行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
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※ 利用筆式輸入攜帶型電腦發展一野外調繪 ※
※ 補測系統以加速地理圖形資料搜集之研究(2/2) ※
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計畫類別：■個別型計畫 □整合型計畫 計畫編號：NSC89－2211－E－006－128－
執行期間： 89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日
計畫主持人：郭英俊 共同主持人：
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
執行單位：國立成功大學測量工程學系
中 華 民 國 九十 年 九 月 二十五 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
利用筆式輸入攜帶型電腦發展一野外調繪補測系統 以加速地理圖形資料搜集之研究(2/2)
The Development of a Field Compilation and Completion System Using Pen-based Por table Computer s to Expedite Geo-spatial Data Collection
(2/2)計畫編號：NSC 89-2211-E-006-128
執行期限：89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日 主持人：郭英俊 國立成功大學測量工程學系
計畫參與人員：陳文杰、黃建民 國立成功大學測量工程學系
一、中文摘要
數值地理圖形資料的缺乏是地理資訊應用推 動不易的主因之一。自從地理資訊系統發展以來，
如何有效率的搜集數值地理圖形資料一直是個重要 的研究課題。數值圖的調繪補測工作十分煩瑣且相 當費時，導致此項作業容易成為生產數值圖的作業 瓶頸及影響數值圖品質的重要因素。因此本研究計 畫的目的即企圖改善數值圖的調繪補測作業方式，
期能加速數值地理圖形資料之生產。本計畫利用具 有筆式輸入介面的掌上型電腦發展出一套適合於搜 集數值地理圖形資料的野外調繪補測系統，兼具更 新數值地形圖與主題圖的功能。系統設計著重在地 理物件定義、圖檔結構、圖形展繪、圖例庫、功能 架構、圖檔更新程序等項目，以克服掌上型電腦的 一些硬體限制因素。本研究結果顯示利用掌上型電 腦進行調繪補測的作業程序可明顯改良數值製圖自 動化的程度。
關鍵詞：數值地形測量、野外調繪補測、地理資訊 搜集、掌上型電腦
Abstract
The scarce of digital geo-spatial data is one of the major reasons that results slow development of geographic information applications. How is geo-spatial data efficiently collected has been an important issue ever since the advent of GIS. Field compilation and completion of digital geo-spatial data collection are rather tedious and very time-consuming, which may become a bottleneck of map production and a critical factor of affecting data quality. Thus, the purpose of this research project attempts to expedite the productivity of field compilation and completion for geo-spatial data collection. The project will use palm-size personal computers (PPC) to develop a field compilation and completion system suitable for digital geo-spatial data collection, with additional function to update digital topographical maps and thematic maps.
