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空間資訊系統專論作業九-課本習題土管丙碩一 李道興 M9602383Q1 . 現今航空照片及衛星影像，分別有何最今的應用?一、 衛星影像1. SPOT 衛星遙測影像是由法國國家太空研究中心（CNES）、瑞典與比利時合作研發的，從 1986 年發射 SPOT 1 衛星起，陸續在 1990、1993、1998、以及 2002 年各發射了 SPOT 2、SPOT 3、SPOT 4、以及 SPOT 5 衛星。目前有 3 顆 SPOT 衛星仍持續運作中。 SPOT 衛星軌道的主要特點有二：（一）被偵測地區的地面時間與太陽時間同步（上午十點半），（二）偵測同一地點的周期是 26 天。SPOT 遙測感應器設有全波段及不同光譜多波段的光學接收儀器，另外在最新一代的 SPOT 5 中，更裝置了高解析度立體影像儀，可以立即獲得 120 600 公里範圍、地面解析度是 10 公尺的立體像對。 2. ASTER 衛星遙測影像的英文全名是 Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer，它是裝置在 Terra 衛星上的一組遙測儀器。Terra 衛星在美國太空總署地球觀測系統計畫下，於 1999 年 12 月發射；除了 ASTER 儀器外，Terra 衛星上還有其他可偵測大氣、海洋等不同性質的裝置。 ASTER 遙測感應系統是由美國太空總署、日本經貿工業部、美國地球遙測資料分析中心所共同合作發展的，它主要的目的在獲取地球表面的溫度、輻射性、反射性、以及高度起伏的形貌等。ASTER 遙測儀器系統包括可偵測 3 個不同波段的 3 個感應儀，即可見及近紅外光、短波紅外光、以及熱紅外光。3. 福爾摩沙衛星三號：由六顆微衛星所組成的福爾摩沙衛星三號（福衛三號）星系，民國 95 年 4 月 15 日從美國加州范登堡基地發射升空，火箭上斗大的臺灣 TAIWAN字樣，把臺灣福衛三號團隊的心血展現在全球面前。福衛三號的主要任務是觀測全球氣象變化，其成果不但有助於臺灣地區大氣科學的研究，還可大幅提升全球氣象預報的準確度，國家太空中心首席科學家陳秋榮博士認為：這是臺灣對世界的重要貢獻。 福衛三號六顆外型呈扁圓柱形的微衛星，利用一枚火箭把六顆衛星同時送到離地面 515 公里的軌道，火箭脫離後，微衛星再使用本身的推進系統進行軌道轉換，逐漸散開移動到 700 至 800 公里的軌道運轉。福衛三號屬南北運轉的繞極衛星，六顆衛星的運轉配合地球自轉，就形成全球低軌道微衛星星系。福衛三號利用無線電波掩星技術，接收美國 24 顆全球定位衛星的訊號，藉以蒐集大氣的垂直分布資料。 陳秋榮博士解釋，無線電波掩星技術是利用電波通過分布不均勻的電離層與大氣層時會產生折射的特性，就像筷子插入水中，看起來好像彎曲了，來量測電波的偏折角度，可得到大氣的折射率，藉以演算出相對應的大氣溫度、氣壓、水汽、電離層電子密度等的垂直分布資料。另外透過全球低軌道微衛星星系布置與無線電波掩星兩種特性，使得福衛三號既能觀測大範圍全球氣候長期變遷（例如聖嬰現象），也可觀測中範圍區域天氣現象（例如颱風行進路線、降雨量分布等）。 國科會、太空中心和中央氣象局合作的追風計畫，已利用福衛三號進行氣候觀測，並搭配颱風偵察機，共同對南海大氣環流及太平洋大氣變化進行觀測，以研究梅雨和颱風現象。為了研究西南氣流如何引發臺灣地區的梅雨，必須在臺、港及菲律賓三地領空進行密集觀測的觀測機，已獲准進入香港飛航情報管制區。這不但是兩岸三地氣象預測的一個里程碑，也給往後攸關民生福祉的氣象合作計畫帶來契機。二、 航空照片：1. 空載光達介紹：光達簡介光達(Light Detection And Ranging，簡稱LiDAR)或稱雷射掃描儀(Laser Scanner)，為使用雷射光束進行掃描式測距之系統。空載光達以航空器為載台，結合雷射系統、GPS、與慣性導航系統(INS)，將三部份技術整合，經解算後，同時獲得地面點位之(x,y,z)三項坐標，使地形高程測量作業快速而準確(史天元、彭淼祥、吳水吉、吳麗娟，2005)。空載光達技術的發展，源自1970及1980年代美國太空總署(NASA)的研發，之後因應全球定位系統(Global Positioning System, GPS)及慣性導航系統(Inertial Navigation System, INS)的發展，使得精確的即時定位定姿態方法得以實現。經由德國Stuttgart大學於1988至1993年期間將雷射掃瞄技術與即時定位定姿態系統加以結合產生初始的空載雷射掃瞄儀系統(Ackermann, 1999)。