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轉換「黑貓中隊」的神秘空軍偵查照,將冷戰最高機密化成歷史版 Google Map

研之有物│中央研究院_96
・2021/04/06 ・5327字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|林庭葦
  • 美術設計|林洵安

當黑貓中隊遇上 GIS

編按:地理資訊系統 (Geographic Information System, GIS)

大半個世紀以前,一群秘密特訓的飛行員冒著生命危險,駕駛史上最難開的 U-2 偵察機,隻身潛入中國領空偵查,最終僅約半數隊員平安除役。三十年後,當年的機密航照連同其他早期空軍偵照成果,來到了中研院,在地理資訊科學研究專題中心的主責下,化為超過百萬張的地理圖資。「研之有物」專訪執行長范毅軍研究員、廖泫銘研究副技師,揭開這段歷史。

1959 年,美軍飛行員駕駛 U-2 偵察機所拍下的西藏拉薩航照圖,圖中紅框處即是布達拉宮。當年沒有 GPS,飛行員只能憑藉紙本航圖、無線電導引,判斷航線方向與偵察目標。圖/美國 NARA 典藏、徐林先生提供

神秘的空軍偵察部隊:黑貓中隊

科技進步的今日,只要隨手打開谷歌地圖 (Google Map),就能查看街道資訊和航照圖。不過,在人造衛星技術尚未成熟之時,想取得空間資料沒這麼簡單。

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「這是台北市、這是遷移前的桃園空軍基地、這是青藏高原上的拉薩⋯⋯」中研院廖泫銘副技師展示著一張張黑白航照圖。照片裡,山脈、河流、埤塘、飛機跑道與房屋聚落,清晰可見。

這些已經完成數位典藏的航空照片,全都來自一支神秘的空軍偵查部隊「黑貓中隊」,冒險深入「敵後」,秘密拍攝而來。

故事,要從冷戰方熾的 1950 年代末說起。

當時,政府仍積極圖謀「反攻大陸」,而美國則欲偵察共產陣營的飛彈與核子設施狀況。因此,美國中央情報局和台灣軍情單位聯手合作「快刀計畫」(Project Razor),秘密成立一支高空偵察部隊,美方提供 U-2 偵察機和技術支援,台灣提供飛行員和後勤基地,列入「元首層級」的最高機密。

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1961 年,空軍第 35 中隊正式成立,以「空軍氣象偵察研究組」名義掩護,神秘隱身在桃園空軍基地,暱稱為「黑貓中隊」。

地理資訊科學研究專題中心(GIS 專題中心),隸屬於中研院人文社會科學研究中心,研究副技師廖泫銘展示一張張黑白航空照片。他手中的圖像為 1960 年代台北市空拍影像,右下圖是當年的圓山飯店。圖/研之有物

U-2 ,史上最難開的飛機

1960 年代,黑貓中隊飛行員駕駛 U-2 偵察機,展開無數秘密偵查拍攝任務,範圍遍及中國、越南、朝鮮半島等冷戰衝突前線。

U-2 機身漆黑削瘦、雙翼極長,只容得下一人駕駛。為了躲避雷達、地對空飛彈,U-2 的飛行高度超過 20000 公尺,是一般飛機的兩倍(民航機的飛行高度約 10000 公尺,戰鬥機 12000 公尺)。為了保持輕巧、不耗油,U-2 雙翼和尾翼可拆卸,機身沒有任何武裝、補給裝備。

整架偵察機的設計,就如同隊名,彷若在暗夜與清晨潛行現蹤、輕巧無聲的一隻黑貓。

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U-2 外型纖細、機翼極長,有著「蛟龍夫人」(Dragon Lady) 之稱。機身只有前後兩個輪子,降落時必須有專車在機翼兩側預備,以長桿和磁鐵裝上兩個輪子,飛機才能順利滑行落地,極度考驗飛行員。圖/Master Sgt. Rose Reynolds

然而,極度輕便的設計,犧牲的是飛行員的人身安全。

U-2 降落異常困難;高速容易解體、過慢則會失速(最高速度和失速之間,僅僅差距 18.5 公里);早期還經常在高空無預警熄火,萬分考驗飛行員的技術。

危險不只如此!

為了在單趟航程內進出敵營領空,連續飛行 8 至 12 小時是家常便飯。飛行員還必須穿著類似太空裝的壓力衣和頭盔,進食、排泄都如同太空人般經由特殊「吸管」──在低溫、低壓、缺氧的 2 萬公尺高空,沒有這些裝備,眼球表面會結凍、身體的水分和血液會沸騰蒸發。

超級「任性」的 U-2,至今仍是美軍公認最難駕馭的飛機。

全世界僅只美國、英國和台灣的飛行員受過訓練,而實際執行任務的只有美國及台灣,迄今最新型號 U-2R 仍在美軍服役。

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軍事機密變身「歷史版 Google Map」

這支神秘部隊默默承擔偵查重責,直到 1974 年「快刀計畫」終止, 28 位黑貓中隊飛行員,總計執行 220 次任務,帶回 3000 多捲底片, 10 人不幸殉職。被列入最高機密的黑貓中隊,自此無聲地沉入歷史洪流。

二十多年後,中研院與國防部簽訂「飛遠專案」數位典藏合作計畫,推動老舊空照圖資數位化的工程,並建立相關資料庫,計畫從 1998 年持續至今,由范毅軍研究員籌畫、 GIS 專題中心持續推動。黑貓飛行員冒死拍下的 U-2 航空照片,便是重要的典藏內容之一。

黑貓中隊沈宗李教官。當年這群飛行員執行極機密任務,不被承認,28 位飛行員,10 人壯烈捐軀,2 人被共軍擊落、生死不明。直到 1990 年代,被中共俘虜的飛行員葉常棣、張立義重返台灣,這支神秘部隊因此曝光。圖/中研院地理資訊科學研究專題中心

這些 U-2 老照片數位化後,除了長期保存,還有什麼用途呢?

