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多元遙測災害調查評估與分析

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多元遙測災害調查評估與分析
  • 作者

    蔡富安
  • 簡介

    蔡富安,國立中央大學太空及遙測研究中心教授兼主任,亦從聘於土木工程學系。蔡教授研究領域為遙感探測、空間分析、以及數位城市建置及應用,並教授空間資訊學概論、數位地形及城市模型、以及影像分析程式設計。

  • 單位

    國立中央大學
  • 文章來源

    Lai, J-S, S-H Chiang and F. Tsai*, 2019a. "Exploring Influence of Sampling Strategies on Event-based Landslide Susceptibility Modeling", ISPRS International Journal of Geo-Information, 8:9, 397, 23 pp. doi:10.3390/ijgi8090397. Lai, J-S and F. Tsai*, 2019b. "Improving GIS-Based Landslide Susceptibility Assessments with Multi-temporal Remote Sensing and Machine Learning", Sensors, 19:17, 3717, 25 pp. doi:10.3390/s19173717.

    Tsai*, F., J-S Lai, W. W. Chen and T-H Lin, 2013. Analysis of Topographic and Vegetative Factors with Data Mining for Landslide Verification”, Ecological Engineering, vol. 61-C, pp. 669-677.

    Tsai*, F., J-H Hwang, L-C Chen and T-H Lin, 2010, "Post-Disaster Assessment of Landslides in Southern Taiwan after 2009 Typhoon Morakot Using Remote Sensing and Spatial Analysis", Natural Hazards and Earth System Sciences, 10(10), pp. 2179-2190.
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  遙感探測是災害調查、監測、與評估的有效工具,並可提供更廣泛與全面的資訊,以利災害防救。國立中央大學太空及遙測研究中心(太遙中心)是臺灣乃至亞洲首屈一指的整合性遙感探測及空間資訊基礎及應用研究中心,並有具備多元衛星遙測資料直接接收處理及分析應用服務功能的資源衛星接收站。太遙中心團隊利用多元遙測技術配合空間分析,在地震、颱風及洪水等重大災害發生後,於最短時間內調查災害情形並收集災區的各項資料,透過機器學習與整合性空間分析以瞭解災害特性及可能致災風險等資訊。這些多元遙測與空間分析技術不僅實際應用於台灣地區乃至全球常見的地震、淹水、與崩塌及土石流等災害的調查與分析,並提供後續災害防救及災區治理等重要的決策支援。此外,亦針對特定區域及重要基礎設施,進行長期的監測,以利災害預警與減災規劃。


  遙感探測利用不同的感測器及載具可以全面且有效地探索及調查不同區域的各種地物、地貌、資源、與現象等的變化。在災害發生時,遙感探測更是災害調查、監測、與評估的有效工具,並可提供決策者更廣泛與全面的資訊,以利災害防救等之決策支援。國立中央大學太空及遙測研究中心是臺灣首屈一指的整合性遙測及空間資訊基礎及應用研究中心,更有國際上少數具備衛星影像直接接收處理、分析應用服務、以及教育推廣等「三位一體」的資源衛星接收站。當有地震、颱風、洪水等重大災害發生後,太遙中心利用多元遙測,進行受災情況調查與評估,以及災區資訊收集。並利用空間分析以瞭解災害特性及可能致災風險等資訊,提供後續災害防救、管理、以及減災規劃等重要的決策支援。

  太遙中心已實際將這種多元遙測與空間分析技術應用於台灣地區乃至全球重大災害的調查、監測、評估、與分析,並將成果即時發表於該中心的重大災害資訊平台。(太遙中心也是守望亞洲”Sentinel Asia”國際合作計畫台灣地區唯一的資料分析節點(DAN)。)以2009年引發大規模坡地崩塌,甚至造成小林村滅村的莫拉克風災為例,多元遙測與空間分析除了提供及時的大規模災區調查與評估外,並可瞭解不同的災害特性(Tsai et al., 2010)。除了災害調查外,多元遙測結合資料探勘空間分析,更可深入瞭解如圖1所示的集水區崩塌潛勢,以利災害防治規劃(Tsai et al., 2013)。近年來,本團隊的研究更結合機器學習,進一步開發更前瞻的整合性遙測與空間分析防災應用(Lai et al., 2019a; Lai et al., 2019b)。

圖1:遙測與空間分析崩塌潛勢成果(石門水庫集水區)
圖1:遙測與空間分析崩塌潛勢成果(石門水庫集水區)
 

  衛星遙測可以克服距離、地形、與交通等的障礙,是大規模災害調查與監測時,一個非常有效的方法。圖2是太遙中心團隊利用多元遙測技術監測今年中國大陸長江中下游水患的部分案例。綜合分析災前及災後的光學的SPOT衛星影像及Sentinel-1與TerraSAR-X兩種不同波段的合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)衛星影像,可精確地評估災區洪水溢淹的情形,並瞭解地物的資訊。太遙中心團隊也利用立體測繪技術,以超高解析的Pleiades衛星影像,建立三峽大壩周邊地區的三維數值地表模型(Digital Surface Model, DSM),以及三峽大壩壩體的3D模型(圖3)。

圖2:長江水患監測案例,右上為未淹水前的光學衛星影像,右下為淹水後之情形;左圖則為不同來源與解析度之雷達遙測影像,黑色區域為淹水區。
圖2:長江水患監測案例,右上為未淹水前的光學衛星影像,右下為淹水後之情形;左圖則為不同來源與解析度之雷達遙測影像,黑色區域為淹水區。

圖3:三峽大壩周邊三維數值地表模型(左)及三峽大壩3D模型(右)
圖3:三峽大壩周邊三維數值地表模型(左)及三峽大壩3D模型(右)

  雷達遙測影像不僅可以進行如淹水範圍等表象觀測,利用多時期影像的雷達差分干涉(Differential Interferometric SAR, DInSAR)分析,還可進行地表的變形(deformation)分析。圖4即為分析2018年2月花蓮地震前後兩張雷達衛星影像的雷達差分干涉與地表變形分析成果,可清楚見到因地震造成的地表抬升和沉陷。監測與評估外,太遙中心團隊也利用多時期衛星雷達遙測,以永久散射體雷達干涉(PSInSAR)分析長期監測全臺灣的國土地表形變(圖5);針對橋樑、水壩及其他重要基礎設施,更以高解析雷達衛星進行長期的變位監測,以利災害預警及防災規劃。

圖4:2018花蓮地震雷達差分干涉成果(左)及LOS變位分析(右)
圖4:2018花蓮地震雷達差分干涉成果(左)及LOS變位分析(右)

圖5:以2016-2019全臺PSInSAR地表形變分析成果
圖5:以2016-2019全臺PSInSAR地表形變分析成果

 

  

 延伸閱讀-科技部(科技大觀園) 

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