國 土 測 繪 與 空 間 資 訊
Taiwan Journal of Geoinformatics
第五卷 第一期 中華民國一O六年一月
VOLUME 5, NO. 1 Jan. 2017
Published by Chinese Society of Cadastral Survey &
National Land Surveying and Mapping Center
內政部國土測繪中心共同發行
一、理監事會：
理 事 長：黃榮峰 副理事長：謝福來
常務理事：蕭輔導、崔國強、梁東海
理 事：洪本善、高書屏、吳宗寶、江渾欽、楊 名、周天穎、吳相忠、曾耀賢、蕭萬禧、
邱仲銘、王定平、梁崇智、紀聰吉、謝福勝、張元旭、江俊泓 常務監事：蘇惠璋
監 事：史天元、蕭正宏、容承明、白敏思 秘 書 長：鄭彩堂(兼任)
副秘書長：陳惠玲(兼任)
秘 書：黃錦桂(兼任)、陳鶴欽(兼任)
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二、各種委員會：
(一)服務委員會：
主任委員：高書屏
委 員：王定平、王啟鋒、李建利、鄭宏逵、盧金胡 總幹事：梁崇智
(二)編輯委員會：
主任委員：楊 名
委 員：史天元、林老生、洪本善、洪榮宏、楊明德、黃灝雄、趙鍵哲、饒瑞鈞 總編輯：陳國華
編 輯：陳鶴欽
幹 事：趙荃敏、林以珊 (三)研究發展委員會：
主任委員：洪本善
委 員：王宏仁、江日春、李旭志、林志清、吳宗寶、吳聲鴻、黃文華 駱旭琛、蕭萬禧、謝福勝
總幹事：陳世崇
幹 事：謝東發、董荔偉 (四)獎章委員會：
主任委員：蕭輔導
委 員：洪本善、張元旭、曾清凉、曾國鈞、謝福來 幹 事：由本會秘書處兼任
(五)教育訓練委員會：
主任委員：劉正倫
委 員：崔國強、李文聖、葉文凱 總幹事：蕭泰中
幹 事：謝正亮 (六)國際事務委員會：
主任委員：周天穎
委 員：李文聖、葉美伶、曾耀賢、盧鄂生、羅正方 總幹事：邱明全
幹 事：李佩珊、湯美華 (七)界址鑑定及諮詢委員會
主任委員：盧鄂生
委員：邱仲銘、江渾欽、洪本善、吳宗寶、吳相忠、曾耀賢、蕭萬禧、崔國強、謝福勝 王年水、駱旭琛、王啟鋒
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學會地址：408台中市南屯區黎明路二段335巷28號 網 址：http://www.cadastralsurvey.org.tw 電子郵件：[email protected]
Taiwan Journal of Geoinformatics Vol. 5, No. 1, pp.1 ~ 28
以 Drupal 整合多元網路地圖服務之網誌平台
劉婕昕1 王聖鐸2*
論文收件日期：105.02.03 論文修改日期：105.04.19 論文接受日期：105.11.06
摘 要
臺灣可使用的網路地圖服務種類繁多，國土資訊系統下有九大資料庫分組的 專業級圖資，Google、Microsoft、NOKIA 等商業公司也提供了各種消費級圖資，
然而一般臺灣使用者仍多半習慣使用Google Maps，而且多半是以截圖方式呈現 在自己的網頁中。一方面是對於其他地圖的使用方式陌生，另一方面則是對網路 地圖服務(Web Mapping Service, WMS)的標準亦不熟悉。因此本研究透過內容管 理系統Drupal 及其 OpenLayers 模組，整合介接國土測繪圖資之專業級圖資，以 及內部已含的消費級圖資，建置一套易於使用網路地圖服務之網誌平台。使用者 可依循以往使用網誌的經驗，透過新增文章的方式使用多元圖資，不需了解各個 圖資身在何方，即可直接透過選單的方式選擇使用。同時擴充點、線、面繪製及 多媒體上傳功能，以突破一般網誌服務僅提供點位標註的限制。使用者在同一網 站即可依自身需求、區域特性、主題目標，自由選擇最適合的圖資，並針對文章 主題繪製點、線、面等地理資訊。本研究透過使用者實際測試及問卷調查，為所 設計之地圖整合平台進行使用性分析，根據實際任務操作後的問卷統計結果，在 控制各項網路服務的使用經驗變數下進行共變數分析，結果為使用者網路地圖技 術能力對於任務完成總時數的影響無顯著差異，即不具備完整地理技術亦可操作 此平台，與本研究所設計的平台易用性目標相符。
關鍵詞：網路地圖服務、內容管理系統、國土測繪圖資、Drupal、OpenLayers
1 碩士，國立臺灣師範大學地理學系。
2 助理教授，國立臺灣師範大學地理學系。
Integrating Versatile Web Mapping Services with Drupal for Designing a Web Blog Platform
Chieh-Hsin Liu1 Sendo Wang2*
Abstract
There are a lot of web map services can be used in Taiwan, including consumer-level and professional-level map services. However, most users only use Google Maps. If the Google Maps has problems in the area that they want to use, they cannot find another maps to replace it. Although WMS and WMTS provide a way to integrate maps into one’s web, it is still difficult for common users who are not familiar with computer language. For this reason, a content management system (CMS) called Drupal is introduced to integrate both the consumer-level and professional-level map services by its OpenLayers module in this study. Users now can simply select most suitable map while adding article to their blog, without knowing any computer language or cartographic knowledge. User testing and surveys are executed in order to understand the usability of the map integration platform.
Based on controlling of the network service experience variables, the ANCOVA results of the usability questionnaires show no difference on users’ background.
Keywords: Content Management System (CMS), Drupal, National Land Survey and Mapping Center (NLSC) Maps, OpenLayers, Web Mapping Service (WMS),
1Master, Department of Geography, National Taiwan Normal University.
2Assistant Professor, Department of Geography, National Taiwan Normal University.
