地理资讯应用观点的数值地形交换档

1、地理資訊應用觀點的數值地形交換檔林峰田 國立台灣大學建築與城鄉研究所所長兼教授、何燦群 國立台灣大學建築與城鄉研究所技士、呂英誠 國立台灣大學建築與城鄉研究所研究助理國立台灣大學建築與城鄉研究所台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。隨著地理資訊系統技術的普及化，各主要都市莫不紛紛建置其數值地形圖。內政部為了達成資料共用共享之目標，乃於民國87年訂定數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、法充分發揮該交換格式之潛在效益。本文以台北市數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之都市規劃空間分析作業，並可供其他縣市之參考。一、前言我國推動數值地形測量工作，已有十餘年。早在民國八十年代末，台北市政府率先利用此一技術，建置1/1000數值地形圖。當時雖已有地理資訊系統之概念，然因台北市政府乃我國首次試行此一方式之都市，作業難免有所不盡理想之處，當時所完成之數值地形圖檔，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，逐步將之修正調整(李國基，2001)。後來的台中市(楊龍士等，2000；蔡青宏，張恭湖，2001)、高雄市(黃重誠，2001)、嘉義市，在此一經驗上，逐步修正，使之愈趨完善。另一方面，內政部亦於民國87年公佈數值地形圖標準交換格式(SEF)及地形資料編碼表，除統一地形圖測製作業外，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空間分析處理之可能(內政部1998a,b)。然而，內政部公佈之SEF格式，僅係語法之規定，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。以台北市為例，吾人發現，內含中庭之建築被拆成二筆無關聯之面資料

4、錄；道路路名以註記方式貯存，而無法與路網圖形資料連結。又，數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，再予規範。本文第二節將簡要回顧內政部公佈之數值地形圖標準交換格式，第三節以台北市的數值地形圖為例，說明供地理空間分析使用時，目前作業方式所存在的問題，第四節以三個實例，說明潛在的應用，第五節做一簡單結論。二、內政部數值地形圖標準交換格式（SEF）簡介地形圖是國土資源規劃管理的重要基本依據，描述河川、建物、道路、農田、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；在數值地形圖中，與之對應的，稱之為物件(object)。數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(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。內政部數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，並以一個圖幅結束資料錄為結束。在圖層索引資料錄與圖幅結束資料錄之間，可以有無限多個其他種類之資料錄以任意順序混合排列(由測圖產生)或經排序(由資料庫產生)。通常之數值地形圖，包含點、線、面、註記等四種圖形資料錄；而數值地形模型則包含三種數值地形資料錄。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數值地型隨機點資料錄PT點圖形資料錄TB數值地型地形斷線資料錄LN線圖形資料錄TG網格式數值資料錄PG面圖形資料錄99圖幅結束資料錄01圖幅描述資料錄 資料來源：內政部(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字元為連續欄。長度超過80字元之資料錄則切成數個連續排列之實體資料錄，並於連續欄填入1表示有連續記錄存在，若無連續記錄存在則連續欄應填0。安排於每一個資料錄的80個字元的位置，當其值為0，代表該資料錄已結束，當其值為1，則表示下一個資料錄為連續資料錄。若規劃之資料錄及連續資料錄儲存的內容長度不及80個字元，則在其與連接碼之間補上空白。三、台北市數值地形圖標準交換格式（SEF）檔案本研究以台北市數值地形圖為例，台北市一千分之一數值地形圖之標準交換格式(SEF)檔，係依據內政部87年公告之基本地形圖資料庫標準交換格式所製作，並

9、通過內政部檢核程式之檢核。然而卻尚未經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換程式，將SEF檔轉為ArcView之shape檔案，其結果大致上可以應用，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政部地政司內政部資訊中心 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 38.028 140.85百年樓資料來源：內政部 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 2766221.25

16、0 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 276624

17、8.626 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該建築物內多邊形SEF檔（中庭）：PG4537 93110 306471.840 2766200.794 2 15 3 306485.374 2

18、766185.409 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台北市數值地形圖多未對各實體物件加以編碼，故其SEF檔

