地理資訊應用觀點的數(shù)值地形交換檔

1、地理資訊應用觀點的數(shù)值地形交換檔林峰田 國立臺灣大學建築與城鄉(xiāng)研究所所長兼教授、何燦群 國立臺灣大學建築與城鄉(xiāng)研究所技士、呂英誠 國立臺灣大學建築與城鄉(xiāng)研究所研究助理國立臺灣大學建築與城鄉(xiāng)研究所臺北市羅斯福路四段一號10617電話：(02)23638711#37傳真： (02)23659197e-mail：.tw (林峰田)摘要地形圖乃是重要的基本圖形資料，為市政建設的重要依據(jù)。隨著地理資訊系統(tǒng)技術的普及化，各主要都市莫不紛紛建置其數(shù)值地形圖。內(nèi)政部為了達成資料共用共享之目標，乃於民國87年訂定數(shù)值地形圖標準交換格式。然實行至今，仍有諸多實際操作上的缺乏，而無

2、法充分發(fā)揮該交換格式之潛在效益。本文以臺北市數(shù)值地形圖標準交換格式為例，討論目前存在之問題，並做適當之建議，期能充分運用地形圖之豐富資訊於後續(xù)之都市規(guī)劃空間分析作業(yè)，並可供其他縣市之參考。一、前言我國推動數(shù)值地形測量工作，已有十餘年。早在民國八十年代末，臺北市政府率先利用此一技術，建置1/1000數(shù)值地形圖。當時雖已有地理資訊系統(tǒng)之概念，然因臺北市政府乃我國首次試行此一方式之都市，作業(yè)難免有所不盡理想之處，當時所完成之數(shù)值地形圖檔，基本上仍是以電腦輔助繪圖(Computer Aided Drawing, CAD)的方式進行，許多面式資料並未封閉，圖層及屬性資料之規(guī)劃，亦存在諸多問題，以致後來尚

3、需耗費相當多的人力時間，逐步將之修正調(diào)整(李國基，2001)。後來的臺中市(楊龍士等，2000；蔡青宏，張恭湖，2001)、高雄市(黃重誠，2001)、嘉義市，在此一經(jīng)驗上，逐步修正，使之愈趨完善。另一方面，內(nèi)政部亦於民國87年公佈數(shù)值地形圖標準交換格式(SEF)及地形資料編碼表，除統(tǒng)一地形圖測製作業(yè)外，也使地形圖資料不再受拘限於某些特定軟體，並涵蓋相位關係之描述，預留日後地理資訊系統(tǒng)空間分析處理之可能(內(nèi)政部1998a,b)。然而，內(nèi)政部公佈之SEF格式，僅係語法之規(guī)定，若未能妥適填寫相關欄位，則仍無法達成支援日後空間分析之目的。以臺北市為例，吾人發(fā)現(xiàn)，內(nèi)含中庭之建築被拆成二筆無關聯(lián)之面資料

4、錄；道路路名以註記方式貯存，而無法與路網(wǎng)圖形資料連結(jié)。又，數(shù)值地形圖之圖檔管理，係以圖幅為單位，原本應封閉面資料之行政界線、建築物等，常被圖幅切斷，而未能符合實際應用(林峰田，2002)。凡此種種，皆須於SEF之基礎上，再予規(guī)範。本文第二節(jié)將簡要回顧內(nèi)政部公佈之數(shù)值地形圖標準交換格式，第三節(jié)以臺北市的數(shù)值地形圖為例，說明供地理空間分析使用時，目前作業(yè)方式所存在的問題，第四節(jié)以三個實例，說明潛在的應用，第五節(jié)做一簡單結(jié)論。二、內(nèi)政部數(shù)值地形圖標準交換格式（SEF）簡介地形圖是國土資源規(guī)劃管理的重要基本依據(jù)，描述河川、建物、道路、農(nóng)田、工廠等各種實體(entity)。所以，實體係指在真實世界的地形