*
一、前 言
在資通訊技術的發展下，提供網路地圖的方式漸趨多元，一般使用者在擷取 地理資訊時，能夠選擇的網路地圖管道也越趨豐富，這些網路地圖服務所提供的 圖資可分為「消費級圖資」及「專業級圖資」，其中的差異比較如表1。
表 1 消費級圖資與專業級圖資比較表
消費級 專業級
網路地圖服務 Google Maps OpenStreetMap (with Bing Satellite)
國土測繪圖資網 路地圖服務系統1 產製方式 Top-down Bottom-up Top-down
向量圖資 1.勤崴科技提供
1.圖客影像數化 2.圖客上傳 GPS 紀 錄之軌跡並編修
1.運研所路網數值 圖
2.測繪中心 1/5000 基本地形圖
3.測繪中心通用版 電子地圖
影像圖資
1.DigitalGlobe 衛星 影像
2.群立科技航測影 像
1.DigitalGlobe 衛星 影像
1.通用版電子地圖 2.航測正射影像
特殊圖層
1.大眾運輸 2.路況 3.地形
1.Transport Map 2.Cycle Maps
1.歷史正射影像 2.都市與非都市土 地使用分區
2.門牌號碼 3.段籍圖 4.村里界圖
5.國家公園及風景 區
6.避難收容所 7.工業區
8.土石流潛勢溪流 圖
9.國土利用調查成 果圖
10.地籍圖
11. 野 生 動 物 保 護 區及棲息環境 12. 飲 用 水 水 源 水 質保護區
13. 垃 圾 衛 生 掩 埋 場
14. 高 速 公 路 參 考 里程
優點
1.都市地區更新快 2.一致的處理原則 3.可使用之相關應 用與產品較豐富
1.POI 豐富多元 2.更新快、具即時性 3.道路屬性標籤豐 富且劃分層級多。
4.符合地區需求 5.開源地理資料
1.精度高，符合測 量規範
2.定時分區更新 3.地理語意有一定 標準
缺點
1.影像幾何校正程 度不一致
2.影像部分區域受 雲遮蔽
3.道路僅有簡單等 級畫分
1.地理語意可能模 糊
2.版本變動大 3.臺灣除城市地區 外，許多地區目前 尚不完整
4.需要大量且自發 之圖客
5.雖有社群維護與 共同討論，但製圖 者素質不一，且對 於屬性的詮釋各有 主觀意識
1.有浮水印
2.影像遇密圖遭馬 賽克處理
3.更新速度較不具 即時性
從上述的比較可得知，不同的網路地圖服務具備各種不同的特點，因此，在 使用上多樣化的選擇及搭配也應運而生。在臺灣，網路地圖的使用者主要接觸的 地圖服務為消費級圖資，以 Google 公司所提供的地圖服務為大宗，部分使用 Microsoft 公司所提供的 Bing Map。除了商業公司提供的地圖服務，近年來在歐 洲 興 起 以 協 同 製 圖(Collaborative Mapping) 發 展 出 Wiki-style 的 開 放 街 圖 (OpenStreetMap, OSM)亦是選擇之一。
此類消費級圖資，在臺灣的都市地區更新效率與圖資豐富程度是不容置疑的，
但在非都市地區的圖資，仍存在不少問題。在遙測影像的部分，如圖 1，Google 的衛星影像在所擷取的地區即無法使用，若需參考此區影像，則可選擇通用版正 射影像的詳細圖資，如圖 2。在電子地圖部分，OSM 的更新效率佳，可以仰賴
公眾力量來建置，但在非都市區域圖資仍明顯不足，如圖3。比對同區域的部分，
Google Maps 的圖資詳細程度與 OSM 相似，如圖 4；此時，通用版電子地圖具備 更細緻的圖資內容，將會是使用者的絕佳選擇，如圖5。
此類專業精確的地圖通常由政府投資測製，作為空間資訊的基礎建設 (Spatial Data Infrastructure, SDI)，例如：內政部國土測繪中心整合所轄通用版電 子地圖、國土利用調查成果、航測正射影像等圖資開放介接使用，其採用 OGC (Open Geospatial Consortium) 的 WMS 及 WMTS 標 準 發 布 ， 因 此 可 透 過 OpenLayers 函示庫介接。然而一般的使用者對於此類網路地圖服務的熟悉程度 不足，甚或不知有這些圖資可使用，其使用門檻亦高。
因此，本研究欲解決之問題主要有二：
1. 臺灣可使用的網路地圖服務類型豐富多元，包含消費級與專業級圖資，
但使用者所能聯想並使用的地圖以Google Maps 為主，若該地圖服務在 使用上出現問題，使用者對於其他網路地圖服務不熟悉，則無法順利使 用。
2. 網路地圖服務種類繁多且分散，但多數網路地圖服務的使用並不普及，
儘管圖資優良，一般的使用者並無法得知該服務，因此如何將分散的多 元網路地圖服務整合其中，是本研究欲解決的第二個問題。
根據以上討論，本研究欲將消費級及專業級等多元圖資，整合於同一平台中，
使用者不需要到分散的各個平台去擷取所需圖資，並讓不具備任何地理資訊相關 技術的一般使用者也能輕易使用圖資。在生活、學術或教育等各領域，將深植各 處的「位置資訊」便利地放置在任何想使用的圖資上。提供一個有效率地整合現 有的網路地圖服務，並運用網路地圖來分享自己的地理資料，是本研究的重點。
在使用圖資的方式上，根據多數網路使用者對於經營網誌、微網誌、個人社 群的經驗，本研究欲透過此操作方式讓使用者獲取多元圖資，架設一套地圖整合 平台的網誌服務，使用者可以經由以往使用網誌的經驗，透過新增文章的方式使 用多元圖資，不需要去了解各個圖資身在何方，即可直接透過選單的方式選擇使 用，同時提升以往網誌服務僅提供點位標註的功能，本研究之平台將會提供更多 元的資料格式上傳服務，例如行動裝置紀錄之 GPS 航跡也可透過網站上傳，並 直接展繪在地圖中。
彰化縣大城鄉(120.3109128E, 23.874576N)
圖 1 彰化縣大城鄉之 Google 衛星影像 圖 2 彰化縣大城鄉之通用版正射影像 臺東縣知本國小附近(121.05425E, 22.70571N)
圖 3 知本國小附近 OpenStreetMap 圖 4 知本國小附近 Google 地圖 圖 5 知本國小附近通用版電子地圖
二、文獻回顧
本研究提出以內容管理系統作為架設網路地圖服務系統的技術工具，Athan (2007)將已知的 45 種技術工具根據相似功能進行分類，選出各分類中較為穩定 的開源免費技術工具作為參考，並依據網路地圖服務系統提供典型的四種服務類 型作為比較方式並進行功能、成本、風險與所需技術的可行性分析。Drupal 為具 有空間感知(Spatially-aware)的內容管理系統，它具備將帶有地理標記的內容展示 在地圖上，同時 Drupal 也是一個免費獲取的開源軟體，在 Athan 的技術工具分 類中，Drupal 在該分類屬於穩定性較佳的參考，因此在架設網路地圖服務上，是 一項值得考慮的方案。內容管理系統也和地理資訊系統的結合並運用在各領域，
如表2：
表 2. 內容管理系統與 GIS 整合的應用範例
System Name 開發單位／
開發者 CMS Web Mapping Tool Other Tools 公路養護資訊
整合應用平台
交通部運輸 研究所 (2011)
自行開發 Google Maps API PostgerSQL, PostGIS 國家重要濕地
資料庫入口網 站
內政部營建 署城鄉發展 分署(2010)
Drupal Google Maps API, MapServer for Wondows, GeoMOOSE
PostgerSQL, OpenLDAP, MetaCat 文化資源地理
資訊系統
中央研究院 人文社會科 學研究中心 地理資訊科 學研究專題 中心(2009)
Plone Google Map API PostrgeSQL,
數位說故事的 地理教學工具
Papadaki et al. (2010)
Joomla! OpenLayers,
GeoServer, GeoNetwork
PostGIS 優人神鼓少年
安途生計畫
柯皓仁等 (2012)