The research stresses on the design of geo-object definition, file structure, graphic display, symbol library, function architecture, map-updating procedure
and so forth, to break through some hardware limitations of PPC. The research result shows that the operation procedures of field compilation and completion with a PPC can significantly improve the automation of digital mapping.
Keywords: Digital Topographic Surveying, Field Compilation and Completion, Geographic Data Collection, Pam-size PC (PPC) 二、緣由與目的
欲提昇數值地理圖形資料的搜集效率，除了採 用先進的資料搜集儀器外，作業方法的改進也是不 可缺少的。過去幾年，已有許多有關數值地理圖形 的資料搜集技術被提出，其中有不少理論與方法著 實改善了數值地理圖形資料的生產速度或品質。然 而不論是採用何種儀器或方法來生產數值地理圖形 資料，在整個資料生產的過程中有一項工作 – 數值 圖的調繪補測 - 卻一直為人所疏忽而停留在傳統 的作業方式，多年來未見有重大改進。數值圖的調 繪補測工作十分煩瑣且相當費時，導致此項作業容 易成為生產數值圖的作業瓶頸及影響數值圖品質的 重要因素。因此本研究計畫的目的即企圖改善數值 圖的調繪補測作業方式，期能加速數值地理圖形資 料之生產。
數值地理圖形資料的調繪補測乃是補充圖面 資料的完整性及維持資料的時效性，調繪補測工作 大多必須實際至現場進行。數值地理圖形可分成地 形圖與主題圖兩大類:地形圖是做為所有主題圖套 疊依據的底圖，主題圖則是取地形圖的某些圖層在 增加特定的專題資料製作而成。這兩類的數值地理 圖形資料的調繪補測方法相似，但是主要訴求的內 容不同，數值地形圖較著重於地物的位置資料;數值 主題圖則較偏重於地物的屬性資料。
數值地形圖的調繪補測工作包括檢核經資料 搜集程序所得的數值圖內容是否與現況吻合、調查 並註記地理名稱及其它有關的屬性資料、增補因遮 蔽或遺漏而未測量之地物。現行作業方式是先將數 值地形稿圖繪成紙圖。然後攜帶紙圖到現場調查道 路、河流、機關、學校、重要地標等地理名稱，以 筆加註於圖紙上。對於圖上標示有疑問之地形物，
如其屬性資料不清則調查並更正其應有的屬性，如 位置資料不確定則依據鄰近可靠之地物利用簡單 的量距工具以坐標幾何方法檢核或重新測定之;遇 有較大範圍需補測時，則以全測站儀施測之。在另 一方面，數值主題圖主要是由既有的類比主題圖數 值化或由遙測影像分類技術而得。數值主題圖的調 繪補測工作包括以地形圖為底圖調查某特定主題 的屬性資料並註記於圖上，或利用地形圖上的地物 位置推測某特定主題資料的地理位置。現行的作業 方式是攜帶地形紙圖至現場實地調查主題資料的 屬性內容後註記於圖上，如建物門牌號碼、建物使 用狀況、路樹栽種狀況等;需要主題資料的地理位 置時，則由周遭附近的地物以坐標幾何方法測定 之，如地下管線、路燈、公車站牌位置、路樹位置 等。這兩類數值地理圖形資料的調繪補測工作皆以 人工方式在圖紙上註記資料，所搜集的資料需再經 地圖編繪程序繪製成圖，不僅須耗費大量人力與時 間，而且人工記錄與鍵入資料時也容易出錯，因此 一張地圖經常需進行幾個調繪補測的輪迴才能完 成，也就是說同一地區因調繪補測工作需要而出入 2-3 次是常有的事。
