地图概括化对环境变迁研究之影响

1地圖概括化對環境變遷研究之影響-以臺灣地圖資料為例TheImpactofCartographicGeneralizationonEnvironmentalChangeResearches–AnInstanceUsingTaiwaneseMapData賴進貴*葉高華**Jinn-GueyLayKo-HuaYapAbstractBeingthedocumentsofhistoricalenvironment,mapsprovidevaluableinformationfortheresearchofenvironmentalchange.Manypreviousstudieshaveexploredproblemsregardingmapdataaccuracy,coordinatesystemandprojection.However,theinfluencesofcartographicgeneralizationhaveoftenbeenoverlooked.ThisarticlediscussestheimpactofcartographicgeneralizationonenvironmentalchangeresearchesdeducefromthetheoryofCartography.Inordertoidentifysuchinfluences,majorTaiwanesemapdatawereanalyzed.Findingsofthiscasestudysuggestthatenvironmentalchangesbasedonoverlappingmapsarenotnecessarilyreliable.Therefore,researchershadbetterusemapsofsimilarscalesandpurposes,orevenre-generalizemapdatawhennecessary.Keywords:map,generalization,dataquality,environmentalchange摘要地圖是歷史環境的文件記錄，在環境變遷研究上具重要參考價值。許多研究已指出地圖資料準確度、坐標系統與投影於地圖套疊時所產生的問題，然而有關地圖概括化的影響層面則未受到相同的重視。本文主旨在於探討地圖概括化對環*國立臺灣大學地理環境資源學系副教授AssociateProfessor,DepartmentofGeography,NationalTaiwanUniversity.**國立臺灣大學地理環境資源學系研究助理ResearchAssistant,DepartmentofGeography,NationalTaiwanUniversity.2境變遷研究的影響，並以重要的臺灣地圖資料為例，驗證此種影響的性質及程度。藉由此一個案研究的結論，本文發現直接套疊地圖所導致的環境變遷未必可靠。因此研究者應盡量選擇比例尺與目的相近的地圖資料，必要時可針對所使用的地圖資料進一步概括化。關鍵詞：地圖、概括化、資料品質、環境變遷緒論地圖1記錄環境，然而這個世界充滿瑣碎而繁雜的事物。為了避免陷入紊亂的困境，製圖者抓取重點、略去枝微末節，並將事物歸併為精簡的類別，此即為地圖概括化2(generalization)之意義。換言之，地圖並非完整地複製真實世界，而是呈現經過篩選、去蕪存菁的資訊。如此一來，不同年代地圖間的差異，究竟是真實環境的變遷？還是概括化程度的差異？這是每一位欲藉由地圖資料探討環境變遷的研究者，都必須深思的問題。Monmonier(1991)在《地圖如何說謊》(Howtoliewithmaps)一書中指出：「任何一幅地圖在多方面均包含些許小欺騙，因為它藏匿部分真實事物以突顯主題資訊，如此方有助於用圖者對該主題之瞭解。」因此研究者必須有所警覺：地圖間的差異有可能是被選擇與概括化的，傳達著虛假的變遷訊息。