Drupal Google Map Service V3 iBike 團體定位 移動系統 Facebook Plugin 儘管上述各案例均根據不同需求，而採取不同的技術工具與使用策略，但各 項案例主要都是使用內容管理系統作為網站的框架，再搭配各自選擇的網路地圖 工具。雖然功能完善且豐富，但對於一般使用者在使用多種網路地圖服務來講，
會有諸多的技術問題。因此，本研究嘗試以不搭配其他工具的情況下，根據Drupal 的OpenLayers 模組做升級，讓使用者在架設網路地圖服務時能夠更加簡便。
OpenLayers 是一個將動態地圖嵌入網站的物件導向 JavaScript API，有許多 來源不同的地圖都可以被匯聚到 OpenLayers 的地圖中。使用此程式語言製作的 地圖是具有互動性的，使用者可以放大、縮小地圖，也可以拖曳或調整地圖顯示 的比例尺、勾選想要啟用觀看的圖層，也可以標記想要顯示的位置資訊或是編輯 向量資料。OpenLayers 的優點是：它可以完全根據網站的架構客製化地圖，它 也提供使用者自行定義工具和設定，同時也支援新的地圖圖資匯入(Sauerwein, 2010)。由於 OpenLayers API 是由 OSGeo 在開放時，採用 WMS-C(Web Mapping Service–Tile Caching)規格，因此，OpenLayers 可以應用以 WMS 發布之圖資(陳 世儀等，2012)，此外，它也支援 XML, GML, GeoJSON, GeoRSS, JSON, KML, WFS, WKT(Well-Known Text)等格式(林佳樺 2011)，只要是能夠被支援的格式，即可 在網站前台顯圖。
本研究的目標族群為網路地圖服務的使用者，目前的研究主要是網路地圖平 台的使用性評估，針對網路地圖服務使用性評估並不多，因此採用一般網站使用 性評估的方式。網站的使用性(Usability)評估因子包含：有效(Effectiveness)、效 率(Efficiency)、滿意度(Satisfaction)、錯誤率(Error Frequency and Severity)、記憶 性(Memorability)五項。評估使用性的方法分為兩項：專家導向評估與使用者導 向評估(Genuis 2004)。Newman et al. (2010)開發公民科學(citizen science)的 Web Mapping 網站，針對大眾參與者進行網路地圖服務的使用性評估，評估使用者對 網站的滿意度、效率、有效此三項使用性評估因子，根據定量和定性兩種方法分 別設計評估方式，評估結果後再進行系統的修正，系統上線後會持續收集網友的 回饋來做系統修正，最終從網站開發與參與者經驗中習得改善網站的問題，並提 供一套以公民參與科學為基礎的web mapping 網站架設指引。
三、研究方法與流程
本研究採用開放源碼的內容管理系統—Drupal，除了本身具備的核心模組，
它具有非常多的模組可以用來添加各種功能，使用者可以在不需要修改程式碼的 情況下，依照自己的需求來設定網站的功能。此外，Drupal 有強大的社群做後盾，
使用者遇到問題即可隨時上網尋求援助(Byron et al. 2012)。
透過此一彈性的系統構造，可以將架設網路地圖服務的作業流程更加簡化，
如圖 6，在使用內容管理系統前，使用者若要使用網路地圖服務，必須具備相關 的技術能力，方可自行發布網路地圖或者取得其他方所發布的網路地圖；然後修 改後的網路地圖服務架構，如圖 7，透過內容管理系統去介接其他來源的網路地 圖服務，使用者不需了解網路地圖身在何方，而可以直覺的使用網路地圖，使得 網路地圖服務的取得更為便利，提升使用地圖的架站者及一般使用網路地圖的用 戶，在操作地圖時的意願與內容的豐富程度。
圖 6 網路地圖服務架構圖 圖 7 修改後的網路地圖服務架構圖
因此，本研究以內容管理系統 Drupal 為架設網路地圖服務之基礎工具，搭 載其具備完整功能的 OpenLayers 模組，整合以國土測繪圖資為基礎的網路地圖 平台。此一以內容管理系統建造之網路地圖整合平台應達成以下條件：
OpenLayers 模組需整合臺灣公部門自產之專業級圖資
簡化網路地圖服務架設之流程與時間
提升一般使用者對於專業級地圖的可及性
具備符合使用者所需之網路地圖整合平台之功能
建立符合使用者需求之網路地圖服務操作基本流程
在網路地圖整合平台的設計與使用方面，一般網路上現行包含地圖功能的服 務多為單一主題，如：帶我去旅行、TripAdvisor 等鎖定使用族群的主題性功能，
且提供的地圖服務同樣為單一來源的Google Maps，其實是不利於社區深度旅遊 時使用。 圖 8、圖 9 以南投桃米社區為例，社區營造的結果卻無法呈現在 Google Maps 上，由於旅遊網站多半採用 Google Maps，以致於以旅遊為需求所設計的 地圖網站，卻不一定有辦法滿足旅遊的需求，因為使用者沒有其他圖資可供選擇。
如果使用者除了Google Maps 之外，還可以選擇 OpenStreetMap，就有機會看見 不同的結果，選擇其合適的旅遊方式。
圖 8 Google Maps 上的南投桃米社區 圖 9 OSM 上的南投桃米社區
本研究希望將多種圖資集結在一個網站中，使得每位使用者無論其背景、來 源或使用目的，均可根據自身需求輕鬆選擇使用多元圖資。在圖資使用上以使用
者自身目的為主，一般使用者也能輕易使用專業級網路地圖服務，而不再侷限於 少數專業的使用者。因此，本研究所設計之平台不預設主要使用族群、不預設主 要使用目的，為各類使用者皆可操作為主的通用性平台。
四、多元網路地圖服務平台設計與建置 (一) 平台功能分析
本研究之地圖整合平台建置之目的為：使用者能夠將自身已有且欲分享的地 理資料，快速地使用地圖來發布資訊與內容。而在此同時，能夠有更多樣化圖資 的選擇，且選擇的方式是便利的，使用者毋需具備深厚的地理資訊技能，短時間 內即可輕易上手使用。
地圖網誌平台之使用者端概念具象化如圖 10，現今的網誌、微網誌服務與 地圖服務多以發布圖文、影音及地理位置資訊為主要功能。為了讓使用者能夠在 最快速上手並使用網站的前提下設計網站，採用的方式即是以常用的「新增文章 內容」的方式，無論任何功能的達成，皆採用此方式。而發布的文章會自動生成 個人頁面，使用者不需要做個別的設定即可建立個人網誌專頁。
圖 10 地圖整合使用平台 - 使用者端概念圖 (二) 內容管理系統
採用Drupal 架設地圖網站之概念圖如圖 11 所示，架站環境採用支援 php 及 MySQL 的網站伺服器，並符合 Drupal 所需的系統需求規範。下載核心壓縮檔後 安裝至伺服器；一個含有地圖功能的Drupal 網站必須安裝額外的附加模組，包 含為了新增地圖內容，存放地理資料格式的Geophp、Geofield 等，另外還需要 安裝將地理資料展繪在地圖上的模組，如OpenLayers、Leaflet 等。
圖 11 Drupal 架設地圖網站概念圖
Drupal 社群所開發之 OpenLayers Module 使用 OpenLayers JavaScript 函式庫，
讓Drupal 網站可以創建地圖內容，模組內包含三部分，如圖 12：OpenLayers（核 心模組包含地圖、圖層、樣式和圖徵設定及API）、OpenLayers UI（使用者介面 和表單）、OpenLayers Views（所有與建立地圖列表頁相關的部分），一般架站 者可以直接透過OpenLayer UI 來加入其他 WMS、WMTS 所發布的地圖，但是 使用者必須具備投影坐標及其他相關的地圖知識，考慮到無法假設每位架站者皆 具 備 此 能 力 ， 因 此 決 定 將 圖 資 直 接 加 入 OpenLayes 模 組 的 預 設 圖 層 中
（openlayers.layers），如同已預設在模組中的消費級圖資（Microsoft、Google、
MapBox、MapQuest、OpenStreetMap），架站者在安裝的同時，即可獲得專業級 圖資的來源選項，而網站使用者只需透過選擇的方式來使用地圖。
