ) 及程式產生 ( 道路節點 ) 等 4 類 統 格式等是否適合通用版電子地圖製作之需序 ( 如圖 2), 把資源作最好之分配利用, 以增進生 三 通用版電子地圖產製規劃求 產效率 4. 外業調查產製 專(1) 屬性調查 : 經由內業之向量圖資數化專題通用版電子地圖產製可歸納為三種方式, 一 通用版電子地圖基礎資料蒐集 ( 一 ) 蒐集電子地圖製作之基礎資料完成後, 進行外業之屬性調查, 如道路題報包括重新產製電子地圖 現有 1/1000 地形圖縮在測區範圍蒐集現有航照影像 既名稱 河流名稱 報導編及現有電子地圖資源整合 通用版電子地圖製作所蒐集之基礎資料可有圖資及參考資料, 如有不足應擬定基礎 (2) 地標調查 : 調查地標之位置及屬性 導72 No.79 July, 2008 編輯等程序以完成通用版電子地圖 製 加值產製 外業調查等 分為三大類, 分別為航照影像 既有圖資及參 資料之備案計畫 ( 一 ) 重新產製 考圖資, 對資料之用途 來源 產製年份進行 ( 三 ) 各圖層產製之先後順序 採用新拍航照影像, 配合地面控制 分析, 並依作業需求, 擬定優先申請類別 ( 如 ( 二 ) 擬定圖層產製方式 在完成各圖層產製方式擬定後, 即 點資料進行空三平差 影像數化 立體 表 4) 1. 圖層轉製 : 將既有圖資進行圖檔整合及 可定出各圖層產製作業之優先順序, 如 測圖 正射影像產製 外業調繪 圖資 格式轉換, 如行政界線 控制點等圖層 航照影像資料蒐集 立體測圖 圖層轉 參考圖資 縣市門牌電子地圖 縣市政府最新版 都市計畫 1/1000 地形圖 圖元屬性之基礎資 縣市政府 最新版 新世紀資通路網圖 料 交通部運研所 2005 年 6 月 1/5000 像片基本圖內政部最新版圖 其它地圖資源僅供查詢參考地圖供應商 各地標類之列管清冊地標調查基礎圖資台南縣市政府 省 縣 鄉道清查成果道路 ( 線 ) 參考用公路總局第五區養護工程處 2002 年 地籍圖繪製分戶線國土測繪中心最新版 數值地形模型 (5M) 正射糾正 內政部 2006 年 數值地形模型 (40M) 正射糾正 ( 備案 ) 農航所 No.79 July, 2008 7
正射鑲嵌 正射 正射數化 區塊 外業調查 地標 資料庫屬性 ( 四 ) 各圖層產製之作業平台作業平台分 CAD 及 GIS 二類平台工具, 原則上向量圖資之建置與編修均在 CAD 平台完成, 在完成 CAD 圖檔之檢核後即轉為 GIS 資料庫, 在 GIS 平台上繼續屬性資料之建置與編修 航照影像 空三平差成果 立體測製 建物 道路 ( 面 ) 河流 ( 面 ) 水庫湖泊 鐵路等 CAD 圖檔編修 CAD 圖檔自我檢核 GIS 資料庫建置 GIS 資料庫編修 GIS 資料庫自我檢核 通用版電子地圖 參考資料蒐集 中線數化 道路 ( 線 ) 河流 ( 線 ) 程式自動產生 道路節點 圖 2 電子地圖製作 SOP 流程圖 三 圖例設計, 增進閱讀便利性 既有圖層蒐集 圖層轉製 行政界線 控制點 為提升通用版電子地圖之可讀性, 應針對 表 5 標準圖例設計範例 99100 政府機關政府機關 警察局隊 99110 文教機構學校 文化古蹟 9910 公共設施公園 市場 99150 醫療保健醫院 99190 交通服務場站資訊 休息站 收費站 公有停車場 地標類型地標類型圖例有鑑於各界對電子地圖之迫切需求, 內政部國土測繪中心於 2007 年開始整合目前既有圖資資源, 進行通用版電子地圖之建置工作, 預計於 2009 年建置完成, 以下歸納通用版電子地圖建置工作之效益 一 以多元圖資整合建置通用版電子地圖, 提供各行各業使用通用版電子地圖運用先進航遙測及 GIS 技術並整合多元圖資進行建置, 建置成果為一致性框架的國家級地圖, 主要是提供公眾獲取高品質 地理空間數值和資訊, 可應用於未來國土規劃 國土復育 防救災及民生活動上, 提供決策支援 資源管理者和民間需求, 達成國家整體競爭力之提升 二 未來國家級地圖的框架為 1/2500 通用版電子地圖透過國家級地圖產製, 使圖資資源能統合且一致性 國家級地圖的框架主幹由 1/5000 像片基本圖提升為 1/2500 通用版電子地圖, 另依應用需求以縮編方式供應 1/25,000,1/50,000 導項次 特定的圖層圖元設計適當的圖例, 統一的圖例 1/250,000 及 1/500,000 四種不同比例尺供其他單通用版電子地圖試辦計畫 服務建議書, 台北將有利於電子地圖的瀏覽與出圖應用 特別針 位使用 (2007) 專對地標資訊, 提供包括政府機關 文教機構 專題公共設施 醫療保健 交通服務等豐富資訊之題三 公部門主導推動, 民間業者執行建置 4. 內政部國土測繪中心, 96 年通用版電子地報設施圖例 圖例設計之參考範例如表 5, 各種報圖試辦計畫 之部份成果, 台中 (2008) 導圖例皆賦予適當的顏色或紋理符號, 同時訂定通用版電子地圖建置由中央機關主導推 圖例色碼表, 藉由 R G B 數值, 可明確定動, 相關圖資主管單位 直轄市及和地方縣市義對應顏色, 便利使用者閱讀 GIS 資料庫圖層 政府共同配合提供地理空間資訊, 委由民間專可應用於展示及出圖, 亦可做為資料庫建置成業公司執行生產 果檢核之參考 未來通用版電子地圖所建置之 GIS 格式成果展示如圖 圖 城區電子地圖範例 74 No.79 July, 2008 伍 結語 四 提升民間業者技術層次, 發展加值應用產品 通用版電子地圖建置, 對民間業者之競合關係屬良性發展, 業者可以將資源及人力投入地圖後製作工作, 將通用版電子地圖加值為特定用途之地圖, 再出售給民間地圖使用者, 因此其技術層次將不再為圖資調查 製作及維護, 轉而為地圖處理技術廠商 擴充圖層加值廠商 空間分析與處理應用廠商, 更可配合硬體廠商將地圖封包於車載機或行動式平台, 與國內廠商拓展全球性產品 參考文獻 1. 內政部資訊中心, 通用版電子地圖推動建置可行性評估與分級製作規範制定, 台北 (2007) 2. 內政部國土測繪中心, 通用版電子地圖作業規範, 台中 (2007). 台灣世曦工程顧問股份有限公司, 96 年 No.79 July, 2008 75
題報導76 No.79 July, 2008 專中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關鍵詞 : 國土利用調查 航照影像 衛星影像 地籍圖 影像判釋 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 地理資訊部 / 正工程師 / 吳錫賢台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 地理資訊部 / 技術經理 / 鄭宏逵內政部國土測繪中心 / 地形及海洋測量課 / 測量員 / 黃英婷 內政部國土測繪中心 / 地形及海洋測量課 / 測量員 / 黃琦聆 4 1 2 摘要 SUMMARY 台灣曾於 1995 年辦理完成第一次全國性國土利用調查, 然而土地利用的變化迅速, 前期國土利用調查成果已無法符合現今的規劃需求, 進行國土資訊更新實為刻不容緩之工作 由於近年來空間資訊技術的發展, 航遙測影像資料可方便取得應用, 因此自 2006 至 2008 年, 內政部國土測繪中心推動第二次國土利用調查, 主要藉由運用航遙測技術, 進行影像判釋與實地調查 ( 以下簡稱本計畫 ), 並配合地籍圖 地形圖等參考資料, 增進資料更新之效率 國土利用調查可確實掌握國土利用現況, 充實國土資訊系統基本資料庫, 以期滿足各主管機關國土規劃管理之需求 本計畫為技術多元之性質, 本文主要就執行過程中, 各作業階段流程之技術要點, 彙整工作規劃與執行實務經驗提供參考 1 2 4 為有效利用國土資源, 妥善管理土地相關資訊, 內政部自 1990 年起訂立 國土資訊系統 發展目標, 期以國家級之策略加速國土資訊的整合應用, 協助整體經濟 民生 公共建設之成長, 進而提升國家競爭力 土地利用為社會經濟進化的整體現象, 隨著社會化所帶來的人口群集, 土地使用現況也透過各種開發活動, 由自然生態逐漸轉型為農工商業型態 為協調 人類 與 環境 的平衡關係, 兼顧建設發展與生態保育, 有效利用國土資源, 必須對土地使用現況進行全面性的瞭解, 作為國家整體經建藍圖的基礎資訊, 從而對土地資源作合理的利用, 達到 地盡其利 的目標 有鑑於土地使用規劃的殷切需求, 內政部於 1992~1995 年間辦理完成台灣地區國土利用 現況調查, 動員中央及地方人力, 以地政資料為基礎針對土地使用情形進行全面性普查, 獲得土地利用邊界及屬性資料, 並轉入地理資訊系統資料格式 實際成果對於當時 國土綜合開發計畫 之政策規劃 國土利用管制助益良多 隨著時間的演進與社會環境發展, 土地利用的變化迅速, 歷經 10 年變遷的前期國土利用調查成果已無法符合現今的規劃需求, 進行國土資訊更新實為刻不容緩之工作 加以近年來空間資訊技術的發展, 航遙測影像資料可方便取得應用, 因此內政部在具體作為上持續推動 國土資訊系統計畫 - 基礎環境建置第二期作業, 研訂 國土利用調查 子計畫, 預計 2006-2008 年由內政部國土測繪中心分年執行 No.79 July, 2008 77 專題報導壹 背景說明
影像, 掌握國土利用現況, 配合地籍圖 地形圖等資料, 充實國土資訊系統與土地基本資料庫, 以期滿足各主管機關國土管理之需求 圖 1 各年度作業範圍示意圖 貳 台灣地區土地利用概述 台灣地區的土地利用型態, 依據地形 海拔及主要使用型態大致可分為三類 : 一 都市地區 工商業活動熱絡的高密度發展區, 因人口 如圖 1) 主要規劃重點於運用高解析航遙測 非都市地區, 地理環境多屬平原與丘陵 平原 區域長期以來一直是台灣農業精華帶, 土地利 用即以農業為主 然而由於都市土地難求, 工 業發展以專案方式於各鄉村區進行開發, 造成 工業區呈點狀分佈於鄉村地區 而丘陵地之不 當開發將造成環境品質危害, 進而帶來水土保 持 水資源供需失衡影響 三 森林地區 森林地區主要指位於海拔 1000 公尺以上 之地區, 多屬國有林班地 保安林地 試驗林 地及山地保留地, 總面積約占全台灣地區的 47% 隨著國內休閒風氣日盛, 森林地區之新 興開發近來多以觀光遊憩目的為主, 須注意生 態維護 林地涵養與坡地保育, 對各種可能發 生的災害進行先期防治 參 工作程序 本計畫工作流程如圖 2, 各項準備程序皆經 過品質管制之機制把關, 避免誤差累積 土地 使用分類依據內政部 土地使用分類系統 第 Ⅲ 級 10 種類別辦理 肆 航遙測影像使用策略 本計畫構想係利用航遙測影像之豐富資訊, 搭配參考圖資與外業調查, 迅速獲得最新之國土利用調查成果 考量影像判釋進行之可達程度與效率, 實際執行時應決定影像類型和使用策略, 分析如下 : 一 航照影像 航照影像具備地面解析度 (Ground Sample Distance, 以下簡稱 GSD) 特高的優點 行政院農委會林務局農林航空測量所 ( 以下簡稱農航所 ) 每年定期從事航測製圖與資源調查等工作, 並提供民間工程規劃辦理申購使用 農航所依據台灣地區 1/5000 像片基本圖圖幅進行南北航線規劃, 使用 RMKTOP 15/2 寬角航空像機 ( 焦距約 15 公分 ), 拍攝像片比例尺約 1/17000, 自 2004 年起航空影像皆以 14µm 解析度進行掃瞄,GSD 約為 24 公分 二 衛星影像 目前可取得之高解析度光學衛星影像, 且符合本案基本圖比例尺 1/10000 圖幅範圍內 GSD 表 1 航遙測影像圖資比較表 三 航照為主 衛照為輔 本計畫須由影像判釋至第 III 級分類, 解析度越高的影像對於判釋之正確性越有助益, 由表 1 可知農航所航照影像 GSD 達 24 公分, 為各類影像之冠, 涵蓋率高, 含雲量低, 且可使用立體像對判釋, 故列為最優先之選擇 基本圖比例尺 1/5000 圖幅範圍內將以航空影像作為影像判釋主體資料, 基本圖比例尺 1/10000 圖幅範圍內, 則使用 SPOT-5 或 FORMOSAT-2 影像輔助 要求 公尺內之衛星種類計有 5 種 :SPOT-5 群集而形成都市型態, 交通網絡便捷, 其地理 FORMOSAT-2 IKONOS-2 QuickBird 專環境多屬於平原或盆地地形, 土地利用以住伍 航照立體模型重組 WorldView-1 除地面解析度條件外, 並應就其專題宅 商業 工業為主 人口集中造成各都市地精度 取得時效 像幅 和涵蓋審慎評估 ( 詳題航照立體模型重組在於提供立體判釋階段報區範圍向外擴張, 並有逐漸整合為大型都會區表 1) 報必須使用之立體模型, 而 GPS 輔助空中三角測量導之趨勢 而都市地區須特別注意工商業所帶來可解算投影中心坐標來重組立體模型 本計畫的環境影響, 例如空氣污染 水污染及土壤污除了在空中三角測量方法之外, 亦採用近期研染等公害問題 發之 單像定位模式, 達到快速解算 提升二 鄉村地區效率之目的 圖 2 工作流程圖鄉村地區主要分佈在海拔 1000 公尺以下之 78 No.79 July, 2008 種類 農航所 航照影像 處理等級 GSD (m) 平均含雲量 像幅寬度 最大視角 優點 原始影像 0.24 低於 1%.9km 5 1. 立體像對判釋 2. 解析度特高 SPOT-5 正射影像 2.5 5% 60km 0 1. 涵蓋率高 2. 價格較低 FORMOSAT-2 正射影像 2.0 5% 24km 40. 具 NIR 波段 IKONOS-2 正射影像 1.0 10~20% 11km 45 QuickBird 正射影像 0.6 10~20% 16.5km 27 1. 解析度中等 2. 具 NIR 波段 WorldView-1 正射影像 0.5 10~20% 17.6km 45 No.79 July, 2008 79
