本期期數:十一期
發行日期:2011 / 0
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時空資料的地方再現:GIS與數位典藏的交會(轉載自國土資訊系統通訊季刊第七十八期)

Representing Place: an Intersection of GIS and Digital Archives

國立臺灣大學數位典藏研究發展中心助理研究員 蔡炯民
國立臺灣大學資訊工程學系研究生 歐仲翔
國立臺灣大學數位典藏研究發展中心碩士後研究 翁稷安
國立臺灣大學資訊工程學系特聘教授 項潔

摘要

數位典藏是我國過去十年來投入大量的經費進行的國家型科技計畫,除將國內重要文化保存機構所屬文物文獻作數位化保存的功能之外,也建置了許多珍貴資料庫供大眾使用。更重要的是這些數位典藏資料庫也改變了學者(特別是人文學者)研究的方式,結合GIS的理念與技術,將使數位典藏資料庫有更多發揮的空間。本文首先闡釋在數位時代的人文研究思維,進而回顧文獻中GIS在人文研究的三類應用,以及將數位典藏資料轉化為與GIS結合時,歸納最常遭遇的地理資料的取得不易、無法找到合適呈現的底圖、以及GIS軟體的使用門檻過高之困難與問題。最後列舉數個臺大數位典藏研究發展中心結合數位典藏資料庫與GIS的應用案例,說明我們打造一個親和的GIS平台的系統建構哲學,以及從數量龐大數位資料中,擷取找出初級資料所含之地理資訊,進行重要的初級資料繪圖,使許多有趣的資料第一次以地圖方式呈現,希望未來能將空間分析與統計分析結合,作更深入的呈現。

Abstract

After a decade of investment in the production of digital archives, we have accumulated an expansive body of research material. The scholarly infrastructure now heavily relies on digital resources, including diverse collections of primary sources in libraries, archives, and museums. Though the effort of mass digitization remains a high priority, the utilization of those digital resources via advanced technology such as GIS is gradually getting more attention. This article outlines three major fields that humanities scholars using GIS to advance their research and difficulties encountered when they attempt to apply GIS in research. We then demonstrated key practices to reflect a user-oriented focus on GIS application developed by Research Center for Digital Humanities, National Taiwan University. Such efforts to integrate and mobilize rich digital resources with research tools will be essential to support and enhance scholarship and innovation across the disciplines.

壹、 數位典藏與人文研究新思維

隨著網際網路的盛行,人文與社會學科的學者也面臨研究的轉型,過去所仰賴圖書館、檔案館及博物館提供的實體素材,逐漸轉成大量且優質的數位資料庫,配合資訊科技的應用,以及各種查詢、文獻引用與索引等工具的日新月異,不僅改變人文與社會學者發現與理解問題的方法,也影響他們與同儕、學生及社會大眾互動的方式。

承繼前一期「數位典藏國家型計畫」所奠定的良好基礎,國科會所推動的「數位典藏與數位學習國家型計畫(Taiwan e-Learning and Digital Archives Program, TELDAP)」,已將國內重要博物館、檔案館、圖書館及學術機構的數位化計畫執行成果,全數匯集在其聯合目錄(http://catalog.digitalarchives.tw )的網站上,目前共有超過300萬筆具備完整詮釋資料(metadata)的數位化物件(digital objects)。除將珍貴文化資產進行數位化保存,並可將有價值的文化資產透過數位化技術,轉化成文字、影像、語音、視訊等高品質的數位物件,大幅提升文化傳播、教育與研究的發展。

這些數位典藏計畫推動建置的龐大資料庫,都是進行學術研究的良好素材,除了提供研究所需之大量且具關鍵性的證據,其中往往也同時有著時間與空間資料的記載,讓學者據以作為研究與分析的基礎。本文將以歷史地理學(historical geography)為例,說明透過運用大量的地理資訊科學(Geographic Information Science, GIS),人文研究學者可以針對不同的主題、時代背景與地方性,利用數位典藏資料庫進行研究,進一步發掘潛藏在大量資料之間的多重脈絡,產生新的研究方法與研究議題。

