GPS軌跡紀錄與田野調查

文化導向地 理資訊系統 -GPS 人文數位應用實務

<第一單元> GPS 軌跡紀錄與田野調查

郭俊麟 編著

第一單元: GPS 軌跡紀錄與田野調查

單元概述: 在 Web2.0 技術的快速發展下，電子地圖已成為免費並可輕 易取得的網路基本服務。隨著 Google map/earth 等創新地圖加 值工具與商業化全球衛星定位(GPS)產品的普及，地理資訊的生產 不但不再是地圖或測量專業者的專利，更進一步朝向結合時間與 三維空間的資訊生產方向發展。在這同時，國科會所支持的國家 型數位典藏計畫多年來也累積了大量的歷史檔案、老照片、地圖 與航照等數位典藏，讓我們彷彿進時光隧道般，體驗過去的文史 地景與文化風貌。在上述工具與內容皆已齊備的當下，如何運用 這些嶄新的資訊工具於地方文史與數位典藏成果，已成為今日人 文數位學習的重要議題。 本單元以跨領域的學習角度設計結合 GPS 軌跡紀錄器與行動 導覽相關資料建置的實作流程。內容將先介紹 GPS 軌跡記錄器的 基本使用方法，以及如何解讀 GPS 軌跡檔案並運用其協助景點照 片的快速定位；接下來利用 Google 地球 3D 飛覽功能，在虛擬地 球中重新解讀實地考察記錄的空間軌跡；最後則從時間軸線切入， 藉由歷史地圖數位典藏成果的整合應用，配合地理實察所記錄的 GPS 軌跡探索地方歷史空間的獨特面貌。

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第一章

GPS 軌跡記錄器入門

電影<全民公敵>片中，威爾史密斯所扮演的男主角受到衛星 定位系統的嚴密監控，全身上下也都藏有微晶片的 GPS 接收器， 使得高科技的衛星也幾乎可以隨時鎖定他在城市中的某個角落。 這一幕想必讓許多觀眾都印象深刻，對於我們身邊已日漸普及的 GPS 週邊產品也許抱著期待又怕受傷害的心情吧! 姑且不論<全 民公敵>片中所展現的衛星科技的真實性，GPS 的應用早已普及到 我們的日常生活上，並整合許多先進的資通訊技術，例如晶片發 報器、手機 SIM 卡、手機基地台網絡或相關的即時通訊技術。目 前智慧型手機最夯的服務之一就包含了 Google 地圖上的即時定 位顯示。要了解 GPS 的應用，可能得花非常多的篇幅才能概述， 然而從 GPS 軌跡記錄器的操作來學習，是目前行動導覽景點調查 應用上最經濟也最實用的方法。 坊間的 GPS 軌跡記錄器款式繁多，有些專門提供給自行車使 用，有些則是配合相機的照片定位設計。較適合景點調查需求的， 除了 GPS 定位快速之外，另要符合輕便好攜帶、電池續航力強、 檔案轉換格式多元、加值應用空間大等優點。本章節所使用的為 Wintec 公司生產的 WPL-2000 軌跡記錄器，為目前市面上較符合 上述需求的機種，因此以下以 WPL-2000 作為教學基礎範例。

1-1.GPS 基礎知識 GPS 的全名為 全 球衛星定位系統 （Global Positioning System），最早為美國國防部於 1973 年聯合空軍及海軍計畫發展 而成，2000 年柯林頓解除對民用 GPS 的干擾設定後，在商業應用 上開始蓬勃發展。美國所發射的 GPS 衛星目前約有 27 顆在軌道上， 維持同時有 24 顆 GPS 衛星運作(圖 1.1)，在不妨礙美國安全的情 況下，開放給全世界大眾使用。雖然歐盟、俄羅斯、日本、中國 大陸皆有獨自發射高精度 GPS 衛星的計畫，目前台灣普遍使用的 為美國的 GPS 衛星訊號。GPS 以三維空間的定位方式測定地面位

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置，利用衛星通訊將接收器的位置顯示於地圖中，透過衛星導航 系統，協助使用者找出物體精確方位。一般來說，定位精確度可 以達到 10 公尺至 15 公尺以內。 GPS 的應用領域非常廣泛，最常見的大概就是結合電子地圖 的導航應用，包含了汽車導航、船舶與飛機進場的導航，還有個 人的旅遊與野外活動導航。此外在戰爭新聞常看到的導彈武器， 都充分應用了 GPS 的定位功能。在工程探勘領域，GPS 也被應用 於道路、橋樑、隧道的施工等。在防盜、保全應用上，GPS 更常 與電子通信設備整合，運用於汽車防盜、兒童及特殊人群防走失 系統的開發上。此外，GPS 衛星上都裝設有高精密的時鐘，常作 為天文台、電視台或其他通訊基地台的時間校準使用。