「一張圖勝過千言萬語。」范毅軍一語點出地理圖資的意義:「數位化不只是為了典藏,而是結合 GIS 技術,提供跨領域研究者重要的基礎資訊。」

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雖然已經沒有軍事情報價值,這些 U-2 航照圖卻擁有不可限量的學術潛力:單單一張圖像,就能獲取土地利用、海岸線、農地面積、道路等數據,甚至連房屋的容積都能計算。

毅力號登陸火星,透過不同角度的照片就能測量出火星的地形,這叫『航空攝影測量方法』。」廖泫銘解釋,同一個地區、不同角度的航拍影像,透過 GIS 技術,即可還原出立體 3D 效果,判斷出樓高、山高。

簡單來講,我們就是做歷史版的 Google Map 。

Google 把地圖當作載體,街道、店家等數據資料塞進地圖;研究團隊則是將歷史航照當成數據材料,抽取具有研究價值的資訊,放進地理資訊系統內。

時間+空間,GIS 生產歷史數據

地理資訊系統」(Geographic Information System,GIS)的原理,是運用地理座標,把所有的人、事、物透過地理空間整合在一起。不管是航照圖、古地圖、街道、土地開發情況,只要將座標對齊,都能整合進 GIS 系統。同時,把時間向度納入,今昔的空間資訊便能一覽無遺。

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以一張 1963 年的台北盆地航照圖為例。

第一步,是定位。研究團隊掃描航照底片,並在影像上找尋參考點(以台北市為例,「總統府」就是始終不變的定位參考點);如此一來,就能標誌座標,完成「空間對位」的工作,再一張張拼接成連續的圖面。

確定空間座標後,各研究者即可再針對特定的研究主題,如「台北市綠地變化」、「基隆河截彎取直後對汐止淹水的影響」……,從影像中萃取出有用的數據材料,包括計算綠地面積、都市化前的河道範圍等。

我是誰?我在哪裡?柯南式追蹤,破解航照之謎

聽來簡單,實際操作起來並不容易。

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首先,U-2 照片很特殊!

U-2 配備的自動照相機,能左右擺動鏡頭、連續拍攝,除了機腹正下方的俯瞰畫面,也有傾斜程度不一的側拍角度。如此一來,飛行航道左右各 300 公里,都逃不過 U-2 的「貓眼」,確保單次任務就能拍攝到最大範圍,獲得最多情報資料。

U-2 偵察機縮小模型,圖中飛行員旁的白色裝置,即是安裝在機腹下方的自動相機。圖/研之有物
U-2 偵察機機腹下方有 7 個攝影窗,可以拍攝不同角度的照片。圖/廖泫銘先生提供
U-2 航拍示意圖。U-2 的相機能左右擺動鏡頭,連續拍攝不同角度。為了保持機身平衡,底片切成一半,一半往前滾動,一半往後滾動,因此每次任務會有兩大捲底片,沖洗後再拼接起來。圖/徐林先生提供

「因為要連續拍攝 8 個小時,所以底片非常長,一整捲大概 65 公尺。保存時,要剪成一段一段,一段就是一個 roll。」廖泫銘拿出比臉還大的底片,說明著。

整捲底片被放進掃描機,讓電腦自動化高精度、高解析度掃描。掃完一捲完整片幅的底片,大約需要 1.5 天,而 U-2 底片總計有 3000 多捲。但數位化只是最「輕鬆」的環節,後續的「座標定位」,才是耗時耗力的工程。

黑貓中隊的飛行軌跡遍布東亞,當時沒有 GPS ──上千張照片,要怎麼知道這是哪裡?地理座標為何?屬於哪次任務?

回頭查詢國防部紀錄,就能快速破解?沒那麼簡單!

當年為了保密,所有人都僅是拼圖中的一小片:飛行員不知道具體任務內容,只知道飛行航線以及何時開關相機;沖曬官沖洗底片,不會過問細節;軍中判讀官檢視照片、辨識位置後,也不會記錄是哪位飛行員、哪次任務。

「對研究者來說很痛苦,我們想要知道每件事,但因為保密措施,從不同部門獲得的資訊都是片段的。」廖泫銘苦笑說道。

將上千捲底片產製成數位典藏,就是大量的「工」:

研究者必須交叉比對影像、地圖、飛行員出勤紀錄、判讀報告、CIA 解密檔案,才能把一張張沒有座標、沒有說明的歷史影像,轉化為科學研究的圖資。

唐代長安城樣貌?明英宗為何在土木堡被俘? GIS 重現古時空

雖然美國國家檔案館也有典藏一套 U-2 中國偵照底片,但迄今仍沒有數位化處理。相較之下,台灣完整的數位典藏,讓人們不需大海撈針,對於東亞區域研究者可說是珍貴無比。

「GIS 不是萬能的,卻是很基礎的工作。」范毅軍以學術研究的「基本功」形容。

他解釋,透過 GIS 技術整合各種空間資料,再加上時間向度,便能幫助研究者建構出虛擬的「時空框架」。不論考古、歷史學、環境學家,皆能從中進行細部的社會調查,觀察聚落、環境的長時態變化,甚至能從當代回推到古代!