圖 12 Drupal 的 OpenLayes 模組架構圖 (三) 建置成果與操作流程設計
本研究之地圖整合平台建置流程如圖 13。在硬體設備上採用一般桌上型電 腦，作業系統採用Ubuntu Linux 12.10，網站伺服器環境的部分採用 Apache HTTP Server 加上 MySQL 資料庫與 php 共同組成的架構。準備完成平台架設的基礎環 境後，安裝Drupal.org 提供的 Drupal 7 核心程式 7.27 版（2014.04.30），執行標
準的安裝程式後，將平台進行初步的設定，如：網站資訊、更新通知、伺服器設 定等部分，並中文化網站操作介面，Drupal 核心與模組的翻譯檔由志願者翻譯，
並提供於localize.drupal.org，但並非所有翻譯皆已完成，因此在使用者操作介面 未翻譯完成的部分，也可透過管理後台逐步翻譯。
圖 13 地圖整合平台架設流程圖
在地圖功能相關模組的部分，此類模組主要用來存取各種類型的地理資料，
並將之轉換後顯示於地圖上，並且能夠介接外部圖資，本研究使用到的模組如表 3。
表 3. 地圖功能相關模組
模組名稱 功能
Geofield 存取地理和位置資料，包含點、線、多邊形。
OpenLayers
需連結OpenLayers.org 的 OpenLayers library 或是裝在本機端
（建議）；OpenLayers API 基本模組、管理 OpenLayers 的使 用者介面和製作地圖頁面或區塊的Views plugins
Geocoder 將多種地理資料地理編碼成其他GIS 資料類型。
Geofield Map 提供基本的地圖介面來存取點、線、多邊形。
geoPHP 包裹了geoPHP library，可以在 php 中進階使用幾何操作。
Conditional Fields 根據狀態或值來控制欄位間的依存關聯。
(四) 地圖整合平台的建置成果
本研究架設之平台為「MapIntegration 便利的地圖使用平台」，網址為：
http://hoshi.geo.ntnu.edu.tw/。使用者進入此平台後，可以閱讀首頁的簡短說明，
相關的操作影片也放置在首頁，細節的說明則在主選單中的系統說明、系統功能、
操作說明等，如圖14 所示，以落實本研究希望建立一套簡單易用平台之目的。
網站範例呈現出使用者個人頁面的配置方式，如圖15 所示。首頁可直接註冊平 台的帳號，註冊成功系統會自動寄送驗證信至使用者電子信箱，啟動帳號後即可 開始編輯個人帳號及新增地圖文章。
圖 14 MapIntegration 地圖整合平台建置成果圖
圖 15 個人專頁範例
選新增的文章類型後，會出現新增文章的畫面，如圖16，此為新增地圖文章 的頁面，使用者只需要選擇自己想要新增地理資料的方式，包含：座標輸入、地 圖點選、KML 匯入、GPX 匯入四種方式。除了以往線上網誌服務提供的新增點 位功能，使用者可以新增路徑或多邊形，不再局限於只能新增單一點位。而在圖 資呈現的選擇部分，目前平台預設介接的圖資包含：
1. 經過測量精度驗證的專業級圖資：通用版電子地圖、通用版正射影像、
國土利用調查成果圖、五千分之一基本地形圖、段籍圖、村里界。
2. 一般商業公司或群眾繪製的消費級圖資：Google 地圖、Google 衛星影像、
MapQuest OSM、OSM Cycling Map、OSM Mapnik。
圖 16 新增地圖文章畫面範例
選擇完新增地理資料的方式及想要呈現在的地圖後，輸入敘述的內文和插圖，
即可發佈文章，發佈的結果如圖17 所示：
圖 17 地圖文章發佈成果範例
五、教育應用可能性探討
本地圖整合平台的除了以網誌撰寫為主要概念，並增加數種新增地理資料的 功能、方式，並整合多元圖資供使用者選用。因此除了紀錄功能，應可依使用者 的需求，應用在各種不同層面，例如：教育、休閒、觀光、旅遊、生態保育、古 蹟保存、環境教育等。本研究透過與時任中學地理教師進行訪談，探討本平台應 用於教育之可能性。
國中地理教師在訪談中表示，空間資訊相關的教學，在國中的部分進度僅止 於等高線、航空影像判釋等，無相關的課程需求；在高中地理教師訪談的部分，
了解此名教師及其服務高中的地理資訊教學實行方式如下：
1. 教師授課方面：目前主要以板書教學，有教師會使用網路地圖服務進行 示範，如：NGIS 所屬九大資料庫之網路電子地圖平台 。
2. 實地踏查方面：學校提供平板，但該器材不易使用，教學以老師做好教 材提供學生下載，到現場最多僅有拍照及標示，戶外限制多且受限網路。
3. 學生操作方面：使用百年歷史地圖查詢自己的家；使用 Google Earth 介 紹觀光景點，標記五個點位並加上照片，存成KMZ 檔案後上台報告。
同時，該名受訪教師亦表示，地理資訊的教學上若需安裝軟體是非常不便的，
若可以線上直接實行，不需加裝軟體會更加便利。
根據以上訪談內容可以得知，教師在地理資訊的教學上有以下困境：
1. 受限於硬體設備：學校提供之平板不易於學生操作，同時受限於平板連 線網路的問題。
2. 安裝軟體不方便：若使用 Google Earth 或其他 GIS 軟體，需安裝至電腦 中，故教師上課時使用網路地圖服務進行示範，且學生操作時能夠進行 的課堂及課後作業有限。
根據普通高級中學必修科目「地理」課程綱要中，關於地理資訊教學之具體 目標包含「地理資訊蒐集及處理，並且能夠了解地理資訊在生活中的存在與如何 使用地理資訊」。在GIS 操作上建議使用 Google Earth 及 Urmap，正巧與地理教 師的「安裝軟體不方便」相悖，而Urmap 亦非目前一般民眾常用之網路地圖。
除此之外，目前地理教師常用的網路地圖服務，如：百年歷史地圖、NGIS 國土資訊圖台，雖然也都整合了許多地圖資源，但是在使用上主要是以圖層資料 展示為主，使用者可進行線上的地圖基本測量、匯入自己的地理資料、線上數化 等基本功能，教師在教學上可快速使用，在展示上十分方便。但在這些網站中，
使用者無法發布屬於地理資料的相關內容，也無法賦予地理資料更多的知識與資 訊，並長久發布於網站，對於以上的網站，地圖功能僅是在開啟網站時可用，關 掉網站之後即消失。如此一來，地理教學中的地理資訊操作，僅僅成為倏忽即逝 的瞬間，然而地理教學的意義即是整合，無論是技術、自然、環境、人文、社會 等，若能將地理資料賦予內容價值，與現行網路地圖服務互相搭配使用，便可讓 一筆地理資料有更多的價值。
由於新增地圖的方式包含坐標輸入、地圖點選、KML 匯入、GPX 匯入，應 用地圖點選的功能可以協助說明關於圖層、Point、Polyline、Polygon、KML 的 概念；「歷史、鄉土、文化的教學意義」，亦可以應用此平台，讓學生進行家鄉 的探查，平台能夠讀取行動裝置的位置資訊，並將位置或路線資訊紀錄後即時上 傳至個人專頁，如圖 18，可以免去平板連線或操作不易等問題，學生可使用自 己平時的手機進行位置存取及發布，發布關於家鄉的探查文章，提供即時的數位 化教學互動場域。
圖 18 透過讀取智慧型手機所在位置發布地圖文章截圖 六、地圖整合平台使用性分析
(一) 任務設計與平台施測
在使用性分析中的任務設計部分，由於平台的設計目的是希望將任何專頁的 元素都以發布文章的方式來進行，讓使用者可以透過發布文章的模式來得到一個 屬於自己的專頁，因此，在平台施測的部分，本研究設計七個任務，如圖 19，
使用者完成七項任務後即可獲取一個屬於自己的完整個人地圖專頁，達成此目標 需要完成的任務。
圖 19 使用者測試任務設計步驟
本研究採用的施測方式為，地圖平台的設計是以平時會使用網路服務的用戶 為目標群，同時必須需要了解對於地理資料熟悉的專業人群與一般使用者的差異，
因此施測的方式採用網路問卷，獲取受試者的管道如表4：
1. Facebook、Twitter、Plurk、Google plus 社群網絡分享：獲取一般使用 者及更多類型使用者的回饋；
2. 國立臺灣師範大學空間資訊學程所開設之「地理資訊科技」課程：取得 平時會使用地理資料的使用族群。
表 4. 問卷發放管道及回收整理統計.