圖 1.1

在實際操作 GPS 軌跡記錄器或相關儀器設備之前，對於 GPS 使用上的特點、限制以及時區(格林威治時間)、座標系統的概念 必需有清楚的理解。

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(1) GPS 的特點與限制 一般來說 GPS 的收訊不受任何天氣影響，具有全天候的特點； 且隨時有 24 顆以上衛星以 6 個軌道在地球上空運行，覆蓋率高達 98%；且 GPS 不僅可以三維定位(經緯度+高度)，同時也兼具定速、 定時的功能。若是單純的接收機器，如一般的 GPS 軌跡記錄器， 接收過程使用者端不會發出訊號，不至於干擾其他電子通訊器材。 然而 GPS 的訊號(不考慮其他的輔助通訊設備，如大哥大基地台的 配合)則有兩大明顯的限制: A. 訊號強度微弱:衛星所傳送的訊號相當微弱，不像一般通訊 無線電或大哥大等可在室內使用或收到訊號。 B. 訊號易受干擾:GPS 訊號類似無線電波，會干擾無線電訊號 強度的因素也會影響 GPS 訊號，如地形、高建築的遮蔽、高 壓電塔干擾、大氣干擾(電離層、對流層)。 (2) 時區與座標系統 GPS 除了空間定位資訊之外，“時間”資訊的記錄則是其另 一重點，但由於 GPS 衛星涵蓋全球，接收端在操作時得注意時區 的設定問題。世界各國的時區劃分主要以英國格林威治天文臺為 基準，又稱為格林威治時間(Greenwich Mean Time, GMT)，全世 界區分為 24 個時區。由於 GPS 相關器材多有時區設定的功能，使 用者不須了解時區換算的細節，僅需知道各國或地區所在的時區 即可。台灣的時區為 GMT+8。 GPS 定位的結果常需配合電子地圖判讀，不同圖層的空間資 訊若要精準的套疊(例如上一層為 GPS 軌跡，下一層為地形圖)， 就得有清楚的座標投影系統。目前國際通用的座摽系統為“世界 測量座標系統” （World Geodetic system,WGS84）是廣泛被 GPS 製造廠商所使用的座標系統，也跟 民眾常用的 Google 地圖或 Google 地球圖資的座標系統相同。因此，大多數的 GPS 軌跡資訊

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不需調整座標系統即可輕易的跟網路上的免費電子地圖套疊使用。 然而，若將 GPS 的座標資訊跟傳統紙張地圖對照使用時，就得弄 清楚台灣常用的座標系統為何了。一般來說，臺灣常用的座標系 統除了 WGS84 之外，另有以下兩套: ：台灣早期以埔里虎仔山為基準 A.台灣大地基準 1967（TWD67） 點所製作專為台灣設計的座標系統。 B.台灣大地基準 1997（TWD97） ：採用全球的座標系統，雖然基 準點與 WGS84 不大一致，小區域內的座標幾乎與 WGS84 相同， 若在區域範圍較大的地方使用時仍需注意系統轉換問題。 因此，使用者若與將 GPS 軌跡記錄器與早期使用 TWD967 的地 圖搭配使用時，就得特別留意座標轉換的問題。曾經有新聞報導 過山區搜救過程因為遭難者與搜救隊員使用的座標系統不同，導 致找不到救援地點而延誤送醫的遺憾發生。表 1-1 以研究者使用 不同座標系統的傳統地圖為例，說明目的地 GPS 座標定點在不同 座標系統下的距離誤差。倘若沒有校對號座標系統，兩者間的距 離在 X 軸方向將有 828 公尺的位移，在 Y 軸方向則有 207 公尺的 誤差。 表 1-1

目的地的 GPS 座標

研究者使用之地圖

正確位置

WGS84

WGS84

地圖的 X,Y

WGS84

TWD67

X-828m, Y+207m

TWD67

WGS84

X+828m,Y-207m

TWD67

TWD67

地圖的 X,Y

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1-2.GPS 軌跡記錄器基本操作 市面上 GPS 軌跡記錄器款式眾多，使用方法差異不大。本單元 所採用的 Wintec WPL-2000 機型為 USB 界面隨插即用，且免安裝 驅動程式或相關軟體，直接以 HTML 檔案結合 Google 地圖瀏覽記 錄檔案。此外，記錄容量大，操作簡便，且有 LCD 螢幕可讀取座 標以及相關資訊。檔案輸出格式眾多，加值空間大。以下分別就 WPL-2000 的外觀功能鍵，以及內建的 Wintool 軟體作基本操作與 功能設定介紹。 (1) WPL-2000 外觀功能鍵說明 WPL-2000 外觀如一 MP3 隨身碟，左側為 USB 接頭，右側為 GPS 天線，機身側邊有三個按鍵，分別為電源鍵、功能鍵與軌跡鍵(圖 1.2)。

圖 1.2

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使用時必須先至戶外空曠處，按下電源鍵 3 秒後即可開啟或關 閉機器。開啟後等待 GPS 衛星定位，待 LCD 螢幕的右上方出現“FIX” 文字(圖 1.3)，即表示完成衛星搜尋，已自動啟動軌跡記錄功能。 一般來說，GPS 軌跡記錄器約 1 分鐘就可以開始定位，然而本次 開機地點倘若離上次使用地點距離較遠時，將會花較多時間定位。 正常情況下 3 分鐘以內應該都可完成定位。

圖 1.3

(1)軌跡鍵的使用:定位完成後，輕按軌跡鍵，LCD 螢幕將出現 “PUSH”字樣(原 FIX 出現處)，表示已標示一特定軌跡點；長 按軌跡鍵約 3 秒鐘，螢幕將出現 “New”字樣，表示系統已重 新記錄一新軌跡路線。 (2)電源鍵的使用:開機後，反覆按壓電源鍵將照以下順序顯示所 記錄的 GPS 相關資訊:高度及速度累計里程總累計時間 平均時速經緯度時間(時,分,秒)。使用者可在戶外使用期 間隨時檢視所記錄的相關資訊。另外，當畫面顯示累計里程數 時，輕按功能鍵則可清除里程記錄。 (3)功能鍵的使用:開機後按下功能鍵 3 秒可進入設定模式，設定 模式中每按一下功能鍵即可於 4 選單進行選擇，按下軌跡鍵即 可選擇進入:記錄模式 省電模式 記憶體容量查詢 時 區設定。 WPL-2000 使用兩顆 4 號電池，打開機身反面被蓋即可安裝， 連續使用的情況下，可供電約 18 小時。使用前請留意電量是否充 足，倘若 LCD 螢幕右下方出現電池的符號，即應盡速更換電池。

