成功大學全球觀測與資料分析中心

發展與應用多尺度遙測平台,在關鍵時空中進行觀測,並深入分析資料,將全球變遷引發的環境危機,轉為人類永續發展的契機。
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2014SWCB_DFDPC

計畫名稱:103年多尺度遙測空間資訊資料建置及擴充維護計畫

委託單位:行政院農業委員會水土保持局

 
  由於台灣地質條件特殊,加上位於地震與颱風頻發之區域;因此經常發生地震、颱風或豪雨等天然災害,造成民眾生命財產飽受威脅。為減少天然災害之損失,我國特於災害防救法第22條規定:『減少災害發生或防止災害擴大,各級政府平時應依權責實施下列減災事項:六、災害防救上必要之氣象、地質、水文與其他相關資料之觀測、蒐集、分析及建置』。因此,為做好整體治山防災工作,加強重點防災地區空間資訊蒐集,並提昇資訊整合研判能力與應變速度相當重要。 近年來於重大災害之評估經驗中,均顯現多時期(multi-temporal)、多尺度(multi-scale)與多感測器(multi-sensor)平台之資訊蒐集與判釋,在坡地災害管理上的重要性。此外,從過去的防災經驗亦發現,若要進一步提昇災害發生時的快速應變能力,應需特別加強在光學衛星及航空照片均不易取像之天候狀況下,仍能進駐災區取像及產製標準空間資訊之遙測技術,如發展無人載具取像及其影像正射處理技術。 有鑑於水保局之「多尺度遙測空間資訊系統」已整合大量遙測空間資訊及相關圖資,提供使用者可靠且有用之防災資訊。若能持續擴充多尺度遙測空間資訊(如衛星影像及無人載具整合資料),並同時維護水保局之土石流歷史災害資料庫;再應用多年期之遙測空間資料,針對易致災區域進行預警評估,有效提出早期防災資訊;應可強化多尺度影像之快速整合應用機制,藉以提升對坡地防災資訊之分析研判能力。
 
一、山坡地災後區域遙測空間資訊建置及判釋
  應用福衛二號影像進行災後緊急應變,針對災區進行影像變異分析。主要完成本年度0327地震、0405豪雨、0517豪雨、0602地震、0712蘇力颱風、0820潭美颱風、0828康芮颱風、0920天兔颱風等8場事件之災後福衛影像緊急處理與發布工作;並利用災前與災後衛星影像,製作災後福衛影像判釋最速報,以提供災後區域發生變異之位置點(如圖1)。同時,該項工作所產製之災後福衛影像資料,共計有2,679張五千分之一圖幅,面積約為16,743.75平方公里。

 

 
二、定翼無人載具之空間資訊蒐集
  無人飛行載具擁有高機動性、快速拆裝與搬運的特性,可在雲層下方飛行,於光學衛星無法取像的天候,仍可獲得地表影像,且運作成本低於航空照片,維修容易,搭載相機後即可對各種災害進行取像監測,對於時效性高、需要緊急應變的事件極具應用價值,因此逐漸成為緊急災害應變系統中一項不可或缺的利器。 本計畫主要使用的無人載具為自動導航型式定翼滑翔機,翼展2.4公尺,淨重2.7公斤;以四顆鋰聚電池驅動可滯空20-25分鐘,巡航速度約50-80 公里/小時,視風速風向而定。透過機上1 Hz GPS接收器每秒接收衛星定位訊號,並以三軸陀螺儀獲取飛機姿態參數。紅外線遙控器觸發相機快門等裝置,可進行視距外長距離的取像工作。 計畫中分別針對台東縣金峰鄉嘉蘭村(東縣DF079)、台東縣卑南鄉溫泉村(東縣DF060)、南投縣國姓鄉南港村(投縣DF101)、新竹縣五峰鄉桃山村(竹縣DF043)、高雄市六龜區新發里(高市DF077)等5處範圍,進行無人載具之空拍取像作業;同時將空拍影像進行後製正射處理,並發布於「多尺度遙測空間資訊系統」(如圖2)。最後,再配合該區域之其它相關圖資,進行比對分析工作。

 

 
三、系統資料庫維護與擴充
  水保局民國99年以Google Earth API自由軟體,架構「多尺度遙測空間資訊系統」,有效整合、應用及展示各種防救災相關地理空間資訊。民國100年應用雲端技術,提升系統服務能量。民國101年因應圖資擴充與操作便利,改版為Web版之GE操作介面。民國102年將系統各項圖資與系統功能移置於水保局之Google Earth Enterprise平台上;提供GE、GEE雙軌服務,有效提升系統效能。水保局現行之「土石流歷史災害資料庫」,自民國98年開始建置,首先針對致災因子調查資料與空間位置進行結合。民國99年起加入即時調查資料、歷史航拍影像、重大土石災例、土石流潛勢溪流調查、聚落安全調查等資料。民國100年起「土石流歷史災害資料庫」開始介接水保局內各項系統與資料庫之資料內容。而民國101年再納入其它相關資料,如UAV影像、工程管考資料等;並針對村里報告、工程管考等資料進行整合,完成各項調查資料之資料庫設計與建置工作;同時開發系統平台介面之瀏覽、查詢與管理功能,藉由線上服務方式發布成果,提供水保局內之其它系統使用。 計畫中持續維運「多尺度遙測空間資訊系統」(如圖3)主要及備援伺服器,擴充圖資及備援系統;同時亦更新「土石流歷史災害資料庫」(如圖4)資料,維護該系統之正常運作。再針對現有疏散避難地圖編輯圖臺API,進行維護與調整工作;並提供內政部通用版電子地圖及102年福衛影像的線上服務。