此影響係源自地圖概括化的本質限制，並非任何環節出現差錯，因此很容易被忽略。究竟地圖概括化的內涵與要素對環境變遷研究產生什麼影響？這是本文所要深入探討的問題。本文根據地圖概括化的理論，演繹其對環境變遷研究之影響，並藉由個案分析的結果具體呈現及驗證之。本文所分析的地圖資料個案，包括1904年出版的《臺灣堡圖》、1920年代測繪的《實測地形圖》、1960年代聯勤總部製作的軍用地形圖、1980年以後持續出版的《經濟建設版地形圖》，以及利用像片基本圖編製而成的數值資料庫，包括1980年代農林航空測量所製作的土地利用數值資料庫、1994年完成的國土利用調查數值資料庫。這些地圖資料橫跨一個世紀，是研究臺灣環境變遷的利器。透過對這些個案的瞭解，一方面具體驗證本文的論點；另一方面，對於使用這些地圖資料的研究者而言，有助於因應地圖概括化的影響。3地圖與環境變遷研究之關係環境是空間現象的組合，而圖像是最適於表達空間要素的形式，因此早在人類發展文明之初，便已嘗試運用圖像記錄生活周遭的環境。此種繪圖經驗展開地圖的發展史(Harley,1987)。隨著歷史演進，各時期地圖堆疊成層，成為觀察過往環境的時間切片。而近現代地圖的出現，更將人類記錄環境的方式規範於典範3之中，使地圖中的環境資訊具有可共量性，套疊分析遂成為可能。許多研究透過歷史地圖的套疊來探討自然環境變遷。例如，石再添(1980)套疊1904、1926、1954、1975等四個年代的地圖，發現臺灣西部海岸有整體西進的趨勢；張瑞津等(1996;1997;1998)、張瑞津與陳翰霖(1999)、Chang與Chen(2001)整理二十世紀以來臺灣各套地形圖，重建百年來嘉南平原海岸線及河道的變遷史；許民陽與張政亮(2002)比對1904、1955、1985、1991等四個年代的地圖，探討宜蘭平原海岸線後退的情形。上述研究較關心空間單元的邊界狀態，另一類研究則著重空間單元的內容，亦即土地覆蓋(landcover)或土地利用(landuse)。其中，土地利用反映特定時空、文化下，人類與環境的依存關係，因此向來是地圖的重要內容。而歷史地圖堆疊成層的特性，更充分反映土地利用變遷的歷史連結4。但相較於自然環境的特徵，土地利用的空間單元小、數量龐雜、變遷速度也快，使資料處理相對困難，土地利用變遷研究便受到較大限制。傳統上，研究者以肉眼觀察不同年代地圖的差異，再輔以文獻映證，採取質性的(qualitative)研究策略。例如，周素卿與高傳棋(1996)利用歷史地圖，觀察臺北市加蚋仔地區百年來的土地利用變遷。這些研究必須把焦點投注於具時代意義的關鍵性變遷，而無法注意每一筆土地的變遷細節，也無法進行數值化的計量統計與空間分析。隨著地理資訊系統(GIS)的發展，研究者處理空間資料的能力大增，土地利用變遷的計量統計與空間分析容易許多。但因應GIS的特性，研究者須將傳統的類比(analog)地圖轉換成數值資料。目前農航所土地利用數值資料庫與國土利用調查數值資料庫是臺灣最完整的現成數值資料庫，遂成為多數研究的資料來源。例如，Tsai等(1997)分析雲林縣沿海養殖魚塭的變遷；蔡博文等(2001)分析宜蘭平原養殖魚塭的變遷；Tsai等(2001)引入空間自相關的分析至養殖漁業的土地利用變遷中；徐美玲(2001)以距離變數推測宜蘭海岸防風林的變遷；4丁志堅(2002)分析屏東平原土地利用變遷的環境與個體之決定因子，並藉以建立解釋模式。這些研究皆取材於相同的數值資料庫，因此時間便受限於1980-1990年代。數值化的土地利用變遷研究，除仰賴現成的數值資料庫，尚有必要從歷史地圖中擷取資訊，以擴大時間向度。賴進貴等(2004a;2004b)從1904年出版的《臺灣堡圖》、1920年代測繪的《實測地形圖》及1960年代測繪的軍用地形圖中，數化臺北盆地的聚落、交通、水系等資訊，再配合現成的土地利用數值資料庫，將臺北盆地聚落變遷的分析延伸為百年尺度。由此可見，地圖資料已在環境變遷研究中獲得廣泛應用。