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(2) WinTool 軟體基本設定 將 WPL-2000 的 USB 接頭插入電腦後，電腦將自動啟動軌跡記 錄器內的 WinTool 軟體，此時視窗的右下角工具列選單 中將出現的圖樣。用滑鼠快速點擊兩下即可啟動 WinTool 軟體。 倘若電腦未自動出現 Wintool 工具的選單(防毒軟體阻擋或系統 安全性設定較高)，開啟“我的電腦”後即可發現 WPL-2000 以類 似 USB 隨身碟的方式出現在硬體選單中，再用滑鼠快速點擊兩次 後，就會在視窗右下角出現 Wintool 軟體的小圖樣。 啟動 Wintool 後，將直接進入軌跡資料畫面(圖 1.4)，軌跡 檔案的判讀與轉換本單元將於第二章說明。接下來讓我們進行 “裝置設定”、“記錄模式”、 “GPS 設定”的基本設定。

圖 1.4

A. 裝置設定:在裝置設定選單中，可設定系統單位、密碼、LCD 對比、時區，以及省電模式。此畫面中最重要的是裝置時區的 設定，務必在該欄位選澤臺灣的 GMT 時區:+8。

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圖 1.5

B. 記錄模式: 記錄模式的選單中可以設定 data log 的模式，可 分為步行、自行車、汽車以及使用者定義四種選項。建議選擇 “使用者定義”以明確的時間間隔(ex:每五秒鐘記錄一點)的 方式記錄。使用者搭乘的交通工具若時速有可能超過 100 公里， 請記得在下方的有效記錄速度範圍中修改最高時速。

圖 1.6

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C. GPS 設定:GPS 設定選單提供衛星接收的精準度設定，可分為高 精準度、中精準度、中等定位速度、快速定位速度、原廠設定 及使用者自行定義。除非有特殊的精度或定位速度的需求，建 議選擇原廠設定即可。

圖 1.7

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實作 1 GPS 軌跡記錄器野外實察(校園巡禮) (1) 學習目的 以 30 分鐘左右的校園巡禮作為 GPS 軌跡記錄器的戶外練習主 題，運用 1-1 與 1-2 所學習到的知識與技巧，熟悉 GPS 軌跡記錄器 的操作，驗證 GPS 資料的精度以及實地調查可能遇到的各種問題。

(2) 使用設備、軟體 Wintec WPL-2000 GPS 軌跡記錄器、數位相機、有上網環境 的電腦設備。

(3) 實驗步驟 步驟 1：Google Map 實察路線草擬 在室內電腦教室，開啟 Google 地圖，規劃等會戶外實作的路線， 選定 3 到 5 個可在 Google 衛星影像中明確辨識出來的地標(如校 門口、研究大樓屋頂、大榕樹..等)。 步驟 2: GPS 軌跡記錄器行前準備 設定 GPS 軌跡記錄器的時區、記錄模式，更新電池或確認電池電 量是否足夠。在戶外啟動 GPS 軌跡記錄器，確定收到衛星訊號後， 將手邊的數位相機依照 GPS 軌跡記錄器上的時間顯示校準。 步驟 3: GPS 軌跡記錄器戶外實作 依照先前在 Google 地圖草擬的實察路線實地踏查: A.途中選澤適當的景點拍攝 10 張以內的照片。 B.另外選澤 3-5 個地標(不要跟照片拍攝位置重複)，按下軌跡記 錄器的 Puch 軌跡點。 C.選擇一最容易在 Google 衛星影像中辨識的地標，現場抄錄軌跡 記錄器 LCD 螢幕上的經緯座標。 上列 A,B,C 的成果，將於下一章引導學生用這次實地記錄的資料 學習。

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(4) 問題討論 A. 請討論 GPS 軌跡記錄器使用上的限制為何?

B. 將數位相機與 GPS 軌跡記錄器上的時間校準的理由是?

C. 除了畫面右上方顯示 FIX 之外，如何確認 GPS 裝置已經收到衛 星訊號?

D. 將現場抄錄的經緯座標輸入 Google 地圖中查詢，比較該座標顯 示的位置跟 Google 衛星影像中的地標點誤差約幾公尺(Google 地圖左下方有比例尺可供參考)?

E. 作為田野調查的記錄工具，你認為 GPS 軌跡記錄器是否能滿足 你的需求?或尚有哪些不足的地方?

補充參考資料 [1].WPL-2000 官方網站使用手冊, http://gps.wintec.tw/download/WPL2000_CN.pdf [2].上河文化出版社，大地座標漫談: http://www.sunriver.com.tw/grid_tm2.htm

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第二章

GPS 軌跡解讀與照片定位

許多人可能以為 GPS 軌跡記錄器主要用來定位擷取經緯度座 標，其他就只是配合地圖作導航罷了。這是多數人對於軌跡資訊 內容的普遍印象，倘若只是要擷取地標點的經緯度座標，使用 Google 地圖配合滑鼠游標就可輕易取得衛星影像中特定地點的 座標，不見得需要大老遠的跑到田野現場去定位。僅管如此，有 些地點是無法直接從 Google 地圖或衛星影像中判別出來的。例如 體積較小不易從影像辨識的石碑古蹟、掩蓋在山林古道裡的歷史 遺址，甚至是已消失在農田裡的舊糖廠鐵道等。GPS 軌跡記錄器 不但是田野調查的利器，其所記錄的軌跡資訊內容多元，並非只 有單純的經緯度座標，而且這些資訊內容還有相當大的加值應用 空間呢! 本章首先將簡介運用 GPS 軌跡記錄器實地進行田野訪查可獲 取的資料類型，除了經緯度、尚有高度、速率、方向、路線的累 積里程、累積時間等詳細的資訊。接下來將介紹數位相機在田野 現場拍攝的照片如何配合 GPS 軌跡資訊進行空間的定位，並發佈 在網路地圖上。

2-1.GPS 軌跡資訊的解讀 本單元所使用的 WPL-2000 GPS 軌跡記錄器的資料讀取界面為 HTML 格式，內嵌有 Google 地圖及軌跡資訊的索引視窗。使用者 不需安裝任何軟體或驅動程式，僅需將軌跡記錄器的 USB 接頭插 入電腦，將直接彈跳出此內含 GPS 軌跡資訊 HTML 檔案。