19、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，內外兩個多邊形之間並無關聯性存在，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部或外部。0代表外建築線。1代表內建築線。該建築物外多邊形SEF檔：PG4537 93110 01000

20、2124 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 2766212.728

21、 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 該建築物內多邊形SEF檔（中庭）：PG4537 93110 010002124 306471.840

22、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值地形圖而言

23、，各實體物件並無編碼之必要。然而，數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、建築物結構等，可供進一步分析使用。然若欲與外部之屬性資料庫相聯結，以充分發揮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010002124，則幾何圖

24、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，另於下一節說明之。 (四) 圖層索引資料錄的誤填依據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。從台北市數值地形圖資料的檢核工作中，吾人發現有誤填之情形。例如表3

25、，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。目前內政部資訊中心自行開發之檢核程式，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政部備查發展局為建立更為完善的數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都涵蓋於圖面

26、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)。為求統一格式與對數值地形圖需求，建議發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，將造成許多後續應用上的困難。例如：許多的面資料如行政區線、街廓線、建築線、等高線等皆被圖幅線分割為不完整的數個封閉區間，如圖5所示，在GIS應用上是相當不適當的。本研究建議，台北市應有一全市區之數值地形圖檔；其中，行政界線、道路路網、街廓、建築物、水系網、等高線均應以實體物件為單元，定義其點、線、面資料。至於以

27、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圖層編號為發展局為業務需求增加的。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 18 328.452

28、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，因此將兩兩封閉區間的重疊線以單一線型表示；以行政區界為例（圖6），行政區界線在本計畫中包含縣、直轄市分界與區分界，單一圖幅之區界並無封閉，而是以線型式存在，區域名稱（北投區、士林區、台北縣）標示於各分界線旁，再者由於

29、行政區界重疊部分皆以單一線型表示，對於合併圖幅後的區界仍然不是封閉區間，因此在作為GIS應用上有相當的限制。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。區界省市界圖 6 行政區界說明圖四、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，以降低連結外部資料庫的複雜度。本節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（以土地使用分區圖為例）都市計畫土地使用分區圖係以不同的色塊(多邊形)來表示不同的使用分區。其資料形態

30、為多邊形圖形加上使用分區屬性，所以可以直接以SEF檔中的面圖形資料錄（PG）來應用，再以連結碼（第3746欄位）連結至外部都市計畫分區資料庫，擷取其分區屬性，加以顯示。不過，此一作業流程不免繁瑣，而可事先將外部都市計畫分區資料庫之分區屬性填入第2736欄位，做為土地使用分區圖之交換檔。本研究依據台北市都市發展局所提供的都市計畫使用分區圖檔(DGN)，依據上述標準交換格式建置規範，產生標準交換檔（如表4）；其中，PEB為土地使用分區編碼，1000011為假設之分區街廓編碼。此交換檔於ArcView環境下轉為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，可供運用之空白欄位有

31、限，故僅能表達少數臨時性的屬性資料，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，則又與關聯式資料庫之原則不符。是故，在基本的數值地形圖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外部資料庫之複雜度。002.0 基本地形圖 台北市都市發展局 台北市都市發展局 1 100011虎子山座標原點 基隆平均海水面 1台北市都市發展局 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 0PG0 9999

32、8 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之SEF檔案結構全市土地使用分區圖未對應地區圖 7 土地使用分區圖(二) 實體物件之建構（以台北市路名道路路網圖為例）本研究以台北市門牌系統路網圖作為來源圖檔，於SEF檔案中的第3746欄位補入識別碼，連結該線圖形資料錄（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，使道路線型

33、具道路名稱，再經由轉檔程式將SEF資料繪製成GIS圖檔。表5為二條道路之示例，圖8為轉檔後的路網圖。由於來源圖檔為門牌系統路網圖，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斷裂、獨立的現象，與現況不符，需經由人工依現況修飾。表 5 主題為道路之SEF檔案結構全市路網圖細部路網圖道路線斷裂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 1101142.

34、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群