U-2侦察机机腹下方有7个摄影窗，可以拍摄不同角度的照片。（研之友物／图：廖泫铭先生提供）
当黑猫中队遇上 GIS：大半个世纪以前，一群秘密特训的飞行员冒着生命危险，驾驶史上最难开的 U-2侦察机，只身潜入中国领空侦查，最终仅约半数队员平安除役。
三十年后，当年的机密航照连同其他早期空军侦照成果，来到了中研院，在地理资讯科学研究专题中心的主责下，化为超过百万张的地理图资。“研之有物”专访执行长范毅军研究员、廖泫铭研究副技师，揭开这段历史。
神秘的空军侦察部队：黑猫中队
科技进步的今日，只要随手打开谷歌地图（Google Map），就能查看街道资讯和航照图。不过，在人造卫星技术尚未成熟之时，想取得空间资料没这么简单。
“这是台北市、这是迁移前的桃园空军基地、这是青藏高原上的拉萨⋯⋯”中研院廖泫铭副技师展示著一张张黑白航照图。照片里，山脉、河流、埤塘、飞机跑道与房屋聚落，清晰可见。
这些已经完成数位典藏的航空照片，全都来自一支神秘的空军侦查部队“黑猫中队”，冒险深入“敌后”，秘密拍摄而来。
故事，要从冷战方炽的1950年代末说起。
1959年，美军飞行员驾驶 U-2侦察机所拍下的西藏拉萨航照图，图中红框处即是布达拉宫。当年没有 GPS，飞行员只能凭藉纸本航图、无线电导引，判断航线方向与侦察目标。（图│美国 NARA典藏、徐林先生提供）
当时，政府仍积极图谋“反攻大陆”，而美国则欲侦察共产阵营的飞弹与核子设施状况。因此，美国中央情报局和台湾军情单位联手合作“快刀计划”（Project Razor），秘密成立一支高空侦察部队，美方提供 U-2侦察机和技术支援，台湾提供飞行员和后勤基地，列入“元首层级”的最高机密。
1961年，空军第35中队正式成立，以“空军气象侦察研究组”名义掩护，神秘隐身在桃园空军基地，昵称为“黑猫中队”。
地理资讯科学研究专题中心（GIS专题中心），隶属于中研院人文社会科学研究中心，研究副技师廖泫铭展示一张张黑白航空照片。他手中的图像为1960年代台北市空拍影像，右下图是当年的圆山饭店。(图│研之有物)
U-2，史上最难开的飞机
1960年代，黑猫中队飞行员驾驶 U-2侦察机，展开无数秘密侦查拍摄任务，范围遍及中国、越南、朝鲜半岛等冷战冲突前线。
U-2机身漆黑削瘦、双翼极长，只容得下一人驾驶。为了躲避雷达、地对空飞弹，U-2的飞行高度超过2万米，是一般飞机的两倍（民航机的飞行高度约10000米，战斗机12000米）。为了保持轻巧、不耗油，U-2双翼和尾翼可拆卸，机身没有任何武装、补给装备。
整架侦察机的设计，就如同队名，彷若在暗夜与清晨潜行现踪、轻巧无声的一只黑猫。
U-2外型纤细、机翼极长，有着“蛟龙夫人”（Dragon Lady）之称。机身只有前后两个轮子，降落时必须有专车在机翼两侧预备，以长杆和磁铁装上两个轮子，飞机才能顺利滑行落地，极度考验飞行员。(图│Master Sgt. Rose Reynolds)
然而，极度轻便的设计，牺牲的是飞行员的人身安全。
U-2降落异常困难；高速容易解体、过慢则会失速（最高速度和失速之间，仅仅差距18.5公里）；早期还经常在高空无预警熄火，万分考验飞行员的技术。
危险不只如此！
为了在单趟航程内进出敌营领空，连续飞行8至12小时是家常便饭。飞行员还必须穿着类似太空装的压力衣和头盔，进食、排泄都如同太空人般经由特殊“吸管”──在低温、低压、缺氧的2万米高空，没有这些装备，眼球表面会结冻、身体的水分和血液会沸腾蒸发。
全世界仅只美国、英国和台湾的飞行员受过训练，而实际执行任务的只有美国及台湾，迄今最新型号 U-2R仍在美军服役。
军事机密变身“历史版 Google Map”