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圖 2.1

(1) HTML 視窗介面的 GPS 軌跡資訊判讀 HTML 視窗畫面的右上方可利用下拉式選單，選擇想要瀏覽 的軌跡，例如圖 2.2 顯示的這台 GPS 軌跡記錄器共有 75 條軌跡， 已記錄了 30806 個軌跡點，目前瀏覽的軌跡是 2011 年 4 月 25 日 上午 8:01:11 開始記錄的軌跡，該次共記錄 2314 個軌跡點，總時 間為 4 小時 20 分，總里程數為 24.76 公里。

圖 2.2

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接下來讓我們仔細觀察該次野外實察的所有軌跡點。倘若機 器設定每間隔 5 秒鐘就記錄一點，那軌跡點數量將非常的龐大， 也不易解讀。因此，我們可以在「軌跡點管理」的下拉式選單中， 設定每隔 10 點顯示一個軌跡點，來瀏覽這些全部的軌跡點位置。 由於左側視窗將以不同顏色作為各軌跡點的速率顯示圖例，我們 另外可設定軌跡線的顏色以及寬度，方便視覺上的辨識與比較。

圖 2.3

圖 2.4 為 HTML 視窗所顯示的軌跡地圖，藍色線為實地考察的 路線，沿途的三角箭頭為當時行進的方向，各箭頭的顏色則可比 對左下角的圖例，顯示為該點的速率。再從軌跡點管理的下拉式 選單中，選擇“顯示 PushLOG”，在軌跡地圖就會出現以星號表 示的 PUSH 軌跡點。

圖 2.4

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圖 2.5

(2) GPS 軌跡資訊的轉換與儲存 檔案的儲存與備份是應用軟體操作的重要流程，由於 WPL2000 的操作軟體內建在機器中，GPS 軌跡檔案更需留意是否有 正確儲存與備份。操作過程必須回到 Win_Tool 的軟體環境，只要 啟動過 Win_tool 軟體工具，系統會自動在電腦的 “我的文件夾” 中建立一個“EASY_SHOWILY_LOG_DATA”的資料夾，以 Back_Up_ 詳細日期.tes 的格式自動幫你將檔案備份在電腦中。日後只要使 用任何一台 WPL2000 的軌跡記錄器，即可開啟此軌跡備份檔(圖 2.6)。

圖 2.6

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儘管如此， GPS 檔案的儲存最基本的還是在 Win_tool 軟體 中，依照使用者的需求，直接將軌跡檔案轉換成特定格式的檔案， 例如 Google 地球的 KML 檔、EXCEL 的 CSV 檔，或專業 GPS 軟體常 用的.GPX 檔(圖 2.7)。使用者僅需對著轉換後的檔案，用滑鼠右 鍵點擊該檔名即可另存檔案。視窗的右下方有清除 LOG 選項，需 謹慎處理，別不小心把所有檔案都刪除了。 筆者建議使用者可先把 GPS 軌跡轉換為 EXCEL(*.csv)檔來觀 察一下 GPS 軌跡記錄器可記錄的空間資訊。如表 2-1 所示，GPS 檔案清單中，依序記錄了各軌跡點的順序、緯度、經度、高度、 時間、離起點距離、離終點距離、航向、速率等資訊。值得留意 的是，該高度不見得是水平高度資料，是依照地球橢圓體計算出 來的相對高度；航向的數字為 0-359，其中 0 代表正北、90 代表 正東、180 代表正南、270 表示朝西行進。這些詳細資訊可供使用 者可進一步作其他的加值應用或進階的分析。

圖 2.7

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表 2-1 Order Latitude Longitude Elevation