5、、地物；在數(shù)值地形圖中，與之對應的，稱之為物件(object)。數(shù)值化的實體物件是由一個或多個圖徵(feature)所組成，而一個圖徵又是由一個或多個圖元(primitive)所構成。例如：一條道路(實體物件)，以一條線段(圖徵)表示，但此一道路線段可能由直線、弧線多種圖元所構成。又如，一棟有中庭的建物(實體物件)，係由內(nèi)外二個多邊形(圖徵)所組成，各個多邊形復由封閉的多重折線(圖元)所構成。另一方面，多個物件又可以形成物件組(object group)，各物件組又可以進一步形成更為複雜的物件組。例如：校園建築群(物件組)係為各個單棟建築(物件)的集合；而社區(qū)(高階的複雜物件組)則是由校園建築

6、、住宅、道路、等各種較低階的物件組集合而成。內(nèi)政部數(shù)值地形圖標準交換格式(Standard Exchange Format，簡稱SEF)以不同種類的資料錄描述不同的圖徵。目前SEF共有十一種不同的圖徵資料錄，其名稱請參照表1。SEF的主要運用時機有二：1.由測圖單位於測圖時所產(chǎn)生圖形資料檔之傳輸。2.已建立基本地形圖資料庫後，圖形資料檔之傳輸。SEF不傳送圖式符號及線型之定義，各繪圖軟體應對各分層編號自行準備其對應之圖式符號檔及線型檔。(一) SEF檔案結(jié)構一個SEF檔可包含一個或多個圖幅。每個SEF檔必須以一個(且僅一個)抬頭資料錄開始，而每個圖幅則以一個圖幅描述資料錄及一個或多個圖層索引資

7、料錄開始，並以一個圖幅結(jié)束資料錄為結(jié)束。在圖層索引資料錄與圖幅結(jié)束資料錄之間，可以有無限多個其他種類之資料錄以任意順序混合排列(由測圖產(chǎn)生)或經(jīng)排序(由資料庫產(chǎn)生)。通常之數(shù)值地形圖，包含點、線、面、註記等四種圖形資料錄；而數(shù)值地形模型則包含三種數(shù)值地形資料錄。如兩種資料皆有，亦可混合於一SEF檔中。表 1 SEF資料錄名稱對照表編碼資料錄名稱編碼資料錄名稱0抬頭資料錄AN註記圖形資料錄GI圖層索引資料錄TR數(shù)值地型隨機點資料錄PT點圖形資料錄TB數(shù)值地型地形斷線資料錄LN線圖形資料錄TG網(wǎng)格式數(shù)值資料錄PG面圖形資料錄99圖幅結(jié)束資料錄01圖幅描述資料錄 資料來源：內(nèi)政部(二) 資料錄之實體

8、表示法各資料錄是由長度80字元之實體資料錄所組成，並以實體資料錄之第80字元為連續(xù)欄。長度超過80字元之資料錄則切成數(shù)個連續(xù)排列之實體資料錄，並於連續(xù)欄填入1表示有連續(xù)記錄存在，若無連續(xù)記錄存在則連續(xù)欄應填0。安排於每一個資料錄的80個字元的位置，當其值為0，代表該資料錄已結(jié)束，當其值為1，則表示下一個資料錄為連續(xù)資料錄。若規(guī)劃之資料錄及連續(xù)資料錄儲存的內(nèi)容長度不及80個字元，則在其與連接碼之間補上空白。三、臺北市數(shù)值地形圖標準交換格式（SEF）檔案本研究以臺北市數(shù)值地形圖為例，臺北市一千分之一數(shù)值地形圖之標準交換格式(SEF)檔，係依據(jù)內(nèi)政部87年公告之基本地形圖資料庫標準交換格式所製作，並

9、通過內(nèi)政部檢核程式之檢核。然而卻尚未經(jīng)GIS應用者之實際使用，故本研究案乃以應用者之立場實際撰寫轉(zhuǎn)換程式，將SEF檔轉(zhuǎn)為ArcView之shape檔案，其結(jié)果大致上可以應用，但仍存在一些問題，必須進一步處理，始能提供更為廣泛的GIS應用。(一) 應力求以最少圖元數(shù)表示圖徵在SEF中組成線圖形或面圖形之圖徵資料錄，其圖形元素有多種，如線段(兩點)、折線(多點)、弧(三點)、雲(yún)形曲線、圓等(如表2)。若一筆多邊形圖形資料可以以一筆封閉的多重折線表示，則不宜用多筆線段或折線來表示；除非該多邊形係由不同形態(tài)圖元所組成，如街角的弧線與線段，則可用多個圖元來表示。以圖2萬芳國小為例，該建築物為具有中庭的建