这支神秘部队默默承担侦查重责，直到1974年“快刀计划”终止，28位黑猫中队飞行员，总计执行220次任务，带回3000多卷底片，10人不幸殉职。被列入最高机密的黑猫中队，自此无声地沉入历史洪流。
二十多年后，中研院与国防部签订“飞远专案”数位典藏合作计划，推动老旧空照图资数位化的工程，并建立相关资料库，计划从1998年持续至今，由范毅军研究员筹画、 GIS专题中心持续推动。黑猫飞行员冒死拍下的 U-2航空照片，便是重要的典藏内容之一。
黑猫中队沈宗李教官。当年这群飞行员执行极机密任务，不被承认，28位飞行员，10人壮烈捐躯，2人被共军击落、生死不明。直到1990年代，被中共俘虏的飞行员叶常棣、张立义重返台湾，这支神秘部队因此曝光。(图│中研院地理资讯科学研究专题中心)
这些 U-2老照片数位化后，除了长期保存，还有什么用途呢？
“一张图胜过千言万语。”范毅军一语点出地理图资的意义：“数位化不只是为了典藏，而是结合 GIS技术，提供跨领域研究者重要的基础资讯。”
虽然已经没有军事情报价值，这些 U-2航照图却拥有不可限量的学术潜力：单单一张图像，就能获取土地利用、海岸线、农地面积、道路等数据，甚至连房屋的容积都能计算。
“毅力号登陆火星，透过不同角度的照片就能测量出火星的地形，这叫‘航空摄影测量方法’。”廖泫铭解释，同一个地区、不同角度的航拍影像，透过 GIS技术，即可还原出立体3D效果，判断出楼高、山高。
Google把地图当作载体，街道、店家等数据资料塞进地图；研究团队则是将历史航照当成数据材料，抽取具有研究价值的资讯，放进地理资讯系统内。
时间＋空间，GIS生产历史数据
“地理资讯系统”（Geographic Information System，GIS）的原理，是运用地理座标，把所有的人、事、物透过地理空间整合在一起。不管是航照图、古地图、街道、土地开发情况，只要将座标对齐，都能整合进 GIS系统。同时，把时间向度纳入，今昔的空间资讯便能一览无遗。
以一张1963年的台北盆地航照图为例。
第一步，是定位。研究团队扫描航照底片，并在影像上找寻参考点（以台北市为例，“总统府”就是始终不变的定位参考点）；如此一来，就能标志座标，完成“空间对位”的工作，再一张张拼接成连续的图面。
确定空间座标后，各研究者即可再针对特定的研究主题，如“台北市绿地变化”、“基隆河截弯取直后对汐止淹水的影响”……，从影像中萃取出有用的数据材料，包括计算绿地面积、都市化前的河道范围等。
我是谁？我在哪里？柯南式追踪，破解航照之谜
听来简单，实际操作起来并不容易。
首先，U-2照片很特殊！
U-2配备的自动照相机，能左右摆动镜头、连续拍摄，除了机腹正下方的俯瞰画面，也有倾斜程度不一的侧拍角度。如此一来，飞行航道左右各300公里，都逃不过 U-2的“猫眼”，确保单次任务就能拍摄到最大范围，获得最多情报资料。
U-2侦察机缩小模型，图中飞行员旁的白色装置，即是安装在机腹下方的自动相机。(图│研之有物)
U-2航拍示意图。U-2的相机能左右摆动镜头，连续拍摄不同角度。为了保持机身平衡，底片切成一半，一半往前滚动，一半往后滚动，因此每次任务会有两大卷底片，冲洗后再拼接起来。(图│徐林先生提供)
“因为要连续拍摄8个小时，所以底片非常长，一整卷大概65米。保存时，要剪成一段一段，一段就是一个 roll。”廖泫铭拿出比脸还大的底片，说明著。
整卷底片被放进扫描机，让电脑自动化高精度、高分辨率扫描。扫完一卷完整片幅的底片，大约需要1.5天，而 U-2底片总计有3000多卷。但数位化只是最“轻松”的环节，后续的“座标定位”，才是耗时耗力的工程。
黑猫中队的飞行轨迹遍布东亚，当时没有 GPS──上千张照片，要怎么知道这是哪里？地理座标为何？属于哪次任务？