一 GPS 輔助空中三角測量 國內外學術研究及實務上均證實 GPS 輔助空中三角測量不僅在精度及可靠度與傳統空三相當, 並且可以減少大量之地面控制點, 正是解決本計畫作業山區控制不足的良好方法 空中三角測量工作主要可分三步驟 : 步驟一為使用工作站量測航照影像間的連結點 ; 步驟二是加入地面控制點約制 ; 步驟三則利用空三解算軟體進行整體平差計算, 完成三步驟後獲得投影中心之外方位元素 (X Y Z Omega Phi Kappa), 即可重建各立體模型, 供後續立體判釋利用 二 單像定位模式 單像定位模式作業流程分為兩步驟 : 步驟一利用影像控制區塊代替地面控制點, 於待解算影像上量測與影像控制區塊共軛之點位, 作為影像外方位參數解算之約制條件 ; 步驟二透過單像後方交會之數學模式, 計算投影中心之外方位元素, 即可重建各立體模型 影像控制區塊資料, 建置基礎為過去已完成空三之航照影像, 藉由保存控制點及特徵點 0.5 公尺, 若以正射影像解析度換算相當於 1 個像素, 已可符合底圖編繪精度之要求 圖 單像定位模式 - 待解算影像之影像控制區塊量測圖 陸 正射影像製作 航照影像經空三平差解算投影中心之後, 即可使用數值地形模型資料 (DEM) 進行正射影像製作 製作正射影像所需之 DEM 資料使用 一 參考圖資之彙整 計畫判釋成果之應用價值, 並考量各類作為判釋作業依據圖資之差異性, 依據本計畫作業規範訂定之最小圖面單元說明如表 4 執行本計畫所蒐集之參考圖資詳如表 5 參考圖資由於來源眾多, 檔案格式不一, 為便於導成各種土地使用類別坵塊之數值檔 為確保本 參考圖資於 AutoCAD 環境之使用, 依據以下步驟 表 4 最小圖面單元 統一彙整 範圍 道路 建物 其它 ( 一 ) 格式轉換 : 參考圖資包含有 A 區 : 位於 1/5000 基本圖圖幅範寬度大於範圍大於範圍大於圍內, 且納入都市計畫之鄉村 ArcInfo ArcGIS MapInfo 等 GIS 格 4m 5m 5m 5m 5m 區 工業區 特定專用區式, 其各種分類界線皆透過應用軟 B 區 : 位於 1/5000 基本圖圖幅範 寬度大於 範圍大於 範圍大於 體先輸出為 dxf 格式, 再轉為 dwg 格 圍內 4m 10m 10m 25m 25m 式 C 區 : 位於 1/10000 基本圖圖幅範 寬度大於 範圍大於 範圍大於 ( 二 ) 坐標系統轉換 : 清查各參考圖 圍內 4m 10m 10m 50m 50m 資之原有坐標系統, 如非為 TWD97 表 5 參考圖資一覽表 坐標系統 ( 目前清查多屬 TWD67 系統 ), 則依據坐標轉換程式進行轉 項次 圖資名稱 項次 圖資名稱 換 1 地籍圖 9 行政區界圖 2 1995 年國土利用調查成果 10 水利署土地利用資料 ( 三 ) 屬性註記轉換 : 由於參考圖資 國有林班資料 11 地調所崩塌地及廢棄土區 之部分重要屬性儲存於屬性資料表 4 內政部 1/5000 地圖 12 地標資料 中, 於 AutoCAD 環境讀取不便, 因 5 都計圖或大比例尺地形圖 1 農糧署水稻坵塊資料 此將原始 GIS 格式之重要屬性資料以 6 營建署使用分區 14 民間電子地圖 文字註記 (Annotation) 之方式轉出 7 營建署都計地形主題圖 15 台閩地區古蹟及觀光資料 (dxf 與 dwg), 再分別插入分類界 8 交通路網 16 土壤及地下水污染資料 線 dwg 圖檔中, 以清楚判別各坵塊之 原始屬性 之影像區塊 ( 如圖 ), 做為類似於佈標點之台灣地區之 20 公尺網格資料, 影像 GSD 設定為二 影像數化 專用途 當相同地區新航測任務執行時, 具備三 50 公分, 並以 1/5000 像片基本圖圖幅為單位, 專分類底圖製作以人工數化方式題維坐標資訊的影像控制區塊, 即可代替外業佈採單張單幅之方式製作 正射影像可提供立體題為主, 參考經空間定位且糾正完成報標 測量的控制點, 於待解算影像上量測與影判釋之備援, 並可提供分類底圖數化與檢核審報之航照正射影像, 套疊相關參考圖導像控制區塊共軛之點位, 此步驟相當於空中三查之參考影像 資, 由作業人員判斷分類界線之位角測量作業之控制點量測, 但此方式之優點在 80 No.79 July, 2008 於取得影像的地面約制條件相當有效率, 並可 置後直接數化 ( 圖 4) 而在都市地 區, 則可參考大比例尺地形圖建物省卻外業測量所費之時間 人力與成本 單像柒 參考圖資整合與分類底圖數化層之線條或地籍線進行分戶數化, 定位模式確實可大幅提升航照影像立體模型重 組作業之效率, 其正射影像之精度與傳統空三 分類底圖之製作原則在於參考影像與各式 圖 4 地籍資料套疊情形與影像數化範例 能兼顧效率及底圖之精確性 定位成果產製之正射影像之相較下, 中誤差約 圖資之相符程度, 適當取捨並進行數化, 以完 No.79 July, 2008 81
經由重組之立體模型即可於各分類坵塊內之土地使用情形進行判釋 影像判釋之基本因子有形狀 大小 色調 顏色 組織 排列 陰影 立地與相關性等因素 判釋時, 少數類別可就以上一項或數項立即判認物體, 但大多需要依據多項參考資料始能正確判別物體 ; 如無法明確判別, 則需至現地調查正確分類屬性 本案第 Ⅲ 級多達 10 種類別, 由判釋專家辦理訓練, 使判釋人員確實瞭解土地使用分類系統以及分類原則, 統一判斷標準 外業調查之成果也將回饋給內業判釋人員, 修正判釋經驗, 並提高判釋正確率 玖 土地利用分類之判釋編碼處理作業 判釋屬性之標註於 AutoCAD 平台建置作業環境, 方便資料標註 編輯及後續 GIS 屬性資料格式欄位之對應 於 CAD 底圖判釋階段, 應完成工作要點如下 : 一 各坵塊之判釋屬性標註 於 AutoCAD 底圖檔已設定 10 種分類圖元 捌 影像判釋 二 CAD 圖面清理作業 進行修正 CAD 底圖之坵塊應求完整封閉, 並避免微小多邊形之出現 各線段應求明確連接 (snap), 並將超出 (overshoot) 與未接 (undershoot) 之情形加以改善, 除妥善利用 AutoCAD 之圖面清理工具外 本計畫已自行開發 CAD 圖形清理暨封閉檢核程式 圖形檢核程式, 可由索引視窗自動標示圖形閉合有誤之坵塊, 並連動 AutoCAD 視窗自動移至待編修位置, 逐一過濾有誤之圖形 三 坵塊與屬性之一對一檢查 GIS 成果轉檔前應就 CAD 成圖中之 閉合坵塊 與 分類圖元 作一對一檢核, 本計畫已開發 CAD 坵塊與屬性一對一檢核程式 可針對 CAD 成圖之常見錯誤態樣自動檢核, 務使成圖之各封閉坵塊圖形與分類圖元能確保正確對應 分類之正確性 調查成果精準度與提高調查速度間取得平衡點, 重要策略包含 : 由點而面最佳化的外業調查方式 放大調查底圖比例尺 引入科技化的調查工具 試辦快速的車輛錄影調查 ( 如圖 5) 拾壹 GIS 成果整合作業 採用 ESRI 公司 ArcGIS 9 軟體作為 GIS 成果整合作業工具, 除視作業需求編寫巨集語言協助資料處理外, 並自行開發提供檔案格式轉換以及成果品質檢核所需之應用程式 以 CAD 為基礎進行判釋作業, 配合規格需求, 其成果將整合至 GIS 資料庫供後續加值應用 作業步驟包含 GIS 檔案轉換 屬性欄位處理 坵塊整併 圖例設定 出圖及格式轉換等六個項目, 說明如下 ( 如圖 6): 二 GIS 屬性欄位處理 前步驟完成的 GIS 檔案內, 各判釋單元皆為多邊形 (Polygon) 型態且連結至判釋成果屬性資料表, 資料表架構如表 6 表 6 土地使用分類成果屬性欄位表 欄位名稱中文名稱型態長度 ID 資料鍵值 Integer 6 LCode_C1 第 Ⅰ 級分類代碼 Char 2 LCode_C2 第 Ⅱ 級分類代碼 Char 4 LCode_C 第 Ⅲ 級分類代碼 Char 6 METHOD 判釋作業方式 Char 1 DATATIME 成果產製時間 Char 6 IMTIME_F 參考判釋影像起始時間 Char 6 IMTIME_T 參考判釋影像截止時間 Char 6 三 圖形坵塊整併 GIS 成果整合作業應將同一分類代碼之多邊形區域整併為一個多邊形區域, 這樣的成果提供了土地利用調查成果更佳的可讀性 利用 Dissolve 整併工具, 設定 LCODE_C( 第 Ⅲ 級分類屬性 ) 欄位值作為整併依據 (block), 圖元以土地分類系統第 Ⅲ 級之中文四 套用色碼表設定 縮寫名稱表示, 圖元名稱 (block name) 則以第 專提升本計畫土地利用調查成果之可讀性, Ⅲ 級分類代碼 ( 數字六碼 ) 命名, 達到判釋圖專題判釋作業成果於出圖過程中, 將賦予各別的土元 易讀 易識 之原則, 並便於後續 GIS 轉檔題報地利用類型適當的顏色 所需的顏色或紋理定之分類代碼擷取 本計畫已開發 判釋屬性標報圖 6 GIS 成果製作示意圖圖 5 提昇效率的多元調查方式導義將依據第一期計畫所制定之標準 原則上將註 應用程式, 提供下拉式選單, 以點選後可驅動於 AutoCAD 環境中插入選取之分類圖元, 並一 判釋成果 CAD 檔轉換為 GIS 之 Shape File 設定各土地利用坵塊顏色, 藉由 R G B 數值, 可明確定義對應顏色 為確保各圖幅套用色碼由作業人員將圖元插入點置於該坵塊範圍內, 拾 實地調查之進行利用 CAD Lines to Polygon Features 工之一致性, 並提升後續相關出圖作業之效率, 即完成判釋屬性標註 由於都市建築混合使用之比例極高, 航照具, 將 CAD 之邊界線與屬性點位, 經過多邊形與本計畫已製作圖例設定檔, 並儲存為 ArcGIS 軟體影像立體判釋於都市密集區有其限制, 因此須屬性連結的處理, 製作成具有判釋成果屬性之之 "layer file"( 國土利用.lyr), 可供後續成果圖辦理全面性之外業調查, 以確保都市土地使用封閉多邊形坵塊 層直接套用設定值 82 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 8
針對套用顏色圖例之判釋成果圖之出圖需求, 本計畫已依據第一期計畫成果規定之 出圖樣版 作為所有出圖作業的準則, 樣板內包含圖名標示文字 國土利用圖例 指北方向 比例尺圖形及比例尺說明文字, 並於圖幅外框加註坐標數值 坐標格點等圖面整飾元件, 出圖樣版並於 ArcGIS 軟體中存檔供後續應用 六 檔案格式轉換依據本計畫規格需求, 成果檔案除製作 ESRI Shape File 格式外, 尚需轉換為 MapInfo(MID/ MIF) AutoCAD(DXF) 及內政部地形圖資料庫交換格式 (SEF) 檔案 導五 圖面整飾及出圖檔製作 料的自動化處理, 減低人為介入可能發生的錯誤, 同時提升作業效率 拾貳 統計報表製作與詮釋資料 在國土利用 GIS 資料庫建置完成後, 同步製作統計報表將使本計畫得以提供更多元的後續應用, 提升整體資料價值 統計表皆由電腦程式讀取成果屬性後進行加總計算, 並將統計成果填寫於 Microsoft Excel 文件內, 藉由試算表軟體功能可進行後續文書處理 製作統計圖形等工作 ( 圖 7) 內政部訂定了國土資訊系統 (National Geographic Information Systems,NGIS) 地理 詮釋資料標準 (TWSMP) 引入了國際標準組織 (ISO,International Organization for Standard) 編號 ISO 19115 之詮釋資料標準, 並依照我國國情選擇其中符合需求之詮釋資料項目 詮釋資料標準 (TWSMP) 內容包含識別資料 限制資料 資料品質資訊 空間展示資訊 供應資料 範圍資料 維護資料 引用資料 參考系統及其他資訊等 10 大項目 拾參 成果應用 本計畫數值成果為 GIS 資料格式, 可於套疊航遙測正射影像與 DEM 進行分析與應用 圖 8 顯示使用 ArcGIS Explorer(AGX) 之應用實例, 與 Google Earth 同樣強調 D 功能的展示與查詢, 同時可針對 GIS 處理與分析功能進行客製化工作 拾肆 結語 圖 8 國土利用調查作業數值成果應用範例 影像判釋人員, 可達成國土利用判釋目標 二 立體影像判釋可提升成果之可靠度 秉持 立體判釋為主 單像判釋為輔 的理念, 在作業過程中驗證了除用於傳統製圖任務外, 立體觀測所提供的高程變化 三維資訊, 搭配影像的紋理 顏色後, 將可大幅提高土地利用判釋成果之可靠度 三 外業調查不可或缺 在詳盡的國土利用分類規範下, 例如建築使用 公共使用等類型的土地, 仍無法完全在影像上獲取所需的資訊, 故以人力進行的外業調查作業仍為補齊建物使用屬性的可行方案 四 資料的有效利用有賴調查成果的流通與共享 國土利用調查成果可作為政府施政的基礎 台灣地區使用航遙測影像辦理國土利用調參考資料, 在民間亦可衍生出多樣的應用層 查作業, 建置作業即將完成 本計畫數值成果面, 本計畫已建置詮釋資料, 藉由國土資訊系 專格式經妥善規劃, 可協助未來國土資源管理的統的流通機制與成果維護資訊系統的建置, 將專題有效利用與永續經營 以下列數項心得與結可發揮此一調查成果的最大效益 題報論, 作為持續為國土利用調查工作貢獻心力之報導註解 五 成果資料的後續更新亦應列入重要工作 式化 ) 功能, 編寫資料整合作業模型, 進行資 (GeoResource) 之描述需求, 內政部所訂定之主, 在訂定分類標準後, 藉由受過專業訓練的本項資料能否受到信任之要素 84 No.79 July, 2008 圖 7 土地使用分類統計圖表 一 航遙測影像判釋可達成任務 國土利用調查皆可充分反映當時的國土利 本計畫已制定國土利用調查作業成果 GIS 整 資料詮釋資料標準 -TWSMP(TaiWan Spatial 用狀況, 但隨著社會經濟發展與工商建設步調 合之標準作業程序, 可大部分涵蓋上述六大處 Metadata Profile) 基於建構開放式地理資 有別於往年土地利用調查工作, 以人員全 加速, 成果資料如何在較短的時間內持續更 理步驟之所需, 並藉由 ArcGIS 軟體之 Model( 模 訊系統 (OpenGIS) 環境中具空間特性資源 面現地調查為主的方式, 本計畫以航照影像為 新, 而非僅期待數年後的資料全面重建, 亦為 No.79 July, 2008 85
專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY 土地利用為人類與土地互動過程中 表現於空間的具體型式 不同的社會文化背景 政經發展條件及自然環境因素 導致不同的土地利用型態 國家的現代化程度越高 對國 土利用調查的依賴程度及應用範疇也越廣 確實掌握國家土地利用現況 始可擬定正確及 具前瞻性的國土規劃 內政部國土測繪中心自2006年起推動第二次全面性國土利用調查 配合陸續完成之 成果資料 同步開發國土利用調查成果管理維護系統 並架構網際網路 Internet 以網站 方式呈現 提供民眾利用瀏覽器認識國土利用調查作業 查詢調查成果及瀏覽作業過程訊 息 並提供管理者進階資料更新功能 在資料更新部分 設計以主從式(Client/Server Architecture)架構供管理人員使用 並辦理更新維護及成果載入 另以PDA外業調查輔助系統提 供國土測繪中心人員外業檢核使用 關鍵詞 國土利用調查 空間資料倉儲 Landuse WMS 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 正工程師 林伯勳 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 副理 李信志 2 內政部國土測繪中心 地形及海洋測量課 測量員 傅秉綱 1 1 2 壹 背景說明 合開發計畫 之政策規劃 國土利用管制助益 台灣地區隨著社會與經濟進化的整體現 頗大 隨著全球經濟的蓬勃發展 土地利用的 象 社會化過程帶來的人口群集效應 也在土 變化加快且日趨複雜 致使之前資料已不敷使 地使用變動中留下各種開發活動痕跡 由自然 用 因此2006年起辦理了第二次的全國性土地 生態逐漸轉型為農工商業型態中 在兼顧建設 使用分類調查 主要目標乃是使所生產國土利 發展與生態保育上 有效利用國土資源及追求 用調查成果的資料規格與品質 能滿足國土計 地盡其利 的目標 必須對土地使用現況及 畫及其他相關決策分析與應用研究之需求 與 環境 的平衡關係 國土利用調查成果 為展示台灣進步的最佳指標 專題報導 變遷上有全面性的瞭解 才能協調出 人類 為配合完成之國土利用調查成果資料 內 政部國土測繪中心構思開發國土利用調查成果 管理維護系統 以網站方式提供民眾利用網路 86 No.79 July, 2008 鑑於台灣地區地用規劃的殷切需求 內政 瀏覽器認識國土利用調查作業 查詢土地利用 部於1992~1995年間辦理完成台灣地區國土利 調查成果 並可從相關網頁中認識土地利用判 用現況調查 動員中央及地方人力 以地政資 釋過程及作業方式 以及提供管理者多種進階 料為基礎針對土地使用情形進行全面性普查 功能 例如資料更新 空間統計 D國土利用 獲得土地利用邊界及屬性資料 並轉入地理資 現況展示 PDA外業調查輔助工具等 期以完 訊系統資料格式 實際成果對於當時 國土綜 整資訊架構滿足產 官 學 研等不同需求面 相 No.79 July, 2008 87