為解決野外調繪補測的問題，本計畫利用具 有筆式輸入介面的掌上型 PC 發展出一套適合於數 值地理圖形資料的野外調繪補測系統，兼具更新與 維護數值地形圖與數值主題圖的雙重功能。此項計 畫涉及掌上型電腦與測量儀器的連線、資料上下傳 與格式轉換、調繪補測功能的需求分析與設計、筆 式操作環境的設計、檔案結構與資料編碼等研究，
本系統設計採用普及的作業平台及微軟視窗環 境，因此發展成的數值圖野外調繪補測系統將可很 容易推廣至測量與地理資訊業界，對於地理資料的 搜集必大有助益，不僅可加速數值地圖的完成，亦 能省下龐大的野外作業費用。
三、系統設計與發展
本節扼說明調繪補測系統的作業流程、系統 設計、與系統發展等項目[1]。
(一) 系統作業流程
為了改善傳統人工紙圖紀錄的調繪補測作業 的繁雜流程與電腦平板調繪補測作業的缺點，本系 統的作業流程設計如圖 1。
圖 1 調繪補測系統的作業流程 (二) 系統設計
由於掌上型電腦(PPC)的功能遠不如桌上型 電腦，首先需考量的是顯圖速度，在桌上型電腦 PentiumⅡ系列的機種上以 AutoCAD 開啟一張一千 分之一比例尺的數值地形圖檔(DWG)大約需 1 至 2
分鐘，而在 PPC 上估計至少需 10 分鐘以上，此外，
PPC 在記憶體容量與螢幕尺寸上的限制也是系統發 展必需要考慮的因素。本研究為使掌上型電腦的系 統執行效能可滿足實務應用上的需求，因此在系統 設計上對於地理物件定義、數值圖檔儲存結構、地 理圖形展繪功能、圖例庫、系統功能架構、圖檔更 新作業等項目均加以詳細分析及設計，扼要說明如 下:
1. 地理物件定義
本計畫採用物件導向方式設計系統，其中定義 了 POINT、LINE、PLINE、CIRCLE、ARC、TEXT、
OneLayer、SubMap、Map 等地理物件。然而考慮 掌上型電腦的速度遠不如桌上型電腦，為了簡化系 統的複雜度及減少系統資源的使用，各物件之間未 加入繼承關係(is-a)、友伴(friend)關係，而只使用包 含關係(has-a)，
2. 數值圖檔儲存結構
圖檔儲存結構是以物件為儲存單元而設計的，
且包含了 CAD 製圖系統中常用的圖元，為加速系 統讀取圖檔的速度，檔案結構採用 Binary 格式，並 且加入圖層索引結構使得系統能依顯圖比例尺的 變化自動調整地形物展現的細緻程度。
3. 地理圖形展繪功能
為了減少 PPC 需要處理的資料量以提昇系統 的執行效率，本系統僅將會使用到的圖層匯出至 PPC 上，另外又加入了圖幅索引技術，事先對圖檔 進行分割管理與建立索引，展繪時只要將目前螢幕 顯示範圍所對應的分割圖檔讀入系統即可，而不將 整個數值圖檔全部載入。
4. 圖例庫
地形物分類編碼是依據民國八十七年內政部訂 定的「基本地形圖資料庫地形資料分類編碼表」
[2]。因考慮點記號與複雜線形的顯示對顯圖速度 的影響很大，且 PPC 螢幕很小，亦不適合太複雜的 記號與線型，因此設計一套包含精簡之點記號及線 型的圖例庫提供掌上型電腦調繪補測系統使用。
5. 系統功能架構
掌上型電腦調繪補測系統提供的主要功能如 下：
(1) 檔案功能
提供開啟與儲存數值圖檔功能。
(2) 顯圖功能
能顯示各種圖元及圖例，並提供顯示全貌、視 窗放大、縮小、平移等功能。此外，亦具有設 定顯圖比例尺，圖層開關控制，關閉背景圖及 顯示測站位置等功能。
(3) 編輯功能
具 新 增 圖 元 (POINT 、 LINE 、 POLYLINE 、 CIRCLE、ARC、TEXT)，鎖點模式開關，刪 除圖元，修改圖元屬性(含圖例)，圖元平移，
合併共界多邊形等功能。
(4) 測量功能
連接全測站儀以進行地形物補測，包括已知點 上設站，自由測站法設站，控制點檢核，輻射 法測點、測點自動連線，支距法，交弧法，及 前方交會法測點等功能。
CAD 圖檔 匯出 數值圖檔
(DWG)
數值地形資 料儲存格式
數值地形資 料儲存格式
掌上型電 腦調繪補 測系統 CAD 圖檔
更新
(5) 查詢功能
查詢圖面任意點坐標、目前顯圖比例尺、圖元 屬性等功能。
(6) 連線功能
配合全測站儀的傳輸鮑率，設定 PPC 傳輸鮑 率。
6. 圖檔更新