原始問卷數 可用問卷數 次數 百分比 次數 百分比 INTERNET 社群網路分享 32 51.6% 27 51.9%
GEO_CLASS 課堂施測 30 48.4% 25 48.1%
總和 62 100.0% 52 100.0%
(二) 使用者背景能力分析
平台網站測試時，本研究假設使用者在操作網站時，會受到自身使用過的網 路服務種類、數量等相關經驗而受到影響，因此針對使用者對於網路服務使用的 經驗進行統計，也針對使用者的專業領域或工作領域進行調查，了解除了日常生 活之外，是否在專業及工作領域使用網路地圖服務；此外，也調查使用者對於網 路地圖技術的了解程度，將此二者視為使用者在操作平台時的背景知識。
使用者背景資料：為了獲取了解網路地圖技術的使用者，因此有 34 位（65.4%）
為地理專長的學生及老師，另外18 位（34.6%）使用者則是來源於各種類型的領 域，有助於獲得一般使用者的體驗感受與平台修正意見，促使平台能夠更加親 民。
網路服務使用經驗背景評估：網路服務使用經驗背景評估的部分，包含使用 者對於網路地圖、一般社群專頁、網誌的使用經驗，根據以上使用經驗，本研究 預設六個有關於網路地圖與專頁、網誌使用經驗的題目，依照使用者填答使用過 的網路服務，評估其網路服務經驗的豐富程度，將使用者進行網路服務使用能力 計分，方式如下：
1. 是否曾經使用過網路地圖與其相關的服務？
本題採開放式作答，依照使用者填答的使用過的網路地圖服務數量給予 分數，如：使用過Google map、OSM 兩種服務，則評為 2 分，無使用過為 0 分。
2. 分享網路地圖的方式多為？
本題給予封閉式作答，使用的技術難易度分別給予1 至 3 分，包含螢幕 擷圖（1 分）、網路地圖服務提供的分享方式（如連結、框選範圍圖片下載 等）（2 分）、自己寫 API（3 分），及其他（依照方式給予權重）。
3. 是否有經營網誌、個人專頁、社群專頁的經驗？
本題採開放式作答，依照使用者填答的使用過的服務數量給予分數，如：
使用過無名小站、PIXNET 兩種服務，則評為 2 分，無使用過為 0 分。
4. 您的專業領域／工作領域是？
5. 是否有將網路地圖使用在您個人的專業領域／工作領域？（多選）
第四、五題，使用者若於專業領域或工作領域中會使用網路地圖服務方 式，表示其接觸網路地圖的頻率比一般使用者更高，因此先詢問使用者的專 業或工作領域，並給予封閉式作答選項9 項（衛星航拍影像判讀、教學講解 使用、導航分析、地址門牌查詢、坐標查詢、標註位置、描繪路線、描繪範 圍、疊加圖層及其他），依照使用者填答的使用過的網路地圖服務方式數量 給予分數，若有填寫其他方式則依照數量遞增分數，如：使用過描繪範圍、
疊加圖層兩種方式，則評為2 分，沒有使用在專業領域／工作領域為 0 分。
6. 是否有將網路地圖使用在您個人的一般生活？
本題採開放式作答，依照使用者填答的使用過的網路地圖方式數量給予 分數，如：使用過地址查詢、html 嵌入兩種方式，則評為 2 分，無使用過為 0 分。
網路地圖技術能力背景評估：本研究設計的網路地圖平台目的是希望，即使 不具備充足網路地圖技術相關的能力，也能夠依照一般使用網路上各項服務的經 驗，而達成使用地圖的目的，因此，本研究預設五個題目有關於網路地圖技術的 使用程度，每個題目對照的選項有對應的能力分數，如圖 20，調查的項目包含 對KML、KMZ、GPX 等地理資料檔案格式的了解程度；網路地圖服務標準 WMS、
WMTS 的了解程度；網路地圖提供的 Google Maps API 及 OpenLayers API 的了 解程度。
圖 20 網路地圖技術能力評分對應圖
平台任務操作分析：
本研究預計設計一套即使不具備完整地理資訊技術背景的使用者也可以輕 易使用的地圖平台，因此需要了解，無論網路地圖技術能力分數高或低的使用者，
皆可輕易上手此平台，因此必須驗證是否達成此目標。但由於平台任務操作的項 目可能受到網路服務的使用經驗的影響，亦即經常使用網路上提供服務的使用者，
對於網站使用的熟悉度較高，在操作上會更容易上手，有鑑於此，因此需要控制 網路服務的使用經驗，因此將網路服務使用能力視為控制變數進行共變數分析
（ANCOVA），將相同分數者視為同能力類群，檢視網路地圖技術能力分數相異 的使用者，在操作平台任務完成總時數是否具有顯著差異。
此一共變數分析結果如表 5，在 Levene 的變異數同質性檢定為不顯著，
F(10,41)=2.057，p=0.052，符合同質性假設，表示受試者間的離散情形不具明顯差
別。此外，組內迴歸係數同質性考驗的結果顯示，自變數（網路地圖技術能力）
與共變數（網路服務使用能力）的交互作用項 F(8,32)=1.031，p=0.434，未達顯著 水準，表示各組內的共變數與依變數的線性關係具有一致性。共變數的效果檢驗
則發現，F(1,40)=8.281，p=0.006，達顯著水準，表示共變數（網路服務使用能力）
對於依變數的解釋具有統計意義，其具有控制的實務意義。組間效果的考驗結果
為 F(1,40)=1.762，p=0.100，表示網路地圖技術能力的不同在任務完成總時數無顯
著差異，效果量的η2=0.306，顯示自變數對於依變數的並無過高的解釋力，亦即 網路地圖技術能力對於任務完成總時數的影響無顯著差異。
表5. 共變數分析結果摘要表
變異來源 SS-I df MS F p Eta2 無共變項 GISabilitySum
(X) 6940671.96 10 694067.20 2.530 .018 .382 Error 11246390.71 41 274302.21
有共變項 WebabilitySum
(Cov) 2285280.652 1 2285280.65 8.281 .006 .172 GISabilitySum
(X) 4863331.58 10 486333.16 1.762 .100 .306 Error 11038450.44 40 275961.26
Total 85208817.00
0 52
*p<.05 (三) 平台使用性評估
任務計時量化分析：
探討地圖整合平台的使用性問題，本研究採取的分析之一是任務計時量化分 析，由於本研究設置任務時，無法預測每位使用者在編輯部落格時填寫內容的詳 細程度，可能導致時間計算的差異，欲避免每位使用者完成任務的時間計算不平 等，故施測過程中，請受試者留下該篇任務文章之網址用以評估，若時間過長者，
是否是因編輯內容而導致。問卷預設七項任務進行測量，並由結果計算出任務花 費時間的平均數、標準差及完成率。
在此分析中，任務一、六、七皆僅一人無法順利完成，因此視之為個案不予 討論，任務二、三兩項任務時皆能順利完成；任務四的部分，完成率為92.3%、
任務五的完成率僅46.2%，超過一半以上的人無法達成此任務，此二任務與新增 地圖文章相關，因此將之進行細部討論使用者遭遇困難的原因。
此兩項任務題目為：
任務四：用「坐標輸入」的方式，隨意輸入一個有興趣的點在「OSM Mapnik」
上，並把這篇文章的標題命名為「[問卷任務 4]-(坐標)」
任務五：用「KML 匯入」的方式，成功匯入在任何一張地圖上，並把這篇 文章的標題命名為「[問卷任務 5]-KML 匯入」
多數使用者在回饋的部分給予之原因為：
1. 坐標輸入問題：使用者不確定坐標輸入的格式、不知道自己要輸入地方的坐 標為何。
2. KML 匯入問題：使用者不知道什麼是 KML、不會用 KML，以致於無法達成 此任務。
以上回饋顯示一般使用者可能傾向使用地名或地址輸入，因此本平台應加入 地址編碼的功能，或者坐標範例及坐標轉換功能；另在KML 的部分，可以得出
一般使用者較少使用KML 來儲存地理資料，因此在平台的地圖功能設計上，可 能必須做使用者分群的設定。
使用者主觀使用性量表分析：由於使用者即便能夠完成所有任務，也未必能 夠反映平台是否能夠符合該名使用者的需求，亦即有效性和效率。因此，透過針 對地圖整合平台所設計的主觀認知的使用性量表，採用Likert-type 五點量表，以 用來了解使用者對於操作的感想，主要在地圖資源、地圖功能整合的使用面上設 計此量表，了解使用者是否在使用地圖上能夠有效率地完成想做的事情，並且使 用到想用的圖資與地圖功能，其結果如圖 21，使用者對於操作的感想，在問題 的答覆上比例多為普通至正向意見，惟使用者對於再訪平台的意願中等，顯示平 台有急需改善與新添功能的議題。
圖 21 使用者主觀使用性量表
平台滿意度評估
平台整體滿意評估的方式採用系統使用性量表System Usability Scale (SUS) 進行評估，總計為65 分，標準差為 15.48。將使用者體驗完平台所提供的功能，
用以了解使用者對平台的感受滿意度，其結果如圖 22。對於平台的評價，由於 前述對於地圖功能、地圖圖資與分級有不同的意見，因此在各個題項中皆有部分 不滿意的族群，但使用者對於操作平台的信心上皆是普通至正向，惟使用者對於 再訪平台的意願中等，顯示平台有急需改善與新添功能的議題。
圖 22 系統使用性量表長條圖
意見回饋
將使用者的意見回饋進行分類，如附圖 23，主要針對地圖功能的新增與修 正為大方向，細節的操作問題和其他議題可採用Q & A 的方式處理。