順序

緯度

經度

Date Created

高度

時間

Distanc Distanc e from e from Bearing Speed Start Last

起點

終點

距離

距離

0

航向

速度

0

0

0

1

24.63635 121.7921

102

05/22/2011 08:54:02 AM

2

24.63636 121.7922

105

05/22/2011 08:54:07 AM 0.008

0.008

262

5.64

3

24.63637 121.7922

105

05/22/2011 08:54:12 AM

0.01

0.002

134

1.29

4

24.63638 121.7922

105

05/22/2011 08:54:17 AM 0.011

0.001

180

0.64

5

24.63638 121.7922

106

05/22/2011 08:54:22 AM 0.012

0.001

98

0.94

6

24.63628 121.7922

97

05/22/2011 08:54:34 AM 0.024

0.012

19

3.51

7

24.63609 121.7921

77

05/22/2011 08:54:39 AM 0.045

0.021

3

15.26

121.7921

58

05/22/2011 08:54:56 AM 0.054

0.01

0

2.03

9

24.63597 121.7921

52

05/22/2011 08:55:06 AM 0.058

0.004

0

1.28

10

24.63597 121.7922

50

05/22/2011 08:55:11 AM 0.059

0.001

270

0.93

11

24.63593 121.7922

43

05/22/2011 08:55:41 AM 0.063

0.004

342

0.51

12

24.63592 121.7922

42

05/22/2011 08:55:46 AM 0.065

0.002

305

1.13

13

24.63593 121.7922

42

05/22/2011 08:55:51 AM 0.066

0.001

248

1.01

14

24.63596 121.7922

41

05/22/2011 08:56:01 AM

0.07

0.004

161

1.42

15

24.63599 121.7922

41

05/22/2011 08:56:10 AM 0.073

0.003

153

1.12

8

24.636

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2-2.GPS 軌跡與照片定位 由於 GPS 規律的將實察過程的地點與時間作了詳細的記錄， 使用者利用數位相機在行程中所拍攝的照片便可參考這些軌跡點 的“時間”資訊，進一步作空間座標的定位。事實上，坊間許多的 GPS 軌跡記錄器主要就是為了作數位照片的定位與相簿地圖而設 計。隨著 GPS 計數的廣泛應用，目前已有多款內建 GPS 定位的數 位相機問世，甚至許多智慧型手機也自動的幫手機拍攝的照片加 入經緯座標的基礎資料。雖然已經有這麼多協助照片自動定位的 工具，GPS 軌跡記錄器與數位照片的的整合應用，今日反而成為 GPS 應用教學與照片定位原理的絕佳教材。 首先讓我們先來了解，為什麼數位照片可以加入空間座標的 資訊。這是因為每張數位照片都內建有照片屬性的詮釋資料檔， 稱之為 EXIF(（Exchangeable image file format）檔案。這檔 案格式最初由日本電子工業發展協會於 1996 年制定，目前普遍使 用的為 EXIF2.2 版本。使用者僅需在 windows 中用滑鼠右鍵點選 數位照片，在下拉選單中選擇最下方的“內容”選單，即可在照 片“摘要”中瀏覽詳細的照片 EXIF 檔。EXIF 檔案中的拍照日期， 就是用來與 GPS 軌跡記錄器的軌跡點時間比對，從中取得座標資 訊的主要參考依據(圖 2.8)。

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圖 2.8

因此，若要利用 GPS 軌跡記錄器來協助數位相機的照片作空 間定位，得先將相機的時間設定，依照 GPS 軌跡記錄器的時區及 時間作精確的校對才行。接下來讓我們利用 GPS 軌跡記錄器內建 的 Win_Tool 工具，進行照片的空間定位以及相片軌跡地圖的製 作。 (1) 數位照片的空間定位 一般來說，田野調查常會拍攝大量的數位照片，其中包括許 多同一地點的重複照片。為避免定位後的照片在同一地點上的重 複套疊，建議使用者先進行照片的篩選，每一拍攝地點挑選最具 代表性的照片來進行空間定位即可。

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接 下 來 請 開 啟 Win_tool 工 具 ， 選 澤 上 方 工 具 選 單 中 Additional_Tool 的 Geotagging/Report 的選項(圖 2.9)。在 Geotagging 視窗右上方的下拉式選單中，選出要跟數位照片定位 使用的軌跡，勾選下方的“顯示縮圖”等功能選單。之後，點擊 選入 JPEG 相片，指定照片存放的路徑資料夾，即可開始進行照片 定位。

圖 2.9

圖 2.10

圖 2.10 為匯入 JPEG 照片進行 GPS 定位的視窗畫面。倘若畫 面中的經度、緯度欄位為空白，通常就是相機與軌跡記錄器的時 間設定不同，或者是未選對符合拍攝時間的軌跡。在此特別再提 醒一次，軌跡與照片的定位，須依賴<時間>的屬性進行定位，因 此野外實查出發前，務必為了要將軌跡記錄器的時間與相機的時 間調成一致。

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圖 2.11

用滑鼠右鍵點擊已定位照片的縮圖，可在彈跳選單中選澤刪 除此照片、瀏覽照片位置，以及加入對這張照片的文字描述資訊。 倘若因為操作或其它因素，該照片無法取得空間座標資訊，在此 視窗中另可選擇手動訂位的選項(在文字描述功能選項的下方，選 擇 Manual Geotagging)，此時系統會照圖 2.11 右側視窗 Google 地圖中的地標點位置，將該經緯座標提供給指定照片。因此，要 進行照片的手動定位之前，請記得先在右側 Google 地圖中找出該 拍照的位置地點。

圖 2.12

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(2) 相片軌跡地圖的製作 依照上述流程，將照片進行完經緯度的空間定位後，即可開 始製作相片軌跡地圖。Win_tool 中的相片軌跡地圖可分別儲存為 Google Map 與 Google Earth 兩種檔案格式，分別說明如下： A. Google 地圖的相片軌跡地圖 首先，選擇你所需的照片顯示尺寸(建議選擇 240，不要選擇 太大的尺寸)，接著進行地圖類型選擇，在這裡我們先選擇 Google Map 的檔案格式，按下相片軌跡地圖之按鈕，即可在右側的對話 視窗中出現 PTGM_日期.html 檔案。用滑鼠右鍵點擊該檔案，即可 將 Google Map 相片軌跡地圖以 ZIP 格式儲存，解壓縮後即可瀏覽 動態的軌跡照片地圖(圖 2.14)。(倘若要將此相片軌跡地圖發佈 在網頁，則另需申請該網址的 Google Maps API Key，後續的章 節會進一步說明。)

圖 2.13

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圖 2.14

此相片軌跡地圖檔案為一可依照時間序列動態播放的 HTML 檔案。使用者除了可選擇不同的底圖、查詢各照片的詳細資訊外， 最特別的是可利用右上方的播放選單，結合照片與地圖進行動態 的遊程導覽。 (2) Google 地球的相片軌跡地圖 同上述 Google 地圖相片軌跡地圖的操作步驟，首先選擇你 所需的照片顯示尺寸(建議選擇 240，不要選擇太大的尺寸)，接 著進行地圖類型選擇，在這裡我們先選擇 Google Earth 的檔案格 式，按下相片軌跡地圖之按鈕，即可在右側的對話視窗中出現 PTGE_日期.html 檔案。用滑鼠右鍵點擊該檔案，即可將 Google 地 球的相片軌跡地圖以 KMZ 格式儲存，解壓縮後即可瀏覽該軌跡地 圖檔案(圖 2.16)。

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圖 2.15

圖 2.16

(3) GPS 軌跡報告 製作完相片軌跡地圖後，可進一步利用同一視窗功能選單中 的的「製作報告」功能(圖 2.17)，產生各種 GPS 軌跡資訊的交叉 比對折線圖，例如田野調查各時間點與速度、高度、方向、距離 比較的折線圖，以及各里程點的速度、高度、方向、距離的比較(圖 2-18)。最後，使用者僅需在該 Win_tool 視窗的右上角點擊「產 生報告」 ，即可以 HTML 網頁格式，瀏覽完整的相片軌跡地圖+軌跡 基本資訊+各比較折線圖的報告畫面(圖 2.19)。