舉例而言,歷史課本裡的「土木堡之變」你或許不陌生,但英宗為何會在此處遭遇埋伏?

透過 GIS 重現的「中國古代版 Google Map」,一目了然。土木堡位於今日的河北省張家口市「土木村」,從 1960 年代張家口航照圖(都市化以前),可以發現此處位於峽谷,容易遇伏。「明英宗御駕親征瓦剌,卻慘遭圍攻俘虜」的故事,瞬間變得立體鮮活。

「根據 1930 年代的西安航照圖,我們甚至能還原唐代的長安城!」范毅軍自豪的說。

除了歷史研究,GIS 成果也有「生活化」的一面。

曾有一位老先生被指控違建,祖厝面臨拆除。他找上 GIS 專題中心,調出當地歷史航照證明沒有違法占地,終於留住了透天厝。每天來自公務機關的「疑難雜症」,更是專題中心的「日常」。范毅軍笑稱,社會服務也是研究團隊的職責之一。

「我們不只是典藏,也提供最基礎的研究資料。」二十年前,中研院數位化空軍航照圖、建置 GIS 系統,多數人並不理解。但執行長范毅軍強調,如同大氣科學家每天要記錄觀測資料,GIS 也是最具奠基性的工作。圖/研之有物

「他們用生命換回來的,我們幫他們保住了」

費時二十多年,除了 U-2 航照,GIS 專題中心也完成約八十萬張老地圖數位典藏,建置全世界最大的中國、台灣地理資訊資料庫。

問廖泫銘從事地理資訊數位化工作二十年,最大的感動是什麼?

他秀出一張照片,說:「這是葉常棣教官,幾年前已經過世。那天,沈宗李教官陪他一起到中研院看看這些 U-2 航照。」

1965 年,黑貓中隊成員葉常棣在江西遭共軍擊落,軟禁、勞改長達十九年。當他獲釋到香港,卻因當時政治環境無法返台,只能在 CIA 幫助下赴美德州定居。1990 年,他返國辦理退伍,直到 2016 年才回到台北定居,不久便過世了。

「他們從來沒看過自己拍的照片,不能碰、不能問。」廖泫銘感性地說,

但他們用生命換回來的,我們幫他們保住,除了文化資產及科學價值,這也是重要的傳承。

1963 年葉常棣教官駕駛 U-2 拍下八達嶺長城,兩年後遭共軍擊落,下落不明。流轉離散數十年返台,葉教官執行任務 47 年後,首度在中研院見到自己當年拍下的偵查照。圖/中研院地理資訊科學研究專題中心
任務編號:GRC-178 /飛行員:葉常棣/目標位置:北京市西北地區 /目標座標:40°21’N 116°00’E
圖/中研院地理資訊科學研究專題中心
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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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地震之島的生存法則!921地震教育園區揭開台灣的防災祕密
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/20 ・4553字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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為什麼台灣會像坐在搖搖椅上,總是時不時地晃動?這個問題或許有些令人不安,但卻是我們生活在這片土地上的現實。根據氣象署統計,台灣每年有 40,000 次以上的地震,其中有感地震超過 1,000 次。2024年4月3日,花蓮的大地震發生後,台灣就經歷了超過 1,000 次餘震,這些數據被視覺化後形成的圖像,宛如台北101大樓般高聳穿雲,再次引發了全球對台灣地震頻繁性的關注。

地震發生後,許多外國媒體擔心半導體產業會受影響,但更讓他們稱奇的是,台灣竟然能在這麼大的地震之下,將傷害降到這麼低,並迅速恢復。不禁讓人想問,自從 25 年前的 921大地震以來,台灣經歷了哪些改變?哪些地方可能再發生大地震?如果只是遲早,我們該如何做好更萬全的準備?

要找到這些問題的答案,最合適的地點就在一座從地震遺跡中冒出的主題博物館:國立自然科學博物館的 921地震教育園區。

圖:跑道捕捉了地震的瞬間 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

下一個大地震在哪、何時?先聽斷層說了什麼

1999年9月21日凌晨1點47分,台灣發生了一場規模7.3的大地震,震央在南投縣集集鎮,全台 5 萬棟房子遭震垮,罹難人數超過 2,400 人。其中,台中霧峰光復國中校區因車籠埔斷層通過,地面隆起2.6公尺,多棟校舍損毀。政府決定在此設立921地震教育園區,保留這段震撼人心的歷史,並作為防災教育的重要基地。園區內兩處地震遺跡依特性設置為「車籠埔斷層保存館」和「地震工程教育館」。

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車籠埔斷層保存館建於原操場位置,為了保存地表破裂及巨大抬升,所以整體設計不採用樑柱結構,而是由82根長12公尺、寬2.4公尺、重約10噸的預鑄預力混凝板組成,外觀為曲線造型,技術難度極高,屬國內外首見,並榮獲多項建築獎。而地震工程教育館保留了原光復國中受損校舍,讓民眾親眼見證地震的驚人破壞力,進一步強調建築結構與安全的重要性。毀損教室旁設有由園區與「國家地震工程研究中心」共同策劃的展示館,透過互動展示,讓參觀者親手操作,學習地震工程相關知識。

國立自然科學博物館地質學組研究員蔣正興博士表示,面積上,台灣是一個狹長的小島,卻擁有高達近4000公尺的山脈,彰顯了板塊激烈擠壓、地質活動極為活躍的背景。回顧過去一百年的地震歷史,從1906年的梅山地震、1935年的新竹-台中地震,到1999年的921大地震,都發生在台灣西部,與西部的活動斷層有密切關聯,震源位於淺層,加上人口密度較高,因此對台灣西部造成了嚴重的災情。