10、築物，在圖面上是由內(nèi)外兩個多邊形來界定該建築物。不過，在實務上，該二多邊形均由三筆多重折線與一筆線資料錄組成，不符最少圖元數(shù)原則。宜改為如圖3之表達方式，全部簡併為多重折線。表 2 使用圖元對照表名稱使用圖元名稱使用圖元1點6弧2點(有方向性)7雲(yún)形曲線3點+高程註記8圓4線9註記5多重折線 002.0 一千分一基本地形圖簡例內(nèi)政部地政司內(nèi)政部資訊中心 1 100011虎子山座標原點 基隆平均海水面 1中國測量工程學會 2 001一千分一基本地形圖 EXAMPLE 082年06月09xxxxxxxx82年05月 10.01 0.1 2 10 0GIEXAMPLE 91221a 307113.6

11、31 2764095.362 307113.631 2764095.362 110 1 0 0 0PGEXAMPLE 93221a BUILD00001 307102.856 2764107.183 3 15 3 307115.856 2764103.538 52.459 307103.656 2764118.817 52.459 1 307090.123 2764109.538 52.459 04 2 307090.123 2764109.538 52.459 307101.229 2764093.176 52.459 04 2 307101.229 2764093.176 52.459 3

12、07115.856 2764103.538 52.459 0ANEXAMPLE 96221a BUILDAN001 110110 4.01 6百年樓 17 0.00 307098.480 2764104.493 0GIEXAMPLE 93221a 307090.123 2764093.176 307115.856 2764118.817 130 0 0 1 0PTEXAMPLE 91221a POINT000011 1 307113.631 2764095.362 0.000 307113.631 2764095.362 0.000 0GIEXAMPLE 96221a 307098.480 2

13、764104.493 307098.480 2764104.493 110 0 0 0 0PTEXAMPLE 91221b POINT000023 1 307085.276 2764119.145 40.850 307085.276 2764119.145 40.850 0GIEXAMPLE 91221b 307085.276 2764119.145 307085.276 2764119.145 110 1 0 0GIEXAMPLE 91221a 307085.236 2764083.373 307127.748 2764149.987 120 0 1 0 0LNEXAMPLE 92221a

14、LINE000001 2 15 8 . 307085.236 2764149.987 38.028 307087.868 2764146.164 38.028 1 307092.558 2764138.475 38.028 307106.731 2764124.019 38.028 1 307114.702 2764112.691 38.028 307127.441 2764095.339 38.028 1 307127.774 2764093.904 38.028 307127.825 2764092.238 38.028 05 4 307125.825 2764092.238 38.028

15、 307127.748 2764089.957 38.028 1×40.85百年樓資料來源：內(nèi)政部 307118.334 2764083.373 38.028 307117.214 2764084.933 38.028 099 0圖 1 標準交換格式範例圖說明： 以第4537圖幅中萬芳國小校區(qū)校舍為例，該建築物（4R）在圖面上是一棟具有中庭的建築物，但在SEF檔中是以兩筆互不相關的面資料錄形式記錄。以該建築物之建築線為例（外建築線），該資料中同時包含多重折線（第一欄位為5）與線（第一欄位為4）兩種圖元。該建築物外多邊形SEF檔：PG4537 93110 306451.308 2766

16、221.250 4 15 7 306443.313 2766217.665 0.000 306433.439 2766188.802 0.000 1 306495.263 2766167.651 0.000 306498.756 2766177.862 0.000 1 306497.114 2766178.424 0.000 306505.867 2766204.010 0.000 1 306504.624 2766204.435 0.000 05 4 306504.624 2766204.435 0.000 306507.461 2766212.728 0.000 1 306402.532

17、2766248.626 0.000 306400.000 2766241.225 0.000 04 2 306400.000 2766241.225 0.000 306400.000 2766236.754 0.000 05 4 306400.000 2766236.754 0.000 306439.138 2766223.365 0.000 1 306437.830 2766219.541 0.000 306443.313 2766217.665 0.000 0該建築物內(nèi)多邊形SEF檔（中庭）：PG4537 93110 306471.840 2766200.794 2 15 3 306485