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圖 2.17

圖 2.18

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圖 2.19

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實作 2 GPS 軌跡與照片定位實作 (1) 學習目的 運用本章 2.1 與 2.2 所學習到的 GPS 軌跡記錄器相關知識與操 作技巧，選擇一實察地點，規劃一個與地方文史相關的主題(Ex 自 行車道沿線景點老導覽、歷史老街散步..等)，利用 WPL-2000 軌跡 記錄器實地考察並拍攝照片，將成果製作成 Google Map 介面的相 片軌跡地圖。

(2) 使用設備、軟體 Wintec WPL-2000 GPS 軌跡記錄器、數位相機、有上網環境 的電腦設備

(3) 實驗步驟 步驟 1：GPS 軌跡檔案的解讀 將實察的 GPS 軌跡檔案儲存為不同的資料格式(如 EXCEL、Google Map、Google Earth)，配合電子地圖解讀本次實察的地理特色與 行程經過。 步驟 2: 實察相片軌跡地圖製作 運用本章學習的方法，進行數位照片與軌跡的空間定位。製作過 程需留意版面瀏覽的流暢性與可讀性(照片必須經過篩選、圖片不 可過大)。最後產出以 Google map 為底圖的相片軌跡地圖 HTML 檔 案。 步驟 3: 產生軌跡報告 運用本章學習到的方法，製作同時結合相片軌跡地圖+軌跡基本資 訊+各種比較折線圖的報告成果檔(HTML 格式)。

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(4) 問題討論 A. 實際操作過程中，相片若無法跟軌跡定位，可能會是哪些原因? 除了本章介紹的手動定位外，是否有其他補救的方法?

B. 你要如何利用本次實作的“相片軌跡地圖”，進行田野實察的 上台報告?這跟過去使用 PPT 簡報又有何不同?

C. 你對於“相片軌跡地圖”在文史導覽應用是否有其他的想像?

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第三章

GPS 軌跡與地方歷史空間探索

隨著網路電子地圖與相關應用軟體的普及，一般非地理資訊 專業者都可輕易運用這些新一代的資訊技術與網路免費工具來操 作分享自己的旅遊行程記錄，如上一章所介紹將照片與 GPS 軌跡 鑲嵌，以及在網路上發佈相簿地圖等等。因此有學者就以「新地 理學 (Neogeography)」來解釋這樣的發展。用此概念對比過去傳 統訓練有素的地理資訊人員利用 GIS 操作、專業繪圖，跟現在的 線上地圖應用的差異。這也說明了地理資料的生產，將不再只由 專業的製圖與測量人員來掌握。如今，隨著 GPS 商業應用、網路 電子地圖的加值、個人部落格的普及，許多非專業地理資訊專業 的市井小民都可透過這新的網路技術生產各類型地理資訊，並在 這些開放平台上相互合作與分享。 在上述的概念背景下，本章節將分別從「空間」與「時間」 的角度，介紹如何將 GPS 的軌跡，配合當下的免費電子地圖工具 與數位典藏資源，進行深入的地方歷史空間探索。所謂「歷史空 間」一詞，根據陳財發(2007)在<宜蘭縣歷史空間保育發展之研究 >的解釋，歷史空間係指人與歷史交會之「所在」，也是人間、時 間、空間整合起來的共同體，更是兼具社會性、經濟性、文化性 與自然性等複合性的空間。若從文化資產的角度接入，歷史空間 是指具有文化、藝術、科學及其他等歷史價值之特定空間，其具 體內容可涵蓋法定的古蹟、歷史建築、聚落、遺址、文化景觀及 非法定的老地名、紀念物、閒置空間等範疇。具體來說，歷史空 間的特質是一個可見、可觸、可及的實體歷史，置身其間會有強 烈的臨場感與參與感，也有穿梭時空隧道的空間感、有印證史實 和歷史事件的體認以及回歸鄉土的認同感。 實地的野外考察過程中，往往會發現該歷史空間場域的殘跡 已不復存在，或者該歷史空間必須串連其他的地景、路線才能拼 湊出完整的時空故事。在具體的操作上，讓我們首先藉由 Google

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地球的虛擬地球飛覽的空間，利用不同的視角沿著 GPS 軌跡路線 重建歷史空間的動態過程；接下來利用中研院臺灣百年歷史地圖 系統，讓我們從不同歷史階段的地圖套疊中，揭開歷史空間的地 層，體驗穿梭時空的鄉土人文地理脈絡。

3-1.GPS 軌跡的 Google 地球飛覽 接下來，讓我們以羅東森林鐵道考察為例，在 Google 地球 中飛覽這條已經不存在地圖上的鐵道路線。日治時期為了日人為 了開採太平山的森林資源，於 1924 年完成了林木運送的鐵道，分 為山地段與平地段，其中平地段從土場到竹林共十個車站，加掛 客運車廂兼 具人員運送的功能，稱之為"羅東森林鐵道。1979 年 全線停運後，在歲月消磨下這些鐵道已消失在現今的地圖上，然 而這段歷史與森林鐵道的發展歷程卻深深影響了日後三星與羅東 地區的區域發展。 首先我們先從 WPL-2000 GPS 軌跡記錄器的 Win Tool 中轉存 檔案為 Google 地球的 KML 檔(圖 3.1,圖 3.2)，選擇目標檔案以 Google 地球開啟。

圖 3.2 圖 3.1

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將轉存為 KML 格式的軌跡檔案開啟後，檔案會以數個圖層的方 式套疊在 Google 地球左側的暫存位置欄中，如圖 3.3 所示。

圖 3.3

暫存位置中每個資料夾內皆有不同的 GPS 軌跡資訊如下:    

Speed Bar :速率圖例，以不同顏色區分軌跡路線的速率 Track :使用者記錄的 GPS 軌跡路線 Push_log_Point: 使用者自行記錄的 GPS 軌跡點 Track Point:軌跡路徑內的所有的軌跡點(ex 每五秒紀