而台灣東部是板塊劇烈擠壓的區域,地震震源分佈更廣。與西部相比,雖然東部地震更頻繁,但由於人口密度相對較低,災情相對較少。此外,台灣東北部和外海也是地震多發區,尤其是菲律賓海板塊往北隱沒至歐亞板塊的隱沒地震帶,至沖繩海槽向北延伸,甚至可能影響到台北下方,發生直下型地震,這種地震因震源位於城市正下方,危害特別大,加上台北市房屋非常老舊,若發生直下型地震,災情將非常嚴重。

除了台北市,蔣正興博士指出在台灣西部,我們特別需要關注的就是彰化斷層的影響,該斷層曾於1848年發生巨大錯動。此外,我們也需要留意西南部的地震風險,如 1906 年的梅山地震。此兩條活動斷層距今皆已超過 100 年沒活動了。至於東部,因為存在眾多活動斷層,當然也需要持續注意。

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我們之所以擔心某些斷層,是因為這些區域可能已經累積了相當多的能量,一旦達到臨界點,就會釋放,進而引發地震。地質學家通常會沿著斷層挖掘,尋找過去地震的證據,如受構造擾動沉積物的變化,然後透過定年技術來確定地震發生的時間點,估算出斷層的地震週期,然而,這些數字的計算過程非常複雜,需要綜合大量數據。

挑戰在於,有些斷層的活動時間非常久遠,要找到活動證據並不容易。例如,1906年的梅山地震,即使不算久遠,但挖掘出相關斷層的具體位置仍然困難,更不用說那些數百年才活動一次的斷層,如台北的山腳斷層,因為上頭覆蓋了大量沉積物,要找到並研究這些斷層更加困難。

儘管我們很難預測哪個斷層會再次活動,我們仍然可以預先對這些構造做風險評估,從過往地震事件中找到應變之道。而 921 地震教育園區,就是那個可以發現應變之道的地方。

圖:北棟教室毀損區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

921 後的 25 年

在園區服務已 11 年的黃英哲擔任志工輔導員,常代表園區到各地進行地震防災宣導。他細數 921 之後,台灣進行的六大改革。制定災害防救法,取代了總統緊急命令。修訂了建築法規,推動斷層帶禁限建與傳統校舍建築改建。組建災難搜救隊伍,在面對未來災害時能更加自主應對。為保存文化資產,增設了歷史建築類別,確保具有保存價值的建築物得到妥善照料。

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最後,則是推行防災教育。黃英哲表示,除了在學校定期進行防災演練,提升防災意識外,更建立了921地震教育園區,不僅作為教育場所,也是跨部門合作的平台,例如與交通部氣象署、災害防救辦公室、教育部等單位合作,進行全面的防災教育。園區內保留了斷層線的舊址,讓遊客能夠直觀地了解地震的破壞力,最具可看性;然而除此之外,園區也是 921 地震相關文物和資料的重要儲存地,為未來的地震研究提供了寶貴的資源。

堪稱園區元老,在園區服務將近 19 年,主要負責日語解說工作的陳婉茹認為,園區最大的特色是保存了斷層造成的地景變化,如抬升的操場和毀壞的教室場景,讓造訪的每個人直觀地感受地震的威力,尤其是對於年輕的小朋友,即使他們沒有親身經歷過,也能透過這些真實的展示認識到地震帶來的危險與影響。

陳婉茹回憶,之前有爸媽帶著小學低年級的小朋友來參觀,原本小朋友並不認真聽講,到處跑來跑去,但當他看到隆起的操場,立刻大聲說這他在課本看過,後來便聚精會神地聽完 40 分鐘的解說。

圖:陳婉茹在第一線負責解說工作 / 圖片來源:921地震教育園區

除了每看必震撼的地景,園區也透過持續更新策展,邀請大家深入地震跟防災的各個面向。策展人黃惠瑛負責展示設計、活動規劃、教具設計等工作。她提到,去年推出的搜救犬特展和今年的「921震災啓示展」與她的個人經歷息息相關。921 大地震時的她還是一名台中女中的住宿生,當時她儘管驚恐,依舊背著腿軟的學姊下樓,讓她在策劃這些展覽時充滿了反思。

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在地震體驗平臺的設計中,黃惠瑛強調不僅要讓觀眾了解災害的破壞力,更希望觀眾能從中學到防災知識。她與設計師合作,一樓展示區採用了時光機的概念,運用輕鬆、童趣的風格,希望遊客保持積極心態。二樓的地震體驗平臺結合六軸震動臺和影片,讓遊客真實感受921地震的情境。她強調,這次展覽的目標是全民,設計上避免了血腥和悲傷的元素,旨在讓觀眾帶著正向的感受離開,並重視防災意識。

圖:地震體驗劇場 / 圖片來源:921地震教育園區

籌備今年展覽的最大挑戰是緊迫的時間。從五月開始,九月完成,為了迅速而有效地與設計師溝通,黃惠瑛使用了AI工具如ChatGPT與生成圖像工具,來加快與設計師溝通的過程。

