雷達影像應用於緊急災害規模評估之初探一 - 國家災害防救科技中心

於 紀 錄 天 氣 不 佳 時 的 環 境 歷 程 , 解 決 天 候 及 夜 間 造 成 對 環 境 監 測 的 限制 。1991 年 起 , 各 國 已 大 量 利 用 合 成 孔 徑 雷 達 的 技 術 , 發 展 不 同 波段 的 雷 達 衛 星 系 統 , 如 歐 洲 太 空 總 署 發 射 ERS-1、ERS-2、ENVISAT,日 本 發 射 JERS-1、ALOS, 美 國 發 射 SIR-C, 加 拿 大 發 射 RADARSAT、RADARSAT-2, 德 國 發 射 TerraSAR-X、TanDEM-X, 及 義 大 利 的COSMO-SkyMed 等 進 行 不 同 特 性 的 環 境 監 測 。在 利 用 雷 達 影 像 輔 以 災 害 管 理 的 應 用 上 , 以 SAR 影 像 用 於 監 測天 候 不 佳 的 洪 水 歷 程 , 為 最 廣 泛 的 應 用 之 一 。 圖 一 就 為 典 型 利 用 SAR影 像 的 前 後 期 變 遷 偵 測 , 用 以 製 作 洪 水 氾 濫 圖 的 案 例 。SAR 影 像 進行 淹 水 區 的 判 釋 , 最 常 使 用 的 方 式 是 計 算 洪 水 前 後 期 影 像 的 背 向 散 射值 , 是 否 有 明 顯 地 下 降 , 以 區 分 淹 水 的 範 圍 。 採 用 原 理 是 由 於 SAR影 像 是 記 錄 接 收 回 波 的 背 向 散 射 量 所 成 像 , 水 體 的 特 性 是 鏡 面 反 射 率很 高 , 但 是 背 向 散 射 的 回 波 卻 很 低 , 故 可 利 用 低 回 波 的 特 性 以 判 釋 水體 的 增 加 , 在 洪 水 災 害 上 的 應 用 , 就 可 用 於 判 釋 淹 水 的 範 圍 。圖 一 對 照 TerraSAR-X 前 後 期 影 像 , 以 判 釋 美 國 密 西 西 比 河 沿 岸淹 水 的 範 圍 。 而 在 現 存 的 研 究 裡 也 指 出 , 此 種 利 用 SAR 影 像 偵 測 淹水 範 圍 的 方 法 , 仍 會 遭 遇 一 些 因 素 影 響 , 造 成 判 釋 上 的 錯 誤 。 其 中 最主 要 的 因 素 之 一 為 雷 達 波 對 表 面 粗 糙 度 的 敏 感 度 很 高 , 洪 水 期 間 , 大風 的 情 況 普 遍 存 在 淹 水 區 域 , 水 體 表 面 因 風 所 形 成 的 波 浪 , 造 成 粗 糙32012/11, 第 088 期

圖 二 屏 東 沿 海 2012 年 6 月 13 日 TerraSAR-X 系 統 改 正 影 像圖 三 和 社 溪 堰 塞 湖 2012 年 6 月 13 日 TerraSAR-X 系 統 改 正 影 像62012/11, 第 088 期

屏 東 沿 海 地 區 通 報 之 淹 水 區 , 至 6 月 13 日 部 份 地 區 已 消 退 , 經影 像 判 釋 僅 於 沿 海 低 區 仍 有 積 水 狀 況 。 和 社 溪 之 堰 塞 湖 , 水 利 署 第 四河 川 局 初 步 堪 查 , 估 計 堰 塞 湖 面 積 約 有 6 公 頃 ; 中 央 大 學 太 遙 中 心 人員 利 用 TerraSAR-X 影 像 判 釋 後 估 算 湖 區 面 積 , 評 估 約 為 5 公 頃 ( 圖四 )。圖四 和 社 溪 堰 塞 湖 萃 取 成 果 ( 資 料 來 源 : 全 天 候 遙 測 資 訊 平 台 )今 年 7 月 29 日 至 8 月 5 日 氣 象 局 發 佈 蘇 拉 颱 風 侵 台 警 戒 , 由 於 颱洪 應 變 有 一 定 的 程 序 與 預 報 流 程 , 並 約 有 3 日 以 上 的 時 間 進 行 預 警 ,這 都 有 利 於 提 前 佈 署 或 進 行 防 災 準 備 。 本 中 心 於 7 月 31 日 統 合 各 單位 的 情 資 及 颱 風 路 徑 預 報 ( 圖 五 ), 預 報 在 這 次 侵 颱 路 徑 中 , 會 造 成 宜蘭 地 區 及 台 灣 東 半 部 豪 大 雨 , 因 此 考 量 軌 道 限 制 , 提 出 8 月 2 日 17時 51 分 TerraSAR-X 拍 攝 宜 蘭 地 區 需 求 , 希 望 能 即 時 在 颱 風 期 間 ,72012/11, 第 088 期

