102.11.21 Week11 上課心得與國外文獻(三維資訊處理1)

一、LPS操作實務作業檢討

經過前週LPS實務操作作業練習，不僅與他組正射道路數化比較，本組也操作保角、一階與正射的數化疊圖比較，之後再將我們的正射道路數化圖層與Google圖層疊圖，發現幾乎呈現重疊狀態(plugins openlayer)請參見下圖1。

圖1 正射圖道路數化與Google疊圖

圖源: 本組繪製、課程用圖

由下圖2大比例尺細部比較圖，可以看見正射圖與Google地圖的精度相當(極高但不完全相等)。(請參見下圖2)

圖2 大比例尺正射圖道路數化與Google細部疊圖

圖源: 本組繪製、課程用圖

老師說明，其實我們這些不同的操作行為，是為得到某個結果，而設計幾個實驗，以證明這個結果。首先我們為得知保角、一階以及正射三種演算方法的校正結果差異，而分別做了此三種方法的演算，並比較結果之差異，再與他組比較，影像材料在初得時是一樣的材料，因此會有不同皆為LPS各別階段累積造成的人為誤差。而我們也將本組以正射圖數化的道路圖層與Google地圖疊圖分析，試分析兩者的誤差，結果得到兩者的精度相當。

航空攝影測量，並非完全屬於地理資訊系統(GIS)的內容，而是在航照圖經由LPS正射後數化，得到的圖層，正是GIS使用的底圖，因此與GIS有關聯的部分只有數化及產出圖層的應用。
下圖為航空攝影測量的簡易步驟示意圖。

圖3 航空攝影測量的簡易步驟示意圖

圖源: 本人繪製

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二、三維資訊處理

知道航空攝影測量與Gis之間的關聯性之後，進入正課「三維資訊處理」。
我們知道，等高線圖(請參見下圖4)是將山體中各別相同的高程點位連為一線，並標示上各等高線之海拔高度之主題圖，可以方便使用者了解地形與高程，但是以往我們只會看，卻不知道要繪製一張等高線圖是非常地不容易的，需要使用水準儀或全測站等測量儀器，於欲繪製目標地點反覆測量多點高程，再透過公式換算以得到更多的高程點位，但是測量的點位若不夠多，繪製出的等高線相當點線化，欲呈現真實的自然山形地貌起伏，需要花費相當大的時間與成本，然而現今我們可以透過三維資訊處理軟體，來協助我們，透過將各離散點以空間內插方式計算，繪製較為精準的等高線。以下為三維資訊處理軟體的基礎操作步驟。

圖4 常見的等高線圖

圖源: 網路圖片搜尋

課程選用常見的 Golden Software 出品的 Surfer8 三維資訊處理軟體

圖5 Surfer8 安裝完成

點選Grid > Data

圖6 開啟選擇示範檔視窗

載入示範檔(DEMOGRID.DAT)

圖7 載入示範檔

載入示範檔後，本節課選擇Kriging、Inverse Distance、Nearest Neighbor三種演算法來比較演算結果，因此此步驟分別選擇此三種演算法，各別輸出。

圖8 選擇演算方法

點選Map > Contour map > new contour map 分別載入前步驟產生的三種演算法檔案。下圖9中，由上到下圖序分別為Kriging、Inverse Distance、Nearest Neighbor演算法之各別結果，以下試比較分析。

• Kriging: 產生的等高線較平滑，接近自然的情況。


• Inverse Distance: 與離散點距離越近，加權越大的演算方式，雖然較不自然，但可用於其他等值線應用，如等噪音線、等雨量線等用途。


• Nearest Neighbor: 最鄰近指定法，呈現最不自然的區塊方式，他將最鄰近離散點的一定距離內設為相同高程，一般不用於坡地的等高線用途。

圖9 載入三種驗算法產生的檔案

點選Map > post map > new post map 可以產生控制點圖層。(請參見下圖10)

圖10 產生控制點圖

點選圖層右鍵 > properties 設定該圖層的屬性，以助提高辨識性。

圖11 控制點圖層屬性設定

點選 map > overlay map 將控制點圖層與等高線圖層疊合。(請參見下圖12)

圖12 將控制點圖層與等高線圖層疊合

三種演算法皆疊圖

圖13 三種演算法圖層與控制點圖層疊合

點選 map > wireframe 產生3D視圖

圖14 產生3D視圖

以上圖片來源: 學生練習用圖

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三、網站文獻

1. What is surfer 8 ?

Surfer is a contouring and 3D surface mapping program that runs under Microsoft Windows. It quickly and easily converts your data into outstanding contour, surface, wireframe, vector, image, shaded relief, and post maps. Virtually all aspects of your maps can be customized to produce exactly the presentation you want. Producing publication quality maps has never been quicker or easier.

