地理空間協力探索

地理空間技術的演變

根據湖南長沙馬王堆三號漢墓出土的「地形圖」、「駐軍圖」和「莊園圖」,證明中國人早在西漢時代就已經應用地圖於戰爭之中,而差不多的時代的世界另一頭,古希臘地理學家及天文學家埃拉托斯特尼(Eratosthenes)則設計出地球經緯度系統,開啟西方世界以數理為基礎的製圖科學,提高地圖表達地理空間的準確性,到了16世紀,歐洲人靠著航海技術和準確的地圖,不但造就歐洲的黃金時代,同時開啟了地理大發現。地圖是地理空間資訊載體,隨著人類文明進步,人們對地理空間資訊之所需是有增無減,即便今日進入太空時代,人們仍不斷地更新製圖技術和製造地圖以探索地球。你能想像現今圍繞在地球軌道上的人造衛星有10120顆(截至2006/11/30),滿佈在地球外圍,其中與地理空間探索有直接的關係,就屬通訊任務和資源調查任務的人造衛星。通訊衛星之中有27顆衛星是專為全球定位所用,只要手中持有可接收全球定位系統 (Global Position System, GPS) 衛星訊號之儀器,配合地圖,隨時都可知道你在何處;而資源衛星是透過地表上不同物體會發射出不同光譜的特性,以偵測地表上物體的種類和變化,簡單地說,資源衛星的原理很像我們一般使用的數位相機,只是裝在資源衛星上的“相機”可拍到超過人眼可以看到反射光,而使科學家可以辨識出更多地表的變化。同時資源衛星也是現代地圖主要的來源之一,如同眾所皆知的入口網站Google中所提供的Google Earth軟體,讓你處於如幻似境的地球,有如你身在太空中俯看地球,又有如超人般翱翔於天際中,事實上,那清晰地建築物、道路、山脈、河流、…等,都是來自於高解析度的衛星照片。

隨著科技的革新,源源不斷的地理空間資訊被各式各樣儀器和工具所挖掘,如此巨量的地理空間資訊需要工具來管理、儲存、分析和展示,1960年代因應大量資源管理的需求,加拿大地理學家羅傑.湯姆林森(Roger F. Tomlinson)著力於將原本紙本地圖轉化為數值形態的地圖,以便電腦可以分析處理,因而發展出第一套的地理資訊系統(Geographic Information System, GIS),這項以數值地圖為基礎的資訊系統發展迄今四十多年來,隨著個人電腦的普及和地理資訊系統應用程式的開發,地理資訊系統已經擴散個各個領域中使用,儼然成為許多領域中用來分析與地理空間相關事務的工具,但地理資訊系統以地圖為本質的精神並沒改變,反倒是收集了更多與地理空間相關的資訊結合,而產生更多更有效的應用方式,如地質學家拿它來記錄地層、斷層和分析地震,以了解地震影響居民範圍;犯罪學家拿它來分析容易犯罪的區域,以警告居民小心自身財產生命安全;政治學家拿它分析選民的空間結構,以調整選戰策略;通路商用它來管理宅配服務的車隊,以降低成本。地理空間資訊數值化擴大了相關資訊整合可能性,同時創造出更多地理空間資訊新的應用。

網路科技帶來地理資訊新生命

過去地理空間資訊的檔案過大一直是個問題,隨著網路科技的發展,網路頻寬加大使地理空間資訊在網路傳輸變得可能,許多網路地理資訊系統如雨後春筍般被開發出來,同時也提高一般人在網路獲得和使用地理空間資訊的機會,比如說你和同學用電話約好在某一家電影院碰面,但你的同學雖然告訴你地址,但還是不知道在那個地方,這時候你可以上網查電子地圖,只要有地址就可以查到位置,甚至告訴你公車和捷運要怎麼搭。因此我們生活周遭似乎有許多的地理空間資訊,如地址、郵遞區號、大哥大基地台、新聞、照片…等,難怪常有人提到今日的數位資訊內容中約有80%是與地理空間資訊有關,因此地理空間資訊是一個大眾化的資訊,但地理知識和製圖技術被認為是專門的學科,操作複雜的地理資源系統不但需要昂貴的專業軟體,而且需要技術的訓練和地理知識才有辦法使用地理資訊系統,處理地理空間資訊,無形地增加了使用地理空間資訊的門檻。然而,一般日常生活中的地理空間資訊的使用,並不需要如此深奧的理論,也不需要複雜的操作系統,而是一個方便使用者得到所需的地理空間資訊的網頁。

