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H.O.S.T 地圖應用

研究背景
儘管目前Google Earth等3D地形展示工具已非常便利,但實務上,
平面的地形圖仍是工程規劃設計時不可或缺的基礎工具。 傳統地形圖的呈現方式包括:
等高線法、分層設色法、立體陰影法等 (如圖1)

航拍正攝影像、等高線圖、分層設色圖、立體陰影圖
圖1 常用的地形圖型式

傳統地形圖不足之處

地形圖形式 優點 缺點
高解析度光學衛星影像及航照 較視覺化。
  • 因地表植生,較不易辨識植生下地表起伏。
  • 因強烈光影對比,易誤判光亮面為凸地。
等高線法及分層設色圖 適合表示大範圍高程變化。 無法反映地表之微地形狀況。
立體陰影圖 可凸顯局部地形起伏變化。
  • 陰影可能會遮蔽較細微地形。
  • 入射光源方向不同亦容易誤判地形凹凸。
數位時代下
新型態地形圖
近年來由於高精度數值高程模型(Digital Elevation Model, DEM)的普及,各種新型態的地形圖亦陸續發展,例如結合地形開闊度及坡度的紅色地圖、融合坡度與特定光源陰影產製之立體彩繪明暗圖,以及整合坡度、曲率、高程的CS立體圖等,均具有可呈現微地形特徵並具立體感的優勢。
H.O.S.T地圖開發歷程
& 製作原理
在水土保持局2016及2017年創新研究計畫的支助下,國立中興大學水土保持學系蕭宇伸教授結合地形高程(Height)、開闊度(Openness)、坡度(Slope),開發出新型態的三維視覺化地形圖(Terrain Map)-H.O.S.T地圖。H.O.S.T地圖與紅色地圖最大之不同處在於計算方法之改良與加入高程資訊產製立體調色盤等(如圖2),並於2018年6月取得國內專利(I627602號)。

H.O.S.T地圖製作原理,從DTM資料分為高程值、坡度、開闊度以立體調色盤和平面調色盤繪至初HOST地圖,分為有高程和無高程地圖。
圖2 H.O.S.T地圖製作原理


H.O.S.T平面調色盤
H.O.S.T地圖所使用之平面調色盤是由地形坡度及地形開闊度組成,顏色配置參照Chiba et al. (2008)之研究。而所謂某位置點之地形開闊度,其實可以視為該處之光源接收量,如山頂(脊)處由於地形開闊度較佳,故光源接收量大,反映在H.O.S.T地圖上,其顏色即為白色;反之,如該處為河谷,則光源接收量較少,故在H.O.S.T地圖上即為黑色。此外,對於某位置點之坡度,H.O.S.T地圖則採用陡坡為紅色,緩坡為白色之代表色。(如圖3)


平面調色盤
圖3 H.O.S.T平面調色盤

H.O.S.T立體調色盤
雖然利用平面調色盤所繪製之H.O.S.T地圖可解決陰影圖缺點並保留其優點,但若將高程變化套疊等高線圖或分層設色圖,將導致整張地圖過於複雜。因此蕭宇伸教授研究團隊將平面調色盤加入高程資訊設為z軸製作出立體調色盤,其中若該地地勢越高,其顏色越偏綠,以此來判斷高程;另將高程值較低處由白色改為藍色,故紅色部分將被融合成紫色。(如圖4)
立體調色盤
圖4 H.O.S.T立體調色盤

H.O.S.T地圖之優勢
過去常用之1/25000經建版地形圖,甚至使用空載光達製作高精度的1m DEM (數值高程模型),以等高線圖展示時,一般未經訓練的人並不容易直接判讀並於腦海自動轉換成三維地形,更因精度有限,而無法呈現微地形變化。另外,使用衛星影像則會因植生關係,無法看到山區小徑,對於地形與地質災害判釋為一大挑戰。因此,相較於一般傳統地形圖呈現方式,透過地形開闊度與坡度的組合,H.O.S.T地圖表現出絕佳的立體感,上述問題皆可逐一解決,就算是未經訓練之一般民眾,亦可直覺得看出道路、山脊、山谷...等地形特徵,如圖5所示。
經建版地形圖、空載光達DEM等高線圖、空載光達DEM紅色立體地圖、Google Earth衛星影像
圖5相同地點不同型態地形圖呈現之效果

全台H.O.S.T地圖成果展示
目前水土保持局已完成全台20m及5m解析度之H.O.S.T地圖及CS立體圖,並展示於巨量空間資訊系統(https://gis.swcb.gov.tw),使用者可自由切換雙視窗比對,並具有二維與三維地圖同步展示之功能。(如圖6)
巨量空間資訊系統展示畫面
圖6 全台H.O.S.T地圖及CS地圖成果展示

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