資料來源

參考圖片來源

本課程進入三維資訊處理，使用的軟體為surfer8，這對我來說是一個全新的軟體，以往既沒聽過，也沒有操作過，甚至不知道他的功能與用途，因此透過官網的釋義，大概了解到surfer是一套等值線暨三維空間運算軟體，其運行環境為微軟的windows，surfer能夠迅速且簡單地轉換地形資料數據為精緻的等高線圖，而其不僅這點能耐，這些數據他更能透過獨特多元的演算法，產生各種三維曲面、3D地形圖、3D視圖、控制點疊圖、坡向、陰影面等不同型態的應用圖，而且能夠調整的項目非常多，能夠設定為我們想要的型態設定，以符合產出的要求。
上過本節課程之操作練習後，僅操作基本的功能，大致上操作過程符合官方強調的簡單快速，幾個步驟就可以產生精美的等高線與三維視圖，但是仍有許多功能與複雜的應用尚未習得。

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2.Where 2% of Australia’s Population Lives

According to redditor e8odie, 98% of Australia's population lives in the white area. The remaining 2% sprawls over the vast, sparsely populated interior.

資料來源

身在台灣，我們知道台灣的人口密度在世界排行第二，這也影響著國土利用政策偏向集約使用與適當開發取向，相比之下，澳洲則是地博人稀與台灣有著天壤之別。讓我們看看下圖，利用gis簡單的疊圖分析方式，下圖中黃色區塊為澳洲總人口的2%，這表示其餘98%的人口居住於兩側的沿海城市，足以顯其地博人稀的情況!

圖片來源

102.11.14 Week10 上課心得與國外文獻(LPS操作實務)

一、課堂筆記

經過上星期LPS的各階段流程實際操作，老師開始說明LPS的原理。首先說明人眼的視覺模式與3D感官是如何產生的。
3D視覺主要是由兩張不同角度的影像組合而產生。所以人透過雙眼之間的眼距，分別輸入同地點但視角略偏的大部分重疊影像，即可重現3D，而在LPS軟體中，也是利用了此原理。

圖1 LPS操作流程簡易示意圖

LPS利用兩張航空影像部分重疊，再輸入內方位及控制點，控制點又分為影像座標(x,y)及地面座標(x,y,z)，再透過空中三角和外方位參數的律定以進行航照圖校正，產生DEM，再進行正射校正，下圖2中右側為正射圖，老師要我們思考為什麼是這種類似 「中」字的形狀，原因是因為四個角的航照圖並無被重疊到，所以依據LPS中的原理，需透過兩張以上重疊的航照圖才能重建圖中的高程，因此這些沒被重疊的航照圖，就無法透過計算還原高程資訊，因此沒有資訊，而呈現黑色。 

圖2 鑲嵌後正射圖

本週課程有小組作業，利用前兩星期操作LPS產出的正射圖，來數化南投縣埔里鎮的主要道路，組內要有一套相同的道路數化的定義，才能讓組員分工時，不會在組內就產生定義分歧。使用正射圖數化後的道路圖層，要與至少一組交換比較，看差異為何，並試討論產生差異的原因。下圖3為本組將正射圖作為底圖數化埔里鎮道路的主題圖。在數化過程中，我們以GoogleMap作為輔助參考依據，而發現部分在正射圖上的道路有變更的情形，如新劃設道路南環路、育英街，故本組將新劃設道路也一併數化。

圖3 埔里鎮道路正射數化圖

將本組的正射數化圖層與東庭組以及泓佑組的道路圖層分別疊圖分析，發現東庭組的在信義路、和平東路與中山路口有較大的偏差量，而下圖第二張與泓佑組的比較中，可以發現重疊程度較高，這可能因為本組與泓佑組的道路數化定義相同，而東庭組使用的座標系統為TWD97，本組使用的是WGS84，座標系統可能有有產生影響，再者各組使用的正射底圖也不同，所以有偏差是一定的。

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圖4 本組與東庭組、泓佑組疊圖比較

還記得前幾個星期課程中，我們練習的保角、一階多項式的校正方法，我們將保角、一階以及正射的道路數化圖層疊圖分析，可以發現正射數化的道路中心線較為準確，而保角與一階的道路數化由於使用的是不同的校正運算方式，且本身僅能平面校正，無法校正空中拍攝造成的傾角誤差以及高層建築造成的高程誤差，因此校正的程度有限。

較詳細的分析與討論內容請參見下列本組報告

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二、網站資料學習

1.Leica Photogrammetry Suite

Leica Photogrammetry Suite (name officially and legally changed to LPS) is a software application for performing photogrammetric operations on imagery and extracting information from imagery. LPS is significant because it is a leading commercial photogrammetry application that is used by numerous national mapping agencies, regional mapping authorities, various DOTs, as well as commercial mapping firms. Aside from commercial and government applications, LPS is widely used in academic research. Research areas include landslide monitoring, cultural heritage studies, and more.