18、.374 2766185.409 0.000 306492.049 2766205.575 0.000 1 306463.150 2766215.140 0.000 05 5 306463.150 2766215.140 0.000 306461.906 2766211.384 0.000 1 306456.334 2766213.228 0.000 306450.902 2766196.820 0.000 1 306485.374 2766185.409 0.000 0圖 2 面圖形資料錄（PG）與SEF對照說明圖(二) 應建立實體物件之各圖徵間關係臺北市數(shù)值地形圖多未對各實體物件加以編碼，

19、故其SEF檔僅能描述單圖徵之實體物件，而缺乏多圖徵間位相關係的表達能力。但是實際上，有許多實體物件必須使用多個圖徵，始能表達，故有補足此一功能之必要。復以圖2萬芳國小為例，在SEF檔中，內(nèi)外兩個多邊形之間並無關聯(lián)性存在，可能被誤認為二棟不相干的建築物。建議如圖3，於第一行第78欄位，分別以0和1表示建物外廓及中庭。其中，0代表多邊形在其內(nèi)部，1代表多邊形在其外部。說明： 以第4537圖幅中萬芳國小校區(qū)的教室建築為例，首先以單一圖元記錄單筆圖徵資料，再利用第78欄位記錄該筆面資料所代表實體建築為多邊形之內(nèi)部或外部。0代表外建築線。1代表內(nèi)建築線。該建築物外多邊形SEF檔：PG4537 93110

20、 010002124 306451.308 2766221.250 1 0 15 17 306443.313 2766217.665 0.000 306433.439 2766188.802 0.000 1 306495.263 2766167.651 0.000 306498.756 2766177.862 0.000 1 306497.114 2766178.424 0.000 306505.867 2766204.010 0.000 1 306504.624 2766204.435 0.000 306504.624 2766204.435 0.000 1 306507.461 27662

21、12.728 0.000 306402.532 2766248.626 0.000 1 306400.000 2766241.225 0.000 306400.000 2766241.225 0.000 1 306400.000 2766236.754 0.000 306400.000 2766236.754 0.000 1 306439.138 2766223.365 0.000 306437.830 2766219.541 0.000 1 306443.313 2766217.665 0.000 0 該建築物內(nèi)多邊形SEF檔（中庭）：PG4537 93110 010002124 30647

22、1.840 2766200.794 1 1 15 8 306485.374 2766185.409 0.000 306492.049 2766205.575 0.000 1 306463.150 2766215.140 0.000 306463.150 2766215.140 0.000 1 306461.906 2766211.384 0.000 306456.334 2766213.228 0.000 1 306450.902 2766196.820 0.000 306485.374 2766185.409 0.000 0圖 3 修正後的SEF檔建置方式(三) 各實體物件均應有編碼若僅就數(shù)

23、值地形圖而言，各實體物件並無編碼之必要。然而，數(shù)值地形圖中包含許多的地理資訊，舉凡道路名稱、寬度、建築物樓層數(shù)、建築物結(jié)構等，可供進一步分析使用。然若欲與外部之屬性資料庫相聯(lián)結(jié)，以充分發(fā)揮GIS的功能，則必須進行各實體物件之編碼工作。SEF雖分別於點、線、面圖形資料錄預留第一行37-46欄，做為外部識別碼使用，但實務上，測量單位多尚未進行編碼。SEF的外部識別碼除了可以連結(jié)外部的屬性資料庫之外，也可以做為組構各實體物件之用。例如：圖3二個圖徵的識別碼均為010002124，吾人即可知道此二圖徵屬於同一實體物件。準此，萬芳國小的註記圖形資料錄第一行第37-46欄外部識別碼亦應編為01000212

24、4，則幾何圖形和註記資料即可相互整合成一體，同屬一實體物件。是故，SEF之第一行37-46欄，可供外部資料庫及內(nèi)部物件之識別使用。建議SEF之點、線、面資料錄第一行37-46欄位名稱，逕稱為識別碼即可。詳細之應用實例，另於下一節(jié)說明之。 (四) 圖層索引資料錄的誤填依據(jù)SEF中圖層索引資料錄的欄位格式，第二列第一欄位表示該圖層編號中的圖形類型，包含點圖形（1）、線圖形（2）與面圖形（3），第332欄位分別各以10個欄位記錄該類型資料的數(shù)目；因此若該筆資為記錄點資料（第一欄位為1）則記錄線資料（1322欄位）及面資料（2332欄位）應為空白。從臺北市數(shù)值地形圖資料的檢核工作中，吾人發(fā)現(xiàn)有誤填之情

