一、前言

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。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，例如發展無人載具取像及其影像正射處理技術等。

水土保持局自民國99年委辦之「多尺度遙測空間資訊與雲端技術之整合應用」計畫中，彙集台灣地區之福衛二號影像、航拍影像、全景照片以及各種防災基礎圖資，建置以坡地防災為主之「多尺度遙測空間資訊系統」。民國100年之「多尺度遙測空間資訊資料建置及擴充維護」計畫中，以「多尺度遙測空間資訊系統」為基礎，同時應用定翼無人載具完成取像與變異分析工作，驗證定翼無人載具緊急應變之能力。民國101年及102年水保局完成了民國94年至100年所發生重大土石流災害地區福衛二號影像圖資之建置；並因應該年度重大災害事件，執行災後影像處理之緊急應變工作。民國102年依據「多尺度遙測空間資訊系統」需求，將系統各項圖資與功能擴充至水保局之Google Earth Enterprise平台上。再針對水保局所公開之1,664條土石流潛勢溪流範圍，進行崩塌地判釋，完成多年期之崩塌地資料圖層。

民國103年水保局完成「多尺度遙測空間資訊系統」與「土石流歷史災害資料庫系統」整合維運之可行性評估。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研究。民國104年則針對「多尺度遙測空間資訊系統」與「土石流歷史災害資料庫系統」，依據各系統特色與優勢，建置「土砂災害空間資訊系統」。民國105年計畫建置行動平台與災害應變任務系統；於災中協助水保局進行緊急應變，提供土石流崩塌災害預警報告；災後透過衛星或無人載具空拍影像等各項資訊，掌握災害時空分布狀況。以過去七年(民國99年至民國105年)執行計畫的經驗、研發技術的突破、資料處理的效率、地理資訊的應用、開放平台的掌握與遙測影像的展示為基礎，執行本年度計畫所需之各項能量皆已完備。為強化土砂災害空間資訊之快速整合應用機制，提升對坡地防災資訊之分析研判能力，爰辦理本計畫。

二、山坡地災後區域衛星影像建置及災害判釋

本年度執行期間，若發生重大天然災害，需透過光學衛星影像進行災情判釋調查之必要。本計畫依水土保持局通知，取得足堪判釋調查使用之光學衛星影像後，完成影像處理與判釋；並將崩塌地或受災區域之圖層，以Shapefile、KML、或KMZ格式呈現；最後再將衛星影像及成果圖層電子檔案送交水保局。此外，為因應緊急任務需求，若水保局提供其它相關衛星影像圖資，本計畫亦配合處理發布及判釋；藉以搭配輔助福衛影像之判釋作業。

本計畫中依據多次國內外緊急災害應變經驗累積，已能於影像處理完成後，在短時間內完成災區特徵判釋、圈繪、面積計算以及圖層套疊與發布調查報告等緊急應變工作。本年度計畫為主要完成106年0516地震、0601豪雨、00613豪雨、尼莎暨海棠颱風以及1011豪雨等5場事件之災後衛星影像緊急處理與發布工作，共計產製判釋報告86份，發現災點115處；並利用災前與災後衛星影像，製作災後福衛影像判釋報告(如圖1所示)，以提供災後區域發生變異之位置點。此外，今年度已處理土石流紅黃警戒區域內影像或地震震度五級區域影像之總面積更達到37,483平方公里，經計算其中開放衛星(Landsat-8或Sentinel-2)影像無雲面積達7,973平方公里、SPOT影像(空間解析度為1.5m)無雲面積達5,154 平方公里，總計無雲影像面積為13,127平方公里，如表1所示。

