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专题论一
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專題討論一
動態空間資訊整合之研究
~以汽車導航為例
指導教授:朱子豪老師
評閱教授:蔡博文老師
評閱同學:李明宗同學
報告學生:鄭景益
緒論
研究動機
近年來隨著GIS(Geography Information System,地理資訊系統)的蓬勃發展,於各領域之應用也日益成熟,也連帶使得「地理資訊科學」(Geography Information Science)逐漸成形。在應用層面上,GIS可整合不同領域的技術,對各種空間資訊進行分析、處理,也因此資訊整合的精確度對於系統分析處理之結果有著重要的影響。空間資訊可分為靜態與動態兩大類,其中動態資訊整合的應用,可以GIS結合GPS的汽車導航系統為代表;此系統結合了GIS的圖形處理與空間分析,以及GPS的定位功能,對駕駛人提供了行車路徑的導引。汽車導航系統的使用在歐、美、日等先進國家早已行之有年,並且還衍生出ITS(智慧型運輸系統),結合GPS、網際網路、廣播及電視,提供開車者獲取即時交通資訊,導引行車路徑。國內在交通部推動ITS的政策下,結合GPS的衛星導航系統成為近年來產官學界投入研究開發的新系統,而此新系統中之道路搜尋與導引的技術,亦逐漸成為各界所關注的焦點。可以預見地,隨著無線上網的逐漸普及、以及一般民眾對可攜式設施的需求日益增加,相關技術之應用將更加多元化,而在此同時,相關技術所面臨的課題亦將愈受重視。
動態資訊所遭遇到的問題,往往在於因時間的增加而導致與前依時間資訊的不整合現象。以導航系統而言,因收訊不良,使得無法即時提供系統足夠資訊予以定位、並提供準確之行車導引予使用者,造成資訊之不確定性。欲解決此一問題,可從硬體與軟體兩方面分別來著手,以修正系統之誤差;由於增加硬體設備往往使得系統體積變大,對使用者而言亦增加了負擔,較不符現今所要求的輕薄短小原則。至於軟體的改善方面,則是透過各種地圖比對(Map Matching)技術,進行空間推估與修正,來改善系統的精確度。
目前國內外針對動態空間資訊整合的相關研究,軟體的改善方面,多建立在系統起始資訊確認的狀況下,以此為基礎,藉由各種演算法來減少或修正系統的誤差。然而針對在起始資訊不足的狀況下(例如一開始GPS就處於收訊不良的狀態),卻尚未有相關研究進行探討;事實上,此一現象在建物林立的現代都市中可說相當常見,而解決此一課題的研究亦有相當之迫切性。因此本研究之重點,首先在釐清動態資訊整合之特性;其次希望藉由空間演算法的發展,來解決資訊不整合的現象。
研究目的
動態資料的整合與靜態資料的整合的最大不同,是資料在時間序列上會增加,在前依時間無法比對者,可能會在後依時間資料增加後可以比對,如何善用空間推理、空間演算法,來做局部比對,並找出處在定位誤差範圍內的可能對象,為本研究所關注之處。
因此本研究之目的,乃是針對在空間資訊無法確定之狀況下,透過演算法之發展,改善動態資訊之不整合現象,提供使用者足夠之決策參考依據,並期望能提升系統之演算效率。本研究以汽車導航系統為研究對象,其具體之研究目標有以下二項:
產出更有效率之空間比對技術:
針對起始資訊不確定之狀況下,引入模糊法則(Fuzzy Method)之概念進行空間比對,提供使用者決策參考之依據,以改善系統無法定位之狀況,使其得以繼續有效地進行導航。
系統的產出:
以ArcGIS及Visual Basic為工具,根據上述發展之演算法撰寫程式,並搭配GPS等相關儀器,實地測試系統之運作狀況。
文獻回顧
本研究之重點在於釐清動態資訊整合之特性,以及空間比對演算法之發展;並以汽車導航研究課題。因此在文獻方面,針對資料整合的做法、導航技術之現況、空間比對技術三個領域進行回顧與分析。
資料整合的作法
空間資訊可分為靜態與動態兩大類型。靜態資訊泛指事先已處理好的圖層資料,而此類型的整合可透過人工對原始資料進行調校、或藉由電腦系統自動執行,以消除不整合的現象。動態資料則是時間資訊加入後,時間序列上的變化,其中有空間上的變化,或只是資料屬性上的變化;其整合之特性則較為強調即時性與不確定性。
2-1-1. 靜態資訊之整合
關於靜態資訊之整合,以往大多散見於各式應用軟體之中,如ESRI ArcInfo、ERDAS Imagine等等,這些方法大多是針對單一個案進行解決,無法對於每一種不整合問題都有相應的措施(徐承原,1998)。
徐承原於探討地理資訊之整合時(1998),將之分為「垂直整合」與「水平整合」兩大類;於文中針對「垂直整合」所遭遇的課題,提出了問題的歸納如下:
Update-資料更新:是屬於同性質、但不同時間生產的資料間的整合。主要問題在於因地貌的改變,所造成的前後期資訊的差異。
Upgrade-資料品質提昇:是相同區域、不同精度或系統單位的資
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