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【博評】William:由三峽大壩「扭曲事件」看衛星地圖軟件的應用問題

 

作為爾等沒幾個錢,出外旅行又不能跑到離旅遊景點太遠的軍事地區(會被老婆罵死)的軍迷而言,要欣賞外國軍事裝備,除看書、在網上看文、看圖及看片,或者有外國軍艦來港時去拍拍照,甚至「搏大霧」上船參觀外,另一個方法就是透過衛星地圖去了解軍事發展了。

 

2019年2月所攝成都溫江機場,是成都飛機工業集團及合作多年的132飛機製造廠的專用機場,常用於剛完成的飛機試飛及成飛測試機進行測試之用。圖中見到殲7系列(現時只作外銷用)、殲10系列、殲20 2017號原型機及一批新的大型無人機。(圖片來自GE)

 

衛星地圖本身是「好使好用」的工具,地理、水文、城市規劃等都可以用得上,而GOOGLE出品的Google Earth衛星地圖及其程式(下稱GE),不但有覆蓋全球幾乎所有地區的衛星照片,而且在市鎮地區通常可保持30至50厘米的解像度,而更重要的是,這是可以自由取用的網上資源。

 

Google Earth現時仍長期使用的Landsat 8商用偵照衛星,解像度最佳時15米,主要拍攝整個區域用。(網絡圖片)

 

GE 現時主要採用Landsat 8衛星採集地區影像數據,而個別大照片則使用其他偵照衛星的圖像,包括部分已解密的KH-11偵察衛星照片,以及向不同公司 / 公共機構購買照片,例如DigitalGlobe、Geoeye及國家地理空間情報局(National Geospatial-Intelligence Agency (NGA)等,並配合個別地區高空航空照(清晰度遠高於一般商用衛星),構成覆蓋全球的衛星地圖及查閱系統。

 

2010年4月時於新港紐斯造船廠進行RCOH的CVN-71佛奧多.羅斯福號。這次是進行為期18個月的燃料加注與大規模翻修改裝工程,圖上放大者為由艦上拆下的舊裝備與建築。(圖片來自GE)

 

單單對普通軍事迷而言,GE可說是「又愛又恨」的對像;愛的是GE所提供的衛星照片解像度有30至50厘米,清晰度高,而且免費(衛星照片售價其實仍不便宜);恨的是很多軍事設施的更新率並不高,有很多設施兩三年都沒有更新。不過能造訪一些平日根本接觸不到的軍事地區,也能對軍事設施或者軍機、軍艦等做基本測量的工作,甚至可以對軍事用地做基本的分析,你應該「知足」啦。

 

涉事傳媒人的電台節目FB,因為某些原因,還是遮遮大名好啦。(網絡圖片)

 

不過7月7日傍晚小弟看到一則看似和軍事沒有什麼關係的Facebook貼文,令本人留意到一些非專業人士對衛星地圖及地理的誤解 (管他們是真的不懂還是借故「抽水」),而造成錯誤百出的笑話,而且出笑話的是城中著名的傳媒人及中國問題時事評論員(當然,同樣是知名KOL)。他在電台節目Facebook專頁中引用大陸近日成為熱話的一則網絡流言,指人們透過GOOGLE衛星照片發現三峽大壩已經嚴重變形,然後以語帶譏諷的口吻指官方多次否認澄清,但最終需「封壩」了!實情究竟是怎樣?

 

圖為18年2月與11月拍的照片,相差十分大。2月的照片甚至連主壩排水閘都「縮水」了。沒理由大壩的外形可以自由改變吧,難道整座大壩都是用形態記憶合金造的?(圖片來自GE)

 

首先,那不是甚麼最新照片,照紀錄顯示這已是2018年2月拍的。若放大三峽大壩所謂「扭曲」的照片,可見連機具、道路、甚至船閘用的船都是扭曲的,所以幾乎肯定不是大壩的問題,而是照片本身的問題。而且比較2018年兩次拍攝的照片,你會發現11月所拍的已經再次「拉直」,9個月內「由直變彎再變回直」,明顯不太可能了。如果你裝有GE並使用歷史圖片功能,你會發現這變形其實是由2013年開始,而且外形亦常有變化,之前的衛星照片則幾乎沒有變形。

 

在GE 大法下,滬東中華造船廠的分段廠房被「切斷」了! 照片攝於2015年。(圖片來自GE)