貳 系統需求分析與環境架構設計 能 使外單位調查資料之位相關係及屬性正確 性能與國土測繪中心成果保持一致 分析業務單位相關作業需求 初步歸納出 需求面計有 國土利用調查成果推廣網站需 س ໒วϣ AP Server 2/୯βӦҔፓ ԋ ቶᆛઠ /୯βճҔፓ ԋ ᆅ ᆢ س 4/ ჹᇶշ س ୯βճҔፓ ԋ ᔈҔ س 五 外業查對圖資下載需求 ύјϣ AP Ꮤ AP Server AP Server AP Server IWS Arc IMS MapGuide ୯β ᛤύЈ DMZ 求 系統管理需求 進階圖資查詢及 統計需求 圖資維護更新需求 外業 提供管理機關匯出土地利用外業查對資 查對圖資下載需求 及 PDA現場查對需求 等 料 並可指定目標區資料封包及下載功能 以 六項 茲將各需求目標簡述如下 供外業PDA調查時使用 一 國土利用調查成果推廣網站需求 利用網際網路力量 宣導國土利用調查緣 由 作業過程 調查成果 判釋原則 土地利 用現況圖資查詢等內容 並建立與外界溝通管 道 另在瀏覽源上提供英文網頁 兒童網頁 無障礙網頁規劃以區隔不同閱讀者 二 系統管理需求 配合更新維護機制 可動態提供土地利用 化 潛在違規及國土保安問題所在區域 外業 查詢 現地拍攝及空間資料繪製等工作 訊息維護功能等 另配合Web GIS網路資源控 納為 國土利用調查成果推廣網站 管理 管 對於系統同時上線人數及可允許操作閒置 系統子系統 圖資查詢子系統 三個次系 時間等限制 均能採用瀏覽器操作平臺進行管 統 開發工具為ESRI ArcGIS Server 除能提供 控 WMS (Web Map Services)服務外 在類D功能上 類需求規劃由桌上型GIS軟體開發 歸納為 圖 資更新子系統 及 外業查對系統輔助 採 用軟體為ESRI ArcEditor 負責對空間資料庫匯 入匯出及管理平台 對外業查對掌上型行動裝 繪 查詢 統計及成果輸出功能 並能以小範 置GIS需求 所採用軟體為國產SuperPAD軟體 圍之類D成果展示 協助專業人士分析國土利 並將需求規劃為 現場查對輔助系統 提供其他單位(例如行政院農委會林務局 經濟部水利署)之土地利用調查資料匯出入功 Ҕ ޣ ᆄAP ArcGIS Desktop კ ཥ س AP Server DB Server Arc SDE Oracle 10g Spatial Storage Area Network(SAN) 圖1 國土利用調查成果管理維護系統軟硬體架構 參 系統架構及設計概念 為配合物件導向程式開發 系統設計階段 即採用物件導向式的方法進行 在初步設計階 段 採用系統循序圖(System Sequence Diagram 簡稱SSD)顯示物件間彼此的互動關係及相互交 換的訊息 SSD為統一建模語言規範(UML)的一 種元件 在系統設計過程中採用循序圖以於說 明系統執行時參與者與物件之間的內部互動 SSD主要在表達作用者與系統間的互動關係 並 圖2 國土利用調查成果推廣網站架構圖 以類似時間軸(Time line)的方式表達作用者所發 專題報導 專題報導 對進階需求者提供歷年土地利用調查成果套 四 圖資維護更新需求 Web Browser 為能配合國土測繪中心現有GIS軟硬體架 圖1所示 主要GIS網際網路瀏覽服務項目可歸 用變遷研究 ArcGIS Explorer Google Earth 人員前往現地後 在依據案件的特性進行空間 設有帳戶權限設定功能 意見信箱回覆及 對一般民眾提供國土利用調查成果展示 ύјϣ ᆶᓯӸ ᡏ Оᕅ 變遷監測修訂之基本資料 快速反應國土變 亦支援Arc Globe及Google Earth KML服務 第二 Όϼᆛၡ 六 PDA現場查對需求 構 配合本次作業需求所添加之軟硬體規劃如 三 進階圖資查詢及統計需求 QEB! ჹᇶշ س 出的動作及系統所產生的回應 針對 圖資查詢顯示子系統 開發 以協 各系統依開發目標 需求特性 應用系統 助使用者由系統能迅速查詢國土利用成果資 元件類別及其操作平台不同而區分 簡單描述 料 同時套疊範圍內之交通路網 地籍資料 重要次系統架構及設計理念 例如 國土利用 地形圖 正射影像圖等多功能地理資料庫資訊 調查成果推廣網站 依性質區分如圖2架構 表 為目標 並納入考量資料庫之正確性 完整性 示各網頁不同瀏覽動線及內容 及資料保密規定等 在地圖功能上 規劃包括 地圖的放大 縮小 平移 比例尺設定 前一 畫面 動態坐標 鳥瞰視窗以及成果圖的預覽 88 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 89
與輸出, 也須具備有長度及面積計算與多筆選取統計之功能 藉由地圖上點選各類別圖層資料查詢屬性, 也可以由文字屬性資料來查詢該資料所對應的地理位置, 系統同時提供簡單且多樣化之空間定位 搜尋與資料查詢功能, 若登入者擁有指定的特殊權限, 另可執行額外的國土利用空間統計功能與報表輸出, 圖資查詢顯示架構如圖 所示 圖 圖資查詢顯示子系統功能架構圖 在圖資更新流程部分, 採用資料分年分區域建置模式, 增加資料調查年份與資料來源之屬性, 使用者可填入該次資料來源與調查日期, 進行圖資更新之作業 在系統處理模式的建立方面, 將採用主從式 (Client/Server Architecture) 架構供管理人員使用, 採用 ESRI ArcEditior 平台開發圖資更新子系統, 其屬於個人電腦單機版之商業軟體, 提供後端處理人員, 經由客製化介面進行圖資更新及轉入 轉出之動作, 次系統架構如圖 5 所示 1. 2.. 4. 圖資匯入圖資轉出圖 5 圖資更新子系統功能架構圖 肆 資料庫規劃與效能調校 國土測繪中心依現有資料庫內容及未來系統使用效率而區分為 網路服務端資料 圖資更新紀錄查詢分類屬性格D. 圖資更新子系統式轉換料庫特性可區分以下五類 : 背景圖層資料庫 : 現存於空間資料倉儲之行政區域 交通路網 圖幅索引 地標 交叉路口等圖層及存於 Oracle Spatial 之地段與地籍圖層 數值高程資料庫 :5M 數值高程資料, 以網格型態匯入儲存於空間資料倉儲中, 可套疊國土利用調查資料, 執行高程查詢與 D 展示 國土利用調查資料庫 : 包括本次 (95 年度地用調查 ) 國土利用調查資料 1995 年度調查資料與林務局及水利署之相關調查圖資, 儲存於空間資料倉儲中 推廣網站資料庫 : 國土利用調查成果推廣網站 運作所需資料表包括 訊息公告 檔上傳 及 留言版資訊 等等, 儲存於 Oracle 10g 內 系統管理資料庫 : 系統管理子系統 及推廣網站後台管理維護系統相關資料表, 如 系統用戶 管理權限 網站管理功能代碼 等資料表 本系統預計納入資料庫項目眾多, 達到指 Libraries), 早期是將圖元切分為不同的網格 (Tiles), 當查詢及展示時才萃取相關檔案載入系統, 如今資料庫系統快速發展, 各種地理資料庫檢索方式也實際應用於關聯式資料庫中, 以 Oracle Spatial 為例, 其空間索引方法為 R-Tree 或 Quadtree, 而 ESRI ArcSDE 所採用之空間索引方法為 Multi-Level Grid 由於歷次國土利用調查成果豐碩, 配合上述相關圖資, 範圍涵蓋全國地區, 因此在空間檢索上, 需利用較優之資料庫存儲格式, 考量國土測繪中心現有 GIS 系統之相容性與未來擴充性, 本系統空間資料庫採用 ArcSDE compressed binary + Oracle 之架構, 可在兼顧大部分 GIS 軟體互通性之情況下, 達到最大使用效益 二 高程資料讀取之效能提昇 若將國土利用調查成果套繪於地形高程上, 更能顯示高程變化與土地利用之相互關係, 然而台灣地區數值高程資料龐大, 以 40M 網格 DTM 為例, 若製成矩形方陣後, 點數高達 5 千 5 佰萬個點數, 造成資料讀取 運算及展示上之困難, 連帶對 D 展示上造成效能不彰, 日後如匯入台灣地區 5M 高程資料後, 更可能造成系統無法負荷情形 為能使高程資料庫在資料萃取及顯示功能, 以 GRID 方式建置於 ESRI SDE 或 WEB 專屬伺 Oracle Spatial 端資料 及 ESRI SDE 端資料 定之功能開發與資料匯入等工作並無困難, 但服器內, 提供小比例尺高程查詢及展示, 並在 三個資料群組 網路服務端資料 主要是儲在考慮系統使用效能及資料庫未來擴充性, 必 ESRI ArcGoble 或 ArcCatalog 下建置 Cache 空間, 專存本系統所需之高程資料 ( 例如 DEM), 因為資料須在開發前預先考量資料庫效能提昇構想及後專增加系統展示效能, 展示成果如圖 6 所示 題龐大, 也需不定期執行 Cache 建立工作, 如果置續資料庫更新維護構想, 說明如後 題報於網路服務點外, 可能佔用大量網路頻寬而使報圖 4 外業查對作業流程規劃導相關系統效能降低 Oracle Spatial 端資料 一 大量 GIS 向量資料之效能提昇導90 No.79 July, 2008 外業查對作業流程規劃構想如圖 4, 外業查 主要是連結國土測繪中心現有地段及地籍資料 對輔助系統可分為 PC 端及 PDA 端兩大部分,PC 庫, 透過 Direct Access 方式讀取 其他相關背景 對空間資料管理機關而言, 大量地理資料 端的應用程式屬於 Client/Server 架構, 除了與國 資料及國土利用調查成果, 則是直接由 ArcGIS 之儲存與管理為機關重要課題之一, 在 GIS 發 土利用調查成果資料庫連接外, 與 PDA 端間的資 Server 網站伺服器直接存取國土測繪中心 SDE 資 展初期, 資訊系統所能存取之圖元有所限制, 料交換可透過 PDA 基座進行 料庫 本文應用系統運作所需資料庫, 按照資 因此開發出各種不同空間資料管理介面 (Map 圖 6 台灣地區數值高程資料套疊衛星影像示意圖 No.79 July, 2008 91
帳號才能使用或瀏覽 同時為監控網站是否正常, 避免因異常使用影響網站運作, 以及管理系統應提供登入統計 使用者紀錄查詢與錯誤紀錄查詢, 以圖 8 為例, 各用戶權限及用戶等級設定, 皆有管理頁面供系統管理者設定 四 圖資更新子系統主從式架構供管理人員使用 ArcEditior 平台, 經由客製化介面進行圖資更新及轉入 轉出, 系統開發成果如圖 10 所示 圖 8 系統管理子系統登入與操作畫面 本文建置之空間資料庫內容包括內政部於 1995 2006 及 2007 等年度所辦理之國土利用調查成果, 並匯入林務局及水利署提供之林班地與河川用地等調查資料, 日後更允許納入後續修測之土地利用調查資料, 因此不同時期測製資料彼此具有空間相互疊合的關係 因此在資料庫設計階段納入版本控制 (Versioning) 設計觀 圖 7 國土利用調查成果推廣網站兒童版及中文版面 網站設置相關工作執行與建置成果說明推導三 資料版本之虛擬疊合與整併 圖 9 圖資查詢顯示子系統操作畫面 圖 10 圖資更新子系統資料匯入操作介面 念, 採新版匯入及舊版匯出歷史資料庫方式設廣網頁, 並開發 WebGIS 以提供調查成果調查統計, 並加附時間序列 (Temporal) 因數, 更能配合 計及相關圖資顯示等功能 網站主要內容以正 專國土測繪中心日後資料維護更新作業 另一個體中文呈現, 同時製作英文與兒童版網頁, 以三 圖資查詢顯示子系統五 外業查對輔助系統專題資料應用技巧上, 在軟體端設定歷次土地利用滿足不同族群之瀏覽需求, 推廣網站中文版及題報之圖層透明度 (Transparency), 使新舊資料間的提供交通路網 地籍資料 地形圖 正射本項功能提供資料封包下載, 使用者可經兒童版頁面如圖 7 所示 報導變化更容易觀察 影像圖等多功能地理資料套疊顯示, 並有簡單由圖資處理子系統之介面, 選取特定區域之範二 系統管理子系統且多樣化之空間定位 搜尋與資料查詢功能 圍, 將該目標區內之圖層及相關屬性資料轉出若登入者擁有指定的特殊權限, 另可執行額外儲存於 PDA 內 ( 如圖 11), 透過 PDA 安裝之客製化伍 系統開發成果說明系統管理子系統主要提供管理人員進行帳的國土利用空間統計功能與報表輸出各功能, 軟體, 可協助外業人員手持 PDA 赴外業進行調查號及權限之管理, 包括帳號的新增 修改 刪查詢頁面及統計成果顯示如圖 9 所示 與查核之工作 一 國土利用調查成果推廣網站除與權限設定 ; 進階功能及圖資須開放權限之 92 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 9
專題報94 No.79 July, 2008 圖 11 外業查對輔助系統目標區規劃操作畫面 作業人員前往查對時, 為能快速獲得目前位置與待查對點的相對位置,PDA 端提供以國土利用調查成果為底圖的 GPS 定位功能, 將目前位置及待查對點標記在圖面上 作業人員抵達查對地點後, 依據調查成果與實地進行比對, 當成果與實地不符時, 作業人員可運用系統中點 線 面圖形物件的註記功能, 標示不符處於圖面上, 並將增修資料紀錄輸出成表格方式 當完成查對返回辦公室後, 作業人員再將查對成果透過 PDA 基座上傳至外業查對輔助系統中, 以利後續確認, 操作畫面如圖 12 所示 導六 現場查對輔助系統 陸 結語 本系統應用 GIS 產業中最先進的技術與產品實作各項應用系統, 所規劃開發之圖資查詢系統, 係採用新一代的 GIS 圖資服務發布伺服軟體 ArcGIS Server 所建置而成, 並與業務單位空間資料倉儲整合, 以提供國土利用調查成果及相關背景圖資查詢與統計應用 本案執行與推動總結如下 : 一 空間資料庫結合地理資訊系統可提供國土利用形態與變遷分析 本系統功能係配合國土利用調查作業及更新機制規劃, 亦考量國土利用調查成果使用者需求進行各項功能開發 除管理應用系統功能開發外, 系統內亦儲存大量歷史調查資料及外單位提供之土地利用調查資料, 可用以作為後續國土利用形態分佈與變遷分析研究之用 二 透過統計圖表與互動網頁內容推廣國土利用調查成果 國土利用調查導覽網站之主題內容較偏研究屬性, 對於一般民眾而言較缺乏吸引力 因此網頁內安排較多的統計數字與圖片, 並製作 兒童版網站, 以教育及遊戲等互動的方式提供土地利用判釋作業及成果運用等資訊, 以期推廣相關作業成果 三 預先處理分析資料以縮短系統運算時間, 提升整體運作效率 透過 WebGIS 及空間資料倉儲等架構與專業技術, 可達到國土利用調查成果資料管理與成果共用之目的, 對於調查成果之分析與統計雖可於本系統中達成, 然於大範圍之圖資運算需耗費相當大的資源與時間, 現階段係採部分資料預處理之方式, 以節省即時運算分析所需之時間, 後續在資料校調及系統負載平衡上, 仍有努力空間. 台灣世曦工程顧問股份有限公司, 國土利 專用調查成果管理維護系統委外開發案 服務建題議書, 台北 (2007) 報導圖 12 現場查對輔助系統操作畫面 參考文獻 1. 臺灣省政府, 臺灣省國土利用現況調查報告書, 台中 (1995) 2. 內政部土地測量局, 95 年度國土利用調查作業 ( 第一作業區 ) 工作總報告書, 台中 (2006) 4. 內政部國土測繪中心, 國土利用調查成果管理維護系統委外開發案工作總報告書, 台中 (2008) No.79 July, 2008 95
專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY 以航測方式製作地形圖 具有測圖範圍大 速度快 成圖精度高且均勻的優 點 故現今地形圖大範圍製圖工作 已多採用航測方式辦理 1/1000航測地形圖 平面精度約0~50公分 但是配合航測作業方式調整並整合作業流程 可有效提高 航測地形圖精度 本文將介紹在中科特定區地形圖測製計畫中所使用作業方法 透過降低航 高 增加控制點與加強自我審核等作業方式 使中科特定區1/1000地形圖成果提 升精度 90%以上符合25公分精度標準 關鍵詞 航測 提升精度方法 中科特定區 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 正工程師 闕文鏈 內政部營建署市鄉規劃局 第三課 課長 王東永 2 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 副理 林耀宗 1 1 2 壹 背景說明 因中部科學工業園區發展需要 台中縣政 府乃進行 中部科學工業園區台中基地附近特 定區計畫規劃案 (以下簡稱中科特定區計畫) 同時辦理特定區範圍內1/1000地形圖測繪作 業 中科特定區範圍如圖１ 涵蓋面積約100 公頃 專題報導 中科特定區1/1000地形圖平面控制系統採 用台灣地區TM二度分帶(TWD97)坐標系統 高 程控制採用台灣一等水準系統(TWVD2001) 以往航測1/1000地形圖作業精度要求多在 0~50公分 以下將分別說明作業中所使用提升 製圖精度方法 並實際以地測方式證明本次航 測製圖精度 96 No.79 July, 2008 圖１ 中科特定區範圍圖 No.79 July, 2008 97