 

 
四、系統整合維運方案評估
  水保局現行之「多尺度遙測空間資訊系統」,主要是提供一般空間資訊整合及災後影像展示服務;而「土石流歷史災害資料庫」則是以水保防災業務之倉儲資料查詢為主。然而,前述之空間資訊系統與歷史災害資料庫,兩者皆提供相近之圖台查詢服務介面。因此,為有效應用歷史資料庫之重要倉儲記錄,並加入既有多尺度空間資訊系統之各類防災參考圖資,進而善加發揮兩套系統之優勢,提供整合性之服務,以大幅節省資料庫系統之管理成本,本計畫特別針對「多尺度遙測空間資訊系統」、「土石流歷史災害資料庫」、及「土石流歷史災害資料庫」所附之現地調查應用程式,研擬系統整合維運評估方案,進行可行性分析,以提供水保局未來系統發展之參考依據。 本計畫經分析兩系統各自優勢後,預計維持「多尺度遙測空間資訊系統」的原有Google Earth的系統架構,並改版展示介面,新增所需快捷工具及應用查詢功能;同時與「土石流歷史災害資料庫」後端原有的資料庫進行查詢展示連結,以有效整合兩系統平台既有資料圖資及功能服務(如圖5)。此外,「現地調查應用程式」經評估後建議維持現況,待主要兩資料庫系統整併後,再視實際需求進行改版更新;後續可考量採用HTML5多媒體網頁的方式提供服務,以達到完整建置空間資料之服務概念。

 

 
五、崩塌危害預測研究
  台灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓板塊交界上,屬環太平洋地震帶的一部分;再加上地質構造脆弱、地形陡峭,而成為發生複合型災害高頻率之國家。近年來由於全球氣候異常,水文極端現象明顯,受災範圍與程度均遠較過去劇烈。台灣地區地形陡峻、降雨強度集中,每年侵襲颱風平均約3.5次,豪大雨數十次,平均年損失約128億元以上。歷年山區大規模土石滑落與崩塌事件愈趨頻繁,實有必要瞭解台灣地區易發生崩塌之高潛勢區域。因此,藉由分析過去崩塌區域之動態變化情形,建立預警模式,以有效而快速方式,評估大區域範圍之崩塌潛勢概況;期可提高防減災能力,並作為緊急應變時的決策依據。 計畫中參考蘇苗彬(1998)等人所提出之不安定指數法(Instability Index Method),採用可辨識崩塌之潛勢因子,並配合多年期之崩塌地分布資料,建立崩塌潛勢分析模式。同時以崩塌潛勢分析模式為基礎,再行考量降雨因素之影響,提出崩塌危害分析方法。再利用梅姬颱風與蘇拉颱風事件的雨量資料,並配合以宜蘭太平山研究區的事件崩塌資料,進行模式檢定與驗證工作,進而建立可配合雨量預測資料,分析推估崩塌危害程度之土砂災害預警模式。最後,計畫中應用鳳凰颱風事件,選定台東太麻里、花蓮玉里、以及宜蘭太平山等研究區域,進行預警模式之實際應用分析工作(如圖6及圖7);並於災後利用衛星影像崩塌災點判釋資料結果,針對預報分析結果進行評估驗證工作(如圖8)。由分析結果顯示,計畫中目前採用之評估方法,大致可呈現因強降雨所造成之崩塌危害趨勢,並能針對災點位置提出警示資訊。

 

 

 
六、教育訓練及中英文成果海報電子檔製作
  本計畫為加強使用者應用多尺度遙測空間資訊,以輔助災害防治之整合應用機制;分別於台中、台南、以及台北等地,各舉辦1場教育訓練課程,包含多尺度遙測空間資訊簡介說明、系統操作教學、以及系統應用練習等內容,以協助使用者熟悉多尺度遙測圖資之整合應用(如圖9)。此外,計畫中亦完成中英文成果海報(如圖10)及中英文解說講稿;並針對「多尺度遙測空間資訊系統」製作中英文解說影音檔。

 

 

 
七、結論
  本計畫主要針對「多尺度遙測空間資訊系統」與「土石流歷史災害資料庫」進行維運管理;並持續蒐集各種遙測空間資訊。計畫中應用福衛二號遙測影像,針對大範圍區域進行災後空間資訊蒐集與發布;並完成多次災後衛星影像緊急應變工作。本計畫採用無人飛行載具,機動蒐集局部地區之遙測影像資訊;同時藉由影像正射處理技術,完成空拍照片處理發布,提供可加值應用之影像。 計畫中另針對「多尺度遙測空間資訊系統」與「土石流歷史災害資料庫」系統架構進行評估,研擬系統整合維運方案,以期有效整合圖資,進而提昇系統效能。最後,本計畫利用多年期歷史崩塌地資料,應用崩塌潛勢分析方法,建立崩塌危害分析模式,以進行崩塌災害預警之分析研究應用。本計畫已提供災後各級單位緊急應變所需之多尺度遙測空間資訊,並建立快速整合與應用圖資之機制;藉以提升坡地防災資訊之蒐集與分析研判能力,發揮各項圖資之最大使用效益。