貳、 GIS在人文研究的應用

「地理是人類歷史建構的空間」(Durant & Durant, 1968: p.67),地理資訊除提供很大一部分的歷史證據,這些地理性問題也常牽動著歷史研究的進行。因此GIS也常被應用在歷史地理的研究之中,特別是可以將前所未知或尚未受檢視的空間關係以視覺化呈現,以地圖方式呈現歷史論證。基於其強大分析與展示功能,學者所思考的歷史與社會問題,常藉由GIS來回答,以Hiller(2005)所繪製的1896年Du Bois費城地區社會階層與種族圖為例,既是歷史議題的呈現,也同時提出社會學者所關注的種族與階級之交疊問題。因此,GIS除了是一種新的製圖方法之外,更代表著以一種新的方法來進行歷史研究 (Schlichting, 2008),我們可以藉由歷史資料與特定的地理區位的連結,進行分析、詮釋這些資料的空間關係。

GIS在歷史地理研究或史料運用上,其主要應用可以區分為三大類:第一類是以實證研究來探究歷史,特別是與人類聚居地及經濟變遷有關的土地利用研究,例如Cunfer(2005)研究美國大平原上的農業與環境;Donahue(2004)則研究殖民時期美國麻州Concord地區的農民與土地,特別是土地所有權的關係。這些學者利用大量對土地利用與環境條件的實證作圖,來重新檢視過去學者對美國農業史的詮釋。

第二類研究則是利用GIS技術,讓我們看到過去地景與居住環境的變化,有些是配合建築設計所建置的虛擬城市(virtual cities)如倫敦、布拉格、京都等;有些則是視覺技術與考古學結合的古蹟或是考古現場重建(Knowles, 2002);也有更深入地以3D模型探討威爾斯一些中世紀小鎮,看其是否會因應當地地形調整、抑或只是遵照一個刻板模式,進行城鎮的建造(Lilley, Lloyd &Trick, 2005)。Seibert(2000)的「東京GIS空間史」更是將地形、植被、土地利用資料、都市計畫與使用分區的歷史、以及1900年以來的政治、社會及經濟變遷等都納入其中。

第三類的研究則是著重在GIS平台的建立,將歷史與地理等原始資料匯入其中,以便於學者與公眾使用。目前有十幾個國家進行這樣的計畫,其中最早完成者就是英國的Great Britain Historical GIS(GBHGIS);哈佛大學更將China Map, Africa Map, 及Douche Map等計畫都收納到其World Map 計畫中;國內中央研究院劉翠溶院士與范毅軍研究員率領研究團隊所建置的「台灣歷史文化地圖」(Taiwan History and Culture in Time and Space, THCTS, http://thcts.ascc.net/ )便是這類以GIS呈現臺灣歷史、文化與自然資源的地圖系統。但這些以國家為單位的歷史GIS計畫,往往受限於資料來源,大都偏重於社會經濟統計資料。相較之下,電子文化地圖 (Electronic Cultural Atlas Initiative, ECAI) 這樣的大型計畫,反而進行較多人文研究取向的計畫(Knowles, 2005)。

數位典藏計畫所建置的豐富的數位資源,若能與GIS強大的展示分析功能結合,勢必可以為人文研究帶來一些新的視野。然而,要將數位典藏資料轉換成可以做GIS應用的研究素材,其過程遠比想像複雜許多。尤其要從繁雜的數位典藏素材或史料中取得有用的資料,不管是使用傳統的類比(analogue)或是資料探勘(data mining )方式,都需要依賴專業領域的知識,因此可能要花費多年才能有結果的產出。除了一般數位化所需的技能之外,為了要將資料呈現在地圖上,首先必須決定資料所在的地理位置,最理想的狀況是詮釋資料的欄位中已經有了地名,但更可能必須自己從文本之中擷取;當然要對這些地點進行地理定位(geo-code)也不容易,除了古今地名對照的名錄,甚至需要建立一個查詢系統(gazetteer);這樣的研究往往還需要建立屬性資料的關聯性資料庫(relational database)。其次必須找到不同時期的歷史地圖,並針對這些古地圖進行調整(rubber-sheeting),以便找到合適的地圖來呈現,最後並要學習使用現有的GIS套裝軟體。因此在結合數位典藏與GIS從事歷史地理研究時,遭遇最多的困難與問題可以歸納為:地理資料的取得、合適呈現的底圖、GIS軟體的使用。