這三週以來，課程中不斷練習LPS各階段的操作，一開始對於這個軟體相當的陌生，既沒聽過也不知道用途為何，但是在這幾次的練習中以及產出的正射圖，這才知道他的功能強大，以往的正射圖取得都要來回數次的校正飛機在空中時的拍攝傾角及高差位移，這必須先取得一張基礎的參考圖作為一切的依據，這樣一來一往的校正，造成成本相當高，而有了此款徠卡遙測套裝軟體，簡稱LPS，他能迅速地從航照圖中提取資訊，並透過輸入內方位與外方位後，再行空中三角運算，並且給定外方位相機等參數，即可重建高程產生DEM，並且對於已經存在於航照圖上的高差位移與傾角位移進行正射校正，目前LPS算是在此領域相當優秀領先的產品，許多的國家與測繪機構都普遍使用這款軟體，而於學術界也是受廣泛教學使用，而在業界也有各種應用的方式，例如邊坡破壞滑動監測及文化資產保護等。

資料來源

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2.Where Google Street View is Available

在課程與作業之中，我們時常於QGIS數化中利用open layer外掛工具套疊google map當作數化用底圖，可見Google對於現代人生活中的影響力越來越大，當然也帶來許多便利的服務。Google將傳統較為呆板且僅少數人能使用的地理資訊系統建置於網頁的架構上，讓我們能透過一串簡單的網址即可使用全球的地理資訊系統，近年這個全球的地理資訊系統上也提供了許多的功能，其中一項是搭配地圖使用的街景服務。街景服務是可以壤使用者透過電腦或行動裝置點選查看目標地點的街道情景，雖然稱不上即時畫面，但這仍是一個很酷的概念，試想可以透過街景帶你到世界各地小地方看看等便利，而街景服務的推動在世界各地進行著，但是由於各國的國情保守或法律等因素，推動上有其困難存在，而下圖為Google街景服務的範圍圖，其中藍色圖塊為有提供的地區，很幸運地，台灣也是提供街景服務的國家之一，而且最近的新聞報導中，Google稱發明了背包客版街景背包，要徒步進入台灣山區，將台灣更深層的美讓世界都看到，實在值得期待!

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102.11.7 Week9 上課心得與網站學習

一、課堂筆記

在本節課中，老師讓我們上機實作LPS軟體的操作。
首先先從設定基礎資料夾及設定相機參數開始，接著輸入給定的8張影像檔，便進行第四步及第五步的內外方位校正，此步驟較花時間，故利用上課學習如何操作之後，接下來的數個步驟，讓學生回家作為練習。
下圖為完成空中三角運算，圖2為誤差在老師要求的0.2以下。

圖1 空中三角運算

圖2 誤差保持在0.2以下

接下來產生DTM

圖3 產生DTM

進行正射中

圖4 進行正射過程中

圖5 正射完成

進行 鑲嵌中

圖6 鑲嵌進行中

圖7 鑲嵌完成圖

最後再進行圖片鑲嵌，其中發現在家裡操作的電腦會於本步驟停止運作，其原因可能與作業系統win7有關係，因此將本步驟於學校提供的電腦操作(xp)。

圖8 圖片鑲嵌

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二、網站學習

1.美國龍捲風歷史路徑圖

龍捲風驚人的破壞力及形成時壯觀的形貌，使我們雖然居住在台灣，但是每每看到國際新聞對於美國境內發生龍捲風肆虐，都有著強烈的印象，因此對於特別的龍捲風災害也應有相關的知識。龍捲風發生的地區，除南極洲外的每塊大陸皆有可能出現，但美國遭受的龍捲風比任何國家或地區都多，下圖為美國境內龍捲風的歷史行進圖，透過下圖可以明確看出美國東部與西部發生龍捲風的頻率差異甚大，可以天壤地別形容之，如此的情形，可能與美國境內西部多山，東部較平坦的地形特色有關聯，不過透過GIS將龍捲風發生的位置、行經路線紀錄，再進行疊圖分析，便可以知道各地區發生的機率，便可用於災前的整備資訊，此類的作法常於各種災害類型中使用。
本圖的龍捲風資料來源為美國國家海洋與氣象中心(NOAA)，將過去56年之間發生的龍捲風資訊進行疊圖分析，再分別以顏色深淺及線徑表示龍捲風的強弱與行經路徑。

文章出處

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2.What is ERDAS ?