PPC 上圖檔更新的設計原則是不修改底圖，若 是修改或刪除背景圖中的圖元，或者是新增圖 元，則完全記錄於一個異動資料檔中。而內業 的更新系統即是針對上述的異動資料檔進行 舊圖的自動更新，其作業流程圖如下：
圖 2 圖檔更新流程
(三) 系統實施
本節說明系統實施所需的軟硬體設備，系統實 施方法，及如何解決所遭遇的問題，包括 GUI 設 計、PPC 與全測站儀之傳輸介面、圖例庫的設計與 簡化等議題[3]。
1. 系統開發之軟硬體 硬體：
² 桌上型電腦 PII-200
² LEO Palm-size PC (16MB ROM, 24 MB RAM, 65536 色)
² Geodimeter Pro (AGA 610) 軟體：
² Microsoft Visual C++ 6.0
² Microsoft Windows CE Toolkit for VC++ 6.0
² Microsoft eMbedded Visual C++ 3.0 (EVC 3.0)
² Microsoft Windows CE Service 2.2
² AutoCAD2000
2. 調繪補測子系統之實施 (1) 展繪功能
本計劃是以 MFC 為基礎發展系統功能。對話 盒設計大多採用 Modeless，故使用者在進行測 量功能時(如自由測站法)，可隨時從事其它編 輯、查詢或執行視窗縮放、平移等功能。以 EVC 3.0 設計展繪功能時，有些系統開發工具未提供 的繪圖功能需自行設計，包括繪曲線(ARC)及 文字走向為任意的角度顯示的函數等。
(2) 功能選單與工具列
掌上型電腦顯示畫面約寬 6cm、高 8cm，本系 統希望能充分利用螢幕來顯示圖形，因此功能 選單與工具列的設計只佔螢幕最上方一列寬的 範 圍 ， 而 較 常 用 的 測 量 功 能 直 接 以 小 圖 示 (ICON)方式建於工具列上，且在功能表中不重
複提供，以減少功能表的複雜度。
(3) GUI 功能
GUI 功能除了需配合測量的作業流程外，並且 增加下列幾項設計原則：
² 提示語盡量用狀態列取代對話盒以節省圖 面重畫時間
² 盡量減小對話盒遮蔽圖面面積
² 精簡功能表項以減小下拉式功能表遮蔽圖 面面積
² 盡量以 Modeless 對話盒取代 Model 對話 盒，以便測量功能在進行的同時，仍可操作 其它輔助功能，如視窗放大、縮小、平移，
屬性查詢等。
(4) 與全測站儀資料傳輸介面
掌上型調繪補測系統與全測站儀之間的資料傳 輸採用串列埠傳輸，系統產生一個負責由串列 埠接收資料的執行緒並進入一個迴圈，直到執 行緒接收一筆完整觀測資料或此迴圈空轉超過 程式設定的秒數(預設值為 40 秒)，才跳出迴圈 結束此執行緒。
(5) 圖例庫之建置
圖例庫的建置是參考民國八十七年內政部訂定 的「基本地形圖資料庫地形資料分類編碼表」
之圖例樣式，並加以簡化以適用於 PPC 的圖形 展繪。圖例樣式主要以三角形、圓形、方形等 簡單的幾何圖形構成，並利用顏色、尺寸、是 否填實等變化來表現各地形物，且配合地形物 的分類、實際顏色、大小，讓使用者容易聯想 且分辨地形物。
3. 圖檔更新子系統之實施
自動更新程式將異動資料檔中色碼為零的圖元 (即被刪除的圖元)，由舊圖其所屬之圖層中，以坐 標比對搜尋方式，找出在幾何資料上完全符合的圖 元，並將其刪除。異動資料檔中色碼非零的圖元則 新增至其所屬的舊圖圖層中，並依圖例碼、線型碼 展繪對應的圖例與線型(內政部所規範的圖例與線 型樣式)。
四、系統測試與成果分析
系統測試以成功大學新蓋的總圖書館周圍為 測試區域，該區域現有的一千分之一比例尺數值地 形圖是利用數值航測法製作完成的。地圖測製期 間，總圖書館為興建中的狀況，因此在地圖完成之 後，地面上的地形物已知有異動情形，故需要進行 調繪補測作業，此區域位於編號 2114241 地形圖的 底端中央處，如圖 3 所示。圖 4 是由 CAD 匯出此 測試區圖檔至 PPC 局部區域放大後的展繪結果。圖 5 是以本計劃設計之掌上型電腦野外調繪補測系統 進行地形物異動處修測的成果。調繪補測完畢後，
回至內業，將調繪補測結果檔(更新檔)由 PPC 下載 至 PC，執行 AutoCAD，載入舊圖 2114241，並執行 VBA 更新程式，輸入更新檔檔名後，程式自動更新 舊圖，結果如圖 6 所示。圖面再經簡單的編輯即完 成圖檔的更新，如圖 7 所示。
