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遙測大地:一覽無遺–衛星遙測影像
從太空中遙看地球,不僅整個美國或中國大陸可以一覽無遺,甚至清楚地看到你家樓頂的小耳朵天線盤。衛星遙測影像的進展,反映了人類科技的進步。
 
 
 
什麼是衛星遙測影像?顧名思義,就是從人造衛星上偵測地球所記錄下來的影像。根據不同的需求,可以在衛星上裝置各種特殊功能的遙測感應器,來探測地球表面、大氣層、海洋等不同物質並取得各類資料。

相較於飛機等取得的低空遙測影像,衛星遙測影像的優點包括感應涵蓋整個地球表面、位置控制非常精準等。由於遙測感應器距離地球表面較遠,一般來說,其影像的解析度不如飛機遙測影像。然而近年來感應技術日新月異,目前新一代的研究及商業衛星影像的地面解析度可達2~5公尺,已經非常接近一般飛機遙測影像的1~3公尺解析度;至於國防用的機密衛星影像的解析度,就更不只如此了。

衛星遙測影像是透過遙測感應器所得到的,為了偵測不同介質的性質及探測各種物理作用,感應器可同時接收物質在不同波段的反應。地面上常見的物質如植物、岩石、土壤、水、建物等,對不同波段的反射及吸收程度並不一樣,例如植被對於綠光波段的反應特別強,而水對紅外光及熱波段的反應則非常敏感。記錄這些不同波段的影像,可以提供不同的應用。

過去幾十年來,世界各國陸續發射了許多遙測衛星,用途甚為廣泛,包括國防、通訊、氣象、地面資訊等。與地球科學研究相關的衛星遙測影像也有不少,如美國的Landsats、ASTER及GOES-9、歐洲的ERS、法國的SPOT、臺灣的福爾摩沙衛星等。本文選擇介紹目前最為廣泛使用的兩種衛星遙測影像,SPOT及ASTER。

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。

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。

衛星遙測影像在地球科學相關領域的應用很廣,例如岩石與礦產的辨識與探勘、土地利用與規畫、水文學、火山學等等。

衛星遙測影像可以展示大範圍區域的地形概況,藉以了解各種不同地形地貌,如山脈、平原、盆地、海岸線、城市、河流、道路等的分布狀況;更細緻的地形分布,如山勢的走向、河流的流向與幾何形貌等,也可以一覽無遺。而由於不同的地形型態與岩石的種類及地質組成之間有密切的關聯,因此藉由地形影像組織、光譜反應等進一步的影像分析,可以更了解區域內的地質概況。

此外,藉由天然或人為災害發生前、後衛星遙測影像的比對及分析,可以很快地把發生災變的位置,如山崩、土石流、火災等,在影像地圖上描繪出來。不僅即時掌握災害現況,也可提供精確的資料,分析災害發生的原因。

在水文學研究上,利用衛星遙測感應儀對水物理性質在不同波段的反應,可監測河水、湖水、海洋等的物理性質變化,及了解與水物理性質變化相關的自然現象,例如紅外光反映出水的清晰度或穿透度;熱波段反映水的表面溫度。
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