回头查询国防部纪录，就能快速破解？没那么简单！
当年为了保密，所有人都仅是拼图中的一小片：飞行员不知道具体任务内容，只知道飞行航线以及何时开关相机；冲晒官冲洗底片，不会过问细节；军中判读官检视照片、辨识位置后，也不会记录是哪位飞行员、哪次任务。
“对研究者来说很痛苦，我们想要知道每件事，但因为保密措施，从不同部门获得的资讯都是片段的。”廖泫铭苦笑说道。
将上千卷底片产制成数位典藏，就是大量的“工”：研究者必须交叉比对影像、地图、飞行员出勤纪录、判读报告、CIA解密档案，才能把一张张没有座标、没有说明的历史影像，转化为科学研究的图资。
唐代长安城样貌？明英宗为何在土木堡被俘？ GIS重现古时空
虽然美国国家档案馆也有典藏一套 U-2中国侦照底片，但迄今仍没有数位化处理。相较之下，台湾完整的数位典藏，让人们不需大海捞针，对于东亚区域研究者可说是珍贵无比。“
GIS不是万能的，却是很基础的工作。”范毅军以学术研究的“基本功”形容。
他解释，透过 GIS技术整合各种空间资料，再加上时间向度，便能帮助研究者建构出虚拟的“时空框架”。不论考古、历史学、环境学家，皆能从中进行细部的社会调查，观察聚落、环境的长时态变化，甚至能从当代回推到古代！
举例而言，历史课本里的“土木堡之变”你或许不陌生，但英宗为何会在此处遭遇埋伏？
透过 GIS重现的“中国古代版 Google Map”，一目了然。土木堡位于今日的河北省张家口市“土木村”，从1960年代张家口航照图（都市化以前），可以发现此处位于峡谷，容易遇伏。“明英宗御驾亲征瓦剌，却惨遭围攻俘虏”的故事，瞬间变得立体鲜活。
“根据1930年代的西安航照图，我们甚至能还原唐代的长安城！”范毅军自豪的说。
除了历史研究，GIS成果也有“生活化”的一面。
曾有一位老先生被指控违建，祖厝面临拆除。他找上 GIS专题中心，调出当地历史航照证明没有违法占地，终于留住了透天厝。每天来自公务机关的“疑难杂症”，更是专题中心的“日常”。范毅军笑称，社会服务也是研究团队的职责之一。
“我们不只是典藏，也提供最基础的研究资料。”二十年前，中研院数位化空军航照图、建置 GIS系统，多数人并不理解。但执行长范毅军强调，如同大气科学家每天要记录观测资料，GIS也是最具奠基性的工作。(图│研之有物)
“他们用生命换回来的，我们帮他们保住了”
费时二十多年，除了 U-2航照，GIS专题中心也完成约八十万张老地图数位典藏，建置全世界最大的中国、台湾地理资讯资料库。
问廖泫铭从事地理资讯数位化工作二十年，最大的感动是什么？
他秀出一张照片，说：“这是叶常棣教官，几年前已经过世。那天，沈宗李教官陪他一起到中研院看看这些 U-2航照。”
1965年，黑猫中队成员叶常棣在江西遭共军击落，软禁、劳改长达十九年。当他获释到香港，却因当时政治环境无法返台，只能在 CIA帮助下赴美德州定居。1990年，他返国办理退伍，直到2016年才回到台北定居，不久便过世了。
“他们从来没看过自己拍的照片，不能碰、不能问。”廖泫铭感性地说，但他们用生命换回来的，我们帮他们保住，除了文化资产及科学价值，这也是重要的传承。
1963年叶常棣教官驾驶 U-2拍下八达岭长城，两年后遭共军击落，下落不明。流转离散数十年返台，叶教官执行任务47年后，首度在中研院见到自己当年拍下的侦查照。(图│中研院地理资讯科学研究专题中心)
任务编号：GRC-178／飞行员：叶常棣／目标位置：北京市西北地区／目标座标：40°21’N116°00’E(图│中研院地理资讯科学研究专题中心)
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