一 分別拍攝地形圖與正射圖使用影像 較佳, 同時在中科特定區內部不斷進行廠房和相關設施興建, 新闢道路開發不斷, 特定區範圍內部變化劇烈, 二度拍攝航空相片, 可藉以修訂因施工變化之道路 建築等地形地物資料 也可以一併記錄中科範圍之變遷狀況, 作為未來中科開發變遷歷史資料 表 1 中科兩次航拍作業用途說明第一次拍攝第二次拍攝製作正射成果較為美觀變化之地形地物 1. 製作正射影像導貳 提升精度方法 在航測作業中, 航空攝影作業常囿於經費 考量, 在製作地形圖與正射影像時使用同一套 航飛影像作業, 在產出成果以正射圖為主時, 通常選擇具有較小高差位移的長焦距相機拍 攝, 可確保正射影像圖的美觀 ; 而成果 以地形圖精度為優先考量時, 則會採用 可得到較大的基線航高比的短焦距相機進行拍攝, 將會有較佳的測圖精度 像機焦距相片比例尺 15 公分 1/4000 0 公分 1/10000 拍攝航高 600 M 000 M 在中科特定區計畫中, 為兼顧立體測圖精度與正射影像美觀考量, 分別拍攝地形圖測圖與正射影像所需要的航照資料, 先使用短焦距相機拍攝地形圖製圖相片, 再使用長焦距相機拍攝正射影像資料, 同時兼顧正射影像品質與測圖精度 ( 詳表 1) ( 一 ) 短焦距 (15 公分焦距 ) 相機成果立測 1/1000 地形圖為提高地形圖立體測圖精度, 使用拍攝相片之地面解析較高可有效提高點位精度, 並且高基線航高比 ( 基線長 / 航高 ) 的拍攝成果組成良好的空間交會圖 優點 主要用途 高基線航高比, 立測精度高 1. 立體測圖使用 2. 製作 1/1000 地形圖 二 降低拍攝航高 1. 拍攝相片之高差位移小, 2. 取得最新施工狀況, 修訂 2. 修訂中科施工範圍地形圖 在 1/1000 地形圖立體測圖作業一般使用相片比例尺為 1/5000 ( 拍攝航高 750 公尺 ), 透過降低相機拍攝高度以提升相片比例尺, 可有效的提高拍攝成果的解析與清晰度, 也可有效再提 表 2 特定區航測與一般航測差異比較表 本次空中三角測量依作業規定量測已知控 特定區 1/1000 地形圖 一般 1/1000 地形圖 制點與相片連接點資料, 共完成 11 條航帶 (CH1~CH11), 使用拍攝相片 相片比例尺 1/4000 1/5000~1/6000 數共 19 張, 共採用 11 個控制點資拍攝航高 600 M 750~900 M 料, 總量測連接點達 12,099 點 地面解析 ( 判釋能力 ) 6 CM 7.5~9 CM 控制點相對距離 400~600 M 800~1600 M 空三成果解算作業使用光束法 平差軟體 (PATB) 計算, 採全區一次 量測平差作業, 計算自由網與強制套合控制點 三 增加地面控制點並加強檢核空三成果 成果, 計算結果所得自由網之觀測值中誤差為 5.49 um, 而強制附合地面控制點所得後驗觀測 ( 一 ) 加密地面控制點, 確保空中三角成果精度若空三精度不佳, 如同測量儀器 值中誤差為 5.90um 中誤差增加量僅為 7%, 遠低於空三作業規範 20% 增加量, 證明已無空三量測錯誤在內 未校正, 無法正確繪製地形圖, 空中 三角測量精度是直接影響往後立體測圖精度之前置工作, 因此為確保空中三角精度, 將控制點密度由 2~4 個基線 (800~1600M) 佈設一點控制點, 加密至每 1~1.5 個基線 (400~600M) 即佈設一個控制點, 透過此方式約將共佈設 11 個控制點, 為傳統控制點佈設數量兩倍 ( 傳統航 為確保各區域地形圖精度與品質一致, 對空中三角量測成果進行隨機抽樣檢查, 選擇控制點 8% 數量共計 9 點, 作為檢核點使用 ( 詳圖 2), 將檢核點視為未知點, 以空三計算成果與外業實測成果比較, 以證明空三成果之一致性與正確性, 控制點外業實測成果與空三計算成果比較結果詳表 測作業僅需佈設 50~60 個控制點 ), 將可保 證控制點數量與分佈狀況均為最佳, 不 會因為遺失少數控制點而使控制網型強 度不足, 保證控制強度足以符合作業需 像, 可有效提高點位判斷精度, 使用短升立體測圖精度, 對於提高地形圖精度成果有求, 且空中三角測量精度 ( 模型重組精度 ) 焦距航測相機 (15 公分焦距相機 ) 拍攝成 絕對顯著的效果 一致, 間接提高立體量測精度 專果, 具有以上低航高 高基線航高比的專題優點, 正適合作為 1/1000 地形圖立體測題將航高降低為 600 公尺, 取得相片比例尺約 ( 二 ) 加強驗證空中三角計算成果, 確保空報圖依據 1/4000, 對於繪圖人員在立體測圖時, 可提升報三品質導判釋能力並且輕易測繪 1/1000 地形圖內需要表完成空三連接點與控制點量測後, ( 二 ) 長焦距 (0 公分焦距 ) 相機成果製作正示之地形地物資料 ( 詳表 2) 除採用光束法計算空中三角測量平差解射影像 98 No.79 July, 2008 因為長焦距相機拍攝成果相片, 地 算外, 設置檢核點印證空中三角測量成 物因拍攝所造成的高差位移較前次使用 果精度, 確保空中三角測量成果正確無 圖 2 檢核點分佈圖 短焦距相機成果小, 辦理第二度航拍取 誤 得較新航空相片, 使製作正射影像成果 No.79 July, 2008 99
表 空三成果檢核比較表 點號 外業實測成果空中三角量測成果差值 E 值 N 值 Z 值 E 值 N 值 Z 值平面高程 00 2099998.807 268142.702 260.016 209998.506 268142.671 260.07 0.01-0.021 0407 209841.258 267946.264 275.506 209841.27 267946.251 275.564 0.025-0.058 0412 208891.29 2676965.826 279.674 208891.297 2676965.819 279.708 0.008-0.04 050 211125.288 2681200.251 20.211 211125.28 2681200.26 20.175 0.04 0.06 0608 210910.87 267820.078 161.414 210910.879 267820.082 161.46 0.007-0.022 0704 212274.514 2680281.657 162.291 212274.502 2680281.67 162.282 0.02 0.009 0805 212569.886 2679096.50 1.095 212569.885 2679096.6 1.078 0.01 0.017 0909 212426.965 267686.22 99.266 212426.998 267686.208 99.268 0.06-0.002 1006 2108.224 267724.127 108.712 2108.224 267724.156 108.675 0.029 0.07 由表 成果顯示, 檢核點計算平面與高程值與外業實測差距均在 5 公分以內, 表示空三成果精度均勻並足以提供高精度 1/1000 地形圖製圖使用 四 資深人員審查成圖 地形圖測繪工作屬於高專業性與高精密度工作, 每位測圖人員的經驗 能力與地形圖的精度與完整性有絕對的關係, 特別是在立體測圖作業階段, 地形圖成果精確度與圖面美觀均在立體測圖人員繪製的瞬間就已決定 在中科地形圖繪製過程中, 參與立體測圖人員與編修人員均挑選具有 10 年以上的立體測圖經驗, 且擁有多項大比例尺地形圖測圖工作經驗, 同時在各階段作業過程中, 均指派有經驗資深人員參與階段成果抽驗, 辦理內部自我審查, 有效控管地形圖成果精確度 合理性與 內, 表示該點繪圖精度合格, 少數不合格點除修正錯誤外, 亦將重新檢視其不合格因素, 避免錯誤重覆產生 圖 自我審查檢核點分佈圖 ( 二 ) 圖面合理性審查由資深繪圖人員於紙圖圖面上審視成圖是否合理美觀, 並檢查完成圖幅電子檔案之圖層 圖例與屬性正確性, 確保圖檔資料提供使用時錯誤產生機率降至最低 圖面自我審查初審檢查表範例 五 使用控制圖根點網形平差計算 現場調繪補測工作為航測製圖中非常重要的作業過程, 將稿圖完成後必須攜至實地調查地名 地類 高壓電桿 ( 塔 ) 確認房屋構造類別與層數 行政界線及立體測圖無法辨認或遺漏之地物, 如鐵絲網 圍牆 涵管與相片上因雲層或陰影遮蓋部份, 均須實地調繪補充之 如何完整補測稿圖無法繪出部分或遮蔽缺漏處, 將會影響補充測量處資料精確度, 若僅透過自由測站方式辦理補測地形圖, 就有如在金縷衣上打破布補丁, 使得補測處資料有精度不足的疑慮, 為維持補測地形圖高精度, 在需要辦理補充測量區路口 巷口處佈設圖根點, 引測至已知控制點後平差以導線網計算, 補測過程均由圖根點起始與閉合, 確保補測精度可維持一貫高精度 六 二度航拍, 更新變化資料 中科特定區計畫範圍在測製過程當中, 仍持續施工建設, 區位內廠房與道路興建工程持續進行, 為使交付台中縣政府地形圖與正射影像成果資料為最接近現況, 在作業工期截止前三個月, 辦理第二度的航空攝影工作, 取得中科特定區最新影像資料, 據以修訂施工範圍內 ( 一 ) 統一作業環境並採用規定底圖格式 1/1000 地形圖內容細緻, 每次測繪作業開始前需依據不同圖飾規格與內容, 統一製作作業底圖, 保證每位作業人員使用環境統一, 降低錯誤發生機會 ( 二 ) 內外業測圖位置認點統一地形圖內建物資料測繪位置與建物的滴水線認定有相當關係, 若所有地形圖繪製均採用最外緣雨棚加蓋處為建物邊緣, 將導致地形圖上建物位置會侵占道路路權的錯誤狀況產生, 對於此點, 統一要求建物外緣最多僅能與道路界切齊, 避免地形圖在測圖上產生困擾 ( 三 ) 樓層認定, 頂樓加蓋不計運用航測測圖較地測作業在建物測製部分可更為明確, 航測透過由上而下的拍攝方式, 可清楚辨別建築物在各樓層或頂樓形狀, 遠較地測方式方便準確, 但台灣地區建築在頂樓部分多有加蓋鐵皮屋狀況, 因鐵皮屋並非建物主體, 故在測圖前即建立樓層標準共識, 統一地形圖建物認定方式 八 製圖人員配合指導外業調繪補測作業 圖面美觀 之地形地物變化, 且製作第二份正射影像資如圖 4 料, 兩次所顯示地形地物變化亦為中科變遷參因特定區範圍達 100 公頃, 同時派遣多組 專專辦理自審作業包括圖面精度審查與圖面合考 人員參與地形圖稿圖調繪補測工作, 必須統一題各組人員調繪標記 圈註方式, 相同的註記方題理性審查 : 報( 一 ) 圖面精度審查七 統一規劃立體測圖作業式可方便內業作業人員編修作業, 降低誤判發報導生 由資深擁有豐富經驗人員重組立體導本次作業期程僅 180 工作天, 工作協調與作模型, 隨機重新量測明確地形地物點, 業認知必須避免重工, 各階段分工銜接與認知同時派遣製圖人員至現場隨同調繪說明, 以單點方式量測記錄, 將量測點展繪套必須一致, 否則除了影響工期外, 更會使得成針對航測製圖理念與作法除透過教育訓練說明疊至繪製完成草圖, 以檢核每一位立測果受損, 所以在各項工作開始前即辦理作業前外, 再輔以現場實際狀況講解, 減少內業測圖人員繪圖成果, 自我審查檢核點分佈如教育訓練, 並統一作業內容和方式, 避免有地與外業調繪工作人員之間在地形圖判斷的認知圖, 每個紅點半徑為 25 公分, 展繪形地物認定不一或成果資料有不足標準狀況 差距 100 No.79 July, 2008 套圖後每個明確地物點折角若均在紅點圖 4 圖面自我審查初審檢查表 No.79 July, 2008 101
中科特定區完成 1/1000 地形圖幅數目合計 162 幅, 以現場地測實測方式驗證地形圖精度, 於 14 工作天內以 8 組人員辦理檢測工作 8 組驗證人員使用全測站儀器實際測量坐標, 自圖根點以開放導線點量測檢測現場建築物屋角 圍牆 道路等現場明確存在地物資料或高程資料, 記錄所測量之距離角度數據後, 計算量測點位之平面坐標位置或三角高程值, 並展繪點位套疊至中科特定區 1/1000 地形圖內 實際測量驗證點數計有 5201 點, 其中包括 4771 點地物點與 40 點高程點, 合計約有 91% 檢測點位達到平面 25 公分與高程 50 公分的預設規範內 ( 詳表 4), 為 1/1000 航測地形圖製圖先例 表 4 地形地物檢測成果表 檢測地形地物數量檢測誤差值不合格點數合格率 % 地物 4771 點 50cm 以上 17 99.64 0cm 以上 280 94.1 25cm 以上 424 91.11 地形 40 點 50cm 以上 5 87.67 差 二度航拍, 更新變化資料 統一規劃立體測圖作業 製圖人員配合指導外業調繪補測作業 等作業方式, 確實可提高地形圖成圖精度, 所使用的這些方式, 大致上也可歸納為以下幾類 : 一 事前統一規劃, 提供教育訓練在航地測相互配合作業過程中, 需要內外業測量人員相互配合作業, 為使作業內容完整, 內外業人員對於事物認定必須統一, 在作業開始前須有統一規劃, 並實施教育訓練 二 派遣內業人員配合外業作業觀摩, 並提供通暢交流管道不論從事內業或外業人員, 在相互配合作業當中, 難免會以習慣的測量思維作業, 必須定期協調作業人員交流意見, 提供內業人員至現場觀摩與溝通, 可有效交流作業方式並增加整體作業速度 三 依所需用途拍攝航空相片, 除增加精度外, 尚可保留變遷影像資料依製作地形圖與正射影像不同需求, 二度拍攝所需航空相片, 以短焦距相機拍攝成果測圖, 長焦距相機拍攝成果製作正射, 不但各取導參 實地驗證精度 內, 本次航測製圖配合地測作業超過 94% 點位誤差在 0 公分以內,99% 點位精度在 50 公分以內, 表示航測配合地測作業規範的作業方式符合絕大部分製圖需要, 可完成高精度製圖需求 五 加強資深人員貢獻經驗, 提升整體作業人員素質 資深作業人員除了擁有多年經驗, 更有穩定的工作態度, 加強資深員工協助審查 貢獻經驗, 可作為其他作業人員有學習 模仿對象, 提高整體作業效率與精度, 形成一種良性循環 合計檢測 5201 點 477 90.8 不同相機長處, 尚可以兩次拍攝成果保留中科 變遷歷史資料 專專題題報報導肆 結語四 航 地測合作製圖, 並具有快速與精度均勻優點從地測方式驗證結果來看, 中科特定區地 102 No.79 July, 2008 形圖精度確實有所提升, 較以前 1/1000 地形 從驗收成果得知, 透過合理規劃各階段作 圖精度 0~50 公分有明顯提升, 透過 分別拍 業流程, 並配合嚴謹查驗審查, 以航測與地測 攝地形圖與正射圖使用影像 降低拍攝航 兩種測量方式互取其長, 互補航測與地測作業 高 增加地面控制點並加強檢核空三 不足處, 可有效提升地形圖精度 若以一般 資深人員審查 控制圖根點網形平 1/1000 地形圖標準為單點誤差須在 0~50 公分以 伍 致謝 感謝內政部營建署市鄉規劃局第三課及第二 三測量隊協助技術指導 參考文獻 1. 何維信, 航空攝影測量學, 大中國圖書公司, 1996 2. 內政部營建署市鄉規劃局, 都市計畫數值地形測量作業規範,200. 內政部營建署市鄉規劃局, 都市計畫數值地形測量督核及抽驗辦法,200 No.79 July, 2008 10