 

錄一點) Speed_track(km/h): 以顏色呈現速率的軌跡路線 Journey_posts:以每公里為間隔的里程點

上述的軌跡資訊若能妥善交叉比對運用，將有助於行程的規 劃以及後續的加值應用。以下分別介紹 GPS 軌跡資訊在 Google 地球瀏覽的四種應用類型，以及運用 Google 地球的飛覽功能作虛 擬實境的行程體驗。

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(1) GPS 軌跡資訊的整合應用 GPS 軌跡資訊在 Google 地球的整合應用，最基本的大概有以 下四大類型，包括:A.實察路線與速率之顯示、B.實察路線與里程 之顯示、C.實察路線與重要地標點之對照、D.實察地點與 Google 街景之查詢。 A. 實察路線與速率之顯示:僅選擇速率(Speed_TracK)資料夾的 軌跡，可透過不同顏色的顯示了解行程中各區段的行進速 率。

圖 3.4

B. 實察路線與里程之顯示:僅選擇 Track 資料夾的軌跡線，配合 Journey Posts 的里程點，可顯示實察過程每行經 1 公里的里 程位置點。

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圖 3.5

C. 實察路線與重要地標點之對照:選擇 Track 的軌跡線與 Push_Log_Point 的定位點資訊，可顯示每個定位點的地標與 空間屬性。使用者可進一步利用 Google 地球的地標編輯功能， 修改地標名稱並增加文字內容。

圖 3.6

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D. 實察地點與 Google 街景之查詢:利用 Google 地球所提供的「街 景服務」功能，將視窗右上角的小金人拖曳至地標點或軌跡路 線上，即可顯示 Google 公司近期拍攝的街景照片(注意，部分 較小巷弄或山區可能尚未建立街景資料)

圖 3.7

圖 3.8

(2)「播放遊覽」功能的使用 GPS 軌跡資訊轉換為 Google 地球內的「地標點」及「軌跡線」 後，即可利用 Google 地球內的「播放遊覽」功能，進行三度空間 的虛擬實境飛覽。然而，為求適當的飛覽高度與視角，使用者必 須進入工具選單的選項設定，反覆進行遊覽功能中「相機高度及 傾斜角」的調整(圖 3.9)。

圖 3.9

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如果小區域範圍的遊覽，通常相機傾斜角可設定較高(接近 90 度)，相機範圍可以設的比較低(500 公尺以內)。其他關於速度、 停留秒數等就看使用者的需求調整。一般而言，軌跡的播放遊覽 可以分為兩種方式，一種是直接使用軌跡線，沿著路線飛覽；另 一種則是利用軌跡點的串連，沿著軌跡點的順序以跳躍的方式飛 覽。 A. 沿軌跡路線飛覽:在軌跡路徑的資料夾，用滑鼠選擇軌跡路線 檔案後，視窗下方將出現一個播放按鈕，點擊該播放鈕後即可 進行飛覽。(注意:飛覽高度及視角、速度等需反覆利用上述的 遊覽選項工具重新設定，以調整到最適合的瀏覽模式。)

圖 3.10

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圖 3.11

B. 沿軌跡點順序飛覽:請先在軌跡點資料夾(Push_Log_Point)中， 編輯每個軌跡點(重新命名、設定顏色、地標圖例)，並利用瀏 覽視窗設定好檢視的基本資訊(高度、範圍、傾斜角等)。最後 用滑鼠選擇 Push_Log_Point 資料夾後，點擊右下方的播放鍵 (圖 3.12 紅框部分)即可進行飛覽。

圖 3.12

圖 3.13

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圖 3.14

3-2.台灣百年歷史地圖的歷史空間探索 上一節我們已經能夠將 GPS 軌跡檔案轉存為 Google 地球的 KML 檔案，在 Google 的虛擬地球視窗中編輯軌跡點、進行三度空 間的飛覽。接下來讓我們從「時間軸」的角度，藉由不同歷史階 段的基本圖，揭開時間的地層，探索 GPS 軌跡沿線的歷史空間。 中研院多年來從事歷史地圖與遙測影像數位典藏計畫已有豐 碩成果，2009 年底整合日治時期地形圖與戰後經建版地形圖等近 十套基本地圖，運用 Google Map 底圖資源，打造出「台灣百年歷 史地圖」查詢檢索平台。使用者只需要一台可以上網的電腦，不 用安裝任何軟體或外掛程式，即可瀏覽並套疊不同時期的基本圖， 並有簡易的距離量測、點線面繪圖以及 KML 檔案上傳套疊的功 能。 本節將運用台灣百年歷史地圖系統可上傳 KML 檔案套疊的功 能，將轉換為在 Google 地球 KML 檔案的 GPS 軌跡上傳，利用不同 歷史地圖的圖層中進行歷史空間的探索。延續上一節 Google 地球

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的操作，使用者需將欲到套疊的軌跡線、地標點移至於相同的資 料夾，如圖 3.15 將 Track 檔案移至 Push_log 資料夾中，並將資 料夾更名為 Track&Push_Log 後，將位置另存為新的 KML 檔案(圖 3.16)。(注意必須要儲存為 KML 檔案，不可儲存為 KMZ 檔案，否 則台灣百年歷史地圖系統將無法讀取)

圖 3.15

圖 3.16

台灣百年歷史地圖網址為 http://gissrv4.sinica.edu.tw/gis/twhgis.aspx， 使用者亦可輕易用關鍵字檢索找到該網頁系統。首頁說明中就對 系統內的圖資與相關應用做了精要的介紹: 本系統是運用中央研 究院人社中心「地圖與遙測數位典藏計畫」所累積大量的台灣地