圖:黃惠瑛與設計師於文件中討論設計/ 圖片來源:921地震教育園區

蔣正興博士說,當初學界建議在此設立地震教育園區,其中一位重要推手是法國地質學家安朔葉。他曾在台灣指導十位台灣博士生,這些博士後來成為地質研究的中堅力量。1999年921大地震後,安朔葉教授立刻趕到台灣,認為光復國中是全球研究斷層和地震的最佳觀察點,建議必須保存。為紀念園區今年成立20週年,在斷層館的展示更新中,便特別強調安朔葉的貢獻與當時的操場圖。

此外,作為 20 週年的相關活動,今年九月也將與日本野島斷層保存館簽署合作備忘錄(MOU),強化合作並展示台日合作歷史。另一重頭戲則是向日本兵庫縣人與自然博物館主任研究員加藤茂弘致贈感謝狀,感謝他不遺餘力,長期協助園區斷層保存館的剖面展品保存工作。

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右圖:法國巴黎居禮大學安朔葉教授。左圖:兵庫縣立人與自然博物館主任研究員加藤茂弘
/ 圖片來源:921地震教育園區

前事不忘,後事之師

盡力保存斷層跟受創校舍,只因不想再重蹈覆徹。蔣正興博士表示,921地震發生在車籠埔斷層,其錯動形式成為全球地質研究的典範,尤其是在研究斷層帶災害方面。統計數據顯示,距離車籠埔斷層約100公尺內,住在上盤的罹難率約為1%,而下盤則約為0.6%。這說明住在斷層附近,特別是上盤,是非常危險的。由於台灣主要是逆斷層活動,這一數據清楚告訴我們,在上盤區域建設居住區應特別小心。

2018年花蓮米崙斷層地震就是一個例證。

在921地震後,政府在斷層帶兩側劃設了「地質敏感區」。因為斷層活動週期較長,全球大部分地區難以測試劃設敏感區的有效性,但台灣不同,斷層活動十分頻繁。例如 1951 年,米崙斷層造成縱谷地震,規模達 7.3,僅隔 67 年後,在 2018 年再次發生花蓮地震,這在全球是罕見的,也因此 2016 年劃設的地質敏感區,在 2018 年的地震中便發現,的確更容易發生地表破裂與建築受損,驗證了地質敏感區劃設的有效性。

圖:黃英哲表示曾來園區參訪的兒童寄來的問候信,是他認真工作的動力 / 圖片來源:921地震教育園區

在過去的20年裡,921地震教育園區不僅見證了台灣在防災教育上的進步,也承載著無數來訪者的情感與記憶。每一處地震遺跡,每一項展示,都在默默提醒我們,那段傷痛歷史並未走遠。然而,我們對抗自然的力量,並非源自恐懼,而是源自對生命的尊重與守護。當你走進這座園區,感受那因地震而隆起的操場,或是走過曾經遭受重創的教室,你會發現,這不僅僅是歷史的展示,更是我們每一個人的責任與使命。

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來吧,今年九月,走進921地震教育園區,一起在這裡找尋對未來的啓示,為台灣的下一代共同築起一個更堅固、更安全的家園。

圖:今年九月,走進921地震教育園區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

延伸閱讀:
高風險? 家踩「斷層帶、地質敏感區」買房留意
「我摸到台灣的心臟!」法國地質學家安朔葉讓「池上斷層」揚名國際
百年驚奇-霧峰九二一地震教育園區|天下雜誌

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來迷路吧!放下 Google Map,尋找一場美麗的錯誤──《偶然的科學》
PanSci_96
・2018/07/10 ・6208字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

來迷路吧!尋找美麗的錯誤

在本書的尾聲中我們該向大家提出一個請求請不要把生活裡的所有不確定性都予以消除GPS到書籍推薦科技正在讓我們周遭的一切變得精確又可預測但這不見得是好事有時候我們的幸福有可能因偶然而生而這是凱薩琳德蘭格 (Catherine de Lange) 發現的道理

放下手上的 Google Map,迷路的過程或許會發現什麼新鮮事。圖/pixibay

當我沿著繁忙的高速公路,緊跟著我跟蹤的目標而行時,我確實不容易被發現。但是,當我的目標把車開往住宅區的街道時,我就開始擔心了。我稍微放慢速度,讓自己慢下來,和這個女人保持更安全的距離,並且繼續跟蹤她。

不久之後,她轉了一個彎,穿過一座又大又漂亮的公園。儘管這裡距離我家只有幾分鐘的路程,但我很驚訝地發現自己居然從沒到過這裡。當我重新來到街道的另一邊時,那個女人不見了,而我卻迷路了。我拿出我的智慧型手機,查看衛星定位的路線。「右轉到加斯科尼大道,」它說,「然後找一個看起來很孤單的人,上前要求和他們並肩而行一會兒。」我們再來一次吧。

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跟蹤隨機的陌生人,看看我最後會抵達哪個終點,這樣的事不是我平常在週六下午會做的事。但是,人生也許就該如此。科技興起是為了簡化我們的生活,從衛星定位設備到推薦服務皆然,所以我們現在已經很少會需要偶然了。一個才剛成立的研究機構表示,就人類的幸福來說,人們嚴重低估偶然的重要性。有些應用程式叫做「偶然產生器」,鼓勵我們把一些古怪念頭帶回生活之中,藉此反抗超級效率的趨勢。這樣的應用程式,能幫助我們克服人類對不確定性固有的恐懼嗎?

網路讓我們全都被優化了!