將雷射掃描儀固定於飛行載台上，由空中向地面以高頻率發射雷射光束，並由感測器接收反射訊號後，記錄發射脈衝到接收反射訊號之間的時間差，載台以DGPS完成精密的動態定位，同時利用INS獲取慣性姿態維度，導出外部參考座標，每一次掃描皆建立自雷射載台至地面反射點間之空間向量，整合距離、位置、姿態以及座標之資料，進而可推導出地面投影之三維座標。LiDAR反射訊號具有多重反射(multiple echoes)的特性，可同時量測到地表及樹頂甚至樹幹的點位，如下圖所示。由多重回訊示意圖可知，LiDAR所獲取的資料有部分點雲位落在樹木表層，有些為地面反射點，而有些則介於兩者之間的樹幹位置。根據LiDAR雷射光反射的情形，也可藉此了解地面物體對於雷射光的穿透情形。目前，空載雷射掃描儀使用之脈衝雷射波段大多在近紅外光範圍。亦有某些系統採用綠光波段的光達系統，如用於近岸水深測量之SHOALS系統，因為綠色波段可穿透水體，進而量測水底的地形起伏。空載光達特性空載光達依其特性大致可分成三個部分(劉進金，2005)：(1) 快速測繪高精度三維座標點：LiDAR在量測時的速度非常的快速，每秒約數十萬個點，因此可以測到很小的點，一般在1000公尺高度可以測到10公分見方的點，此特性可以直接測量高程(Direct elevation measurement)以及建置高精度的數值地形，比起數值航測技術，LiDAR在精度上都有很好的提升，如下表所示。航測與LiDAR(建置DEM)之比較數值航測技術LiDAR技術DSM若以軟體匹配自動量測需要以人工修正匹配訛誤直接測得DEM人工判斷修正產生軟體計算與修正產生水平精度1.0m0.30m高程精度(平地)2.0m(照片比例尺：17000)1.0m(照片比例尺：7000)0.15m(航高1500m2500m)0.10m(航高1000m1500m) 高程精度(山區)25m(照片比例尺：17000)0.51.0m(地表起算航高2000m3000m) (2) 獨立點與多重回訊(Multiple echoes)：由於LiDAR具多重回訊的特性，因此可以將樹木或建物覆蓋濾除或分離，使用第一次雷射反射訊號所獲得的高程值產生數值地表模型(Digital Surface Model, DSM)，若要產生數值高程模型(Digital Elevation Model, DEM)可採用最後回訊反射值進行處理，但是單純使用光達最後反射值產生DEM並不能產生正確的DEM；因為光達最後反射值不一定是由地面點反射而得，有可能是屋頂或樹幹等地物反射所獲取的點雲資料，因此要得到最終地面DEM成果必須將這些非地面點資料濾除(陳與史，2004)。(3) 受天氣影響比一般航測小：空載雷射掃描儀的作業受天候條件之影響較航空攝影測量為小，可在夜晚及輕度濛氣下掃描資料，相較於航空攝影或衛星遙測影像而言，數據獲取更具彈性(彭與史，2004)。空載光達應用LiDAR一般約可分成九類應用範疇(劉進金，2005)：(1) 地形測繪(Topographic mapping)海岸地區測繪、沙丘、潮汐淺灘、海岸變遷與侵蝕、礦體、影像製圖等。(2) 地質測繪(Geological mapping)尋找斷層、山崩災害、洪患、地表滲透、逕流模式、河系或偃塞湖等。(3) 基礎建設與維護管理(Infrastructure construction, maintenance and management)工程挖填方、廊帶測繪如道路、鐵道、油管、水路、電子傳輸線、電塔等。(4) 都市規劃與發展(Urban planning and development)3D都市模型、無線電通訊地形地物之雜訊傳播、虛擬都市、道路設計等。(5) 生態環境研究、監測與管理(Ecological and environmental research, monitoring and management)魚類棲息、珊瑚礁、冰雪覆蓋、濕地、沼地測量；國土變遷監測等。(6) 農林(Agriculture and forestry)精密農業與林葉、推導植生參數如樹木高度、密度，生物量預估等。(7) 災害防治與緊急應變(Disaster prevention and response)緊急災害應變：911、土石流等。(8) 建築與景觀設計(Architecture and landscape design)景觀設計、3D建築設計、土木工程專案模擬、景觀雕塑等。(9) 多媒體與廣告(Multimedia and advertising)電影3D模型、電腦繪圖、虛擬觀光、電子遊樂等。三、 參考