25、形。例如表3，第二行第1欄值為1，表示該圖層為點資料，則13-32欄位不應有資料。目前內(nèi)政部資訊中心自行開發(fā)之檢核程式，亦尚未就此一錯誤加以檢核，宜予補足。表 3 圖層索引資料錄（GI）GI4343 96921 304837.590 2769307.340 305578.300 2769887.820 110 36 1364 583 0GI4343 96926 304823.980 2769300.100 305595.240 2769899.960 110 303 689 22 0(五) 自建圖層編號應呈報內(nèi)政部備查發(fā)展局為建立更為完善的數(shù)值地形圖以提供各單位及民眾使用，將許多地上物基礎資料

26、都涵蓋於圖面中，也因此建立一些新的圖層編號以記錄更完善的資訊(如圖4的路寛線型及註記資料)。為求統(tǒng)一格式與對數(shù)值地形圖需求，建議發(fā)展局依循正常法定程序提報相關主管單位，建議增加該項資料編號，以建立更為完善的SEF標準交換格式。(六) 圖幅分割由於目前數(shù)值地形圖的維護、管理及供應，均以圖幅為基本單元，將造成許多後續(xù)應用上的困難。例如：許多的面資料如行政區(qū)線、街廓線、建築線、等高線等皆被圖幅線分割為不完整的數(shù)個封閉區(qū)間，如圖5所示，在GIS應用上是相當不適當?shù)?。本研究建議，臺北市應有一全市區(qū)之數(shù)值地形圖檔；其中，行政界線、道路路網(wǎng)、街廓、建築物、水系網(wǎng)、等高線均應以實體物件為單元，定義其點、線、面

27、資料。至於以圖幅管理圖形資料，應是其下游應用。若應用單位需要GIS資料，宜由全市區(qū)之GIS資料就其所需範圍或圖層切割提供，而不宜以圖幅為單位供應資料，由應用單位再自行合併成GIS資料。說明： 以第4343圖幅為例，標註道路寬度的兩圖元分別存在於線圖形、註記圖形資料錄中，也就是分層編號第1722欄位中（92610）。92610圖層編號為發(fā)展局為業(yè)務需求增加的。該元件SEF碼LN4343 92610 1 14 2 305266.790 2769889.732 0.000 305261.677 2769892.872 0.000 0AN4343 92610 1201143.001 26M 18 32

28、8.452 305264.797 2769892.1298 328.452 305264.797 2769892.129 0圖 4 自行新增圖層編號說明圖說明：右圖中包含上下兩圖幅，編號分別為4343、4344，箭頭所指為圖幅分割線，圖幅將建築物及街廓分割為二。圖 5 圖幅分割說明圖(七) 共線處理數(shù)值地形圖的建置單位為了使肉眼更容易判讀地圖資訊，在圖形修飾上盡可能的簡化線條，以求圖面的精美，因此將兩兩封閉區(qū)間的重疊線以單一線型表示；以行政區(qū)界為例（圖6），行政區(qū)界線在本計畫中包含縣、直轄市分界與區(qū)分界，單一圖幅之區(qū)界並無封閉，而是以線型式存在，區(qū)域名稱（北投區(qū)、士林區(qū)、臺北縣）標示於各分界線

29、旁，再者由於行政區(qū)界重疊部分皆以單一線型表示，對於合併圖幅後的區(qū)界仍然不是封閉區(qū)間，因此在作為GIS應用上有相當?shù)南拗?。建議應就不同層級之行政界線(實體物件)分別建構其圖形資料。區(qū)界省市界圖 6 行政區(qū)界說明圖四、SEF標準交換格式檔於GIS上的應用目前的SEF標準交換格式雖預留第3746欄位做為識別碼使用，但多未填列，而無法發(fā)揮其潛在之應用功能。此外，目前第2736為空白欄位，亦可做為臨時性屬性資料欄位，以降低連結(jié)外部資料庫的複雜度。本節(jié)茲擬舉應用例子來說明SEF於GIS的應用。(一)臨時屬性資料的應用（以土地使用分區(qū)圖為例）都市計畫土地使用分區(qū)圖係以不同的色塊(多邊形)來表示不同的使用分區(qū)