Google提供了Google Map和Google Earth二項服務,為地理空間資訊使用帶來新生命,過去地理空間資訊所依賴的地圖不易取得,所依賴軟體複雜且昂貴,然而,Google Map提供免費的基本地圖和應用程式介面(Application Program Interface, API),透過應用程式介面的呼叫與查詢即可使用基本地圖,使用者再依個人喜好以結合不同的地理空間相關資訊,如一度登上點閱率排行榜的房仲地圖網(www.housingmaps.com),是結合免費的分類廣告網頁(www.craiglist.org)中房屋買賣的資訊和Google Map,讓使用者在地圖上即可點閱房屋買賣的資訊,方便且直覺的服務。Google Earth是一個衛星影像瀏覽器,提供高解析度影清晰地顯示地形地貌,並可以不同俯角和視角來瀏覽,甚至飛行模擬,同時,也提供使用者套疊自己生產的地理空間資料於影像,因此使用自己生產的地理空間資料,可以相互分享,也可以共同建置,Google Earth成為瀏覽地理空間資訊的共同平台,如圖2中所示,不同使用者可以自行建立房屋在Google Earth上,最後將整個台北市的房屋都建立起來。除此之外,在Google Earth使用社群(Google Earth Community, http://bbs.keyhole.com)中,許多人也都將自己跑步的紀錄、好吃餐廰的位置、去玩過的地方…等林林總總的地理空間資訊分享給其他使用者下載瀏覽。

「取之於『網路』社會,用之於『網路』社會」似乎已成為現今地理空間資訊使用的最佳寫照。英國倫敦有一群人發起一項自願性製圖運動(Open Street Map Project, http://www.openstreetmap.org/),該網站收取來自於自願者拿著全球衛星定位系統(Global Position System, GPS)所紀錄的軌跡(traces)資料,藉由這些軌跡資料的重覆性,可以將道路系統和重要地標逐步地建立出來,而這些經由眾人力量所建立的地圖,也提供給眾人所使用,無論是上傳或下載都不收取任費用。GasBuddy (http://gasbuddy.com/)因應生的是眾人提供美國各地的汽油價格而讓用路人可以知道何地之汽油價格高低,而決定在何地區加油。

