生態環境運動者的資料管理——專訪王豫煌博士

「這週遭是台中市南屯區目前僅存的都市農田,但是已被重劃為高鐵台中車站門戶特定區,也都已經完成區段徵收了。」2021 4 13 日,王豫煌頂著烈日,設置他的無人機設備。那裡是距台中高鐵烏日站約十分鐘車程的地方,以天順宮為中心,時值春夏交際,環顧四周,所見多是農村聚落與綠色稻田;然而若再往外延伸,景色隨即劇烈轉變:一片片閒置、荒廢的空地,空地上則插了許多建商的大型廣告看板。

這幾年來,擔任台灣石虎保育協會和台灣生態學會理事的王豫煌,持續以無人機蒐集許多因溪流治理工程和都市土地徵收而即將消失的自然溪流與農業地景,這些資料多半是以地景的正射影像及 360 景呈現。對王豫煌來說,留下這些資料,不只是想記住景色,更是在紀錄這裡原有的大尺度生態環境。他希望能讓未來對這塊土地有興趣的研究者,都能取用這些資料。

但這些航拍地景的過程,有哪些細節要注意,資料又要如何整理、保存,才能持續有效分享,其實是有著一連串繁瑣的程序。

 

無人機操作須符合法律規範

天順宮的附近有劉厝溪經過,並在筏子溪匯集。劉厝溪的水質還算乾淨,至今仍可作為溪流兩側稻田的灌溉用水。訪談當天,王豫煌所規劃的航拍路徑,即是打算沿劉厝溪的兩側各 80 公尺,記錄該溪流周遭的地景。

有人可能會認為,無人機空拍很單純,只要拿到無人機及遙控設備後,就一切妥當了。但其實並不然。由於無人機可能有失事傷人、影響國防機密、干擾飛航安全等風險,針對無人機(或「無人航空器」)的使用,我國亦有相關法令規。如《民用航空法》在 2018 年,就新增了無人機的章節,並就無人機的規格、操作人員資格、操作限制、可飛行的範圍等進行規範。

王豫煌指出,要操作無人機,首要之務,就是必須熟悉設備的操作,並瞭解法令規範許可操作的限制及開放飛行的區域和高度。例如在劉厝溪兩側的範圍,飛行高度依民航局的空域劃設,必須限制在 60 公尺(或 200 呎)以下,且要在目視範圍( 約 300 公尺)內進行操作,因此若要合法操作,除了儀器本身的設定外(例如設定飛行高度為 60 公尺),起飛前也需先確認路線上是否有建物或設施(例如電塔或纜線)會影響法定的飛行狀況。

圖 2:民航局空域查詢圖(以筏子溪為中心)
圖 1:民航局空域查詢圖(以筏子溪為中心)

 

儀器的校正、監測是確保資料品質的前提

無人機本身及其週邊儀器的狀況,則是在規範外,另一需顧慮的重點。儀器的狀況會影響飛航時的安全、定位的精準度,從而也會影響所拍攝影像的品質。

王豫煌表示,無人機雖有搭載全球定位系統 (GPS) 接收儀及自動飛航的功能,但其 GPS 、電子羅盤和無線電通訊等功能可能會受到周遭環境電磁波的干擾例如高壓電塔、行動通訊基地台,影響自動飛航的準確性及安全。因此,起飛前,一定要先檢查並排除相關的干擾狀況。此外,就測量應用的標準來看,無人機本身搭載的 GPS 定位功能也不夠精確。為求拍攝資料空間定位的精準,他會再搭配一個即時動態差分 (Real Time Kinematic, RTK) 的校正設備,透過差分定位的技術,將 GPS 定位的水平誤差由原先的 3-5 公尺,縮減為 2-3 公分。航拍過程中也要持續留意無人機的電力和飛行狀況,確保無人機能順利完成拍攝任務並安全返航。

圖 3:架設 RTK 設備
圖 2:架設 RTK 設備

 