表1、106年已處理災後區域之衛星影像處理面積統計

圖1、106年1011豪雨事件台東縣延平鄉桃源村衛星影像判釋報告

三、使用定翼無人載具進行空間資訊蒐集

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。

本計畫所使用的無人載具為自動導航型之六軸多旋翼機，為本團隊自行組裝開發完成；具備有自行維修整備、及因應任務需求進行功能擴充之優勢。該六軸多旋翼機軸距950mm，淨重4.5 kg，以2顆鋰聚電池(6 cells)驅動，可滯空15-20分鐘；巡航速度約30-40 km/hr (需視現場風速風向而定)。透過載具上搭載的兩組GPS接收器，每秒接收4-5組衛星定位訊號；並以三軸陀螺儀獲取載具的姿態參數，紅外線遙控器觸發相機快門等裝置，以進行視距外長距離的取像工作。該載具可藉由氣壓計掌握實際飛行高度，利用電腦連線自動垂直起降，無需跑道；而運用其全自動電腦監控之高機動性優勢，更能靈活配合現地狀況及任務需求，進行飛行取像作業。

計畫中分別針對台東縣延平鄉紅葉村、大武鄉愛國埔、新北市金山區永興里、宜蘭縣大同鄉茂安村、南投縣信義鄉民德村、仁愛鄉大同村(眉溪上游)、南豐村、蜈蚣里、大同村、信義鄉羅娜村等10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「土砂災害空間資訊系統」(如圖2)。此外，本計畫以台南市安平區為測試區域，進行無人飛行載具即時動態定位精度驗證研究，本次分析配合影像後製處理作業，以及成果精度檢核工作，乃於研究區域四周及中間位置，以均勻分布為原則(Sona et al., 2014)，並利用衛星定位儀配合VBS-RTK技術，以測量出地面控制點之坐標位置。實驗結果顯示定位精確度方面，雙頻定位模組確實優於單頻模組，應用於影像處理方面不論是水平還是高程上均獲得更優異的定位表現，就本次研究單次成果而言，綜合精度可提升10米(RMS)。

 

圖2、南投信義鄉民德村之正射影像處理成果

四、土砂災害空間資訊系統擴充與維運

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。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。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。民國102年則針對系統原有功能進行強化，包括地圖列印、地圖書籤、以及資料查詢等功能，並增加空間分析功能。民國103年持續維運該資料庫，並更新資料庫內容，提供穩定的資料服務，協助水保局同仁相關業務進行。民國105年計畫持續針對過去五年來已成功建置並穩定服務之「土砂災害空間資訊系統」持續進行圖資建置與功能擴充維護工作。本年度更建置加強系統後台並建置UAV空拍上傳平台，以良好的功能操作與豐富的圖資展示，期可輔助水保局相關單位同仁的業務執行。

「土砂災害空間資訊系統」為一個整合應用災例資料庫查詢及功能擴充的資料庫系統。本系統以Google MAPS為核心操作平台，提供基本圖資展示及系統功能的操作(如圖3所示)。本年度計畫除了持續維運系統以及修正平台程式碼外，並配合水土保持局進行相關資料開放，區分為資料進行提供於行政院農業委員會資料開放平台介接，以及建置通用格式之圖資部分，提供向量與網格方式介接。此外，並對系統建立三地備援功能、申請防火牆申請、進行流量壓力測試以及填寫每月月報表，以維持確保系統安全。

另外，近年來在颱風豪雨事件期間土砂災害頻傳，因而同時有多處地點的土砂災害勘查或影像資料需要及時彙整，例如：無人飛行載具空拍任務、緊急衛星影像處裡以及災區現地調查等。水保局從2004年開始使用UAV執行多項災害調查與評估任務，近十年來已累積了巨量的無人飛行載具空拍產品，需要詳細整理、分類以及實施嚴謹的品管。為確保UAV委辦計畫繳交之空拍產品完整性，並加速產品繳交進度，因此本計畫建置「UAV空拍成果上傳系統」(如圖4所示)，期望廠商透過上傳系統，將空拍成果迅速彙整，並提供後台成果管理查詢，提供加值應用。本系統已於106年9月15日並已正式連結委辦計畫管理系統及員工入口網，提供委辦計畫及水保局內同仁上傳UAV空拍成果。