圖 23 地圖整合平台使用者意見回饋分類圓餅圖 在使用者的感想部分，主要歸類有：
1. 地圖功能新增 2. 地圖功能修正：
3. 介面設計建議：
4. 平台功能問題回報：
5. 一般功能新增：
6. 操作手冊及影片建議：
7. 現有功能修正建議：
8. 批次上傳多檔案。
9. 希望新增圖資 10. 圖資問題詢問
11. 多語言功能：使用者希望網站介面可以朝多語言版本邁進。
12. 意見回饋區修正
使用者回饋時，即便在相同的議題下，使用者的感想紛沓不一，圖資整合面 上，有使用者認為多元圖資的整合便於使用，但也有使用者反映圖資類型太多用 不到；在地圖功能部分，非專業的使用者當中有覺得平台功能方便，亦有覺得功 能難以上手；介面感受上，有使用者覺得介面簡潔乾淨，亦有覺得缺乏設計感，
從以上觀感可以看出，不同的使用者感受不一，因此本研究認為平台的設計可能 需要走向使用者分群的步調。
在實用性質上，本研究預設的應用層面藍圖在地理老師中得到相同的看法，
即便在未公開此平台可能的應用層面上，亦有老師提及此平台在教學上可用性，
其他領域的應用則有待其他領域的使用者試用與回報。
七、結 論
本研究以Drupal 內容管理系統整合多元圖資，建立一套使用者友善的網際 網路地圖平台，使一般無架站經驗的使用者可透過選擇的方式，使用多元圖資快 速建立發布地圖內容的主題網站，以下檢視本研究所提目標：
1. 多元圖資整合：一般使用者無從掌握四處分散的地圖資源，僅使用一、兩項 慣用地圖服務，因此本研究透過Drupal 的 OpenLayers 模組介接內政部國土測繪 中心所轄專業級圖資，同時搭配內部已含的消費級圖資，增加圖資的豐富程度，
使用者在同一網站即可依自身需求、區域特性、主題目標，自由選擇最適合的圖 資。
2. 使用者友善的圖資使用平台：整合多元圖資平台勢必會比單一圖資平台更加 複雜，因此必須提供友善的使用方式，一般使用者才願意了解並接觸更多的網路 地圖，本研究藉由Drupal 架設一套整合多元地圖圖資的網誌服務平台，使用者 不需要具備程式設計或網頁設計的先備知識，直接套用以往使用網誌的經驗，就 可以透過新增文章的方式使用多元圖資。使用者也不需要指定各項圖資來源位址，
系統提供選單讓使用者選擇，選擇後可立即顯示。現行網誌服務平台所提供的地 圖，多半僅提供點位標註功能，本研究則提供更多元的資料格式上傳服務，例如：
行動裝置紀錄之GPS 航跡可直接展繪在所選擇的多元圖資中。
3. 平台易用性：本研究目標為，無論使用者是否具備地圖知識，也不論其空間 資訊技術程度，皆能毫無障礙地無差別使用此地圖整合平台。根據實際任務操作 後的問卷統計結果，本研究所設計的平台符合原先設定目標，在控制各項網路服 務的使用經驗變數下，單獨針對網路地圖技術能力背景進行分析，網路地圖技術 能力對於任務完成總時數的影響無顯著差異，即使不具備完整地理技術亦可操作 此平台。
4. 分眾瀏覽的需求：本研究預先設計之平台目的為一整合多元網路地圖服務的 通用性使用平台，故無預先設定使用者角色，因此未針對特定對象進行需求分析，
希望使用者可以依自己需求來決定使用之圖資與地理資料；然而，後續針對使用 者的意見回饋進行分析，發現部分使用者在主觀使用性量表與滿意度分析中顯示 為不滿意，主要是針對地圖功能的修正和新增。惟使用者回饋的意見彼此間即有 所差異，部分使用者認為功能不足，需要提供更多新的功能以利使用；但另一部 分的使用者則取向功能及圖資太多元，致使不知如何使用此平台。因此可以得知，
在同樣議題下，不同使用者亦會有不同意見，平台的設計可能必須轉向分眾瀏覽，
然而分種瀏覽的方式亦需再研究，提供使用者角色不同程度的功能。
5. 平台應用層面：除了一般生活的使用性，本研究期許能夠有更多應用層面的 發展。有使用者指出，平台的地圖功能足以應用在地理資訊的教學上，可用以教
導「數化、標示點位」等概念；另有使用者與訪談中提及可用於實察後地理資料 的彙整；也有使用者指出若有多人編輯的功能，則可用以研究報告的共同彙編。
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Taiwan Journal of Geoinformatics Vol. 5, No. 1, pp.29 ~ 42
利用自製紅色地圖輔助地形判釋：以太魯閣地區為例
蕭宇伸1* 郭耀駿2 論文收件日期：105.04.17
論文修改日期：105.07.07 論文接受日期：105.07.18
摘 要
本文利用自行發展之紅色地圖技術輔助判釋台灣太魯閣地區之地形特徵。本研 究紅色地圖成果乃結合地形開闊度與地形坡度而得到。用於產製紅色地圖之軟體為 Generic Mapping Tools(GMT)，而用於計算地形開闊度與坡度之數值高程模型為 40 公尺空間解析度。本研究主要目的為發展新的視覺化方法來表達地形特徵，以提供 相關使用者細微且重要地形資訊，並希望後續能對災害預防、水土保持、環境監測 與資源探勘做出貢獻。研究中依據不同地形開闊度計算之罩窗半徑值(200m~1600m)，
分為 8 個研究測試例。結果顯示，罩窗半徑 1000m 與 1200m 為最佳選擇。研究中 發現，自製之紅色地圖與傳統等高線圖或分層設色圖相比，更能夠清楚凸顯出山脊 線、山谷線與集水分區等地形特徵。
關鍵詞：地形開闊度、紅色地圖、地形坡度
1助理教授，國立中興大學水土保持學系
2碩士生，國立中興大學水土保持學系
*通訊作者，TEL:(04)22840381#101，E-mail: [email protected]。
Interpretation of Terrain Features by Self-Developed Red Relief Image Map: A Case Study in Taroko Area
Yu-Shen Hsiao1, Yao-Chun Kuo2 Abstract
We develop the red relief image maps (RRIMs) to help interpretations of terrain features in Taroko area, Taiwan. The RRIM is produced based on the combination of the terrain openness and the terrain slope. The software for generating RRIM is Generic Mapping Tools (GMT). A digital elevation model (DEM) with a spatial resolution of 40m is used for both terrain openness and terrain slope computations. The purpose of this research is to develop a new visualization method of topographic maps in order to provide users subtle and important terrain information, and further bring contributions to the regions of disaster prevention, soil and water conservation, environmental monitoring, and resource exploration. In this study, 8 test cases for deriving self-developed RRIMs are designed according to the use of the different search radii for terrain openness computations. The result shows that the cases with search radii of 1000m and 1200m are best recommended. In addition, the ridgelines, valley lines and terrain-based subcatchments are more clearly revealed by the self-developed RRIMs than by the traditional contour plots and color mapping.
Keyword：RRIM, Terrain Openness, Terrain slope
1Assistant Professor, Department of Soil and Water Conservation, National Chung Hsing University
2Master, Department of Soil and Water Conservation, National Chung Hsing University
*Corresponding Author, TEL:+886-4-22840381#101, E-mail: [email protected].