30、。其資料形態(tài)為多邊形圖形加上使用分區(qū)屬性，所以可以直接以SEF檔中的面圖形資料錄（PG）來應用，再以連結(jié)碼（第3746欄位）連結(jié)至外部都市計畫分區(qū)資料庫，擷取其分區(qū)屬性，加以顯示。不過，此一作業(yè)流程不免繁瑣，而可事先將外部都市計畫分區(qū)資料庫之分區(qū)屬性填入第2736欄位，做為土地使用分區(qū)圖之交換檔。本研究依據(jù)臺北市都市發(fā)展局所提供的都市計畫使用分區(qū)圖檔(DGN)，依據(jù)上述標準交換格式建置規(guī)範，產(chǎn)生標準交換檔（如表4）；其中，PEB為土地使用分區(qū)編碼，1000011為假設之分區(qū)街廓編碼。此交換檔於ArcView環(huán)境下轉(zhuǎn)為shape檔，其成果如圖7。不過，由於各地形地物所對應的屬性資料極多，可供運用

31、之空白欄位有限，故僅能表達少數(shù)臨時性的屬性資料，傳達特定的主題圖形資料。另一方面，若欲另新增屬性資料錄，將所有的屬性資料均納入SEF，則又與關聯(lián)式資料庫之原則不符。是故，在基本的數(shù)值地形圖SEF檔中，僅需填入識別碼，而無需納入屬性資料；但就應用面而言，某些主題圖形之主要屬性可以臨時性的暫用第2736欄位，以減少另行傳輸及連結(jié)外部資料庫之複雜度。002.0 基本地形圖 臺北市都市發(fā)展局 臺北市都市發(fā)展局 1 100011虎子山座標原點 基隆平均海水面 1臺北市都市發(fā)展局 2 001一千分之一地形圖 0 080.8.10 020 82.1.10 10.01 0.1 2 1289.12.31 0PG

32、0 99998 PEB 1000011 298515.686 2769343.292 18 15 101 298591.970 2769435.965 0.000 298547.365 2769380.142 0.000 1表 4 主題為土地使用分區(qū)之SEF檔案結(jié)構全市土地使用分區(qū)圖未對應地區(qū)圖 7 土地使用分區(qū)圖(二) 實體物件之建構（以臺北市路名道路路網(wǎng)圖為例）本研究以臺北市門牌系統(tǒng)路網(wǎng)圖作為來源圖檔，於SEF檔案中的第3746欄位補入識別碼，連結(jié)該線圖形資料錄（LN）與對應之註記圖形資料錄（AN）(含路段名稱)。透過此一機制，可以將原不相連繫之LN及AN二個圖徵使之同屬於一個道路實體物件

33、，使道路線型具道路名稱，再經(jīng)由轉(zhuǎn)檔程式將SEF資料繪製成GIS圖檔。表5為二條道路之示例，圖8為轉(zhuǎn)檔後的路網(wǎng)圖。由於來源圖檔為門牌系統(tǒng)路網(wǎng)圖，部分道路沿線並不是都具有門牌（空地、無建築物），因此部分道路線出現(xiàn)斷裂、獨立的現(xiàn)象，與現(xiàn)況不符，需經(jīng)由人工依現(xiàn)況修飾。表 5 主題為道路之SEF檔案結(jié)構全市路網(wǎng)圖細部路網(wǎng)圖道路線斷裂LN0 99997 300012345 1 15 3 301526.868 2772641.197 0.000 301634.022 2772655.109 0.000 1301678.895 2772660.891 0.000 0AN0 99997 300012345 11

34、01142.001 10雙連街53巷 15 0.000 301526.868 2772641.1975 0.000 301526.868 2772641.197 0LN0 99997 300067890 1 15 2 301541.308 2772527.634 0.000 301648.610 2772541.507 0.000 0AN0 99997 300067890 1101142.001 10雙連街11巷 15 0.000 301541.308 2772527.6345 0.000 301541.308 2772527.634 0 圖 8 道路路網(wǎng)圖(三) 複合實體物件組之建構(以關渡宮為例)如圖9 所示，關渡宮係由三棟並排但不相連之建築