自從上週本課程進入基本航空攝影測量課程階段後，我們學習安裝ERDAS、LPS，所以想要知道何謂ERDAS，用途與目的，因此搜尋有關該軟體的內容以便助自己了解。

ERDAS IMAGINE is a remote sensing application with raster graphics editor abilities designed by ERDAS for geospatial applications. The latest version is 2013, version 13.0.2. ERDAS IMAGINE is aimed primarily at geospatial raster data processing and allows the user to prepare, display and enhance digital images for mapping use in geographic information system (GIS) or in computer-aided design (CAD) software. It is a toolbox allowing the user to perform numerous operations on an image and generate an answer to specific geographical questions.
By manipulating imagery data values and positions, it is possible to see features that would not normally be visible and to locate geo-positions of features that would otherwise be graphical. The level of brightness, or reflectance of light from the surfaces in the image can be helpful with vegetation analysis, prospecting for minerals etc. Other usage examples include linear feature extraction, generation of processing work flows ("spatial models" in ERDAS IMAGINE), import/export of data for a wide variety of formats, orthorectification, mosaicking of imagery, stereo and automatic feature extraction of map data from imagery.

原來ERDAS是一套具圖形編輯功能的遙測軟體，亦屬地理資訊應用的延伸軟體，主要能對航照圖進行網格的數據處理與分析，並且可由使用者調整與手動校正，並能計算出偏差量，供使用者參考與修正。本軟體中包含了許多工具程式，能處理各種影像定位、交叉校正、轉換、正射、鑲嵌等複雜的運算工作。文中也提到甚至可以幫助分析地表的物體屬性特徵等進階應用。

文獻出處

102.10.31 Week8 上課心得與網站學習

一、課堂筆記

本次課程主要開始教學Leica Photogrammetry Suite (LPS)，安裝步驟如下:

1.安裝ERDAS (路徑:\LPS課程\ERDAS IMAGINE_9.0\IMAGINE\Setup.exe)

2.安裝完成後將破解檔案(LPS課程\LPSbreak\lpsya\[ERDAS9.0].lps9lic.exe) 放入C:\Program Files (x86)\Leica Geosystems\IMAGINE and LPS 9.0\bin\ntx86 之中

3.完成上述步驟後，再安裝LPS (\LPS_9.0\LPS\Setup.exe)


4.安裝完成後，進入C:\Program Files (x86)\Leica Geosystems\IMAGINE and LPS 9.0\bin\ntx86，雙擊"[ERDAS9.0].lps9lic.exe" ，按下GO!，完成此步驟。


5.啟動LPS主程式，並依"LPS課程\LPSbreak\lpsya\LPS9.0 crack"中的四張圖片依序點選，即可完成安裝。

上圖為安裝完成圖

二、網站分享

1.日本利用 Twitter 數據預測流感並繪製於地圖上

近日於網路社團中，看到對於近日天氣漸冷而感冒的相關討論，其中有個非常有趣的討論，是日本一家醫藥品製造 SS 製藥公司（エスエス製薬）利用社群網站Twitter，發布一隻程式，該程式藉由過去的感冒情況和今日的感冒情況進行分析，另外還會結合氣溫與濕度的變化，只要登入Twitter，就可立即找出可能感冒的人哦! 該藥廠稱透過該服務，就可得知身邊有多少人有潛在的感冒症狀，並能提前作準備。

文章來源

2.Earthquakes Since 1898

以往上課時，老師講到板塊是如何被找到的，是透過地震的歷史紀錄，慢慢去一個一個點的組合而成，而下圖也是採用類似的作法，將大於4的地震紀錄，震央點在世界衛星圖上，並且以比較強烈的顏色對比方式呈現，可以發現圖中最搶眼的綠色粗線即為太平洋火環帶，線條越粗代表發生地震的次數也愈高，而點越亮表示地震規模越大。本圖的地震資料來源為北加州地震數據中心提供，衛星底圖則來自NASA。

下圖為不同的角度，南極與北極

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