地理資訊數位典藏–人文與科技的結合
97/11/10
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賴進貴｜
臺灣大學地理與環境資源系
數位典藏發展
照片、書籍、聲音、器物……像是一面鏡子，反映當時當地的生活與文化。其中部分獨特、稀有而重要的文物，更是人類文明和生活發展的重要紀錄，如果未能妥善保存，毀損之後將永不復存。如同地球上每天都有許多物種在消失中，我們生活周遭的許多獨特而無法取代的片段也在消失中。為了妥善維護文化資產，文獻器物的蒐集與保存向來都有專責的單位。這類工作以往大都由博物館和圖書館負責，近年來網際網路的蓬勃發展，使得文物典藏多了一種媒介。
資訊科技發達，讓文字、聲音、影像等資訊可藉由多媒體的形式保存，而資訊系統的儲存檢索功能，更令大量資料的管理查詢變得非常便捷。因此資訊網路的發達，讓資料的傳播與分享更加通暢。得力於數位化科技提供的便利性和強大功能，讓文獻器物的保存方式多了一項選擇，許多國家因此致力於發展數位典藏計畫，嘗試把珍貴的文物做更有效率的保存與應用。
以美國國會圖書館而言，館藏的豐富文物經過數位化後轉換成電腦檔案及資料庫，再經整合成立了「美國記憶（American Memory）」網站，目前已收集 700 萬件典藏品，典藏的內容來自 100 多個不同來源。
在國科會的主導下，我國的「國家典藏數位化計畫」於 2002 年 1 月 1 日正式展開，包括故宮博物院、國家圖書館等主要典藏機構，都逐步把大量館藏文物數位化建檔，並透過網路提供瀏覽查詢功能。在相關單位及學者專家們的通力合作下，目前數位典藏的素材多達 300 萬筆，形成一個龐大的文物資料庫。
地理資訊的內容與價值
數位典藏所欲收集建置的內容非常多元，涵蓋自然與生物、生活與文化、藝術與圖像、語言與影音、文獻與檔案及建築與地圖 6 大項。地圖被列為典藏項目之一，顯示有關地理環境的紀錄具有典藏價值，這些紀錄包括航空照片、地圖、地名資料、遙測衛星影像等不同形式，可通稱為地理資訊。
航空照片及遙測衛星影像是透過鏡頭及感應器，把地表自然及人文環境忠實且完整地記錄下來，包括山川地貌及植被覆蓋情形，也包括聚落、交通、土地利用等，每一張影像記載著當時當地的地表環境狀況。
地圖是人為編繪的地表圖像，反映了繪圖者所認知的空間及特別關注的事物，不只呈現外在的實質環境，透過地圖上的地名地物註記、行政區界等，更反映了對空間和環境的界定與治理情形，具有客觀紀錄和主觀認知的雙元特色。地圖既是地表客觀環境的紀錄，也是繪圖者主觀認知後的選擇性編碼，因此影像和地圖分別具有其不可取代的功能。
而無論是航照影像或地圖，都記載著一個時期自然的（如地形、山川、河流等）及人為的（土地利用、聚落分布、行政疆域等）景觀狀況，是該時空環境下所有人、事、物的最佳註解，也反映出其時其地的文化紀錄。透過不同時期的地表環境記錄，對於探究過去的舊貌、地形地物與社會文化的變遷演化等，提供了最真實的證據。
由於地理資訊具有極高的保存價值，因此被列為數位典藏的主題之一。檢視同一處不同時期的地圖，可了解該地的環境、社會與文化變遷情形。而檢視同一時期不同地點的地圖，也可得知彼此的環境特性與發展差異。
地圖中的資訊