這些新應用程式之所以會出現,反映出人們更早之前對現代效率的暴政所提出的抗議。19世紀中葉,法國革命帶來的秩序,引發一種被稱為「漫遊」 (flânerie) 的文化現象。巴黎人不滿意現代城市如此緊迫和疏離,希望能在城市生活中鼓勵一些漫無目的的愉悅遊蕩。一個世紀之後,隨著都市計畫者使用制式框架打造城市,城市變得更加可以預測,地圖也變得無所不在。於是,藝術家和活動家再次抵制有序的實用主義。這一次,他們刻意用地圖隨意漫遊。例如一群被稱為激流派的藝術家,創作了「踩在城市每一個水坑」的有趣指引。

早期的網際網路,並不是不滿的漫遊者要反抗的目標。當網路在1990年代興起時,主要是為了讓人們和不認識的人分享他們喜歡的東西,那是我們用來和通常不會相遇的人交往的方式;換句話說,那是一個促成巧合的良好機會。

然後,事情開始有了改變。「從20世紀到21世紀,人們很強調優化。」一位設計偶然性應用程式的藝術家馬克.謝潑德 (Mark Shepard) 說。「我們現在認為,讓事情變得更有效率,是科技該為我們做的事。」這種想法把機器當作人類謙遜的僕人,讓我們的生活可以過得更輕鬆。

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我們活在「優化」之中,失去了許多可能性。圖/pixibay

隨著推薦系統的興起,演算法利用你購買、喜歡和瀏覽的歷史,還有別人的紀錄,計算出你之後可能有興趣購買哪些產品。

現在,每個智慧型手機都有衛星定位,引導你抵達任何一個目的地。從超市中選擇買什麼,到找到你的方向而不迷路⋯⋯,你口袋裡的設備可以保證你再也不用依賴偶然。我們的生活幾乎完全被優化了。

偶然生產器,用錯誤的路線帶給你驚喜!

這些偶然性應用程式來得正巧,正好回應了都市漫遊的精神,刻意讓你失去方向。許多人直接批評會對他們耍詐的推薦系統。「這些推薦系統都會給你更安全的選擇,結果卻犧牲了你到更有趣地方的機會。」英國林肯大學計算機科學家班.柯爾曼 (Ben Kirman) 說,他專門研究社會遊戲。

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這就是為什麼柯爾曼創建了偶然生產器「迷路機器人」(Getlostbot)。這個應用程式,鼓勵使用者突破舊有做法,嘗試到不同的地方去。只要下載這個程式,它會默默監控你在四方廣場 (Foursquare) 的打卡紀錄。當你的行蹤太能被預測時—例如,你老是在週五晚上去同一間酒吧—那麼這個偶然產生器,就會發送一個你從未嘗試過的路線給你。

未知是一種驚喜,試著尋找偶然吧!圖/pixibay

過去兩年中,許多類似的應用程式和服務悄然激增。例如,像 Highlight 這個應用程式,會連接到你附近的陌生人;另一個叫做 Graze 的線上服務,會帶給你驚喜的食物。

漫遊者和藝術家所實踐的偶然性,看起來可能非常異想天開,但最近一份研究幸福的結果顯示,他們的做法大幅降低了人性中的深刻衝突。推薦系統之所以如此吸引人,部分原因在於在大多數時候,消除不確定性是個很好的想法。維吉尼亞大學的心理學家提姆.威爾遜 (Tim Wilson) 說,「人類一直努力讓世界變得有意義。」如果你瞭解了一些事,而且如果它們是好東西的話,你就會想辦法讓它們再度發生;抑或是,如果它們是壞東西的話,你要能防止它們再度發生。

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「不確定性」為人們帶來幸福感

所以,當你知道某個糟糕的結果—無論那是一齣很差勁的電影,還是徹底迷路—可能發生時,會讓你最不開心的就是不確定性。其實迷路或買到不喜歡的東西,並不會對我們的人生構成威脅,但我們也許可以在更嚴重的情境下,理解人們為什麼不願意面對不確定性。例如,有個研究曾針對做過亨廷頓舞蹈症基因檢測的人進行,而這群人正等待檢驗結果出來。無論檢驗結果是陽性還是陰性,所有得知檢測結果的人的幸福感都提升了;但是無法確定檢驗結果的人狀況就大相逕庭了。一年之後,這群人的沮喪程度,比起得知自己必須終生與這種性命攸關又讓人病懨懨疾病共處的人更甚。

不確定性會帶來幸福感。圖/pixibay

為什麼會這樣呢?許多研究證實,當意想不到的事件出現,人們的反應會更情緒化。這個機制也是一樣,無論它放大的只是一個讓人稍微不快的事件,或是一個非常嚴重的事件。無論事情大小,我們都會花更長時間去思考它,試圖找出其中的解釋。一旦我們提出了一個理由,我們就會接受它,把它融入日常世界中。

那麼,根除生活中的不確定性,似乎是一個很好的幸福策略。

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不幸的是,這種看法並非全貌。大多數針對不確定性的研究,往往只側重消極的一面。在過去十年中,心理學家已開始研究不確定性帶來的美好體驗,他們的發現正成為強而有力的案例:讓不確定性強化壞狀況的機制,可能也是帶來幸福的關鍵因素。

威爾遜有個理論說,當我們在面對愉快的事件時,保持不確定性會比較好。為了測試這想法,他設計了一系列的實驗。在一項研究中,參與者得知他們有機會參加某個比賽,並要從中選出他們最想贏得的兩個獎項。後來研究人員告訴所有人他們贏了,其中一群人馬上就會得到他們最喜歡的獎品,然而另一群人在研究結束之前,都不會知道將得到兩種獎品中的哪一種。威爾遜發現,那些被迫要花時間琢磨自己可能得到哪種獎品的人,比起那些馬上得到滿足的人,體驗到更長時間的美好心情。

