計畫名稱：「110年土砂災害空間資訊蒐集判釋與變遷分析」

委託單位：行行政院農業委員會行政院農業委員會水土保持局

摘要

臺灣地質條件特殊，且位於地震、颱風或豪雨等天然災害頻發區域，而透過多時期(multi-temporal)、多尺度(multi-scale)與多感測器(multi-sensor)平台所蒐集之各種遙測空間資訊，已證明對於知災、避災、減災、救災等工作都有莫大裨益，因此積極蒐集各種遙測空間資訊，並有效應用於災害防救工作，保障民眾生命財產，為政府相關單位首要工作之一。本計畫於本年度災害應變期間，同步蒐集相關災情，並整合應用Landsat-8、SPOT-6/7及Sentinel-2等多元衛星影像，完成0418地震、彩雲颱風、0611地震、0621豪雨、0707地震、0714地震、烟花颱風、0731豪雨暨盧碧颱風、璨樹颱風、圓規颱風暨1013豪雨等12場事件之崩塌判釋工作，並於災後針對每一場災害事件提出完整的「山坡地災後區域災害判釋成果報告」。此外，本計畫亦應用無人飛行載具(unmanned aerial vehicles, UAVs)於災害潛勢區實施空拍，產製高雄市桃源區勤和里玉穗溪等5處的正射影像與數值高程模型，並將所有成果發布於水保局之巨量空間資訊系統 (BigGIS)。

本(110)年度8月初盧碧颱風災後，緊急出動支援玉穗溪無人飛行載具拍攝作業，分別於8月10日及8月11日成功拍攝到明霸克露橋斷橋處與玉穗溪上游崩塌地，總計獲取面積達12平方公里之正射影像，並製作了數值地表模型(DSM)，也取得了現地側拍與環景影像，協助於第一時間了解災區現況。再根據民國109年度執行計畫期間所建立之「多期數值地表模型分析」之標準作業程序，與水保局110年度其他委辦計畫中，利用超高解析度衛星半年前於同一地區所拍攝之參立體像對所建置的數值地表模型加以比對分析，移除地表植被高度並估算土砂量體變化，總計產生了1,107萬方的土砂生產量，713萬方土方堆積量，有效掌握後續可能造成土石流災害的土砂料源分布。

為提高防減災能力，並作為緊急應變時的決策依據，本計畫亦藉由分析過去崩塌區域之動態變化情形，建立預警模式，以快速而有效的方式，評估大範圍之崩塌潛勢。有鑑於臺灣許多地區迄今尚未有詳盡之事件型崩塌目錄，本計畫使用水保局既有之多時期、多尺度與多感測器平台所蒐集之各種遙測空間資訊，建置97年至98年事件型崩塌目錄，提供土砂災害相關研究重要的基礎資料。此外，整合歷年崩塌地圖層統計大規模崩塌潛勢區內崩塌地面積，選定崩塌率變動最大，且尚未進行廣域觀測之200處大規模崩塌潛勢區，應用多時期衛星影像進行4期觀測作業。再根據全臺1,726條土石流潛勢溪流集水區之歷年崩塌資料，分析整理其變動趨勢。110年度亦完成1場國內研討會海報展示、2場國內研討會口頭報告，並將主要成果製作成中英文海報各1份，以提升本計畫研究成果之國際能見度。

本計畫長期且有系統地蒐集重點防災地區空間資訊，持續提升並精進坡地防災資訊之蒐集與分析研判能力，透過快速整合與應用圖資的機制，成功應用於崩塌危害指標之臨近預報工作，發揮各種空間資訊之最大效益。

關鍵字：土砂災害、空間資訊系統、衛星影像、無人載具空拍、大規模崩塌潛勢區監測

一、前言

臺灣地質條件特殊，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。

圖1    本計畫歷年重點項目圖

以過去民國99年至民國109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（圖1），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0418地震、彩雲颱風、0611地震、0621豪雨、0707地震、0714地震、烟花颱風、0731豪雨暨盧碧颱風、璨樹颱風、圓規颱風暨1013豪雨等12場事件之災後衛星影像緊急處理與發布工作並產製判釋報告，共計判釋災點16處；並利用災前與災後衛星影像，製作災後衛星影像判釋報告(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111,712平方公里（無雲影像面積70,500平方公里），空間解析度均達15公尺。高解析度衛星影像，空間解析度優於5公尺，所處理判釋之衛星影像總面積5,383平方公里，無雲面積達5,330平方公里，總計衛星影像無雲影像面積為75,830平方公里。

圖1     嘉義縣阿里山鄉十字村110年0731豪雨暨盧碧颱風之Sentinel-2衛星影像判釋報告

三、使用無人飛行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。

計畫中分別針對明霸克露橋斷橋處、玉穗溪上游崩塌地、小林紀念公園、獻肚山與高市DF101及高市DF076土石流潛勢溪流集水區等5處，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「巨量空間資訊系統」(如圖2)。

圖 2    玉穗溪上游之正射影像處理成果

四、年度崩塌地圖層建置及資料分析

在高解析度衛星影像逐漸普及後，發展如何快速自動判釋土砂災害的技術，成為數位影像處理的重點方向，結合既有的圖層及本計畫勘率定之判釋準則，利用比值影像可快速產製全島崩塌地圖資的優點，達到重大事件後全面掌握災情及快速應變之需求；再者，結合專家輔助半自動判釋系統，產製達到精度要求之崩塌地圈繪結果。年度崩塌地圖層使用水保局提供之SPOT影像進行建置，本年度已完成109年全島崩塌圖層，如圖 3所示。

圖 3    本計畫產製之109年全島崩塌圖層

五、年際崩塌變化事件分析

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，以有效而快速的方式，評估大區域範圍之潛勢概況，期可提高防減災能力，並作為緊急應變時的決策依據。對於發展預警模式而言，首要任務則是建立可靠的崩塌潛勢模型。然而，台灣許多地區目前尚未有完整、客觀、大範圍且長期之事件型崩塌目錄，為提供完整事件型崩塌目錄，本計畫合併林務局歷年「衛星判釋全島崩塌地圖」與水保局防災中心建置災後崩塌判釋成果，建置97年至98年與110年事件型崩塌目錄，提供土砂災害相關研究參考。

圖 4    本計畫產製之97年事件型崩塌目錄

六、土石流潛勢溪流歷史崩塌分析

水土保持局自民國81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1,726條土石流潛勢溪流。若能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，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1,726條土石流潛勢溪流自2004年~2020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7所示。

圖 7    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，於2021 ICEO&SI進行兩場口頭發表，分別以「以無人機攝影測量分析土石流潛勢溪流之地形變遷與土砂安定性」與「由Sentinel-1雷達衛星時間序列影像推算之誤警率異常值以偵測小型崩塌地」為題。並且於2021 iCASE研討會以「Analyzing the status and changes of landslides in potential debris flow torrents watersheds through multi-temporal satellite images」為題，進行海報發表（圖 8），進行研討會論文投稿以推廣本計畫研究成果。本計畫並完成中英文成果海報。

圖 8    2021年iCASE研討會海報

八、結論

本計畫對於今年度等12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，並採用無人飛行載具己進行5處無人飛行載具取像。建置97年與98年事件型崩塌目錄及110年全台崩塌目錄，並針對200處大規模崩塌潛勢區域進行觀測，每年進行4期觀測作業。200處觀測區域4期共判釋56處新增崩塌地，1處森林大火造成的裸露地，共有8處位於大規模崩塌潛勢區附近。。最後完成分析全台1,726條土石流潛勢溪流集水區於94年~109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.