 

事實上GE的圖像變異並不罕有,單單香港已經有幾個「案例」。這種圖像變異最常出現的情況是照片中影像突然「割裂」。有時GE所購買並更新的衛星照片,其實只有一個小區域而已,部分新照片甚至只突出該區中某些特殊地點 / 景物的變化,例如在追蹤002型航母建造過程中,002型航母的圖就遠比周圍的影物更換得更快。加上拍攝衛星高度與角度可能和原相不同,部分地區照片和其周邊照片有較大不同,甚至造成影物即近「割裂」的情況,是難以避免的事。

 

以空中拍攝製作地圖中涉及的各種的投影原理,當中中心投影與斜投影是造成影像歪斜或變形的主要原因。(網絡圖片)

 

另一個常出現的因情況是投影差:這可說和圖像出自不同衛星照片公司的照片有關;不同衛星由於拍攝時高度、角度、天色等都有不同,所拍出的圖像也很難造成正投面,故會造成投影差,令影像有一定變形。作為衛星地圖庫公司,GE當然可以專買正投影的照片,但由於一個衛星一次廣域拍攝(舉例:50公里*50公里)只有正中間數公里的範圍可能有正投面影像,這要收購極大量的衛星照片,價錢恐怕是GE難以負擔的。如果是投影差,那需要微分糾正以調整影像的變形,這就需要當地精確的高程數據(即地面高度數據)。

 

GE.7在運行早期因為搞錯建築物的高程數據而出現很多令人啼笑皆非的情況,例如洛杉磯的高架公路全變成「酸扁帶糖」……(網絡圖片)

 

GE圖上香港兩處變形比較厲害的地方,其中機場的變形實在有點「離譜」。(圖片來自GE)

 

這個問題的嚴重化,可能和GE 2013年開始引入3D景物功能有關(因為2012年12月推出GE 7.0前,鮮有出現影物大面積扭曲的情況):GE原本在地圖上都有高程數據(即座標的準確高度資料),由於是平面照,調整也相對容易,故這問題不算嚴重,但GE 7.0開始引入3D建築物時,為配合該地的地勢,Google會將地勢高程數據融入到底圖之中,配合演算法,讓衛星圖片做微分糾正時更配合地形的變化,同時造出不會扭曲的3D地形建築。

然而,當有新照片導入之時,如果拍攝角度及高度和前一張有不同,目標物稍稍偏移,或者高程數據有一定錯誤時,就可能出現影像扭曲的情況。這時候其實只要修改一下底圖中的高程數據,或者微調部分區域的算法,即可糾正錯誤。然而GOOGLE有時也會忘記校正底圖的高程數據,或者未有複檢算法製成的圖,從而造成局部的影像畸變的情況。事實上,這情況其實也曾出現在昂船洲的八號貨櫃碼頭一條主路,以及赤鱲角機場的跑道。

 

2010年11月的三峽大壩,影像並未發生明顯變形的情況。(照片來自GE)

 

歪曲的大壩排洪閘(左),以及相應位置底圖中的3D化高程數據模型(中)。另有人測量到影像移位達8米。對於彈性力最多只容許最多數十厘米位移的大水壩而言,若有8米的位移,頂部早就崩開潰壩了,除非它是用Marvels 中的釩合金造吧!(左圖及中圖,感謝黃嘉軒先生提供,右圖來自張寒軒先生文章)

 

這情況在中國少數地區或世界其他特別地區會變得更嚴重,原因可能和防密意識有關。根據張寒軒先生指出,精確座標不但包括經緯,還有準確高度,如果某些極重要的地區被測出精確座標,有可能在戰時遭到精確武器攻擊最脆弱部分;平時也有可能成為恐怖份子的攻擊目標,是故中方對於三峽大壩周邊地區可能只提供大概的高程數據。這點如果是只製作平面衛星地圖,其實不是問題,但要製作精確3D地圖時,只能使用大概的高程數據,那3D地圖高度數據的失真情況就可能很嚴重,就算是呈直線的壩體,在立體衛星圖像下可能出現嚴重的失真;

 

