揭露地表真面目-LiDAR空載光達
102/07/11
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李柏昱｜
國立臺灣大學 地理環境資源學系
時序進入盛夏，台灣準備迎接2013年的颱風季。過去每次颱風來襲，總會伴隨大量的山崩、土石流以及河床淤積，國土變動幅度相當劇烈。因此，災後進行受災前後地表差異的調查十分重要，需盡快找出受災地點，並進行疏濬河道、邊坡防治等工程，避免下一次更嚴重的災害。
在眾多地表觀測的方式中，遙測空載雷射測距技術(light detection and ranging, LiDAR)又稱光達，擁有觀測迅速、高準確度、能同時觀察地表與地上物體等等的優勢，是近年用來觀測大面積國土變遷、紀錄地形地貌的國際趨勢。
LiDAR使用飛機裝載雷測觀測器具，利用紅外線進行頻率每秒20到40萬次的雷射觀測，藉由雷射反射時間可以計算出觀測儀器與地表的距離，再經過GPS的定位，便可以計算出地表觀測點的高程與位置。
此外，LiDAR最大的優勢便在於透過回波的時間差異，能同時觀測地表上的物體。當雷射光束碰到建築或樹木的頂部，會傳回第1次回波，其餘未被反射的光束繼續行進，直到地表傳回最後一次回波。藉由資料處理，便能將這些地上物的回波排除，獲得地表高程。
利用LiDAR觀測的數據，可以繪製出不同的數值地形模型，一般而言可分為數值高程模型(Digital Elevation Modeling, DEM)、數值地形模型(Digital Terrain Modeling, DTM)、數值表面模型(Digital Surface Modeling, DSM)以及數值建物模型(Digital Building Model, DBM)四種。
DEM與DTM皆為純粹的地表高程，去除所有地面上的建築物與樹木，也就是地表原本的樣子，被樹林遮蔽的河床、山峰都一一顯現；DSM則記錄地表高度，再加上建築物與樹木等地上物的高度；DBM則是地表再加上建築物的高度。
藉由LiDAR繪製出的數值地形模型精確度可達50〜200公分，比一般衛星遙測的40公尺高上許多。
目前全世界約有300多組LiDAR設備，台灣便有7組，雖然LiDAR的觀測成本較高，但它在國土觀測紀錄、地質分析、水土保持、都市計畫、災害防治、森林資源調查等領域應用廣泛，國外甚至用來調查古代文明遺址。
而在台灣，中央地質調查所也透過使用LiDAR觀測大台北地區、蘭陽平原以及海岸山脈，發現大屯火山群中許多未被發現過的火山口與斷層線，對大台北地區的地震風險評估能更為精確。2009年莫拉克過後，LiDAR也用來記錄高雄小林村周圍地形的劇變。
中央地質調查所預定於2013年利用LiDAR觀測全台灣，目前已幾近完成，台灣將成為世界第三個以LiDAR完成國土掃描的國家(第一是荷蘭，第二是瑞典)。這些高精度的觀測資料，將在台灣未來的國土規劃與變更上扮演重要的參考指標，加深我們對於台灣土地的了解，將更有利於長期的國土保育。 （本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣｣執行團隊撰稿）
責任編輯：鄭國威 | 元智大學資訊社會研究所