延伸閱讀: 《科學發展》2007年8月,416期,28 ~ 34頁

地理資訊在環保公民運動中的問題與重要性

將近80%的數位資訊中含有地理資訊,這句常被提起,雖然難以考究何人提出,但從許多文獻樂於引用它來看,地理資訊的確在現代資訊社會中,佔有重要的地位。然而,地理資料多樣、複雜且多層級的特性,使地理資訊的處理需要更有效、更專門的方法來處理。地理本體學(Geospatial ontology)的研究是用來釐清和分享地理資訊的語意(semantics),以便於整合異質的地理資料,但過去10餘年的研究中,多著重於國家等級的空間資料基礎設施(National Spatial Data Infrastructure, NSDI)整合,例如環境保護署各類環境資料、地政民政機關的地藉資料和水資源局的水文水利資料。無論是局處內或局處間的資料整合(integration),地理本體學在環境資料的整合已經扮演重要角色。然而,這些地理資料僅侷限於政府部門和專家學者使用,整合後的網路服務也不近民情,並無法將地理資訊的使用推向更高效率的使用情境。
隨著資訊社會的演進,走向Web2.0的世代,社群合作(community-based collaboration)成為主流趨勢,網路的互動不再是一個單一方向資料傳遞,使用者不僅只是接收資料,本身所生產的資料透過合作協同,亦可回饋至網頁上。然而,地理資訊在各國政府都視為重要的基礎之下,皆投注大量資源建立資料庫,而資料不斷累積的結果,是將地理資料堆積成一個龐大的巨怪,面對靈敏的網路世代,顯得緩慢且不知所措,若使用者對於資料不認識或不具有資料本身的知識,是無法運用資料,此外,如此大量的寶貴資料在沒有適當整合(integration),一般人無法輕易地的找到所要資料,即找到資料,這些地理資料通常需要專門的地理資訊系統軟體才可以使用,更是限制了這些資料的使用。
開放地理空間協會(Open Geospatial Consortium, OGC)針對地理資料格式和網路發佈制定了規範,解決地理資料格式整合和網路分享,但地理資料語意(semantic)的整合仍然是一個棘手的問題,這個問題包含由上從下(top-down)和由下而上(bottom-up)的整合。地理資料語意從上而下的整合,是著重在於降低地理資訊專業知識隔核,使一般使用者能輕易使用由專家所建立的地理資料,例如,吾人規劃一條路徑想從烏來到福山、從雙連埤出宜蘭,想知道這一路可以會遇到什麼動植物,此時他只要將路徑上傳到動植物查詢網頁中,此時系統會根據他的路徑、路徑所經之高度、植被狀況和人一般眼力可視範圍,產生一塊區域,再將此區域和動植物調查所記錄的位置逐一比對,即可顯示可能出現在的動植物。一般人不需要了解什麼是視域範圍、環域(buffer)、空間運算,也不需要XY空間坐標,只要告訴電腦經過的地名,可能出現的動植物即可顯示。而由下而上的整合著於現今網路的合作協同,透過Web2.0的技術,使用者可生產資料,而將這些再利用,整合到資料庫中,成為另一項資源,又以前者為例,使用者去走了這一條路徑後,發現系統所顯示的動植物分佈點並無出現,他可以在註記這些分佈點並無系統顯示的動植物出現,當然也可以報導系統所顯示的動植物分佈確實出現,以便提高系統預測動植物出現精準度,另一方面,他可以記錄那些系統所沒有提供動植物分佈至系統,增加資料庫的豐富度,如此這樣的系統不但增進資料庫的使用,另一方面,也降低了資料庫的更新的成本。然而,一般人並未受過動植物調查的訓練,這樣的資料如何能整合一個由專家所建立的資料庫之中,因此需要解決專業上動植物出現認定和一般人所認為的植物出現的語意(semantic)問題,這也是一個地理空間上的語意(semantic)問題,例如,使用者加註一筆資料為,「台灣藍鵲在哈盆附近」,何謂「附近」? 50公尺、100公尺或150公尺呢? 又如「紅嘴黑鵯在南勢溪上游」,「南勢溪上游」是指那一個地方? 界線為何? 使用者的所貢獻的動植物資料在空間上是否能正確無誤呢? 如何設計一個讓使用者容易報告位置的介面呢? 而空間資料能夠整合至動植物資料庫呢? 這樣的發想產生一連串的問題,而這些問題是來自於上下位之間語意的不一致,使目前Web 2.0世代中,使用者資料大量生產,但無法再加以利用,本研究在於解決這樣的問題,企圖以地理空間的角度出發,研究如何整合上下位語意差異,進而使得政府或專家所建立之資料庫可以被一般使用者用,而使用者可進而成為專業或政府資料庫的提供者。
而這樣的研究將可以在環境保護上創造什麼利益呢? 地理資訊系統逐漸成為公民運動的一項工具,如美濃水庫事件,公民運動中常透過地理資訊系統使在地居民隨時空推演來建立並累積地方知識,進而使在地居民理解在地環境的脈絡,強化在地居民對地方的關心和發展,進而成為解析公共議題、解決公共問題的基礎,但以國內(社區大學促進會)為例,所面臨問題即是再於政府資料的取得,再者,即是如何提供親近人群的介面使在地居民輕易地提供資料,而在地居民所記錄的資料又如何整併到(專業的)政府的資料,而成為有利於說服政府,提起輿論的工具。因此上下位資料整合成為重要的一環,使一般人所生產的資料產生更大利用價值和可信度,使公民運動得以依賴地理資訊系統而解決更多的公共議題。
最後,我相信Green Map是一項成功的公民運動,參與者透過參與、收集和分享綠色商店、生態產品和回收點,進而了解綠色商品和回收在環境保護上的重要性,但在我研究的架構下,我不僅要問,那下一步呢?這些資料是否能產生更重要的價值、激發更多回饋和輿論、解決更多環保的公共議題呢?