2013年11月25日 星期一

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。
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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)
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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。
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圖3 航空攝影測量的簡易步驟示意圖
圖源: 本人繪製

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。
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圖4 常見的等高線圖
課程選用常見的 Golden Software 出品的 Surfer8 三維資訊處理軟體
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圖5 Surfer8 安裝完成
點選Grid > Data
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圖6 開啟選擇示範檔視窗
載入示範檔(DEMOGRID.DAT)
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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。
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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。
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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)
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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。
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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)
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圖12 將控制點圖層與等高線圖層疊合
三種演算法皆疊圖
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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
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圖14 產生3D視圖
以上圖片來源: 學生練習用圖

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.
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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。

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.
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!
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