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圖資料，結合 Google 地圖介面，所建立一個全新的網站服務。地 形圖記載 了豐富的自然與人文地理資訊，是國土資源調查、區域 發展規劃、登山休閒等重要參考資料。過去紙張地圖，不但尺寸 大、圖幅數量多，且不同比例尺地圖之間要進 行比對時，過程也 十分繁複。這些地圖經過數位化之後，再利用 GIS 軟體進行坐標 定位後，就可以將一整套地形圖拼成一個單一圖層，使用起來就 方便很多了。透過本系統，使用者可以任意選取 2~3 個圖層進行 套疊，並各自設定不同的透明度，便能輕易地進行不同時期之間 地圖套疊與比對作業，掌握臺灣百年來環境變遷基本資訊。

圖 3.17

使用這樣的免費又簡便的地圖套疊工具，雖然是教學與研究 應用上的一大利器，但也提醒了我們在數位典藏地理資訊使用上 的重要課題:當一本傳統地圖集變成一個數位化的馬賽克鑲嵌拼 圖時，我們應該要注意什麼?

1. 圖例的判讀:姑且不論地圖圖例是否隨著時代演變發展出更 細緻的符號，或因為地圖出版年代差異而有不同的圖例，傳 統地圖經數位化後為了相互拼接，無可避免得將圖邊、圖幅

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說明或圖例切除，其最終產品常缺乏地圖解讀上的資訊。在 跨時期比對地理現象變遷時，如何有效的判讀各年代地圖的 圖例與地圖資訊，是重要的學習課題。 2. 每幅地圖的製作年代:早期地圖的測繪工作受限於技術與複 雜地形環境，基本圖的測繪往往得耗時數年甚至到十幾年。 涵蓋全台灣的單一套圖中，每張圖的測繪及製版年代都不相 同，常會發現比鄰的圖幅，繪製年代有相差數年甚至十年以 上的情況。儘管是同一套地圖，不同的圖幅，因製作年代的 差異常有資訊提供上的落差，解讀上需要加以留意。 3. 地圖繪製方法與目的:各時期出版的基本地圖集，皆有其獨特 的繪製目的及當時技術水準下的測繪標準。這些地圖集之間， 明顯會有基準點、量度單位、比例尺、地理元素的概括化等 差異。在套疊比較不同時期地圖時，最好配合其他文獻或地 理史料加以印證，畢竟地圖不若航空照片，是經人解讀並再 詮釋過後的產物。 對該系統及圖資有基本的認識後，我們就可以開始進行 GPS 軌跡檔案的上傳與套疊應用了。首先在台灣百年歷史地圖系統的 左側視窗中，選擇「圖層」「使用者」「Upload KML」(圖 3.18)。

圖 3.18

圖 3.19

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由於該系統是網頁介面，上傳的 KML 檔案必須以網址提供。使 用者若有自己的網路空間，可先將 KML 檔案上傳到該網路空間， 然後提供網址給系統的對話視窗載入。不過最簡便的方法還是點 擊 Upload KML，利用中研院提供的免費空間建立 KML 的上傳網址。 詳細的操作流程可點擊 Upload KML 旁的(?)，有詳細的操作影片 可供使用者參考。載入後的軌跡檔案(包含軌跡線與地標點)如圖 3.20 所示，將顯示在右側的地圖視窗中。

圖 3.20

圖 3.21

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接下來回到「圖層」「一般」的歷史地圖圖層選單中，挑 選適當的歷史地圖圖層(例如日治五萬分之一地形圖)，調整適當 的透明度，即可在右側視窗中進行軌跡與歷史地圖、現況圖資的 交叉比對(圖 3.22,3.23,3.24)。

圖 3.22

圖 3.23

圖 3.24

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使用者先利用 GPS 軌跡記錄器，實地踏查過田野現場後，在 今昔地圖的套疊過程中，跨越時空瀏覽地景的變遷，可更增進對 鄉土的認同與了解。在這過程中使用者即可體察新一代 GIS 的技 術使用與應用面向，活用相關史地知識。

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實作 3 GPS 軌跡與歷史空間探索實作 (1) 學習目的 運用本章 3-1 與 3-2 所學習到的 GPS 軌跡記錄器與 Google 地 球、台灣百年歷史地圖系統的相關知識與操作技巧，將上一個實作 所記錄的軌跡與歷史地圖套疊，選擇所記錄軌跡點、軌跡線中具代 表性的歷史空間進行討論。

(2) 使用設備、軟體 Wintec WPL-2000 GPS 軌跡記錄器、Google 地球、IE7.0 以 上、Firefox4.0 以上的瀏覽器或下載 Google 瀏覽器。

(3) 實驗步驟 步驟 1：GPS 軌跡點的編輯 將實察的 GPS 軌跡檔案儲存為 Google 地球的 KML 檔案，在 Google 地球中進行地標點的編輯與相關文字資訊的補充。 步驟 2: GPS 軌跡飛覽實作 運用本章學習的方法，在 Google 地球中建立 GPS 軌跡資料夾。調 整適當的飛覽高度、傾斜角等，利用記錄遊覽(或螢幕錄影)功能， 錄製飛覽過程(沿路線飛覽或沿地標點跳耀遊覽)。 步驟 3: GPS 軌跡與歷史地圖套疊應用 運用本章學習到的方法，將 GPS 軌跡編修、轉換為 KML 檔案，上 載至台灣百年歷史地圖，選擇適當的歷史地圖，進行跨越時空的 歷史空間探索。

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(5) 問題討論 A. 實際操作過程中，實察在道路行進中記錄的軌跡線並不一定會 跟衛星影像中的道路吻合? 可能會是哪些原因? 你是否可以藉 由 Google 地球修正這些軌跡路線?

B. 根據你的實作經驗，你的實察路線較適合使用沿軌跡路線飛覽 還是沿地標點跳耀遊覽展示? 為什麼?

C. 你對於“歷史地圖套疊”在 GPS 軌跡導覽應用是否有其他的想 像?

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國立東華大學「人文數位與 GIS 學程」實作教材