參、 建立GIS與數位典藏結合的研究工具

國立臺灣大學數位典藏研究中心執行國科會「數位典藏與數位學習國家型計畫」多年,已逐步將校內的珍貴藏品與研究成果數位化,並積極對外爭取經費,陸續與國史館、文建會、教育部、研考會、司法院及中央研究院等單位合作,建立以臺灣研究為核心之重要研究資料庫。目前共建置十數個資料庫、累計近300萬筆詮釋資料、近2000萬筆影像、及超過2億字全文,內容包含臺灣之自然史、歷史、政治、社會、法律、與經濟等各方面。

基於推廣應用臺大數典中心既有成果的理念,我們期望打造一套可以協助臺灣史相關研究領域的GIS工具,讓使用者可以不受技術的門檻限制,便利地利用GIS的展示與分析功能。尤其對人文研究者而言,使用GIS工具的最大門檻在於應用系統的親和性上,專業GIS軟體操作的難度常使使用者為之卻步,即使人文和地理資訊結合的必要是普遍的認知,一旦想到要使用複雜的GIS系統,囿於能力和時間,人文研究者往往便會退縮,放棄使用GIS呈現研究成果的機會。因此我們利用現有歷史地圖、地理定位資料與GIS套裝軟體,以HTML5編寫一個方便研究者使用、處理速度快的網路GIS應用系統,希望提供使用者下列的功能:

1. 具高解析度、下載速度快的地圖展示;
2. 經地理定位調整過的歷史地圖作為底圖;
3. 以地方為搜尋基礎:包括地名、地理方位與空間結構,便於使用者查找;
4. 顯示不同時期的行政區畫分;以及
5. 疊合其他相關的主題圖層。

這個想法架構並不是純以一個專業GIS的技術角度來建立,而是強調可以使數位典藏的成果作更好的地理呈現,方便使用者利用這套系統去作資料查找、觀察與分析。以下是一些成果的說明:

一、 以地方為基礎(location-based)的資料庫呈現

面對日益快速以指數速率倍增(exponential increasing)的數位資料庫,研究者所面臨的挑戰,已不再是資訊匱乏,而是如何在這個資訊充裕的時代,可以幫助他們過濾過多的雜訊,在合乎研究思維的方向下,引導他們方便快速地找到所需要的資訊。因此我們在數位典藏資料庫的系統建構思維上,除了傳統的瀏覽(browse)與檢索(query)功能,對於動輒數以千計的搜尋結果,也提供檢索後分類(post-query classifications)的功能,讓使用者可以從多維的角度(multi-faceted)來縮小查找的範圍。對於一些具有強烈地理意義的特定資料庫或資料,也希望能不只是單純地以地圖方式呈現,更可以整合GIS技術,擴大其應用範圍。

以臺灣歷史數位圖書館(Taiwan History Digital Library, THDL)內所收錄的「臺灣總督府抄錄契約文書」為例。這是由日治時期臺灣總督府所抄錄的土地契約文書,總計15,899件,橫跨18世紀到20世紀,這些獨特的史料提供了一個非官方視角的文書,紀錄了當時民間交易習俗、日常生活與經濟運作情形。由於這些契約文書性質上為作土地所有權移轉之用,因此其中紀錄了土地邊界(四至),以及土地所在位置,如州廳、堡里、庄街、甚至所在地段或土名等,這些都提供豐富的地理資訊。

我們特別感謝中央研究院地理資訊系統聯合實驗室所提供的1904年的臺灣堡圖二萬分之一基本圖、以及內容定位所需的資料,讓我們可以利用這些圖層資料,整理州廳、堡里、街庄與土名等地名資料與行政區界,並加以地理定位,進行「總督府抄錄契書地理資訊」雛型系統的建構。本系統可由臺灣歷史數位圖書館的研究工具集(http://thdl.ntu.edu.tw/tools/)進入試用。