圖3、土砂災害空間資訊系統說明圖

圖4、UAV空拍上傳系統「基本資料填寫」畫面

五、重要土石流潛勢溪流崩塌危害預警監測

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。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，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。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，並進行崩塌災害預警之分析研究。本年度計畫以高雄市六龜區、茂林區以及屏東縣三地門鄉為主要研究區域，配合民國103年0723麥德姆颱風事件進行崩塌危害評估，並進一步應用民國104年0808蘇迪勒颱風事件，進行完整崩塌預警的分析評估驗證(如圖5)，進而確認應用分析方法的適用性。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。

圖5、民國103年0723麥德姆颱風事件之崩塌危害分布與實際崩塌(白色區域) (最上)高雄市六龜區(中間)高雄市茂林區以及(最下)屏東縣三地門鄉

六、土石流潛勢溪流歷史崩塌分析

水土保持局自民國81年~85年開始公開劃定 485 條溪流為土石流潛勢溪流，至今已增加到1,705條土石流潛勢溪流。若能對於目前1,705條進行歷年崩塌地分析比對，掌握土石流潛勢溪流集水區崩塌地實際動態變化，可以對於現行土石流潛勢溪流崩塌變動情況進行了解，進一步可依其逐年變動趨勢進行崩塌型態區分。以便水土保持局有效管理現行土石流潛勢溪流，作為土石流治理重點區選定時之重要參考指標，並可有效增加土石流防災業務之管理效率。本計畫已分析出全台1,705條土石流潛勢溪流自2004年~2015年之崩塌面積，並初步區分為崩塌面積為零(歷年崩塌面積均為零)、輕度崩塌(崩塌面積小於1公頃)、中度崩塌(崩塌面積小於10公頃)以及大規模崩塌程度(崩塌面積於10公頃)。不同崩塌程度土石流潛勢溪流分佈如圖6所示。本計畫根據不同崩塌程度之土石流潛勢溪流區分，進一步進行不同崩塌程度之集水區地文參數統計，分析結果顯示當集水區平均坡度或面積大時，該集水區之崩塌程度也有變大之趨勢。

圖6、全台不同崩塌程度土石流潛勢溪流分佈情況

七、成果推廣與中英文成果海報等文宣製作

本計畫為加強推廣本計畫相關產出成果，增進民眾對於本系統及相關資訊的應用及瞭解，分別於台科大、南港展覽館以及高雄大學進行進行擺攤展覽(如圖7)，並且撰寫國際研討會論文並投稿SEASC研究會，以推廣本計畫研究成果。本計畫並完成系統教學影片以及中英文成果海報 (如圖8)。

 

圖8、台科大擺攤參展照片(2017/04/25)

  

圖8、計畫成果之中英文海報

八、結論

本計畫對於今年度等五場地震或颱風豪雨事件進行災後衛星影像取像及變異分析。另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，己進行10處無人飛行載具取像。計畫期間持續維運「土砂災害空間資訊系統」並確保系統各項功能正常運作，建置加強資料庫後台功能並修正系統程式碼，以增加系統運作效率。此外，為確保UAV委辦計畫繳交之空拍產品完整性，本計畫己建置「UAV成果上傳系統」以及其後台資料庫。另外，今計畫完成三個土石流潛勢溪流鄉鎮(高雄市茂林區、六龜區及屏東縣三地門鄉)於二場歷史災害降雨事件(麥德姆颱風及蘇迪勒颱風事件)之崩塌危害預警分析，驗證結果顯示正確性約在81%~77%之間。本計畫並完成分析全台1705條土石流潛勢溪流集水區於2004年~2015年之年度崩塌面積分析及變動趨勢分析。

九、參考文獻

1.Liu, C.-C., “Processing of FORMOSAT-2 daily revisit imagery for site surveillance,” Ieee Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 44, pp. 3206-3214, 2006.

2.Sona, G., Pinto, L., Pagliari, D., Passoni, D., & Gini, R. (2014). Experimental analysis of different software packages for orientation and digital surface modelling from UAV images. Earth Science Informatics, 7, 97-107.

3.蘇苗彬，“集水區坡地安定評估之計量分析方法”，中華水土保持學報29(2)： 105-114, 1998。