專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY 地址門牌資料為國土資訊系統中重要的一環 因為地址門牌資料是地理資訊 系統相關地形圖資與屬性資料庫的基礎 目前國土資訊系統基礎建置計畫中 原 則以1/1,000地形圖為基礎 建置每戶門牌位置的數值檔 以成為國土資訊系統中 的基本資料之一 當地址門牌號碼資料與地形資料結合後 其應用層面廣泛 有 關地方政府之建築管理 工商登記 都市規劃 地政建物登記等均可發展多樣之 應用業務 因此地址門牌資料正確性顯得特別重要 為確保門牌號碼位置的完整 與正確 門牌調查成果檢核成為不可或缺的工作 本文以中部科學工業園區台中 基地附近特定區為例 簡述於1/1000地形圖測繪後之地址門牌現場調查時 所遭 遇到的門牌位置查核困難及空間繆誤現象等 並說明其處理原則及解決方式 關鍵詞 門牌號碼 地理資訊系統 中科特定區 GIS Address Match 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 內政部營建署市鄉規劃局 第三測量隊 隊長 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 工程師 謝奇峰 1 黃光輝 2 資深協理 管長青 1 壹 背景說明 2 確性 以利使用者對門牌應用系統有高度信賴 感 故門牌調查作業實屬國土資訊系統基礎環 地址門牌就如同建物的身分證以區分彼 境資料庫建置中最重要一環 此 目前台灣地址門牌編訂主要根據常用戶 在不同的地址門牌應用層面 採用的門牌 1999 在都市地區的地址門牌通常可以分 空間概念而有不同 吳景斌 2000 就概念 為道路名稱及門牌號碼 而在非都市地區因未 上分出門牌所蘊含12種的空間意義 如以戶口 有完善的道路系統編排 道路未命名或簡略道 普查之統計作業考量 門牌位置指門牌所在區 路系統為單一名稱 在門牌號碼空間編排上呈 塊 如街廓 普查統計區 若是建築物管理 現不規則情形 台灣地區地址門牌表示如表1 或建物產權登記 門牌位置宜指建築物的某個 所示 為兩種不同地址門牌表示 若門牌編訂 區隔範圍或建築物的某個房間 而門牌編訂工 過程再加入時間因子 地址門牌會隨著都市環 作 門牌位置可視為建築物內某個點或建築物 境的變動 如道路名稱變更或門牌整編 新舊 的某個區隔範圍內某個點 以本文範例中部科 門牌編訂方式前後不同 因此門牌號碼間更顯 學工業園區台中基地附近特定區 以下簡稱中 現出動態變化 有些地區無法用單一邏輯可以 科特定區 門牌調查實務 所採用的概念即是 律定其原則 面對上述門牌空間位置與戶役政 門牌所在的建築物內某個點 簡易的說 地址資料間的不協調 如何透過完善的門牌調 門牌號碼位置需能代表其建物範圍內即可 而 查作業 確認其空間及屬性關係 提高資料正 非實際釘牌位置 專題報導 104 No.79 July, 2008 政法令彙編 1996 及現行戶政法規彙編 No.79 July, 2008 105
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No.79 July, 2008 COUNTY_C TOWN_C LI LIN ROADSEC LANE_C LONG_C NO_CH No.79 July, 2008
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專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY 下水道建設是都市發展不可或缺的一環 雨水下水道的建設可確保排 水需求 避免因積淹水所造成的不便與災害 有效保障人民之生命財產安 全 而污水下水道則為環境衛生的基礎建設 可作為國家與都市發展的重 要指標 近年來 地理資訊系統(GIS)已廣泛應用於下水道的營運管理作 業 藉由空間資料及資訊系統平台的建置 可有效整合營運管理及空間資 訊 達成下水道資產維護及營運管理的任務 關鍵詞 地理資訊系統(GIS) 下水道 營運管理 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 正工程師 陳益凰 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 副理 李信志 2 台北市政府工務局水利工程處 副總工程司 陳郭正 台北縣政府水利局污水下水道工程科 科長 吳明憲 4 1 1 2 4 壹 前言 求 下水道建設與營運的各個階段將產生多樣 下水道建設為國家發展的重要項目 隨著 化的圖資 配合一般管理資訊系統(MIS)所管理 經濟 文化等各方面的高度發展 基礎公共建 的業務資料後 可藉由GIS加以結合 充分運用 設將扮演更為重要的角色 而雨水下水道及污 空間與屬性資料相輔相成的效用 協助設施管 水下水道的建置又為最重要的一個環節 雨水 理維護的任務 下水道建設與民眾生活習習相關 完善的雨水 下水道可有效降低積淹水所造成人民生命財產 貳 資訊化的前置作業 專題報導 損失 污水下水道建設則為環保 衛生施政的 重要議題 其建設成果可表現國家與都市發展 的指標 在導入資訊系統進行下水道營運管理的任 務中 除了系統程式開發外 現有資料的建置 114 No.79 July, 2008 地理資訊系統(GIS)應用於下水道的營運 及後續維護亦為不可或缺的作業項目 一般而 管理在近年來被廣泛的探討與應用 下水道營 言 下水道營運管理GIS資料庫的建置項目包含 運管理需求具有工程全生命週期的概念 由規 了 設施圖層 與 參考圖資 並需於資料 劃 設計 施工 竣工 乃至於營運管理階段 建置後持續辦理資料更新作業 確保資料的完 皆可藉由引入資訊系統達成有效的管理作業需 整性及可靠性 No.79 July, 2008 115
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專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY 行政院核定之 國家發展重點計畫 中納入農業相關建設項目計20項 其 中 國家自然步道系統計畫 規劃整合各地既有步道 古道 連結國家森林遊樂 區 國家公園 國家風景區等遊憩據點 依森林景觀 環境資源 遊憩需求等條 件 結合步道周邊山村社區的文化及農林特產品 逐步建構適合國人生態休閒之 遊憩系統 發展以體驗自然野趣及山村文化為主之深度旅遊 因此 為有效提昇林務局森林育樂業務之服務形象並達成提供國人優質生態 旅遊環境之目標 台灣世曦受託辦理步道及國家森林遊樂區導覽網站規劃及建 置 網站除提供國內外遊客完善便利之資訊查詢管道 多語文及兒童版網頁建 置 擴大網頁服務族群層面及強化環境教育 此外 並建構設施 景點電子地 圖 以WebGIS提供豐富圖文及空間之遊憩資訊 關鍵詞 WebGIS 森林育樂 國家森林遊樂區 步道 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 正工程師 黃子珉 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 副理 林志錚 2 行政院農業委員會林務局 育樂組 視察 翁儷芯 1 1 壹 緣起 2 的介面與溝通的平台 伴隨網路而來的各種電 子化服務 以其快速 簡便 即時的特性與功 山岳之島 台灣擁有超過三千公尺以上 的高山220座 豐富的地質地形景觀 孕育了許 多珍貴特有的生物 棲地與生態系 也因此吸 引了許多的登山民眾走入山林 在登山及健行 等戶外活動 逐漸成為 全民運動 的今日 行政院農業委員會林務局自1970年代 即逐步 資源的目標下 著手進行全台各地之步道整理 串聯 同年更將全國步道系統建置發展計畫納 面貌 鑑於網路的無遠弗屆 林務局運用導覽 網站的架構及連結 利用資訊的交換與共享 有效提供民眾所需資訊服務 目前更著手建置 台灣山林悠遊網 (http://recreation.forest.gov. tw)之整合型入口網站 以期透過網路提供便利 的連接特性 發揮民眾與政府間溝通的橋樑角 專題報導 發展森林遊樂業務 2001年起在永續經營森林 能 為知識經濟的現代社會 帶來一個嶄新的 色 入行政院積極推動之國家重點發展計畫中 以 期藉由全國步道系統之建置與發展 在保育山 林生態環境的前提下 有效發揮森林環境之經 濟與社會機能 使人們敬山愛林 樂在其中 124 No.79 July, 2008 貳 系統發展歷程 一 國家步道導覽網站 隨著資訊科技的發展日益普及 網際網路 林務局於2002年著手規劃辦理國家步道導 已被認為是未來資訊科技社會中重要訊息傳遞 覽網站及管理資訊系統 利用管理資訊系統對 No.79 July, 2008 125
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題報導14 No.79 July, 2008 專中 華 技 術 SPECIAL REPORT 關鍵詞 : 地理資訊系統 (GIS) 寬頻管道 資訊整合應用 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 地理資訊部 / 正工程師 / 馮漢夙台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 地理資訊部 / 正工程師 / 許智翔內政部營建署公共工程組 / 組長 / 陳肇琦 內政部營建署公共工程組 / 研究員 / 蔡忠城 4 1 2 摘要 SUMMARY 地理資訊系統 (GIS) 技術發展歷經多個階段, 已為二十一世紀 GIS 關注的焦點, 不僅是軟體操作界面, 更專注於資料的儲存及溝通方式, 以及所能提供的地理服務 (GIS Service) 藉由關聯式資料庫概念, 將幾何形狀 屬性, 以資料表方式記錄, 此種記錄方式除有助於資料管理及維護, 更符合地表真實現象及確保資料準確性, 讓 GIS 發展進入一個全新的里程碑 本文將介紹國內寬頻管道工程資料庫之實務經驗, 論述寬頻管道資料庫整合建置之現代技術及加值應用實例 如結合寬頻管道營運及租用管理模式等, 可提供主管機關決策及管考資訊 ; 藉由整合管線資料 模式分析與加值應用, 可發揮 GIS 功效, 以提高決策品質 減低災害發生機率及增進為民服務績效 1 2 4 為提昇國家於資訊發展之競爭力, 由行政院科技顧問組協調內政部及經濟部, 共同推動 M 台灣計畫 ( 行動台灣計畫 ) 期以 行動台灣 應用無線 商機無限 為發展願景, 建設寬頻管道, 推動行動台灣應用, 為台灣建構一個完善的寬頻網路環境 寬頻管道建置計畫 由內政部營建署負責推動執行, 以補助地方政府建設寬頻管道, 期解決目前光纖寬頻建設不易的難題 有鑑於寬頻管道工程管理業務繁雜, 內政部營建署結合地理資訊系統技術, 發展寬頻管道工程營運管理系統, 建置寬頻管道資料庫 本文即以內政部營建署所推動建設中之寬頻管道為例, 藉由管道資料庫建置實務經驗, 探討寬頻管道資料庫之建置技術及加值應用面向 貳 寬頻管道地理資料庫建置技術 寬頻管道資料庫的建置技術與方法, 可歸納為以下數個重要之步驟 : 一 訂定圖資建置規範 為建立完整之寬頻管道台帳資料, 以協助後續管道營運管理實務, 對於寬頻管道竣工階段之圖資, 應建立一套標準資料建置程序, 提供建置單位依循並納入契約規範, 承商並可依據規定建置圖資 避免日後各機關之資料格式不一, 造成資料整合不易 二 明確定義管線組成 依據寬頻管道的特性, 首先應對管道及人手孔等設施的配置及結構型式加以分析, 以擬訂所需建置的資料種類及項目 No.79 July, 2008 15 專題報導壹 背景說明
( 一 ) 管道寬頻管道的結構型式常以混凝土結構物組成, 在施作上可採預鑄結構體方式, 並常建置於人行道下方 考量管道埋設深度, 通常並不設置爬梯, 僅預留纜線佈設作業空間即可 ( 二 ) 人孔寬頻管道主要是以手孔做為管道的銜接設施, 人孔則視現地狀況條件配置 ( 三 ) 手孔考量纜線佈設及維修上的便利性, 寬頻管道的手孔, 以 20-50 公尺為設計間距, 在管道上並預留數個管線引出口, 方便纜線引出接戶, 關於寬頻管道設施的配置示意圖如圖 1 所示 導所示 ) 其原因在於 GIS 資料具有空間位相關係 (Topology), 而 CAD 檔案中並未記載此項特性 基於未來將 CAD 檔轉換為 GIS 資料的需求, 在 CAD 中建置管道資料時, 應確實將管線資料連接 管道與人手孔接合繪置 ( 錯誤例 ) 管道與人手孔接合繪置 ( 正確例 ) 圖 2 寬頻管道及人孔接合範例 參 寬頻管道工程營運管理系統架構 一 系統架構 寬頻管道工程管控系統提供營建署用以管控營建署所補助寬頻管道建置計畫工程之整合性業務應用系統, 接受補助之各級政府透過網際網路填報工程進度及工程相關資訊, 提供營 請子系統 及 工程管理子系統, 而圖資管理則內含 管道圖資查詢子系統 竣工圖資管理子系統 及 背景圖資下載子系統 有關系統架構請參考圖 二 成果展示 在工程管理部分, 是依據寬頻管道生命週期作業各重點執行步驟進行開發, 依據作業實務而分析需求, 規劃本工程管理系統應用情境如圖 4 所示 依據申請案件特性可分為整體規劃 (A 類 ) 及工程施作 (B 類 ) 兩大類型, 而其工程案件可能單獨發包施作, 或配合既有工程執行合併於工程標案中執行 主辦機關除需對營建署提報寬頻管道工程執行情形外, 建署對各工程業務進行監控 統計 分析 資對於經費超過 100 萬以 料記錄 資料搜尋等整合管理應用 本系統操上之工程案件則可視需 專圖 1 寬頻管道系統設施配置示意圖專作環境需能提供管理單位及受列管單位直接於要提報予行政院公共工題題網際網路進行資料填報 管制及應用分析 ; 並程委員會 標案管理系報報結合地理資訊系統, 展示工程地點 範圍及相統 關於工程管理相導三 使用 CAD 工具繪製管道圖應注意事項關工程及管道資訊 關子系統功能如圖 5 至 16 No.79 July, 2008 圖 8 為使管道資料具備連續性, 在建置圖資 由於應用系統涵蓋電子地圖查詢功能以及 時, 需針對管道與人 ( 手 ) 孔銜接之建置方法進行 工程管考功能, 因此 寬頻管道工程營運管理 探討 人 ( 手 ) 孔與管道建置時, 管道之間必須系統 主要可分為 工程管理 及 圖資管確實連接, 不可接在人手孔圖例的外緣 ( 如圖 2 理 兩大部分 工程管理內含 工程案線上申 圖 4 工程管理系統應用情境 圖 寬頻管道工程營運管理系統架構 No.79 July, 2008 17
肆 寬頻管線資料庫加值應用案例 營建署為掌握寬頻管道建置進度, 導入工程管理系統以查詢工程案件的整合性業務, 受補助之各單位將透過網際網路方式, 填報工程整合資訊, 並可於線上管理竣工圖資 一 掌握各縣市寬頻管道建設進度 圖 5 工程基本資料填報範例 圖 10 圖資查詢範例 營建署可透過寬頻管道規劃建設藍圖及各標案竣工圖資, 掌握各級政府分年分期執行績效及進度 並作為新年度寬頻管道補助申請計畫之決策輔助項目 圖 8 圖形報表分析範例 二 寬頻管道佈纜承租及管理維護 圖 6 工程預定 / 實際進度填報範例 圖資管理部分主要是採用互動式網頁技術 ASP.NET 及 JavaScript 等程式開發, 由於系統須展示大量地圖影像資訊, 並藉由 SDE 空間資料庫引擎及 SQL Server, 讀取資料庫之圖層後, 應用 ESRI ArcIMS 圖形伺服器將圖形呈展於 Microsoft Internet Explorer 瀏覽器端, 關於圖資管理相關子系統功能如圖 9 至圖 12 圖 11 背景圖資下載範例 寬頻管道陸續完工後, 將邁入營運管理階段, 各縣市政府可透過圖形介面之租管系統 ( 圖 1 圖 14), 執行寬頻管道佈纜及承租業務 藉由 GIS 分層分色展示功能, 未來縣市政府可強化各路段之租用管理, 有效達成寬頻管道建設目標, 並為地方增加稅收 專專題題報報導導圖 7 工程標案統計範例圖 9 系統登入畫面圖 12 竣工圖資管理範例圖 1 租用管理系統 填寫申請資料範例 18 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 19