然而套疊地圖時所面臨的問題與限制必須充分瞭解，否則地圖雖未刻意欺瞞，仍可能誤導研究者。其中，地圖的資料品質問題已廣受矚目(GoodchildandGopal,1989；賴進貴，1995；賴進貴與王慧勳，1995)。地圖資料的準確度有一定限制，縱使相同的事物被分別記錄於兩張地圖時，兩者也不會完全相同。若將不同年代的地圖套疊，其差異便可能是因誤差而產生之偽多邊形(pseudopolygons)。尤其早年受限於測繪技術，地圖資料的準確度較差。沈淑敏(1997)便指出《臺灣堡圖》在臺灣東部的準確度不佳，而臺灣東部的海岸變遷速率又低，因此不宜據此推估變化量。地圖的坐標5系統與投影也已受到關注。不同的參考橢球體使相同地點產生不同坐標，而不同的投影方式則使相同事物在地圖上產生不同變形。由於百年來臺灣的地圖資料曾更換數次坐標系統與投影，使其彼此間具有幾何偏差，必須進行相關轉換(徐瑞萍，2002)。此外，臺灣的地籍圖體系與地形圖體系採取不同的坐標系統，為了避免誤差，劉延猷(1996)、李弘洲等人(1999)研究如何整合這兩套體系。利用地圖資料研究環境變遷時必須注意準確度、坐標系統與投影的限制，唯有當環境的變遷量大於地圖的誤差量時，套疊的研究才具有意義(沈淑敏與張瑞津，2003)。然而除此之外，地圖概括化的影響則往往被忽略。假使有兩張描繪相同事物的地圖，採取相同的坐標系統與投影、彼此之間沒有任何資料品質差異，但概括化程度不同，則套疊之後依舊會產生假象。Dixon(1967)分析非洲查德湖(LakeChad)時便指出，不同年代地圖中的湖泊外形差異，實在難以判斷是湖面變遷造成的、還是概括化程度不同所造成的。以往對於地圖概括化的探討，皆著眼於製圖層面(如聞祝達與石慶得，1990；聞祝達，1995)；隨著遙測影像5與數值資料的應用日廣，近年來則發展概括化之自動化法則，以生產、經理土地覆蓋/利用之資料(如Martinez-Casasnovas,2000;Gaoetal.,2004)。然而，對於地圖概括化在環境變遷研究中的影響，卻鮮少被論及。有鑑於此，本文採取使用者的立場，以釐清此種面向。地圖概括化之理論Robinson等人(1995)將地圖縮編(cartographicabstraction)定義為地圖要素之一，也是地圖之所以為地圖的理由(raisond’etre)。雖然人們已可從太空中看到地表的完整面貌，但這幅景象並不具有太多意義。地表上的現象太大、太複雜，無法藉由直接觀察而充分掌握。為了辨識這些事物，必須將其濃縮。濃縮的空間使人們看清楚地理現象，但也使其特徵變得擁擠，造成視覺困擾。為了免於這種不便，還須刪除、忽略不需要之細節；同時，根據地圖的使用目的來強調必要特徵。此過程有兩種操作，其一是限制我們所關心的訊息種類，稱為選擇(selection)；其二則是使被選擇的特徵於繪製地圖時，能符合地圖的尺度與使用目的，以達到有效傳播，即為概括化(Robinsonetal.,1995)。誠如Visvalingam與Whyatt(1990)所言：「發現及傳播空間實體的『要義精髓』，而非僅如照片一般地詳實記錄該實體」。選擇是製圖者決定必要特徵，以符合地圖使用目的之過程，完成後便進入概括化的階段。Miller與Voskuil(1964)簡潔地指出：「地圖概括化就是評估(evaluation)、選擇與強調(emphasis)的過程」。而Robinson等人(1995)將概括化分為五種類別：製圖者根據特徵的屬性將其排序或群組，稱為分類(classification)；製圖者保留重要的特徵而刪除不需要之細節，稱為簡化(simplification)；製圖者強調重要的特徵，稱為誇張化(exaggeration)；當製圖者做成上述決定後，利用標記將這些資訊編碼(code)於地圖上，稱為符號化(symbolization)；最後，製圖者在地圖上建立特徵與特徵之間的關係，則稱為歸納(induction)。這麼多的類別在實際操作過程中，其實密不可分。McMa