張寒軒先生將GOOGLE EARTH視角轉變成近地平線後,就可看到3D地圖的高程數據所展示的高低面。平坦的三峽河面變成高低不平(而且壩的兩端是高出的),而嚴重變形的地方正好和高程數據突變的位置合重(例如兩端高,影像也隨即放大),可以推斷影像變形是高程數據出錯、而算法繼續運作下所造出的影像變形。(圖片來自以下連結)

 

另一方面,水面高底亦可能影響模型的精確度,因為三峽水位會隨季節出現110至160米高的水位變化,甚至連過了大壩後的水位亦可能有異,當鋪上3D地圖高程圖層而你又不知道水位的準確高度時,亦可能出現一定的扭曲。事實上,自2013年後GE中三峽大壩外形也不時有變動,可見GE其實仍然在調整自己估計的高程數據。據所知現時GOOGLE已開始在衛星照片微分糾正上導入AI技術,而由最近期照片(2018年11月)顯示,GE的高程數據可能已經進行了更佳的調整,同時AI糾正功能開始發揮作用,至少大壩已沒有顯著的變形了。

 

將2018年2月衛星圖放大,可見堤壩兩邊是被拉闊的,結果連機器都被拉闊。加上左岸船閘中的運沙船同樣變了形,就知這是衛星圖本身的問題了。(圖片來自GE)

 

北京故宮西城牆在衛星圖中似乎比其他三面牆更歪。由於當地距中南海只有數百米,影像的變形確實令人多了一番想像。(網絡圖片)

 

至於三峽集團某運行部主任專業師曹毅所言,因為GOOGLE地圖的演算法和中國地圖的演算法有不一樣,所以令影像變形,這點其實有點說不過去。根據英文維基百科所述,這種演算法差異源於Google Map / GE採用了1984年修訂版的世界大地測量系統(WGS-84),而可能基於國安理由,中國採用了以WGS-84為基礎的GCJ-02測量系統,當中混入了特別的演算法,令座標可以在不同地區隨機出現50至700米的偏移,需要購買「糾偏」演算法資料包,或者在系統中嵌入糾正程式,才能和GPS一致化。如前所述,位置算法的問題只會讓街道圖偏移,並不涉及衛星圖像的變形(否則深圳市的衛星圖像就歪到不知所謂了),而且如果算法有差異而又能影響圖像,那差異應該是恒定的,不會出現時彎時直的情況。

其實善用GE衛星圖很重要也很容易,尤其是它的歷史照片回顧功能,只要按動時鐘鍵(1),然後以滑鼠調動時間軸,就可以比較過去與現在景物變化。圖為仍在改裝中的俄國核動力導彈重巡洋艦南希莫夫海軍上將號。可怕的是,雖然好像仍有工程,但外觀上過了兩年卻沒什麼大變……(圖片來自GE,剛過去的6月更新)

 

其實見到消息有令人懷疑之處,作為資深傳媒人,只要用GOOGLE查一查即可找到可能出現的問題,再翻查下去總有收獲,另外,記者 / 評論員亦可利用GE地圖軟件再翻查一下其過去的歷史紀錄,即可發現問題。有可能這位甚有名氣的評論員根本沒有裝GE(或者不懂使用),所以根本無法親自身驗證?不過裝GE好像不是甚麼難事吧,難道他見到某類適合自己立場的新聞,只顧嘲諷了事,連新聞從業員應有的專業及求真精神都忘得一乾二淨?

 

箭嘴左邊為三峽大壩船閘位置,右邊為所謂三峽大瀑布,相距超過30公里,而黃栢河源頭距離長江更有60公里以上。這裏的景點封了和三峽大壩本身有甚麼關係?(網絡圖片)

 

最後想提一下,這名評論員在Facebook中提到的三峽大瀑布暫停開放參觀,並以此來間接「引證」三峽大壩出事,其實想說明甚麼?只要在GOOGLE搜尋器或者GOOGLE地圖查一查「三峽大瀑布」,就知其原名是白果樹瀑布,而白果樹瀑布事實上是在黃柏河中段,只是長江在宜昌地區眾多支流之一。然而,黃柏河入長江是在三峽大壩的葛州壩位置,離三峽大壩東南近30公里的下游地區,事實上根本和三峽蓄水沒有任何關係,這個景點自己也是在三峽大壩東北差不多30公里。新聞指這條河上游有水利工程,要暫時截流,景區也要暫時封閉,究竟和三峽大壩本身有什麼關係?

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William Lam
現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

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