參考文獻 圖 14 租用管理系統 - 選取申請管道範例 伍 結語 寬頻管道建置為國家資訊發展的重點項目, 針對寬頻管道資料庫之整合運用, 本文提出下列結語 : 一 管線資訊化增益管理維護之實效寬頻管道資料庫為公共管線資料庫的一環, 隨著管線資訊化而強化管理, 對於國家資訊網路發展將有實質效益 1. 內政部營建署 (1999), 國土資訊系統公共設施管線資料庫標準制度 2. 彭保華 (2000), 公共設施管線資料庫標準制度暨推動現況, 內政部營建署. 內政部營建署 (2006), 寬頻管道工程管理系統建置計畫期末報告 4. 內政部營建署 (2005),M 台灣計畫 - 寬頻管道建置之綜合規劃及環境影響分析報告 5. 黃敏郎 劉守恆 (2005), 地理資訊系統基礎操作實務, 松崗科技 專題報140 No.79 July, 2008 二 寬頻管道資料庫整合應用, 協助決策, 提昇施政績效 6. 陳健兆 (1998), 利用物件導向式資料庫系統 管理地籍圖形資料之研究, 成功大學測量工程研究所碩士論文 寬頻管道資料庫整合建置如結合寬頻管道專營運及租用管理模式等, 將可提供主辦機關查 7. 蔡博文 (2006),GIS 作業平台功能簡介, 內政題詢管理, 藉以提高決策品質 減低災害發生機部國土資訊中心教育訓練手冊報率並增進施政績效 導導No.79 July, 2008 141
專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY 坐標轉換係空間資訊各地理圖資套疊應用之基礎 本文旨在介紹在小區域範 圍下的平面坐標轉換的實務作法 因為小於10公里見方的範圍 可以忽略曲面的 曲率 視為平面處理 計算較為簡易 坐標轉換依圖資本身的共同點位數量與精度要求 可以選擇近似公式或者相 似轉換 即Helmert四參數法及Affine六參數法 並以新竹科學園區特定區及其周 邊的控制點作一實例分析 以確認坐標轉換在實務應用的可行性 關鍵詞:坐標轉換 相似轉換 Helmert四參數法 Affine六參數法 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 正工程師 陳振文 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 副理 姜興華 2 1 1 壹 背景說明 2 而在國土資訊系統 NGS 架構下 台灣地 區各式地理圖資的套繪整合 亦有賴於坐標轉 換之觀念與技術 大地坐標本身是一曲面坐標 泛 例如經緯儀的定心定平及後視定向 也就 系統 如圖1 其數學模式的建立及計算較為繁 是將儀器坐標系統轉換至測站之坐標系統 再 複 而在一般性應用 其範圍大多不超過10公 透過與已知控制點的觀測資料 計算 轉換 里見方 弧線與直線段長度近似相等 10公里 至已知控制點的坐標系統 同樣地 航空攝影 弧長與弦長之差值約1公釐 可忽略不計 視為 測量中亦是透過內方位 外方位將相片坐標系 相同 因此可將此小區域之曲面視為平面再 統與大地坐標系統作連結 做後續計算 本文即介紹在小區域範圍常用的 專題報導 坐標轉換在空間資訊科技的應用非常廣 平面坐標轉換的一些實務作法 近年來 大地測量技術不斷地進步 旋轉 橢球體 對真實地球的數學模擬 的定義日趨 完善 而台灣地區法定的坐標系統 亦隨年代 不斷地更新 隨之產生之各式地理圖資自然無 法直接整合 必須先透過坐標轉換的技術 先 轉換至一致的坐標系統套合後 才能夠後續加 值應用 142 No.79 July, 2008 圖1 大地坐標的定義示意圖 No.79 July, 2008 14
貳 台灣地區坐標系統的演進 台灣地區法定之坐標系統依年代的演進主要有以下幾個時期 : 一 地籍坐標系統 (1899~190 年 ) 日本人治理台灣期間成立臨時土地調查局, 於西元 1899 年 8 月於台中公園設置主三等三角點, 即台灣地籍原點 ( 如圖 2), 其縱橫坐標均假設為 0, 係採用平面直角坐標, 將台灣劃為 4 個象限, 長度單位為 間 "(1 間 = 1/0.55 公尺 1.818 公尺 ), 據以辦理日治時期台灣地區之地籍測量及土地調查, 現存之老舊地籍圖圖資尚有許多屬於此一地籍坐標系統 三 UTM 坐標系統 (1968~1970 年 ) 控制點採用日治時期控制點, 平原地多採用地籍三角點, 山區多採陸測點坐標系統改算, 並統一採用 1924 年 Hayford 地球原子 ( 長半徑 a=6,78,88 公尺, 扁率 f= 1/297) 化算, 並改算至 UTM( 六度分帶 ) 坐標, 並同時計算出各控制點之經緯度 縱橫投影坐標及地籍坐標, 以供不同系統之圖資應用 四 TWD67 坐標系統 (1967~1997 年 ) 為加速經濟開發, 提升土地測量之精確性並統一台灣及澎湖地區之坐標系統, 係採用 GRS1967 地球原子 (GRS: 參考橢球體, 長半徑 a=6,78,160 公尺, 扁率 f= 1/298.25), 以埔里虎子山為起算原點 ( 如圖 ) 及虎子山對頭距山之方位角為方位基準, 採用橫麥卡脫投影二度分帶投影 (T.M 二度 ), 中央經線 121 度, 尺度比 =0.9999, 橫坐標西移 250,000 公尺 五 TWD97 坐標系統 (1997 年 ~ 迄今 ) ( 一 )TWD97 坐標系統, 係採用國際地球參考框架 (International Terrestrial Reference Frame 簡稱為 ITRF) ITRF 為利用全球測站網之觀測資料成果推算所得之地心坐標系統, 其方位採國際時間局 (Bureau International del` Heure 簡稱為 BIH) 定義在世界時 1980 年零時 ( 即 UT 1980.0) 時刻之方位 ( 二 )TWD97 坐標系統之參考橢球體採用 1980 年國際大地測量學與地球物理學協會 (International Union of Geodesy and Geophysics 簡稱為 IUGG) 公布之參考橢球體 (GRS80 地球原子 ), 其橢球參數如下 : 長半徑 a=6,78,17 公尺, 扁率 f=1/298.257222101 ( 三 ) 台灣地區之投影方式採用橫麥卡托投影二度分帶, 其中央子午線為東經 121 參 平面坐標轉換實務 大範圍的坐標轉換常牽涉大地基準轉換之課題, 處理的問題層面較複雜, 通常是由國家級測繪機關統籌辦理, 如台灣地區測量系統由 TWD67 轉換成 TWD97 時, 係由內政部統一辦理 ( 詳見內政部衛星測量中心網站 http://www.gps. moi.gov.tw/) 而台灣地區平面坐標系統均與選用之大地基準息息相關, 因為牽涉旋轉橢球體之定義 曲面投影成平面之數學近似及各圖資現存誤差等問題, 無法當成剛體運動計算, 亦無法直接以解析之數學式求解 但一般小區域之圖資套合, 僅需考量區域性相對的幾何精度, 問題相對單純, 可以用數學轉換及最小二乘平差的方法處理 度, 投影原點向西平移 250,000 公尺, 中 依據圖資的性質, 小區域平面坐標轉換可 央子午線尺度比為 0.9999 以歸納為以下幾種方法 : 專題報144 No.79 July, 2008 圖 2 台灣地籍原點 ( 位於台中公園 ) 二 陸測坐標系統 (1908~1921 年 ) 說明 兩個坐標系統之坐標值, 此時僅能採用近似公表 1 TWD67 與 TWD97 坐標系統差異比較表 日據時期日本軍方為測定地形圖所需, 由式或選定共同點聯測重新計算轉換參數 坐標系統專TWD67 TWD97 日軍陸地測量部測設陸測坐標系統, 原點則設項目目前台灣地區常用之 TWD67 與 TWD97 坐標轉參考橢球體 GRS67 GRS80 題於南投埔里虎子山一等天文原點, 測定其天文換近似公式說明如下 : 長軸 a 678160m 67817m 報經度 緯度, 設原點高度 =555.40 公尺, 共測導導設四級三角點約 7,900 點, 控制點數及精度均較前述地籍坐標為高, 但地籍圖與地形圖二者之坐標系統從此分道揚鑣 圖 TWD67 虎子山三角原點 目前台灣地區地理圖資除了老舊之地籍圖外, 大多屬於 TWD67 或 TWD97 坐標系統, 二者坐標系統之差異可以用表 1 扁率 f 1/298.25 1/298.257222101 測量觀測技術 三角三邊 GPS 坐標起始 ( 原 ) 點 虎子山 ITRF 框標站 起始點坐標來源 天文測量 太空大地測量技術 坐標系統型式 區域 全球 主要坐標分量 平面 三維 高程種類 正高 ( 平均海水面高 ) 幾何高 ( 橢球高 ) 點位坐標精度提供 無 有 一 圖資無共同點位時, 採近似公式或選定共同點聯測 現有圖資無法找出共同點位, 可個別得出 ( 一 ) 整體近似平移直接用整體參數平移計算, 坐標概略換算公式如下 : X67 X97 828 Y67 Y97 207 No.79 July, 2008 145
其中 X67:TWD67 橫坐標 Y6 :TWD67 縱坐標 X97:TWD97 橫坐標 Y6 :TWD97 縱坐標轉換精度約 5 公尺 ( 二 ) 成大二維坐標轉換公式由國立成功大學衛星測量中心提出, 轉換精度約 2 公尺 成功大學水工所網站 (http://gis.thl.ncku.edu.tw/coordtrans/ coordtrans.aspx) 提供線上計算 X67 = X97-807.8 - A * X97 - B * Y97 Y67 = Y97 + 248.6 - A * Y97 - B * X97 X97 = X67 + 807.8 + A * X67 + B * Y67 Y97 = Y67-248.6 + A * Y67 + B * X67 其中 A= 0.0000154 B= 0.000006521 ( 三 ) 內政部二維坐標轉換公式由內政部委託國立成功大學之研究成果, 坐標轉換係採用最小曲面法, 計算繁複但精度較佳, 可以達到 0 公分 可由內政部衛星測量中心網站導三 圖資有共同點位, 惟其餘點位原始觀測值未知, 可採用相似轉換 最常使用的二維相似轉換法 (Similitude Transformation) 包括 Helmert 四參數法及 Affine 六參數法, 說明如下 : ( 一 ) Helmert 四參數法由圖 4 可知,Helmert 四參數法, 四參數包含尺度 旋轉及縱橫坐標平移量, 如剛體運動一般, 轉換前後幾何關係近似保持不變, 最少需要兩個共同點解算 ( 三個共同點以上平差計算 ), 因計算簡易, 常用於地理資訊系統各類圖資轉換 圖 4 二維平面坐標轉換 - Helmert 四參數法 肆 實例分析 圖 6 新竹科園控制點分佈圖 以下將以新竹科學園區 TWD67 控制點坐標轉換為 TWD97 做實例之說明, 新竹科學工業園區特定區及其周邊範圍約 5400 公頃, 現有之控制點位如圖 6 所示, 其中 TWD67 與 TWD97 共同點 12 點 ( 已知上級控制點 ), 科學工業園區管理局委託中華顧問工程司辦理科園航測案時設置石樁 2 座 鋼樁 45 座 鋼片樁 11 座及航空標 6 點, 合計 151 點, 以 12 台 Leica 500 衛星接收儀 GPS 靜態測量觀測, 本次測試以 GPS 整體平差成果作為各點位 TWD97 坐標之對照數據, 並以上述 12 個共同點對 151 點科園控制點分別辦理平移 四參數轉換及六參數轉換, 坐標轉換成果 再與上述對照數據作比較, 其坐標轉換比較如表 2 所示 由表 2 可知, 本次個案轉換成果以六參數轉換成果較佳, 誤差的分佈較均勻, 中誤差亦較小, 且已知控制點之間一致性不足, 隱含系統性誤差 ( 這可以從 2002 年新竹科園航測案測量成果簿 TWD67 已知三等三角點檢測的成果看出 ), 因此新竹科園舊有的 TWD67 空間資訊如都市計畫及地籍資料等, 建議採用六參數轉換, 成果較佳, 轉換精度可達 5.8 公分 ; 新竹科園六轉換參數如下 : 橫坐標尺度縱坐標尺度旋轉角非正交夾角橫坐標平移量縱坐標平移量 S x =0.99997979 S y =1.00001292 = -0.0000112(rad.) = -0.0000287 (rad.) C 1 = -79.65 C 2 = 17.275 其次, 若分析四參數轉換與六參數轉換的相關係數與統計 α=5% 之 Tau-test( 數據如表 及表 4 紅框所示 ), 可知其中旋轉參數並不顯著, 可以忽略不計, 因此對於圖資精度之要求相對於轉換精度低的新竹科園舊有的 TWD67 圖資如地形圖 正射影像等, 建議可以直接平移轉換至 TWD97 系統, 轉換精度仍可達 12.4 公分 ( 詳表 2) (http://www.gps.moi.gov.tw/satellite/jsp/ 表 2 新竹科園 TWD67 to TWD97 坐標轉換誤差比較表 ( 單位 : 公尺 ) TWDConvert.jsp) 線上坐標轉換或申請轉 圖 5 二維平面坐標轉換 - Affine 六參數法專專換程式 方法內政部二維坐標轉題( 二 ) Affine 六參數法平移四參數法六參數法換公式題報由圖 5 可知,Affine 六參數法, 六參報二 圖資有共同點位, 且其餘點位原始觀測轉換誤差縱坐標橫坐標縱坐標橫坐標縱坐標橫坐標縱坐標橫坐標導值已知, 可採重新平差或聯測計算數包括縱橫坐標尺度 旋轉及縱橫坐標 用於地籍坐標或都市計畫樁轉換 點位中誤差 0.25 0.124 0.098 0.058 146 No.79 July, 2008 平移量五參數外, 更加入縱橫軸夾角, 最大值 0.408 0.002 0.250 0.188 0.251 0.096 0.098 0.115 可將共同點當作已知控制點, 將觀測值帶 最少需要三個共同點解算 ( 四個共同點 最小值 0.01-0.247-0.14-0.17-0.146-0.197-0.088-0.094 入重新平差計算, 計算出另一坐標系統之坐標以上平差計算 ), 可將非正交系統轉換值 為正交系統, 不僅轉換前後幾何關係改 平均值 0.172-0.102 0.002-0.006 0.004-0.002 0.006 0.000 變, 更可略微吸收系統性誤差, 故較適 中誤差 0.209 0.128 0.065 0.106 0.084 0.051 0.04 0.047 No.79 July, 2008 147
表 新竹科園 TWD67 to TWD97 四參數轉換參數及精度表 以新竹科學工業園區控制點轉換為例, 內政部二維坐標轉換公式可適用於無共同點之圖資轉換, 轉換精度可達 24 公分 ; 地形圖及正射影像的坐標轉換可採平移處理, 轉換精度約 12 公分 ; 高精度要求圖資如控制點 都市計畫或地籍圖等, 可採六參數轉換, 轉換精度約 5.8 公分 二 透過參數相關性等統計分析指標, 可以過濾非顯著性的參數, 使圖資轉換更簡易 表 4 新竹科園 TWD67 to TWD97 六參數轉換參數及精度表 透過參數間相關性之統計測試, 可以得知新竹科學工業園區坐標轉換之旋轉參數相關性高, 且在統計上並不顯著, 對地形圖等圖資而言, 可以忽略旋轉量的影響, 因此圖上各圖元, 如各圖例及文字等在圖資轉換時無須旋轉, 使轉換套繪單純化, 降低新舊圖資轉換的成本 三 少量的共同點即可執行小區域平面坐標轉換, 可快速轉換不同坐標系統之圖資 專題報148 No.79 July, 2008 在 10 公里見方的範圍內, 因無需考量地球曲率, 可視為平面處理坐標轉換及圖資套合, 導伍 結語 本文提供了許多小區域的平面坐標轉換的作法, 不僅適用於大部分空間資訊圖資整合的應參考文獻 用, 也由於觀念及計算較為簡易, 相較於嚴密專的理論公式 ( 如最小二乘配置法等 ) 需要的限題1.Wolf, P. R. and Dewitt B. A., Elements of 制條件較少 ( 如已知點的數量 轉換圖資的統報Photogrammetry with Applications in GIS, rd 導計性質等 ), 將更具實用性 而透過以上說明及新竹科學工業園區之個案分析, 可以獲致下列結論 : 一 小區域的平面坐標轉換可以依據精度的要求, 選擇適宜的坐標轉換方法 對小區域座標轉換而言, 共同點的推求常是一難題, 此時採用 Helmert 四參數轉換或 Affine 六參數轉換, 因為僅需要少數的共同點解算, 是一簡易可行方法, 可快速將舊有圖資轉換至新的坐標系統, 做後續的加值應用 Edition, McGRAW-HILL international edition, 2000. 2. 科學工業園區管理局, 新竹科學工業園區壹千分之一地形圖航空測量及相關調查 測量報告書, 新竹,2002 No.79 July, 2008 149