一張地圖往往勝過千言萬語，即使是一張古老、簡略的示意地圖，也可以呈現一個地區的早年景觀。以清代的〈康熙臺灣輿圖〉為例，活潑鮮明地展現當時的人文活動，包括道路上的牛車、行人，以及荒野上的鹿群和狩獵的人群，並顯示漢人的庄里及原住民社的聚落分布。又如日治時期的臺灣鳥瞰圖，透過「工筆」的繪畫技巧，把地區自然人文景觀以三度空間的視野清晰呈現。
從空間關聯性方面，也可以看到人類活動和環境的關係。由自 1895 年以來的地圖來看，臺北盆地的聚落分布早年集中在瀕臨河岸的三市街（艋舺、大稻埕及城內）地區，隨著陸路交通建設，聚落分布逐漸由西向東蔓延。
此外，古地圖也反映繪圖者的空間觀點，呈現出當代人的環境識覺。從清初繪製的臺灣輿圖到日治時期的臺灣鳥瞰圖，都可以看到這種有趣的現象。
以清初的臺灣全圖為例，普遍採取「上為東，左為北」的角度，顯示一種自海上鳥瞰陸地的「橫軸式」繪法，隱約呈現自中原透視邊地的觀點。一些城池聚落的地圖也多是由海上眺望臺灣內地，反映同樣的觀點。進一步從圖幅空間扭曲和訊息分布的不均，也可顯示繪圖者的環境認知。清代對於漢人聚落的記載相當詳細，原住民部落則多以「社」簡單略過。
地名是統治者展現公權力的重要手段，不同時期的地圖記載著政權更替的痕跡。例如，臺北市的中山橋在日治時代稱為明治橋；現今的劍潭，曾經依傍在日本統治的象徵地標的臺灣神社下，1930年代的地圖顯示當時地名是「宮下」，而更早年的臺灣堡圖上，則稱為「山仔腳」。幾個不同的地名，顯示了人文、政治及自然環境的影響。
地理資訊數位處理典藏
早年的大量紙張地圖和照片，因為年代久遠而有損壞的跡象，且查詢使用上非常不便，尤其個別地圖的比例尺、座標不同，在分析比較時，往往只能由目視進行個別的觀察，很難進行套疊分析。藉由數位典藏工作，這些地圖影像所記錄的資訊不僅得以長久保存，也提供便捷的查詢檢索，並能彈性進行分析。以一張清朝時期的〈1878 前後山輿圖〉（下稱〈輿圖〉）為例，其資料數化的過程包括下列步驟。
影像掃描 數化工作首先利用大型掃描器把紙張地圖轉換成數值的影像檔。這種影像地圖的展現方式非常有彈性，可以放大、縮小、平移，在網路上展示，並和其他的數值地理資訊疊合。
定位 提供座標位置是地圖的主要功能。定位工作的目的在於賦予座標值，讓影像檔具有地理座標而成為影像地圖。定位工作以地理資訊系統讀取〈輿圖〉的掃描影像檔，選擇圖上經緯線相交的4個點，利用軟體中的定位功能賦予座標值。
由於當年這套地圖的經線座標是以通過北京的經線為基準，因此選取的 4 個控制點分別是：「北京偏東 4 度，北緯 25 度」、「北京偏東 5 度，北緯 25 度」、「北京偏東 4 度，北緯 22 度」、「北京偏東 5 度，北緯 22 度」。先把北京基準換算成以格林威治為基準，再分別賦予座標值。
數化 把〈輿圖〉的各種資料依類別分層數化。〈輿圖〉上圖例符號有 6 種：衙署、營哨、塘汛、隘寮、番屯及路徑。除路徑是線資料外，其餘可取圖例符號的中心點做為點資料的位置。另一方面，從〈輿圖〉上也可數化海岸線圖層。
座標系統轉換 目前臺灣的座標系統以 TM2（橫麥卡托二度分帶）為主，為了讓〈輿圖〉各個圖層能與現代地圖資料套疊在一起，必須把它的經緯度座標系統轉換為 TM2 座標。
地標點考證 藉由歷史文獻、古地圖、地名辭典等，考證〈輿圖〉上衙署、營哨、塘汛等地標點現在的位置，再查詢其實測座標值。
後續分析 地圖上的許多資訊可以單獨抽取出來成為資料庫，例如地名抽取出來成為地名資料庫，便可以提供由地名查詢位置的功能。