「總督府抄錄契書地理資訊」雛型系統目前整理出具地理定位之契約文書約一萬筆,整個系統界面上有五種不同底圖的呈現:台灣堡圖、地形圖、衛星地圖、古今對照、行政區域。預設的畫面顯示雖為地形圖,使用者也可選擇以1904年臺灣堡圖、Google衛星地圖、古代臺灣堡圖與今日鄉鎮市道路圖對照、以及依廳、堡、庄等不同行政層級區域圖等方式呈現。這些圖層都可以由使用者控制,進行上下左右移動,以及圖幅縮放調整。在資料檢索方面除以關鍵字輸入檢索,也可以開啟「多邊形檢索」功能,在圖層上選定檢索的區域,讓使用者可以直觀的選定如河流、山脈、盆地等多邊行地理區域,查找座落在此範圍內的契約文書,並依這些契約文書的種類及地點進行檢索後分類檢視。使用者也可以在下方的時間軸,以滑鼠拉動左右兩端端點,或直接於左右的白色空格中,直接輸入年代,設定斷代範圍。

poly search result.JPG

圖一 以多邊形區域檢索,找出1684-1850年位於頭前溪中下游的契約文書分佈。

圖片2.png

圖二 依檢索結果查閱特定地點契約文書之年代分佈、metadata、全文及詞頻。

圖一所示即為以多邊形檢索位於頭前溪下游範圍內、年代限定於1684年到1850年間所找到的契約文書,包含13種契約文書種類,共計66件的地點分佈位置。圖中每個點上所顯示的數字為該座落於該地點的契約文書之數量,使用者可以如圖二所示,進一步點選檢閱這些文書的年代分佈,並且可以連回資料庫進行瀏覽、點選某筆資料檢視其metadata、全文文本(full text)、以及相關人名與地名等的詞頻(term frequency),讓使用者進行更多的分析比對。

二、 歷史論述的地理再現(GIS representation of historical narratives)

透過在「總督府抄錄契書地理資訊」雛型系統上的實證作圖,我們對於這些契約文書的分佈,可以獲得一些初步的觀察成果(歐仲翔等, 2010),例如這些契約文書的分佈情形所顯示出的北多南少現象,可以合理推測由於開發時序的差別,在開發較晚、地權尚未穩定的北部區域,比起土地爭議不大的南部地區,更需要政府公權力的介入,因此留下大量的由日本殖民政府所抄錄的契約文書。

圖三所示的作圖,則是以「金廣福」墾隘粵籍頭人姜秀鑾為關鍵字,分別檢索1700年至1836年、1700-1838年、1700-1850年、與1700-1895年這四個時間區段,觀察與姜秀鑾有關之契約文書在「總督府抄錄契書地理資訊」雛型系統上的座落分佈,從圖中可以看出這些契約文書的座落分佈,最早由今日的新竹縣的竹東市開始,逐漸向北埔、寶山、及峨眉三個鄉拓展。除了讓我們可以依時間序列與地理分佈兩者關係,約略對照出自道光14年(1834年)12月起,由淡水廳同知李嗣業任命的「金廣福」墾隘粵閩籍頭人姜秀鑾及周邦正負責「金廣福」墾務,整合新竹東南山區的官民隘,向新竹東南山區推進的拓殖開發之情形,以及進一步探索其拓展情形是否受其他地理環境或政經社會條件所影響。若依文書種類進行檢索後分類,也可以看出不同文書種類在時間序列上所顯示的差異,尤其1886年(光緒12年)以後,由於福建臺灣巡撫劉銘傳開始推行清賦政策,裁廢墾隘,因之「金廣福」正式走入歷史,此後雖然還有與姜秀鑾相關的契約文書出現,但大概為與分割或轉手相關種類,而非開墾契了。