舊數值圖檔 (DWG/DXF)
異動資料檔 (調繪補測成果)
AutoCAD 圖檔展繪
更新後之數值圖 檔(DWG/DXF) (調繪補測成果)
執行自動 更新程式 (VBA)
匯出
整個作業流程的進行十分順利，但仍有些小 問題需改善，如 GUI 的安排、測量功能的作業程序 (如自由測站法)、測量功能的加強等。雖然外業需 多花些時間編輯地形物屬性，如多邊形合併、分 割，文字註記，圖元刪除等，但多數補測的地形物，
其屬性在測量時由於工作圖層的設定，系統會自動 給予地形物圖例或線型碼，如此大量減少內業編輯 工作，整體而言，利用 PPC 調繪補測系統的確能大 幅改善調繪補測的作業流程。
五、結論與建議
本研究設計並發展一掌上型電腦的數值圖調繪補 測系統，經實地測試，初步獲得下列幾點結論：
1. 掌上型電腦有利於調繪補測作業程序之自動化 掌上型電腦具有輕便、電量充足、不需開關機時 間等候的優點，且可連接全測站儀測量將觀測成 果立刻展繪於 PPC 螢幕上，現場檢核測量成果的 正確性與完整性。此作業程序僅需執行一次即 可。
2. 利用 PPC 可免除外業人工輸入編碼問題 利用 PPC 系統的功能設計，可以免除人工輸入 地形物分類編碼及地物連線編碼，不僅可加速資 料搜集速度，亦可減低錯誤率。
3. 利用圖層控制技巧可使 PPC 快速展繪數值圖 檔，提高作業效率。
本研究在數值圖檔的儲存結構上設計成可依顯
2114241
2114240
圖3 測試區域(匡選範圍)
圖 4 測試區域圖檔匯入 PPC 的放大圖
圖 5 PPC 調繪補測成果圖
圖 6 執行圖檔更新程式後之成果圖
圖 7 完成更新作業之成果圖
圖比例尺自動調整圖形顯示內容，此特性使 PPC 在小比例尺顯圖時，只讀取並展繪圖檔的部份圖 層資料，而放大圖再增加必要的內容，如此可大 幅提昇顯圖速度。
4. 利用圖幅分割索引技術，有利於圖檔展繪與圖 資管理。
為了進一步提昇 PPC 展繪圖檔速度及圖資管 理，本研究引入圖幅索引技術，先對整幅數值圖 檔進行方形網格的分割及建立索引，如此可大幅 減少 PPC 系統一次處理的資料量，改善展繪圖 檔速度。
5. 配合 CAD 軟體上之程式開發可達成圖檔自動 更新的境界
以 AutoCAD 所提供之 VBA 程式語言，發展數 值圖的自動更新系統。首先由 AutoCAD 載入舊 數值圖，然後執行自動更新程式，更新程式將 PPC 調繪補測的讀入後，即進行自動更新圖檔動 作，包含點記號與線型的自動展繪。
本研究經由實際測試初步驗證利用 PPC 可以 大幅簡化傳統的調繪補測作業流程，然而此項研究 仍有許多有待改善或進一步發展之處，以下提出幾 點建議做為後續研究之參考：
1. 改善圖幅索引技術
PPC 展繪系統可以考慮其它的設計方式，例如，
以網格圖當背景圖，並加入圖幅分割管理，建立 四分樹索引，如此在螢幕顯圖比例尺較小時，可 以用網格圖當背景圖來索引比例尺較大的分割 向量圖。如此展繪系統可能會更有效率，因為網 格圖的展繪速度較向量圖來的快。
2. 加強圖檔檢核功能
本系統在檢核功能上只針對外業測量時，提供檢 核控制點的功能。未來在內業更新圖檔功能中，
可再加入自動檢核地形物的功能[4]。
3. 擴充調繪補測系統之功能
目前 PPC 在軟硬體的進步非常的快，已有許多測 量上的應用，本系統未來除了在測量與編輯上的 功能需加強外，也可以再加入 GIS 資料的蒐集、
建置 GIS 資料庫功能。由於 PPC 具有優良的多 媒體能力，故於 GIS 資料蒐集也可經由數位相機 加入資料，或利用 PPC 內建的錄音功能蒐集聲 音資料，或連接 GPS 接收儀等功能。
六、參考文獻
[1] 陳文杰、郭英俊，利用掌上型電腦發展數值製 圖的野外調繪補測系統，民國九十年九月，第 二十屆測量學術及應用研討會論文集，
[2] 內政部，基本地形圖資料庫地形資料分類編碼 表，民國八十七年。
[3] 陳文杰，利 用 掌 上 型 電 腦 發 展 數 值 製 圖的 調 繪 補 測 與 檢 核 更 新 系 統， 民國九十年六月，國立成功大學測量工 程研究所碩士論文，
[4] 鄧敬中，AutoCAD 系統內 1/1000 數值地形圖 檔資料檢核自動化之探討， 民國八十九年六 月，成功大學測量工程研究所碩士論文。