快 速 獲 取 地 面 情 資 。受 蘇 拉 颱 風 影 響 ,8 月 1 日 至 2 日 在 宜 蘭 地 區 傳 出 多 處 的 淹 水 災情 , 由 於 本 次 淹 水 規 模 較 大 , 8 月 2 日 傍 晚 之 TerraSAR-X 影 像 , 仍可 清 楚 看 出 多 處 的 宜 蘭 淹 水 。 至 8 月 5 日 順 利 取 得 雲 量 較 低 之 SPOT4衛 星 影 像 , 經 判 釋 宜 蘭 部 份 區 域 淹 水 已 消 退 ( 圖 六 )。 此 次 颱 風 事 件 增加 雷 達 衛 星 的 支 援 , 不 但 可 彌 補 光 學 影 像 在 颱 洪 災 害 的 空 窗 期 , 也 增加 更 即 時 災 情 資 訊 提 供 參 考 。圖 五 101 年 7 月 31 日 蘇 拉 颱 風 預 測 路 徑 圖82012/11, 第 088 期

圖 六 蘇 拉 颱 風 後 宜 蘭 淹 水 災 情 :(a) 2012 年 8 月 2 日 TerraSAR-X 影 像 ; (b) 2012年 8 月 5 日 SPOT5 影 像五 、挑 戰 與 未 來 展 望國 家 太 空 中 心 與 ASTRIUM 的 緊 急 TerraSAR-X 拍 攝 合 作 計 劃 , 在災 防 領 域 上 的 可 逐 步 達 成 全 天 候 觀 測 的 願 景 , 在 即 時 的 災 情 蒐 整 上 ,助 益 甚 多 , 能 有 效 彌 補 光 學 影 像 因 天 候 不 佳 , 多 雲 的 影 響 , 而 無 法 獲得 所 需 情 資 之 窘 境 。 本 年 度 的 成 果 , 在 整 體 防 災 的 成 效 受 各 單 位 肯定 , 水 利 署 等 單 位 除 肯 定 雷 達 衛 星 於 淹 水 災 情 監 測 , 更 積 極 將 雷 達 衛星 的 災 情 蒐 整 列 為 未 來 發 展 的 項 目 之 一 。 然 國 內 並 未 發 展 自 己 專 屬 的雷 達 衛 星 , 又 本 次 僅 與 單 一 衛 星 進 行 合 作 , 因 此 仍 受 限 衛 星 軌 道 限制 , 在 拍 攝 時 效 上 , 部 份 災 情 仍 無 法 有 效 接 收 ; 又 目 前 雷 達 影 像 在 台灣 地 區 無 豐 富 的 歷 史 影 像 可 相 互 比 對 , 可 能 造 成 部 份 災 情 規 模 大 小 的誤 判 。 全 天 候 觀 測 的 願 景 並 非 國 家 太 空 中 心 單 一 中 心 的 資 源 能 完 成 ,92012/11, 第 088 期

相 信 透 過 今 年 良 好 的 成 效 後 , 各 單 位 能 一 同 合 作 , 集 合 各 單 位 的 資 源與 能 量 , 對 未 來 災 後 的 空 間 情 資 能 更 有 助 益 。參 考 文 獻Sanyal, J. and Lu, X. X.(2004)Application of remote sensing in floodmanagement with special reference to monsoon Asia: A review,Natural Hazard, 33, pp. 283-301.Long, N. T. and Trong, B. D. (2001) Flood monitoring of Mekong RiverDelta, Vietnam using ERS SAR Data, In: Proc. 22nd AsianConference of Remote Sensing, Singapore, 5-9 November,2001.Lillesand, T., Kiefer, R. W. and Chipman, J. (2008) Remote Sensing andImage Interpretation, 6th Edition, WILEY, pp.626-726.Campbell, J. B. and Wynne, R. H.(2011) Introduction to Remote SensingFifth Edition, Guilford, pp. 204-241.全 天 候 遙 測 資 訊 平 台 ,(https://awrsip.csrsr.ncu.edu.tw/index.aspx)102012/11, 第 088 期