專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY 在地理資訊領域 為將各種空間資料整合於同一空間坐標 遙測影像幾何校 正為必要工作 在改正過程使用數值高程模型(Digital Elevation Model 簡稱DEM) 和相機姿態參數進行 前者描述地形起伏 而後者可描述三維物空間和二維影像 的轉換關係 兩者配合影像即可改正地形起伏在影像中所造成的變形 其成果稱 為正射影像 近年來國內使用新式數位相機空拍 影像具備高解析 高品質之特 性 地表建物的高程變化在影像的幾何變形更加顯著 為達高品質製圖 校正程 序必須考量地形與地物 使得成果影像地表物皆改正至正確位置 此種校正稱為 真實正射校正 在台灣都市區 最主要的建物為房屋 橋樑 道路 因此本文介 紹都會中建物密集區 整合房屋 道路 地形模型產生真實正射影像 並展示實 際測試例 關鍵詞 真實正射校正 遮蔽區 陰影區增揚 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 工程師 李訢卉 1 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 正工程師 李莉華 2 國立中央大學 太空及遙測研究中心暨土木工程學系 教授 陳良健 國立中央大學 太空及遙測研究中心 博士候選人 張智安 4 1 2 4 壹 背景說明 人工繪製地圖成本高而且耗時 造成地圖 更新緩慢 對航遙測影像進行正射校正 可使 正射影像與地圖同樣具備正射投影 單一比例 尺之幾何特性 理想狀況下正射影像可展示地 表物正確的形狀 位置和地理座標(如圖1) 整合 作為影像地圖 數化地圖 變遷偵測 專題報導 在數位時代中 正射影像可與地理資訊系統做 三維仿真城市地景材質 應用甚廣 因此 航 遙測影像幾何校正是資料整合應用前的必要工 作 圖1 正射投影幾何示意圖 一 傳統正射校正 移位 然而 高解析影像中對於地貌包含更多 細微的資訊 圖2顯示都市區中 高樓造成影 150 No.79 July, 2008 正射改正指過去僅針對地形的影像改正方 像變形相較平緩的地形更為顯著 為達高品 法 本文中稱為傳統正射校正 其針對攝影傾 質製圖 對建物進行校正是必需[Habib et al., 角造成的傾斜移位以及地形起伏所產生的高差 2007] 本文探討建物針對房屋及橋樑道路 No.79 July, 2008 151
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No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 c c c Z Y X,, y x, Z Y X,, c y c x, f 11 m m P P P Z Y X,, Q Q v u, l ] ) ( ) ( 2 ) ( 1 ) ( 2 ) ( 22 ) ( 21 [ ] ) ( ) ( 2 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 12 ) ( 11 [ c Z Z m c Y Y m c X X m c Z Z m c Y Y m c X X m f c y y c Z Z m c Y Y m c X X m c Z Z m c Y Y m c X X m f c x x )sin cos sin ( cos sin cos l Y X Z v Y X u p p p Q p p Q
圖14 道路傳統正射影像 圖15 道路遮蔽區之錯誤殘影 圖18 房屋傳統正射影像 圖16 道路遮蔽區偵測 圖19 房屋遮蔽區偵測成果 圖20 一張副影像補償房屋 遮蔽區成果 圖17 道路真實正射影像 伍 校正成果 是將房屋模型加入真實正射校正程序之成果 156 No.79 July, 2008 各屋頂面材質皆位於正確的平面位置 紅色區 測區影像將分別進行傳統正射糾正和本文之真 塊表所偵測之遮蔽區 圖20 圖21和圖22分 實正射糾正 為方便成果觀察 將各測區之影 別為使用一張 二張及三張副影像進行房屋遮 像放大 以下步驟將遮蔽區標示為紅色 以方 蔽區的補償成果 由此成果可知 利用不同視 便觀察 角所拍攝之副影像 可填補建物在不同方向的 遮蔽 隨著使用副影像數量增加 遮蔽區逐漸 本節展示道路測試例之成果 圖14為道路 減少 但最後成果中仍有少部分無法完成被補 傳統正射影像 可發現高架橋路緣扭曲 圖15 償 由於都市建物密集 部分區塊受到建物在 則展示道路遮蔽區之錯誤殘影 圖16為道路遮 多方向的遮蔽 因此真實正射校正需要多航帶 蔽區偵測之成果 紅色區塊確實為圖15錯誤的 高重疊影像 專題報導 專題報導 為進行本文之成果與傳統校正成果比較 殘影 圖17為遮蔽偵測後補償之道路真實正射 影像 可發現本研究方法可正確偵測遮蔽區域 利用圖22之成果進行房屋區陰影區影像增 並予以補償 成果影像道路 橋樑位於正確位 揚 如圖2 由結果可知 本方法可偵測陰影 置 道路邊界不再扭曲 區 並以直方圖匹配進行影像增揚 提升陰影 圖18為房屋傳統正射影像校正成果 改正 區資訊的判釋能力 但所偵測之區塊與真實陰 過程並未考量建物所造成之影像變形 因此可 影位置略有不同 原因與DEM精度 房屋模型 以發現房屋越高 傾斜情況越顯著 圖19則 精度及資料套合誤差有關 圖21 二張副影像補償房屋遮蔽區成果 圖22 三張副影像補償房屋遮蔽區成果 圖2 房屋區陰影區增揚成果 No.79 July, 2008 157
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專題報導 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 SUMMARY 隨著科技的發展及人口朝都市集中化 城市建築結構亦趨向複雜化 由原本的平面朝天空發展 為多層次的建設 如 台北101的超高樓層建物 立體交叉的高架道路 地下化的鐵路 捷運等 這些多層次的空間資訊已超出傳統二維地圖之表達能力 亦非每一網格只能記錄單一高程值的數值 高程模型(Digital Elevation Model, DEM)所能表達 唯有透過三維城市模型才能完整地描述且逼真 地呈現 如何能在短時間內整合各種空間資訊來源 模塑出完整表達城市空間的三維城市模型 則 是當前測量製圖領域所追求的目標 本文採用模型式建物萃取法 Model-based Building Extraction, MBBE 將傳統航測的浮測標 Floating Mark 擴充為三度空間的浮測模型 Floating Model 使 量測的單元不再是抽象的一個點位 而是許多種可伸縮 旋轉 移動的三維模型 除了具備可調整 的三維位置參數外 還依模型種類增加了各方向的伸縮尺度 空間旋轉等參數 可想像成一個漂浮 在空間中 可移動 旋轉 縮放大小以量測地物的模型 浮測模型法提供了一種簡單直覺的模塑流 程 僅需調整模型使之套合航照影像或光達點雲 即可重建出高精度建物模型 將這一塊塊的積木 堆砌起來 即成三維城市模型 關鍵詞 浮測模型 三維城市模型 數值攝影測量 光達測量 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 正工程師 王聖鐸 國立成功大學測量及空間資訊學系 教授 曾義星 2 台灣世曦工程顧問股份有限公司 地理資訊部 副理 林耀宗 1 1 2 壹 背景說明 出坡度 坡向 挖填方等空間資訊 但是每一 經驗 這是因為以二維圖籍記錄三維空間資訊 個網格點只能記錄一個高程值 因此只能算是 時 無可避免地會損失一些三維資訊 加上每 2.5維的表示法 時至今日 得利於電腦繪圖晶 個人對於抽象的地圖符號感受能力不同 以致 片與虛擬實境繪圖語言的蓬勃發展 終於可以 不易在地圖與環境間建立正確的空間對應關 在個人電腦上完整呈現城市空間的三維面貌 係 為了讓地圖更接近現實環境 測量製圖界 這種依照測量所得高精度資料在電腦中重建出 發展出將二維線畫圖套疊正射像片而成像片基 的三維模型 不僅具備正確的空間幾何 也同 本圖 提供測區的鳥瞰影像以增加擬真程度 時記錄建物的各種屬性資料 猶如一個縮小的 然而正射像片是由航照像片經過正射糾正而 城市 稱之為三維城市模型 Virtual D City 得 與一般人站在地面上觀察環境的視角不 Model 或數碼城市 Cyber City 圖1顯示了 同 且二維地圖仍無法表達屋頂類型及建物 測量製圖成品從二維發展到真正三維的過程 側面資訊 為因應土木工程需要 測量界又 三維城市模型的優點不言可喻 專題報導 許多人都曾有手持地圖卻依然迷路的窘困 發展出模擬地表起伏的數值高程模型 Digital Elevation Model, DEM 可以很方便地計算 160 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008 161
度模型, 但加上了各種類型的屋頂, 並對屋頂及牆面敷貼材質紋理, 其精度提升至 2m LoD 則縮小範圍至單棟建物或地標, 包含所有附屬建物與建築細節, 必須呈現建物完整外觀, 其精度約為 0.5m LoD4 則是細緻到建物內部都必須塑模, 以致使用者可由建物外漫遊至建物內, 或由建物內向外觀察, 其精度約為 0.2m 統航空攝影測量之立體製圖方式逐點量測再連線構築, 而建物牆面影像則是實地拍攝後, 以人工擷取加以敷貼 像這樣的擬真模型已經非常接近實地環境, 可以協助初次到校的來賓立即熟悉環境, 而對於從未到過該校者, 即使遠 專題報162 No.79 July, 2008 圖 1 測量製圖成果由二維發展到真正三維 傳統二維圖籍受到線條繪製與印刷技術的 圖 2 CityGML 所定義的 5 種細緻度層級 限制, 過高的測量精度無法在圖上表現出來, 供網際網路上傳輸 顯示 查詢之用 SIG 成災害, 若能整合地形 建物而有所謂的比例尺精度 (Accuracy of Scale) D 在制訂 CityGML 時, 並沒有採用測量製圖慣區位 排水系統 地質型態 或稱極限精度 而太小的地物在圖上也無法展用的比例尺概念, 而使用了電腦繪圖中細緻土壤含水量等資訊, 就能預作專繪, 因此比例尺在某種程度上也等於決定了圖度層級 (Level of Detail, LoD) 的設計, 並對每防範工程, 或至少能預警危險題面上地物的幾何精度與細緻程度 德國 北萊一層級提出對應的精度要求 圖 2 為 LoD0 到區民眾, 減輕災害損失 圖 4 報導茵 - 西發里州大地數據基礎建設 組織的 D 特別 LoD4 五種等級的示意圖 LoD0 定義為大區域是由國立中央大學太空及遙測導小組 (Special Interest Group D, SIG D) 依據國際大地空間協會 (Open Geospatial Consortium, OGC) 的地理標記語言 (Geography Markup Language, GML ) 為基礎, 提出一套三維城市模型的儲存與交換格式 :CityGML(http:// www.citygml.org/), 使各國製作的三維城市模型除了可以在國際間互通共享外, 還能提 範圍的 2.5 維數值高程模型, 或在 DEM 上套疊正射影像, 其平面與高程精度小於 5m LoD1 則是在 LoD0 之上以稜柱體 (Prism) 架構建物塊狀模型 (Block Model), 不含屋頂與側面附屬建物, 其精度大約 5m LoD2 亦為城市尺 CityGML 將模型細緻度與精度綑綁在一起, 從電腦 D 繪圖角度來看或許很合理, 但在測量實務上卻會造成很大的困擾 王蜀嘉教授 [1] 對此曾有精闢剖析, 建議將精度與細緻度分開論述, 並增加 LoD1.5 與 LoD2.5 兩種細緻度層級, 相關內容請參考文獻, 本文不再贅述 而從應用面來看, 不同細緻度與精度的三維城市模型各有適用的場合, 製作超過所需的模型, 只是浪費人力 時間成本罷了 以目前三維城市模型最為大眾所歡迎的導覽用途而言,5m 精度已經綽綽有餘, 但其細緻度卻可能要 LoD2 乃至 LoD, 甚至必須以實地拍攝影像作為牆面敷貼材質, 才能給予使用者最佳臨場感 圖 為國立成功大學測量及空間資訊學系曾義星教授團隊所製作之虛擬校園一隅, 建物幾何模型是以傳 圖 國立成功大學測量及空間資訊學系所製作之虛擬校園一隅 圖 4 國立中央大學太空及遙測研究中心所開發之淹水視覺模擬系統 在太平洋的另一端, 也只需要坐在電腦前透過網際網路就能瀏覽校園真實全貌 事實上許多爭取主辦奧運的城市, 如 : 巴黎 倫敦 北京等, 都曾經製作三維城市模型, 將自身城市之美推銷到全世界 城市導覽只是三維城市模型其中一項功能, 其管理三維空間資訊的能力才是令人更加期待的 臺灣地區每逢夏季常有颱風豪雨造 研究中心饒見有博士開發, 經蔡富安教授 [2] 改良之網際網路三維城市模型淹水視覺模擬系統, 除了調整場景功能外, 也提供晴天 雨天 煙霧等特效模擬, 更重要 No.79 July, 2008 16
生時可能的場景 三維城市模型還可以作為房地產的最佳宣傳工具, 業者在新推建案時通常都會製作精美的建物模型, 其精緻度相當於前面所提之 LoD 甚至是 LoD4, 但範圍僅限於建案基地內 若能結合到城市區域範圍之三維城市模型, 則看屋者不僅能瞭解建物外觀, 更能全盤認識建案周邊地區的交通動線 市區景觀 生活機能等, 提高其購屋意願 歐洲的電信公司過去僅採用地理資訊系統作為基地台選址參考, 其中建物高程以樓層數 x 樓高概算, 但在都市區實際架設時, 卻經常出現高度誤差 前有遮蔽或屋頂形式不適合架設等困難, 最後紛紛採用三維城市模型以確保選址效果 除此之外, 三維城市模型還可以應用在都市計畫 飛航安全 地政管理 營建管理 汽車導航等用途, 由兩大軟體龍頭 Google 與 Microsoft 分別推出 Google Earth 與 Microsoft Virtual Earth 即可看出其潛力 儘管市面上已推出許多三維模塑之商用軟體, 如 : D Studio Max Maya AutoCAD Micro Station 等, 但要獲得建物高精度的三維資訊, 仍必須仰賴測量技術方可達成 對於城市範圍而言, 航空攝影測量應是目前成本較低且發展成熟之技術, 但立體觀測模式與逐點量, 檢視淹水發導的是使用者可自行設定淹水高度 貳 浮測模型 傳統航測製圖系統以量測 點 的三維座 標為基礎, 浮測標可以很簡易地表達出三維空 間的點位, 因此在傳統 2 維或 2.5 維的量測相當 實用 然而當影像含有陰影或遮蔽等不良因素 時, 將無法同時量測立體像對上的共軛點, 同 時越來越多的應用需要三維的物件模型, 此一 逐點量測的方式也會造成作業上的瓶頸 為了 解決快速模塑的問題, 本文將浮測標的概念加 以擴展, 提出了以浮測模型重建三維建物模型 的方法 浮測模型本質上就是一個參數式多面 體模型, 模型設計之初便決定了建物或物件的 內部幾何條件 基本的浮測模型可以概分為四 大類 : 點 線 面 實體, 每一種類型的浮測 模型還可以各自衍生出不同的模型以符合實際 作業需要 例如 : 線 就包括了 直線段 或 弧線段 ; 而 面 包括了 矩形面 圓形面 橢圓面 三角面 等; 而 實體 更多樣化, 可以是 矩形體 圓 柱體 角椎體 或 屋脊型建物 等 儘 管這些浮測模型的外型各異, 卻都擁有一些共 同的特徵, 就是一定具有一個基準點, 一組姿 