當我們在面對愉快的事件時,保持不確定性會比較好。圖/pixibay

這群人也花了更長時間觀賞可能得到的獎品圖片。因此,這實驗支持了一個理論的說法,那就是當事情尚不明朗時,人們會花更多時間專注在可能的結果上。對於快樂的結果來說,這放大了人們可以從中得到的樂趣。

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所以,面對一起曖昧不明的愉快事件,人們被迫把注意力放在它身上更久,從而延長了情緒熱度;這造就了心理學家所謂的「愉悅的悖論」現象:我們想要瞭解世界,但這種瞭解會剝奪我們從意外事件中得到的樂趣。

來繞路吧!別顧著看GPS

這些研究只不過是整個研究的一小部分,卻顯示了透過不確定性的力量,我們可以得到多少樂趣,並且在我們生活中引入偶然因素的技術,可以提升我們日常生活的心情。這就是為什麼我會在某個下雨天的午後,在北倫敦北部跟蹤一個陌生人。我正在測試偶然產生器 (Serendipitor),這個衛星導航程式可以擴大你行進路徑的範圍。它會給你小小的建議,讓你稍微改變方向、繞路或是走其他路。

這種應用程式的設計師,試圖說服人們跨越一條線。他們甘冒犯眾怒危險,因為這程式可能會讓某些人覺得荒謬。「偶然產生器是種諷刺的說法:當我們生活在一個需要下載應用程式才能得到偶然性的社會裡,這代表什麼?」設計這個應用程式的設計師謝潑德說。然而,偶然性產生器和簡單的偶然性不同,這個應用程式讓你可以設定權重,確保出來的結果是好的。例如輕輕擦一下,就可以剔除你真的很討厭的食物;此外,就算你連到可靠的谷歌地圖,偶然性產生器也可以讓你迷路。

換條路走,前方或許會有不一樣的世界等著你。圖/pixibay

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我計畫好午餐要吃什麼之後,便用這個應用程式查詢路線。走路到餐廳只要六分鐘,我的手機也顯示了通往主要幹道的可預測路線。一旦我出發,偶然性產生器就設定了我的第一個挑戰:挑一個人,跟蹤他走兩個街口(謝潑德說他從激流藝術家那裡,借來許多另類指引)。我在路上挑了一個拖著行李箱的女人,跟在她後面,不久後她橫越馬路,帶我來到我從不知道的公園。現在,這程式的優點漸漸變得清晰,我忍不住在想,如果我挑到其他人,我對這個地方就會一無所知了。

你願意使用偶然生產器嗎?

我不是唯一一個會被「這樣的事也許永遠不會發生」這想法所迷惑的人。2008年,哈佛大學心理學家丹尼爾.吉伯特 (Daniel Gilbert) 招募了一群至少已擁有五年幸福感情的人,他把這群人分組,要求其中一半的人寫下他們與伴侶相遇的故事,其他人則描述可能無法與伴侶相遇的故事。測試結束後,那些描述自己沒遇到伴侶的人,比起描述實際愛情故事的人,對這段感情的滿足感更大。

在電影《風雲人物》 (It’s A Wonderful Life) 中,天使讓主角喬治.貝禮看到這個世界如果少了他會變成如何的面貌,威爾森把這現象稱為「喬治貝禮效應」 (George Bailey effect) 。天使說,如果喬治沒有出生,一切好事也許永遠不會發生。是喬治把活力注入已喪失新奇光芒的生活之中。

美國經典電影《風雲人物》海報。圖/wikipedia

在這次偶然的遭遇中,我除了到處亂走之外,做些隨機的事情也讓我興奮莫名。跟著女人走到公園後,我花了一段時間才鼓起勇氣,問某個路人我是否可以拍一張他的照片。不過,這卻給了我一種成就感,雖然這樣做真的很蠢。然而我不禁想到,要不是為了執行任務而去做這些事,我平日真有可能會使用這種應用程式嗎?

事實是,人們一直低估不確定性的正面影響。沒有人比柯爾曼更瞭解這一點。他發現,儘管人們認為偶然生產器的概念很好,但當螢幕上真的給出建議,要求人們嘗試新東西時,大家都不太願意這樣做;換句話說,人們喜歡這個應用程式,會下載它,但不會使用它。

如果拒絕不確定性還不足以構成問題,那麼另一個妨礙人們接納偶然性的障礙,則是商業化—因為讓人迷路的應用程式賺不了錢。

打破同溫層吧!擁抱偶然性

但這並不表示我們不需要這樣的程式。根據麻州劍橋微軟研究部門的達娜.博依德 (Danah Boyd) 的說法,我們越來越依賴推薦系統,這表示人們最後會活在同質性極高的「同溫層」之中,讓我們的視野變得越發狹隘。她總結了目前線上偶然性生產器技術的方法,它混合了人們對未知的恐懼,以及待在安全同溫層的壓力。

因此博依德認為,這些技術永遠不會在主流中占據主導地位,但卻反映出一種有用的對抗思維。她說,「和那些與我們的世界觀迥異的人往來,是件非常重要的事,但我們已經無法理解這樣的事了。」

她發現,人們的態度大約在2005年出現轉變,媒體注意到網路上嗜血分子的出現,讓人們對「周遭的陌生人產生道德恐慌」。大約在同一時間,我們看到社群網路興起,人們用網路與熟人聯繫,而不是與不認識的人互通往來。

