研之有物
當黑貓中隊遇上 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。
「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。
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 2 萬公尺，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。
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。
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。」
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。
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。
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，
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）
採訪撰文｜林庭葦
美術設計｜林洵安
本文經授權轉載自研之有物 冷戰最高機密「黑貓中隊」：神秘的空軍偵查照，如何化為科學圖資？
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