態參數 (Pose Parameters) 以及一組形狀參數 (Shape Parameters) 基準點與姿態參數決定了模型在物空間中 數, 可以任意地移動或旋轉模型, 惟模型的外型與大小並不會因為姿態參數的改變而有所不同 圖 5 浮測模型的基準點與姿態參數 模型的外型與大小是由形狀參數所控制, 例如 : 矩形體模型具有三個形狀參數, 分別描述其寬度 (w) 長度(l) 以及高度 (h) 改變這些參數的值可以修改模型在三個軸向上的大小, 但是模型整體的外觀並不會改變 不同外觀的模型會具備不同的形狀參數, 例如 : 屋脊型房屋除了上述三個形狀參數外, 還多了一個屋脊高參數 (rh) 圖 6 以 4 個浮測模型為例子, 說明更動形狀參數後的變化 點 浮測模型是一個特例, 因為它不具備任何形狀參數 由圖 6 可知更動形狀參數並不會影響模型的位置或姿態, 卻讓模型在外觀上具有某些約制而又保有調整大小的彈性 參 模型 影像套合 模型 影像之套合是指模型投影於影像上之邊緣線與影像邊緣像元之間的吻合程度, 由於模型是建立在所定義的模型坐標系統上, 而每個像元位置則定義於影像坐標, 當將模型與影像做套合時, 必先經過幾個必要的坐標轉換, 如圖 7 所示 首先是模型座標與物空間座標之轉換, 接著為物空間與像片座標 及像片座標與影像座標之轉換 透過模型參數 ( 姿態及形狀參數 ) 的決定, 可將模型角點的模型座標轉換為物空間座標 ; 而藉由已知像片之外方位元素, 可計算出角點在像片上的像片座標 另 測的流程則是生產三維城市模型的效率瓶頸 的位置與姿態, 其中基準點的位置由三個平移一方面, 透過率定書中已知的框標點像片座標 光達 (Light Detecting And Ranging, LiDAR) 參數 (dx, dy, dz) 來描述, 而三個旋轉參數分別 專並量測其影像座標, 可將邊緣線萃取像元轉換專測量可快速獲得測區之數值地表模型 (Digital 代表繞 Y 軸的傾角 (t) 繞 X 軸的旋角 (s) 以及繞圖 6 浮測模型的形狀參數題為像片座標 若航測影像之內 外方位元素已題Surface Model, DSM), 惟購置成本高昂, 且僅 Z 軸的方位角 (α) 圖 5 以 4 個浮測模型為例, 顯報能生產幾何模型無法製作材質影像 本文提出報示更動姿態參數後的變化 圖中 X -Y -Z 坐標導浮測模型法, 以單眼立體 (One-eye Stereo) 的系統定義在模型空間, 而 X-Y-Z 定義在物空間 164 No.79 July, 2008 圖 7 模型 - 影像套合過程中的坐標轉換 方式同時對多張影像進行量測, 以改善傳統航 粉紅色的小圓球代表基準點的位置, 黃色的元 測逐點量測的缺點 件模型表示更動參數 (dx, dy, dz, t, s, α) 前的位置 與姿態, 而灰色的元件模型則是代表更動參數 後的模型位置與姿態 由圖 5 可以清楚看出模型 就有如漂浮在物空間中, 藉由控制這些姿態參 No.79 July, 2008 165
知 代表影像固定 模型浮動 則套合作業的 境特徵 如 女兒牆的內外緣 也可能造成邊 體 屋脊型房屋等 以Borland C++ Builder 撰寫 用的矩形體浮測模型 紅色點顯示自影像萃取 目的就是決定模型的形狀及姿態參數 緣線偵測元的誤判 因此環域大小不宜完全固 物件導向程式 將每個模型製作為獨立物件 出的邊緣線像元 藍色圓圈標示模型基準點 定 最好能隨著影像的內容及迭代的成果逐步 使其具有形狀參數與姿態參數等屬性 所有輸 在未給予任何約制條件下 十棟建物以LSMIF自 調整 入的航照或近景影像也視為獨立的物件 分別 動計算最佳套合之成功率約88% 若加入約制 具有框標 內方位參數 外方位參數等屬性 條件 如基準點的地面高dZ或建物高h 則成功 模型 影像套合的互動介面亦利用Borland C++ 率可達100% 在每一棟建物均萃取出來後 可 Builder程式設計 使用者可以藉由拖拉滑鼠或 藉由模型參數換算出建物角點座標 再與傳統 鍵盤輸入的方式 分別輸入模型參數或影像參 航測角點座標比對 X Y Z座標差值之各項統 Builder設計了一套人機互動式操作介面 可自 j 條框線環 域 其中第 k 個萃取點 Tijk 到投影框線 vimvin 的 距離 dijk 可以用平面上點到線的距離公式表示 dijk 是模型參數ΰl, w, h, dx, dy, dz, Įα的函 數 模型在影像上的投影會隨之更新 以便使 計值如表１所列 動計算上述座標轉換 並將模型投影框線顯示 數 計算套合的依據是以所有萃取點到投影線 用者確認是否符合近似套合 為了實踐模型 在影像上 模型首先以預設參數投影在對應之 的距離平方和為最小做目標 如式(1)所示 影像的自動化最佳套合 我們將建物模塑的 實際作業則將套合分成近似套合及最佳套 合兩部分 近似套合從所有參數都是未知參數 開始 由人工判釋影像並挑選合適之模型 而 最佳套合則是以LSMIF自動迭代計算出模型與 影像最佳套合時的參數 本文以Borland C++ 影像區域 接下來操作者可在影像上拖拉模型 框線 與影像進行近似的套合 以決定最近似 圖8顯示第 i 張影像上模型第 ӢӢӢdijk2=ӢӢӢ[Fijk(l, w, h, dx, dy, dz, Į)]2 Шmin 的參數 此時模型邊線與影像邊緣像元應有初 步的吻合...(1) 若將距離視為平差中的不符值 則式(1)可 分別改寫為平差的觀測方程式 如式(2)所示 0 + vijk = Fijk (l, w, h, dx, dy, dz, Į) LSMIF演算法亦製作為獨立之物件 供套合計算 時叫用 式(1) (2)為非線性式需採用牛頓漸進法求 ΔX ΔY ΔZ X 2 + Y 2 X 2 + Y 2 + Z 2 本文採用成大校區附近兩條相鄰航帶 共 六張航空攝影像片 從中挑選十棟不同類型 最大值(m) 0.98 0.72.04 1.072.047 的建物進行實驗 航空攝影的航高約1600m 最小值(m) -0.7-0.985-1.92 0.045 0.18 像機焦距為05.11mm 平均像比例尺約為 絕對 平均值(m) 0.291 0.22 0.799 0.97 0.942 平均值(m) 0.161 0.070 0.047 0.97 0.942 中誤差(m) 0.296 0.2770 1.05 0.2400 0.62 1/5000 像片經過專業航測像片掃描儀以像元...(2) 表1 10棟建物經LSMIF套合後 模型角點座標與 航測座標差值之統計值 解析度25µm數化 圖9顯示其中一棟近似套合 與最佳套合後之成果 其中黃色框線代表所採 解 將式(1) (2)分別依未知數取一次偏微分捨 去高次項 即可將其線性化 代入未知數的近 似值可解出未知數之增量 如此可反覆迭代直 到其收斂至最佳解 採用最小二乘平差法的好 圖8 由模型投影框線向外延伸的環域及 萃取出的邊緣線像元 以作為最佳套合的理論精度參考 另一方面則 是可以藉由調整未知數的權以設定約制條件 模型 影像最佳套合的基礎是假設模型參 舉例而言 若在萃取建物時事先由其他方式獲 數正確且影像外方位也正確的情況下 模型外 得建物附近的地面高dZ 則加大dZ的權將使其 框的投影應該完全重疊於影像上的邊緣線 因 在平差過程中近似固定 即能確保LSMIF能收斂 此可將萃取出的邊緣線像元到對應的投影線的 至最佳解 (9a) 人工近似套合後 模型在影像2-28與2-27之投影 專題報導 專題報導 處之一是平差後可以求得未知數的中誤差 可 距離視為不符值 以盡可能消除不符值作為套 合的目標 由於模型經由人工近似套合後理應 很接近最佳套合之位置 為避免非屬該投影線 肆 實驗測試 像元之干擾 因此自投影線向外延伸一段距離 166 No.79 July, 2008 作為套合環域 只有落在該環域內的邊緣線像 本文提出浮測模型的概念 以四大類浮測 元才加入該投影線之平差計算 如圖8所示 由 模型 點 線 面 實體為基礎 分別設計常 於人工近似套合的程度不一 且地物附近的環 見之浮測模型 如 直線段 矩形面 矩形 (9b) LSMIF計算最佳套合後 模型在影像2-28與2-27之投影 圖9 矩形體浮測模型與建物之套合成果 No.79 July, 2008 167
三維城市模型整合各方所需的空間資訊, 可廣泛應用在觀光導覽 都市計畫 不動產管理 交通規劃 機場航道規劃 無線基地台規劃 國安維護等各種民生及專業用途 為解決傳統航測技術在立體觀測與逐點量測上的瓶頸, 本文延伸浮測標量度的概念為浮測模型, 將零維的浮測標拓展到三維實體, 使其除了具有標定三維座標功能之外, 更增加了各方向的伸縮量 空間旋轉等參數, 成為一個漂浮在空間中, 可移動 伸縮 旋轉以量測各式地物的三維模型 本文並提出一套最小二乘模型 影像套合演算法, 使操作員僅需調整模型近似套合至影像, 即可交由電腦自動計算最佳套合時的模型參數 原則上所有能以參數描述的模型都可以設計為浮測模型, 因此操作員只要自各種預先定義的浮測模型中挑選最適合的一種進行量測, 就能萃取屬於該類型的地物, 而不再侷限於逐點量測 且浮測模型在定義時即隱含內部幾何約制條件, 因此即使物體某部分被遮蔽, 仍能萃取出完整的物體模型 浮測模型內部的幾何約制也確保了萃取成果的幾何特性, 如 : 平行 正交 等長等 最佳套合後的浮測模型即代表該物體的外觀, 不需要逐點連線 角柱體 ) 來套合建物的頂面, 再往下延伸到地面構成稜柱體模型 (4) 儘管模型本身內部具有幾何約制條件可彌補部分被遮蔽的邊緣線, 惟若所有與該參數有關的邊緣線均被遮蔽而不可見, 就無法藉由套合以求解參數 浮測模型法採用單眼立體觀測方式, 不需要特殊的電腦硬體設備, 可降低三維城市模型之測製成本 堆積木式的量測方式, 除了能減少逐點量測的工作, 也能避免連線錯誤的人為疏失 整體而言, 浮測模型法確實能提升三維城市模型之測製效率, 並仍保有傳統航測製圖之精度 參考文獻 1. 王蜀嘉, 數碼城市三維建模規範訂定問題探討, 第 26 屆測量與空間資訊研討會論文集, 宜蘭市,CD-ROM(2007) 2.Tsai, F.A. and Chen, L.C., "Cyber City Implementation and Visualization for Disaster Simulation and Management", 2007 Taiwan- 導伍 結論 報報Japan Symposium on the Advancement of Urban 專而在研究的過程中也發現一些浮測模型與 Earthquake Hazard Mitigation Technology, Zhong- 題 專題無法完全套合 (2) 由於必須以參數描述模型, 導168 No.79 July, 2008 LSMIF 的缺點 :(1) 由於浮測模型隱含內部幾何約 Li, Taiwan, pp. 97-104(2007). 制條件, 若操作員選錯模型, 不論如何調整都 因此不規則的多面體便無法設計為一個浮測模 型, 而必須切割後再分部進行量度 () 航測像 片中許多建物的底部是被遮蔽的, 而無法提供 計算最佳套合的依據 除了由其他來源獲得地 面高並在平差中約制 dz 之外, 另一個方法是改 用面模型, 或是屋頂類的模型 ( 如 : 橫等腰三 No.79 July, 2008 169
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工程參訪 4 中 華 技 術 Site Visit 摘 要 1 2 SUMMARY 台灣具遙測與GIS科技整合及應用之豐富經驗 且擁有福 衛二號衛星和三號衛星相關資源與技術 倘能整合應用於外 交援助與經濟合作工作 對我友邦進行技術協助或移轉 則 對其整體性國土資源及重大公共建設所引發的環境變遷及防 災監控等工作 將頗具助益 兼有拓展海外商機之可能 外 交部曾希望推動 科技外交 將台灣的科技發展經驗與友 邦分享 故進行本次參訪 其主要結論與建議如下 一 友邦除重點區域 如巴拿馬運河廊道區 外 基本圖資 老舊缺漏 且精確度低 亟需更新 二 友邦自然環境遭受人為破壞與污染日增 且宏國及尼國 屢屢蒙受風雨災而損傷慘重 故對環境監測及災害資訊 分析倍予重視 三 友邦具有明顯的GIS潛在應用需求 而我方在航遙測技術 術已應用純熟 如運用於衛星影像製作地圖 影像判釋 與環境監測 易淹水區初步模擬與研析規劃等皆為可行 發展之業務 4 四 中美洲友邦GIS市場可能之進入方式 前期宜配合外交 任務為先 促成外交行動方案 尤可借助駐地使館之 引介 經熟悉人脈民情後 再尋求與在地廠商策略聯 盟 以逐步 擴大應用廣度與深度 5 關鍵詞 科技外交 考察評估 數位典藏 LiDAR SWOT 台灣世曦工程顧問股份有限公司 財團法人國際合作發展基金會 計畫經理 黃家啟 國立中央大學太空及遙測研究中心 副教授 國立中央大學太空及遙測研究中心 教授 國立成功大學測量及空間資訊學系 主任 教授 財團法人國家實驗研究院國家太空中心 170 No.79 July, 2008 副理 林志錚 1 4 2 陳繼藩 陳良健 4 曾義星 前資深研究員 工程參訪 6 地理資訊部 5 吳豐敏 6 No.79 July, 2008 171
4 4 度 都拉 拉 來 蘭 羅 黎 洛 拉 拉 臘 蘭 利 拉 葉 寮 No.79 July, 2008 No.79 July, 2008
圖2 友邦承辦人員說明測量控制網 圖5 參訪友邦之機房設備與運作 圖 友邦之部分立體製圖設備新穎但閒置 圖6 與友邦高階將領進行航遙測研討 圖8 Copan Ruins帳棚保護下之文物遺蹟 圖10 友邦環境資源部部長致詞歡迎與接待 圖4 友邦之立體測繪影像工作站 圖7 宏都拉斯首都德古西加巴商業繁榮 圖9 與國合會當地技術團成員合影 圖11 館長介紹Copan Ruins考古坑道 二 業務於GIS之應用領域 突 多採先建後審 有紛爭才介入 三 圖資系統與工具 NAD27 只有局部(約20%)用WGS84 未 來必須進行坐標統一 174 No.79 July, 2008 (四)日本政府曾費二年調查與攝影 協 (一)有關土地買賣的地籍業務較受重視 水災患 而尼加拉瓜更有火山群 故對 助宏都拉斯製作Copan Ruins的虛擬實 因經費有限 製圖業務停滯 圖資更新 (四)局部圖資由相關單位協助提供更新 防救災的應用較為迫切 且對資源保護 境(Virtual Reality) 主要以航空攝影及 緩慢 全國性圖資大部分仍為類比圖 但因各自製作圖資 其控制系統不一 區 集水區及生態敏感區域之環境監控 照相技術製作場景 所製作的多媒體場 少數地圖採數化 但航測設備老舊 且 以致無法整合 十分感興趣 景相當逼真 然而 日本所製作的三維 缺乏經費與人力進行更新 模型資料並未留予宏國 只提供虛擬實 4 工程參訪 工程參訪 4 (一)加勒比海周邊國家經常遭受颶風及雨 (五)使用軟體工具 GIS部分多為 (二)湖泊集水區域的環境監測是可預見的 境的播放影片工具 因此僅具觀光導覽 (二)常用圖為1/50000~12500 少數 ArcGIS ArcSDE CAD工具則以 問題 需要大量多時段的衛星影像 與教育之用途 基於古蹟文物導覽 保 1/5000 最新圖約為2002年部分 最舊 MicroStation/MGE之應用多於AutoCAD 存 解讀 重建等工作 對Copan Ruins 部分約為1980年 成果以紙圖為主 (三)因應城鄉發展有土地重劃之需 但公 的眾多戶外石材建構物及雕刻物而言 私有地界限往往不明確 且對土地管理 文物數位典藏(Documentation of Culture (三)製圖業務最大的困難是坐標系統 的方式相當被動 法規又繁複而有些衝 Heritage)乃重要工作 不統一 多數圖之坐標系統仍用北美 圖2 圖11 為參訪各友邦相關單位之部分留 影 No.79 July, 2008 175
No.79 July, 2008 4 No.79 July, 2008 4 劣