圖三 檢索不同年代區間契約文書分佈,觀察金廣福墾隘拓墾演進

除了「臺灣總督府抄錄契約文書」之外,許多社經統計資料也能應用地理資訊系統,製作大量的主題地圖,讓成果有更好的呈現。特別是臺大法律學院與圖書館合作之「日治時期統計資料庫」(http://tcsd.lib.ntu.edu.tw/ ),共收錄681冊日治時期官方統計出版品,建置194,075頁數位化影像檔案,103,732筆詮釋資料,可以查詢及瀏覽包括書名、表格名稱、統計年份、出版單位等重要資訊,因其主要目的為提供研究者一個內容具高信度的資料庫,所有資料均保留原始素材的面貌,但研究者仍可以自行轉換成可以數字運算的表格(tabular form)。圖四乃臺灣總督府出版之1905年(明治38年)犯罪統計書的一個表單,其項目為臺灣各廳不同犯罪案件通報件數之統計,若能有一個地理資訊平台系統,則可以將這些統計資料轉換成地圖顯示,相信更能幫助研究者觀察當時臺灣各地不同犯罪案件的地域分佈。

因此我們將上述之地理資訊雛型系統,轉化成一個提供基本底圖與繪圖功能的平台,使用者可以自行上傳Excel檔案,依不同層級之行政區界,自行繪製主題圖,使研究成果有更好的呈現。目前我們僅提供1904年台灣堡圖做為底圖,供使用者自行繪製日治時期台灣州廳與堡里兩個層級的行政區域主題圖,圖五即為依圖四所繪製之1905年臺灣各廳賭博案件統計主題圖,將圖四的統計圖表,轉為Excel格式之檔案上傳後,即可選取所欲製作之類別(不同犯罪項目),自行決定資料分級的級距,可以是等比或等差序列,然後選取顏色,進而繪製主題圖,從圖上由淺到深的色塊,即能顯示數量之多寡,易於表現區域差異。以圖五來觀察賭博案件在各廳的差異,發現台北廳的案件數量最高,偏遠地區則相對較低,讓研究者發覺初步的研究問題,以便作更深入的探索解析。


圖四 明治38年臺灣總督府犯罪統計書,依各廳別之各類犯罪案件統計。


圖五 檔案上傳後製作主題圖,圖為明治38年各廳統計之賭博通報案件數。

肆、 小結

歷年來在數位典藏計畫投入大量的經費,將重要文物做數位保存的貢獻無庸置疑,如何所建置的資料庫發揮更大的功效,使現在及未來的使用者受益,是普遍思考的問題。GIS的呈現與分析功能,可以提供人文研究者一個觀察剖析的工具,以便對這些資料庫作更深度細緻的使用。但結合數位典藏與GIS從事研究時,往往遭遇到地理資料取得不易、無合適呈現的底圖、以及GIS軟體的使用門檻過高等困難與問題。

本文列舉數個臺大數典中心結合數位典藏資料庫與GIS的應用案例,我們的地理資訊系統建構哲學,即打造一個親和的GIS平台,結合豐富的數位典藏資料,讓其所承載的地方特色與意義,可以在時間與空間脈絡中再現。我們從數量龐大數位資料中,擷取找出初級資料所含之地理資訊,再將這些重要的初級資料繪圖,許多有趣的資料第一次以地圖方式呈現,未來希望將空間分析與統計分析結合,作更深入的呈現。

伍、 參考資料

歐仲翔、林農堯、涂豐恩、項潔。2010。〈GIS與臺灣契約文書的空間分析〉。2010年數位典藏與數位人文國際研討會論文集,pp.147-157。台北:國立臺灣大學。2010年11月29-30日。


Cunfer, G., 2005, On the Great Plains: Agriculture and Environment, College Station: Taxes A&M Press.


Donahue, B., 2004, The Great Meadow: Farmers and the Land in Colonial Concord, New Heaven: Yale University Press.


Durant, W. & A. Durant, 1968, The Lessons of History, Republished in 2010 by Simon & Schuster.


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Knowles, A. K., 2002, “Introducing Historical GIS,” in Knowles, A. K. (ed.) 2002, Past Time, Past Place: GIS for History, pp. xi-xx, Redland: ESRI Press.


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Lilley, K., C. Lloyd & S. Trick, 2005, “Mapping and Analyzing Medieval Urban Landscape in GIS,” RGS-IBG Annual International Conference, London: 1 September 2005.


Schlichting, K., 2008, “Historical GIS: New Ways of Doing History,” Historical Methods, 41(4): 191-195.

Seibert, L., 2000, “Using GIS to Document, Visualize, and Interpret Tokyo’s Spatial History,” Social Science History, 24(3): 537-574.
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