地圖數位化的工作程序有很大的彈性，從基本的掃描到建立數值化的地理資料庫，所需要投入的時間和資源差異甚大，所能提供的服務功能也有顯著差別。目前地圖的數位典藏大都以掃描為主，實則後續處理上有很大的加值服務需求，若能有更多學術單位加入，當有助於完成這些時空資料的建置，增進學術研究和社會發展的利用價值。
臺灣的地理資訊
16 世紀起，臺灣逐漸出現在世界地圖上。穿越臺灣海峽的西方水手們，為這個美麗之島冠上「Ilha Formosa」的美稱，並把他們觀察到的臺灣呈現在地圖上。同一時期，鄰近臺灣的日本也開始表露出對臺灣的興趣，並且進行地圖的繪製。繼荷蘭人之後陸續統治臺灣的鄭成功政權、清朝政府、日本人，都分別繪製了臺灣地圖。在二次大戰和後續的冷戰時期，臺灣甚至出現在美軍的軍事情報地圖上。
過去 400 年來，臺灣的地圖大致可以分成幾個時期：西方的大航海時期、清朝治理時期、日治時期和國民政府遷臺後 4 個階段。地圖不僅記載自然及人文的時空環境，同時反映了不同統治者對臺灣的觀點與治理方式。
17 世紀荷蘭探險家繪製的臺灣航海圖，首先把臺灣放在世界的版圖中。1624 年踏入臺灣的荷蘭人，在占領後就積極測繪土地，使得 1660 年的荷蘭版世界地圖，有關臺灣的部分已相當精確。當年西方繪製的古地圖，比例尺較小，且沒有精確座標，然而透過圖上資料的詳細程度和地名分布，依然可以用來比較當年臺灣各地的開發程度。目前，這些圖在臺灣歷史博物館有比較完整的收集，並已經掃描建檔。
清朝收編臺灣之後，透過山水畫式的水墨技巧，在各種城池圖和輿圖上記錄著臺灣的開發。從現代地圖的繪製標準來看，百年以前的地圖大都不符合地圖的基本要求，僅能做為示意圖之用。對於地理教育而言，這些圖像有其特有的地理資訊留待探索。清治初期繪製的臺灣地圖，較具代表性的是康熙輿圖和乾隆輿圖。1878 年的〈前後山輿圖〉，則顯示清朝治理下臺灣的最後面貌。
日治時期是臺灣地圖史上的重要里程碑，日本人引進經緯座標系統，並為臺灣地圖測繪建立精準的測量基準點系統，為科學化地圖測繪工作打下扎實的基礎。日本政府統治臺灣的 50 年間，為臺灣留下完整詳盡的地理資訊。
1904 年，首先發行〈臺灣堡圖〉，比例尺是兩萬分之一，是臺灣最早的大比例尺精確地形圖。其後在 1921 ~ 1928 年間又發行了〈臺灣地形圖〉，比例尺是兩萬五千分之一，是由土地測量局繪製的。這兩種地圖分別記載清末、日治中期臺灣的地理與人文現象。1930 年代，受到當時日本內地畫風的影響，大批的臺灣鳥瞰圖也在當時完成。這些鳥瞰圖兼具藝術與地景記錄功能，內容涵蓋臺灣的主要都市和城鎮，是另外一種形式的地圖資源。
國民政府遷臺之後，在美國的技術支援下，地圖繪製技術進入更精準的階段。1957 ~ 1962 年，聯勤製圖廠完成兩萬五千分之一的地形圖，提供了另一個時期的地理資訊。1980 年代之後，大比例尺地圖繪製已經成為常態性的工作，也開放對地圖使用的管制，一般民眾和老師取得地圖的管道大為放寬。目前地圖已經直接以數值格式來生產及儲存，使得地圖資訊的流通更為便利，不僅方便讀者取得資訊，也刺激民間地圖出版者的發行業務。
這些不同時代的地圖，參考應用價值不一，因此處理方式也不同。從荷蘭到清朝時期的地圖，欠缺明確的座標系統，因此數位典藏工作偏重在影像的掃描與建檔。至於日治時期的地圖，由於已經具有現代測量的基礎，因此地圖的數位典藏工作可以非常深入，從掃描到資料庫建檔可以一氣呵成，提供廣泛且深入的應用推廣方式。