網路資訊讓人們對陌生人產生不信任感。圖/pixibay

受到限制的不僅僅是我們的網路生活。「最重要是讓你的孩子擁抱偶然性,」博伊德說,「以前,這說的是跳上你的單車,說走就走,而如今我們已經失去這種能力了。」這些推薦應用程式、衛星導航和其他安全技術彼此相互連結,是否會改變人們對風險的容忍度?在過去幾年中,華盛頓特區的皮尤研究中心發現,美國學開車的青少年越來越少了,腳踏車的銷售量也急劇下滑。就算其他州有比較好的工作,年輕人也不太願意搬到那些地方去。

所以,刻意製造的偶然性也許仍有發展的希望,某些大公司已開始在玩這個想法了。根據報導,蘋果公司在2008年申請了一個專利,這個專利是說:如果兩台機器突然靠得很近,它們就會自動連線。比方說,你會發現自己正和某個朋友在同一個區域,而朋友卻沒有意識到這點。谷歌的定位應用程式也正在做同樣的事。

我不期望哪一天谷歌地圖會從一開始,就指引我跟著某個陌生人走,但該公司是否可能運用這種技術,在目前地圖上「最快」和「最短」的選項之外,加入「最具冒險性」的選項?

畢竟,在我們每天使用的技術裡面多加入一些驚喜,我們就有可能再次注意到我們因不斷追求效率而錯過的事物。「這是目前最暢銷書籍的主要故事情節,」博伊德說,「故事中的人物會遇到一些隨機的事情,這些事情非常神奇,於是他們便出發前往未知之地。我們幻想著這些東西,但我們該如何讓幻想回到我們的現實中呢?」

 

 

本文選自泛科學2018年7月選書《偶然的科學:好運、隨機及機率背後的秘密》,八旗文化。

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免費App 完成災區訊號評估任務!
陳 慈忻
・2013/10/30 ・1327字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

2013年5月20日,龍捲風襲擊後的穆爾鎮滿目瘡痍。(圖片來源:Flickr作者jonathan Wheeler)

狂風豪雨過後,倒下的不只是行道樹,可能還包括你正在使用的無線網路。2013年5月25日,龍捲風侵襲美國中部的5天後,防災科技實驗室(Disaster Tech Lab)即發表《Moore, Oklahoma Wireless Signal Assessment》調查報告,憑藉免費的應用程式(Application, 簡稱App)服務迅速完成無線訊號評估任務。

這份調查同時找出受災區通訊服務的黑點(black spots)與白點(white-spots),儘管黑點在英文的語意中是指多交通事故處或危機發生的焦點,在這裡指的是無法連接通訊信號的地區,相對的白點則是通訊普遍可及的區域,短期內不再需要通訊的基礎建設。

從蒐集資料、視覺化到分享調查成果,可以幫助決策者了解哪些地方已經有充足的通訊服務,那些地方存在通訊落差的狀況,需要優先補強災後服務。為使調查同時具有研究與實務的貢獻,防災科技實驗室從易受龍捲風侵襲的中美地區著手,研究範圍就是今年5月受龍捲風重創的奧克拉荷馬市(Oklahoma City)穆爾鎮(Town of Moore)。

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2013年5月20日,強勁的龍捲風橫掃穆爾鎮和其他奧克拉荷馬市的南部城鎮,估計毀壞1,150棟房舍,造成25人致死、377人受傷,估計經濟損失高達20億美元,為了鎖定穆爾鎮受災區測試通訊服務,科學家從最新的「Google Crisis Map」取得龍捲風路徑。

「Google Crisis Map」是由Google開發的地圖平台,以地理資訊系統(GIS, Geographic information System)的技術,讓一般人可以透過網路在災害前後從地圖獲得清楚簡單的防災資訊,像是災害潛勢路徑、避難所位置、森林大火範圍等,這些危機地圖以Google Map為底圖,內容可以由官方發布,也可以由有興趣投入的一般民眾製作。

更方便的是,危機地圖提供大家免費下載災害資訊的Kml檔案,Kml是一種使用於Google Earth的檔案類型,可以在Google Earth進行編輯,專業使用者若將Kml檔轉成ShpFile檔案類型,還可以在地理資訊系統( Geographic Information System,GIS)的軟體中操作空間分析與製圖。

有了今年(2013)龍捲風在穆爾鎮的路徑資料,科學家只要攜帶iPad和智慧型手機就能沿著災區街廓來記錄沿途的無線通訊服務,因為這些產品中安裝合適的App,Android系統的手機使用G-Mon、iPad則安裝Wi-where,都可以感測周圍的無線網路訊號。

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科學家發現災區的3G、4G等無線網路覆蓋率極高,推論原因是大部分的無線訊號的基地台並不在龍捲風的侵襲範圍內,而這些覆蓋率極高的無線網路是屬於可移動、可拆遷的「暫時性網路(temporary networks)」,在災害發生的3到4天就可以完成架設,相較之下固定式衛星通訊服務的小型衛星地面站(Very Small Aperture Terminal,VSAT)成本較高,受一次性災害破壞的損失較大,建議災後重建善加利用暫時性網路科技。

有了這些新穎方便的科技,在遇上天然災害時,可以迅速重建網路,維持災區的通訊品質,並非只是為了讓當地民眾方便上網,在防災資訊傳遞,也是十分重要的環節。

延伸閱讀:

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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陳 慈忻
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在丹麥的博士生,專長是用機器學習探索人類生活空間,正在研究都市環境變遷與人類健康的關係。曾擔任防災科普小組編輯、社會創新電子報主編。