一、前 言
地形測繪的技術日新月異，數值地形模型的精度也隨之提升。早期製作數值表 面模型(Digital Surface Model, DSM)及數值高程模型(Digital Elevation Model, DEM) 模型，均採用航空攝影測量技術，以內政部全台 5m 空間解析度 DEM 與 DSM (網 址：http://gps.moi.gov.tw/SSCenter/Introduce/ApplyContent.aspx)為例，即利用航空攝 影測量技術產製而成，並為台灣提供了高精度與高解析度之地形模型。除此之外，
近年來空載光達技術也已經非常成熟，全台灣利用光達產製之 1m 空間解析度之
DSM 與 DEM 也 已 建 置 完 成 ( 網 址 ：
http://gps.moi.gov.tw/SSCenter/Introduce/ApplyContent.aspx)。空載光達所獲取的高程 精度甚高，可達公寸等級(Hodgson and Bresnahan, 2004)。上述兩種測量方式所產製 之 DSM 與 DEM 均能提供提供國內水土保持、土砂災害、國土規劃、防救災、環境 監控與資源探勘等良好的參考依據。傳統上，表達 DSM 與 DEM 大多還是採用等高 線，分層設色或陰影等圖資來表示(張玲等，2014)，這些高程表現方法有其特殊目 的與優點，例如等高線圖能以簡單的線條與較小的空間儲存量展現地形起伏變化；
分層設色圖能清楚呈現地形之實際高程與變化；陰影圖能使圖面增加立體感，並輔 助判釋坡度變化。然而上述高程之表現方法亦有其限制，例如均未能清楚呈現地形 開闊度，這將可能造成地圖使用者遺漏 DSM 與 DEM 上重要地形資訊，並對地形判 釋與災害預防上造成損失，如此也將枉費這些高解析度與高精度之高程模型成果。
紅色地圖為一種較新的地形渲染技術，此技術利用地形開闊度與地形坡度之間 的關係，搭配紅色色階與黑色色階來表現出地形開闊度與地形坡度(Chiba et al., 2008)。由於紅色地圖考慮了地形開闊度之因素，相較於等高線圖、陰影圖或分層設 色圖，紅色地圖能提供更佳的立體感與更細緻之地形資訊。紅色地圖的發展可追溯 至彩繪明暗圖(李錫堤，1996)，此圖利用日照方向與觀測角度，並搭配彩度色階，
來呈現 DEM 之高度變化。後來(Yokoyama et al., 2002)提出地表開闊度的概念，分別 對於地形的凹陷與凸起計算地上開闊度 a 與地下開闊度 b，其中 a 凸顯山谷地形而 b 凸顯山脊地形，將兩者合併計算可進而得到尾根谷度值 c。其中 c=(a-b)/2。利用尾 根谷度值產製的圖即為尾根谷度圖。由於尾根谷度圖考慮到地形開闊度，故在山脊、
丘陵、窪地與山谷等地形判釋上有不錯的成果。(Chiba et al., 2008)進一步將尾根谷 度圖與地形坡度之關係，配合紅黑色階直接表現出紅色地圖，此技術已廣泛應用於 地形學、地理學與地質學等領域，並對地形判釋有不錯的結果。(Wang et al., 2015) 對於黃土高原研究地形開度和差值圖像閾值分割，更進一步提及關於紅色地圖相關 研究還包括(Lin et al., 2013)、(陳奕中等，2014)、與(李璟芳等，2015)。一張適宜的 紅色地圖，可表達出豐富且詳細的地表資訊，並提供有關單位防救災、水土保持、
環境監控與資源探勘與土砂災害潛勢之相關設計規劃與風險評估。故本研究以 GMT 軟體(Wessel et al., 2013)為發展基礎，自行發展製作紅色地圖之相關技術。並以太魯 閣地區為本文研究區域，分析紅色地圖在表現地形起伏與地貌判釋上，與傳統等高
線圖、分層設色圖與陰影圖相比之優缺點。本研究為台灣首次自行發展繪製紅色地 圖技術，可說別具意義，希望能提供有關政府學術單位做參考。
二、紅色地圖原理
傳統地形陰影圖原理是以模擬不同光線的入射角以建立陰影，此方法雖然能夠 輔助地圖立體化，但也容易因入射光線角度而造成地形判讀錯誤。紅色地圖呈現之 概念類似醫學手術燈，光線從全方向照射地形，山脊或山峰部分因地形較開闊，故 能接受的光照較多，顯得越亮；反之，山谷和窪地由於地形開闊度差，故顯得較暗 (圖 1)。進一步分析，如圖 2 地形示意圖所示，點A與A 之高程與坡度值均相同，但 地形開闊度不同，則點A與A 地形在等高線、分層設色或陰影圖表達上將無差異。
另一方面，對於紅色地圖來說，由於點A與A 地形開闊度不同，兩者於圖上將呈現 不同的彩度(詳細比較說明見第四章)，也較能夠表達出 DEM 之細微地形，這對於地 圖使用者來說，更有機會從地圖上判讀出山脊線、山谷線、地質斷層帶、順向坡、
岩層崩滑及土石流潛勢區域等區域。
本研究之紅色地圖即分別計算出研究區域 DEM 之地形開闊度與地形坡度，再 利用二者之關係去對應紅色色階與黑色色階來表達立體地形，若以此方式繪製地形 圖，陡峭地形將呈現較深彩度，平緩地形將以較淡的彩度表現，色階主要顏色選擇 紅色是因為此顏色對人眼有較佳的辨識度，相較於其他顏色，更能增進地形解讀與 地貌判釋。
圖 1 對於光源接收量之開闊度示意圖，其中黃色面積代表所在地形光源接收量，圖 中地形在山頂(山脊)處由於地形開闊度較佳，故光源接收量較多，在山谷處則光源 接收量較小。此圖改編自亞洲航測株式會社開闊度示意圖
( http://www.ajiko.co.jp/ )。
圖 2 地形示意圖，其中點A與點 之高程值與坡度值均相同，但地形開闊度不同。
三、研究方法
本研究發展紅色地圖所使用的主要軟體為 GMT 軟體。先撰寫程式來計算 DEM 地形開闊度，並利用 GMT 計算地形坡度、製作紅色地圖調色盤與繪製紅色地圖。
GMT 為一免費繪圖軟體，雖然其為免費，但繪圖功能強大，已廣為地球科學界採 用。
在地形開闊度方面，有別於過去研究所採取的計算尾根谷度值(Yokoyama et al, 2002; Chiba et al., 2008)，本研究所定義之地形開闊度乃計算待算網格點與周邊網格 點之水平距離與高程差所形成的縱角平均值。以圖 3(a)為例，待算網格點 A 位於山 谷中，點 A 與周邊較高處某一網格點 B 所形成的縱角為∅ 仰角 ，但若點 A 位於山 頂處(如圖 3(b))，則點 A 與點 B 所構成之縱角為 ∅ 俯角 。本研究計算以點 A 為中 心，罩窗半徑 r 範圍內所有網格點與點 A 所構成的縱角值總和(如圖 3(c))，再取其 平均值作為本研究之地形開闊度值(範圍介於 90°到 90°之間)；在坡度計算方面，
本研究以 GMT 軟體的 grdgradient 程式計算得每個網格點之坡度值，grdgradient 為 GMT 內建之計算規則網格微分之程式，若輸入檔為一 DEM，則輸出檔即為該 DEM 每個網格之斜率值，再將斜率值轉換為坡度(單位：度)，即為本研究所定義之地形 坡度值θ(圖 3(d))，θ範圍介於0°到 90°之間。
(a) (b)
(c) (d)
圖 3(a)正地形開闊度示意圖。(b)負地形開闊度示意圖。(c)地形開闊度計算罩窗半 徑示意圖。(d)地形坡度示意圖。
圖 4 為本研究之紅色地圖調色盤，其中橫軸為地形開闊度(單位:度)，縱軸為地 形坡度(單位:度)，顏色配置參考(Chiba et al., 2008)之研究，即地形開闊度 90°到 90°
的顏色配置為白色(灰階值 255)漸層至黑色(灰階值 0)，這代表地形開闊度越佳之網 格點，應具有較多之光照，故顏色偏白色，反之地形開闊度越差之網格點，由於光 接收量少，故顏色應模擬為偏黑色；另一方面，地形坡度0°到 90°的顏色配置從白 色漸層至紅色(RGB 配色: 255,0,0)，這代表地形坡度越陡之網格，其色彩越偏紅色，
而較平緩之地形則偏白色。
圖 4 本研究紅色地圖調色盤，其中橫軸為地形開闊度(單位:度)，縱軸為地形坡度(單 位:度)。
利用上述地形開闊度與地形坡度計算方式，即可得到研究區域每個網格點之地 形開闊度與地形坡度值，再以圖 4 之紅色地圖調色盤作為配色標準，即可將各點地 形開闊度與地形坡度值對應至調色盤所指定的顏色，進一步產製出紅色地圖。此外，