數位典藏應用實例
數位典藏地理資訊的成果相當多，下列兩個範例可以提供讀者一窺究竟。
臺灣歷史文化地圖系統 由中央研究院所發展，把各個時代的基本地圖以網路查詢展示的方式提供。基本空間圖資依臺灣歷史發展，分成荷蘭與西班牙時期、明鄭時期、清朝、日本殖民統治時期與光復以後，建置各類基本底圖。其中 1904 年發行的二萬分之一〈臺灣堡圖〉與 1920 年代的二萬五千分之一〈臺灣地形圖〉，可做為相關歷史地圖回溯校正的基本圖資。此外，可再輔以近年發行的地形圖、相片基本圖，以及遙測影像等，做為現代的底圖。
淡水河溯源 數位博物館是臺灣大學相關系所合作完成的網站，屬於數位典藏前身的試辦推廣計畫。這個網站廣泛蒐集了淡水河流域的地理、歷史、人文等資料，網站中大量運用的古地圖配合現代的資訊科技，把圖書館的老照片、舊地圖、珍貴史料轉換成新的面貌，不但提供查詢展示的功能，並設計了許多教學互動的功能。其中另有「淡水河舊時踏尋」的單元，透過各類型的古地圖如日治時期鳥瞰圖等，呈現淡水河流域不同時期的面貌。
地圖分析 藉由〈全臺前後山輿圖〉的數位化成果，可以進行下列不同的分析。把〈輿圖〉套疊現在的地圖，可以察覺當年特定地物的分布。例如，當年清廷實施「漢番分治」的政策，把原住民和漢人加以區隔，並設置隘勇管制雙方的接觸，由圖上的隘寮分布就可大致推估當年原住民和漢人的分布。而由於這種分界是由平地逐漸向山區推進，由不同年代的分布界線，可以察覺平地人和原住民之間生活空間的消長情形。
透過地名資料庫的查詢檢索功能，如果把地名中有「隘」字者選出，並把它們的位置標示出來，就可顯示當時的漢番界線。這種分析工作以往可能要藉由數百張地圖的檢索比對才可以完成，透過數位典藏所建置的地名資料庫，這樣的分析工作可以在幾分鐘內完成。
地圖上的精確程度，可以反映治理者對土地的掌握情形。把〈輿圖〉套疊現在的地圖比對其位置的正確性，可以發現當年地圖裡的臺灣是向南或東南方向平移，臺灣輪廓被往東拉寬；澎湖的輪廓則呈現放大鏡式的認知圖特徵，被顯著誇大。從這些認知圖的幾何特徵中，解讀當時具有代表性的歷史空間認知，可以推測「開山撫番」時的後山，在漢人心中仍比實際更為遙遠。而臺灣、基隆、恆春、澎湖等縣廳，以其政治、戰略的重要地位而受到特別關注，產生顯著的放大。
當然輿圖的幾何扭曲也不能排除測繪誤差的影響，縱使如此，其結果也會使讀者群產生同樣的認知圖扭曲。藉由〈全臺前後山輿圖〉的個案分析，驗證古地圖中的空間認知可被解讀，有助於充實歷史地理研究的內涵。
整合的效益
本文介紹數位典藏和地理資訊的結合，顯示資訊網路、地理資訊科技和歷史是可以結合的。而且三者的有機結合，讓各自的領域有了新的生命。因為結合，所以歷史學者可以利用資料庫來快速檢索、比對，進行以往不容易探討的研究，擴展研究議題的廣度，體會資訊科技在現代的應用潛力。
科技與人文的有機整合，將得以藉由科技應用來提升人文教育，使得現代科技與傳統關懷能夠接軌。另一方面，也可以藉由灌注人文關懷與溫暖，融解科技文明可能帶來的疏離與冰冷。國家型數位典藏的推動，正是落實這種理念的具體行動。參與推動的專家學者來自於資訊、人文、教育、法律、管理等不同背景，大量的精緻典藏成果歡迎各位讀者上網瀏覽。