使用開放平台或開放格式,達成資料的處理與共享

環境與地景樣貌會隨時間和人的活動產生巨大變化。王豫煌使用無人機拍攝紀錄地景變遷資料,目的是希望能將其長久保存,並和其他研究者共享。但資料不會自行現身,亦不會自己說話,如何讓不同時空的研究者,都能找到、理解、並使用這份資料,十分仰賴資料產製者對資料的後續處理及說明。

王豫煌舉了無人機航拍產製正射影像和 3D 模型為例:這一套無人機航拍設備可以依據需求設定拍攝範圍、飛行高度、相機俯角、影像重疊率等條件,來規劃預定觀測範圍的自動飛航拍攝路線,但其所拍攝的照片,需再經由中央研究院網格計算中心所架設的 OpenDroneMap 運算平台(使用開源軟體 WebODM 架設或其他商用運算服務處理後,才會產生 3D 點雲、材質貼附模型 (textured mesh model)、正射影像和地表高程等空間影像資料。拍攝空中 360 全景影像則是使用具有自動拍攝和拼接 360 全景功能的無人機,之後再使用 Google 街景服務 App 分享 360 全景影像,方便大家使用 Google 地圖或 Google 地球中的街景功能就可以直接瀏覽全景影像。

資料處理只是資料分享、再利用的前提,緊接而來的,是如何能讓這些資料可被長期保存、容易找到、被他人理解。唯有解決這些問題,穩定的再次利用才成為可能。

針對這些問題,王豫煌指出,經中研院網格計算中心 WebODM 處理後的影像資料可以藉由 WebODM 提供的公開連結而完整釋出,但為了大家能更方便的取用正射影像和網路圖磚的服務,正射影像目前則是會另外再發布到 OpenAerialMap 平台;為了讓一般人使用 Google Earth Pro 瀏覽正射影像,他也把正射影像轉換為 Google Earth 影像疊加圖磚,另外保存在開放的資料集當中。 360 全景影像目前只能先運用 Google 街景服務來保存和共享,至少讓大家知道有這些影像資料。而這些影像產製的過程,以及各類資料存放的連結資訊,則統一在中央研究院的研究資料寄存所 (depositar) 上建立開放資料集,盡可能以詳細的後設資料 (metadata) 進行說明。這是他目前想得到最可靠的方式。

資料處理流程簡圖
圖 3:資料處理流程簡圖

 

圖 5:經 WebODM 處理後的拍攝影像與 Google Map 的結合(圖片中央鮮明色塊為拍攝影像)
圖 4:經 WebODM 處理後的正射影像與 Google Map 的套疊(圖片中央鮮明色塊為正射影像)

 

結語:資料管理是有效處理生態環境議題的基礎

生態環境在台灣是非常多人關心的議題,然而個人如何凝聚為群體,零散的資料又要如何匯集成標準一致、有用的知識,從而能有效的監督政府、企業,向來是生態環境的社會運動者面臨的困境之一。王豫煌認為,「對公民團體來說,資料管理與共享是一件很重要的事。唯有透過系統性的管理資料,讓大家去協作、共享資料,環境議題才能凝聚大眾更多的關注。」

但關注生態環境,不只是公民社會的任務,政府更是在不可忽視的角色。「但政府當前的資訊公開,時常無法讓關心這個議題的大眾了解事情的全貌,根本原因之一,就是欠缺良好的資料管理。」王豫煌指出,解決問題最好的方式,就是政府在委託執行任何計畫時,將會產出的資料,以及資料管理、開放的方式,都納入合約中。承接標案的廠商或團隊,就必須依照計畫內容去把資料管理做好。唯有政府與公民社會能攜手做好資料管理,生態環境的爭議才可能被公開透明的討論和有效率的解決。

天順宮及其周遭
圖 5:​​​​天順宮與其周遭地景(2021 年 4 月 13 日無人機拍攝畫面)

 

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