本研究依照地形開闊度計算罩窗半徑(圖 3(d))之不同，共分為 8 個測試例，其分類 如表 1 所示，各測試例所計算得到之紅色地圖成果將於第四章分析比較。
表 1 測試例 1-測試例 8 之地形開闊度搜尋罩窗半徑 地形開闊度搜尋罩窗半徑(m) 測試例 1 200
測試例 2 400 測試例 3 600 測試例 4 800 測試例 5 1000 測試例 6 1200 測試例 7 1400 測試例 8 1600
四、研究成果
本文研究區域初步選定台灣太魯閣及其周邊區域(圖 5)，研究範圍為經度 121.35oE~121.60 oE 與緯度 24.10 oN ~24.25 oN 之間約 25km x 17km 之區域，選擇此 區域的原因為太魯閣地形相當崎嶇，不論高程與坡度變化均相當劇烈，故更能比較 出傳統地圖與紅色地圖呈現上的差異。此外，本研究使用之 DEM 為內政部 40m 規 則網格(網址：http://gps.moi.gov.tw/SSCenter/Introduce/ApplyContent.aspx)。圖 6 為研 究區域採用傳統方法繪製 DEM 之成果，包括圖 6(a)等高線圖、圖 6(b)分層設色圖、
圖 6(C)分層設色陰影圖與圖 6(d)分層設色陰影鳥瞰圖。這些圖均能清楚表現出研究 區域高程變化資訊，研究區域最低位於東邊立霧溪河谷地區，高程低於 500m，而 西邊中央山脈最高可達 3000m。除此之外，經由圖 6(a)圖中等高線圖的疏密，與(b)~(d) 等圖陰影與高程的分布，亦可輕易判斷出研究區域坡度的緩傾程度。然而由於這些 傳統圖資之繪製缺乏了地形開闊度的概念，故在判釋特殊地形上，例如山脊線、山 谷線或集水分區等，將不容易搜尋。
圖 7 與圖 8 分別為本文計算得之研究區域地形坡度與地形開闊度值。由圖 7 可 發現除了少部分山脊線與山谷線外，研究區域大部分坡度非常陡峭。在地形開闊度 計算方面，依據不同罩窗半徑值，共有圖 8(a)~(h)等 8 個測試例的計算結果。由圖 中明顯看出山脊線的地形開闊度極佳，故色彩呈現偏亮白色，反之山谷線由於地形 開闊度差，故圖中呈現偏暗黑色。除此之外，不同的罩窗半徑選擇也決定了地形開 闊度表現的清晰度，以圖 8(a)~(c)(測試例 1-3)為例，由於罩窗半徑較短，導致圖中 呈現之地形開闊度的雜訊較多，若使用較長的罩窗半徑(測試例 5-8)則計算得到之 地形開闊度雜訊較小且呈現較佳。另外由圖 8 可發現測試例 5-8 之計算結果彼此之 間差異已不大，這代表罩窗半徑選擇 1000m 為最佳選擇。罩窗半徑小於 1000m 將 造成圖中雜訊值增加，若罩窗半徑大於 1000m 將增加不必要之程式計算時間。此外，
無論是圖 7 或圖 8 均可發現，地形坡度與地形開闊度成果與傳統地形圖(圖 6)有一 定程度上的吻合，這可證明本研究開發之程式初步正確無誤。
若將上述地形坡度(圖 7)與地形開闊度(圖 8)產製成果相結合，並以圖 4 之調色 盤配色，即可得到本研究最終之紅色地圖成果(圖 9)。圖 9 即代表在不同地形開闊 度罩窗半徑選取下，同時呈現地形坡度與地形開闊度之地形圖。由圖中亦可明顯看 出，若罩窗半徑的選擇距離過短(測試例 1~4)，彼此紅色地圖呈現有顯著的差異，
以測試例 1(圖 9(a))之結果為例，若地形開闊度罩窗半徑為 200m 時，所製成紅色地 圖對於地形的判釋結果最差，地形起伏的立體感無法由肉眼直接觀測出，這對於山 脊線、山谷線或其他地形之判釋將產生嚴重誤差。當罩窗半徑漸漸增加至 800m 以 上(測試例 4)之計算結果，可以明顯看出與罩窗半徑 200m(測試例 1)之結果的差異，
測試例 4 整體地形呈現較立體，其山脊線、山谷線甚至集水分區也可於圖中明顯觀 察出。整體而言，在地形表現與程式計算時間取捨下，當罩窗半徑選擇 1000m 至 1200m 時(測試例 5 與 6)，具有本研究區域最佳之紅色地圖結果，當罩窗半徑超過
1200m 時(測試例 7 與 8)，所製成之紅色地圖與測試例 5 與 6 相比，並無太大差 異。
若進一步比較分層設色圖(圖 6(b)~(d))與本文紅色地圖(圖 9)繪製結果，可發現 由於傳統地形分層設色圖是利用 DEM 高程值去對應彩色值所製成，所能獲取的地 理資訊只有 DEM 的高程值(圖 6(b))，並無法在分層設色圖上獲取高程以外的地理資 訊，若輔以陰影圖套疊(圖 6(c))或以鳥瞰圖形式表達(圖 6(d))，確實能夠輔助判釋坡 度大小。然而若以圖 2 地形開闊度示意圖為例(點 A 與點 之高程與坡度值均相同，
但地形開闊度不同)。點 A 與點 不論在圖 6(b)、6(c)與 6(d)所呈現之色彩將完全一 致，這對地形判釋將產生誤差，例如山脊線、山谷線與集水分區並不容易由圖 6(b)~(d) 中觀察出。而本研究之紅色地圖(圖 9)，由於同時考慮地形坡度與地形開闊度，故 點 A 與點 在紅色地圖是呈現不同的顏色，這是紅色地圖獨有的優點，此優點能幫 助地圖使用者更容易以肉眼觀察地形的樣貌以進行地形判釋。
然而本研究自製之紅色地圖現階段亦有缺點，即無法直接從圖上觀察出每個網格點 的實際高程值，或兩網格點的實際高程差，故若要獲取此高程資訊，必須輔以分層 設色圖或等高線圖來配合判釋解讀。未來本研究將持續修正相關程式軟體，期望能 在考慮地形開闊度與地形坡度之餘，亦能同時將 DEM 之高程資訊呈現於紅色地圖 中。
(a) (b)
圖 5 (a)研究區域(紅色框，即太魯閣周圍區域)，(b)研究區域衛星影像圖(資料來 源:Google map)
(a) (b)
(c) (d)
圖 6 研究區域之(a)等高線圖、(b)分層設色圖、(C)分層設色陰影圖與(d)分層設色陰 影鳥瞰圖。
圖 7 地形坡度計算結果。
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)
圖 8 研究區域地形開闊度計算結果，其中圖(a)~ (h)分別為測試例 1~測試例 8 結 果。
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)
圖 9 研究區域紅色地圖結果，其中圖(a)~ (h)分別為測試例 1~測試例 8 結果。
五、結論與建議
本研究利用 GMT 軟體為基礎開發產製紅色地圖之相關技術。研究區域選定太 魯閣及其周邊約 25km x 17km 之範圍，分析此區域 DEM 之紅色地圖呈現結果。這 是國內首次以自行發展紅色地圖技術為主之研究，故極具有學術價值。過程中需計 算研究區域的地形坡度與地形開闊度，並將產製之紅色地圖與傳統地圖(等高線圖、
分層設色圖、分層設色陰影圖與分層設色陰影鳥瞰圖)作比較分析。研究顯示紅色地 圖在表現山脊線、山谷線和集水分區判釋上有非常明顯的優勢，也更能夠清楚的解 讀地形起伏樣貌，這對於往後分析土砂災害(山崩與土石流等)風險評估助益極大。
此外，本研究目前還在持續測試各種不同的紅色地圖調色盤，找出地形開闊度 與地形坡度之最佳組合，希望未來能針對不同地形均能製作精確之紅色地圖，以期 對地形判釋及山坡地土砂災害潛勢之預估做出貢獻，並提供政府有關單位管理山坡 地資源之參考。未來本研究將持續進行以下工作：
(1) 建立各種地形與最適宜之地形開闊度罩窗半徑計算值的關係，提供給後續使用 者參考。
(2) 在現有的基礎上，繼續精進產製高精度紅色地圖之技術(例如針對原始 DEM 平滑處理、設計不同調色盤、採用不同方法計算坡度與開闊度等)，進一步 對台灣空間資訊、地理、地球科學與水土保持等領域做出貢獻。
(3) 紅色地圖除了應用於傳統坡地災害分析之外，後續將探索應用在海底地形 圖、重力異常圖、大地起伏圖、甚至溫度圖與雨量圖等可能性，期望藉由 紅色地圖，發掘更多傳統圖資無法呈現的資訊。
誌 謝
本文為 105 年度行政院農委會水土保持局補助之創新研究計畫「以自行研發之 紅 色 地 圖 技 術 輔 助 預 判 土 砂 災 害 之 潛 勢 地 區 」 ( 計 畫 編 號 : 105 保 發 -13.1- 保 -01-06-001(1))初步成果，謹此致謝。
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