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讓臺灣看見全世界

國家太空中心影像處理系統團隊,人雖留在臺灣,但他們和大同世界科技共同開發的福衛二號衛星影像處理系統,每天透過衛星盯著全世界。
 
 
 
基於國家安全,有些科技人員會受到境管限制。獲得行政院 96 年傑出科技貢獻獎的國家太空中心影像處理系統(image processing system, IPS)團隊,人雖留在臺灣,但他們和大同世界科技共同開發的「福爾摩沙衛星二號」衛星影像處理系統,每天透過衛星盯著全世界。

第一套國人研發的遙測衛星 IPS

IPS 是處理衛星傳來的影像訊號,並製成照片的一套系統。衛星在地球軌道上飛行,利用一長條是一種積體電路的「電荷耦合元件」(charge-coupled device, CCD),感光並把影像轉成數位訊號,依據衛星的瞬間動態,把每一個像素的地理位置、光度精確地計算出來,變成照片或套疊在地圖上。

「福衛二號」的 IPS 分為取像排程、資料擷取、資料管理、資料處理與影像品質 5 個次系統。IPS 團隊於 2001 年成立,由太空中心和國內數家廠商合作,共約 20 人組成。當時臺灣的太空設備幾乎都向外採購,由國人自力研發確實是一大挑戰。

「國內沒人做過,一開始大家都是生手。」計畫主持人,前太空中心資深研究員吳豐敏博士在頒獎典禮上說,國外廠商幾乎都不相信臺灣的能力可以做出遙測衛星影像處理系統。但 IPS 團隊在 3 年內就完成研發,2004 年「福衛二號」發射後,又陸續建置 3 個國內終端站及 1 個國外終端站。現在他們每天早上 8 點就設定當天的衛星排程,「哪裡需要我們,我們就到哪裡。」太空中心吳岸明副主任說。

本土第一顆、世界第一等

1999 年臺灣發生 921 大地震,讓太空中心人員心中埋下「臺灣需要一顆密集監測災害的衛星」的種子。在設計「福衛二號」的軌道時,吳岸明副主任下了不少功夫,首先他考慮的是「範圍」。「一個鄉鎮,或說人口聚集的範圍大概長寬各 10 公里上下,因此一張照片(涵蓋實際寬度)大概是 10 到 60 公里。」吳副主任特別強調偏遠地區:「這些飛機、船到不了的地方,會特別需要我們。」

設定範圍、區域還不夠,吳岸明指出,IPS 特別引入「班星」的概念,就像班機、班車一樣。「福衛二號」配合地球、太陽的運動,每天繞地球 14 圈,是目前世界上唯一可以每天拍攝全球任何角落的遙測衛星。獨特的設計軌道,讓「福衛二號」什麼地方都看得到,拍攝的地面影像也收錄於 Google Earth 中。

為了配合各種用途所需要的資訊,他們要做不同的調整,例如依據太陽的角度和輻射量、雲層來調整照相角度。「講個有趣的吧,有時候有些使用者是意想不到的!」太空中心陳乃宇研究員說,他曾經聽過連鎖速食企業「麥當勞」要買衛星照片,因為他們想尋找農場、人口聚集地,開發未知的市場。

我們的衛星在哪裡

每當災害發生,各國救災人員無不著急地問:「我們的衛星在哪裡?」臺灣的「福衛二號」在近年來的世界災難救助上,大大打響了名號。原因是外國的衛星軌道設計很複雜,今天照東邊、明天照西邊,發生災害時衛星偏偏不經過災區。福衛二號則是「定時監看」,衛星經過每個地方的時間,就是當地上午 10 點鐘左右。簡單的操作概念,才可能符合緊急需求。照不到的理由只有天候因素,而非人為操作不當、設計考慮不週、或說得讓民眾一頭霧水的技術等讓人無法諒解的理由。

吳岸明解釋,「福衛二號」具備「每日再訪」(daily revisit)功能,今天照不到明天照,明天照不到後天照,連續數日的影像合起來,就可監測一地的變化。別國的衛星是「兩三天再訪」,對於一個特定地點只能兩三天照一次。因此相對於其他衛星,福衛二號照到清晰影像的機率是兩三倍,也就是說「福衛二號」快速反應的能力是其他衛星的兩三倍。這幾乎顛覆一般遙測衛星保守的操作概念,外國衛星若要像「福衛二號」具備快速反應的能力,需要兩三顆的衛星構成星系(constellation)聯合觀測才可能做到。

一般遙測衛星主要用在正對地面照相,提供土地規畫、環境監測、作物評估等用途。「福衛二號」針對災害調查設計成具備快速反應的特性,近幾年適逢大型災害頻傳,每次都以獨特的取像能力博得國際讚揚。

「福衛二號」發射沒多久,就碰到艾莉颱風、敏督利颱風、南亞強震,2005 年卡翠娜(Katrina)颶風、巴基斯坦地震,2006 年吉尼號(Tzini)漏油,2007 年美國加州大火,到 2008 年南極冰架崩解、緬甸水災、四川大地震等,「福衛二號」盯住全世界。「那時候真的熬夜熬到一蹋糊塗!」陳乃宇研究員回憶,任務一來,也沒人說要休息,大家就一直拼下去。

2008 年 5 月 12 日,中國四川發生規模 7.8 強震,福衛二號在 5 月 14 日拍到的北川縣衛星影像,是地震後第一張衛星影像。由於福衛二號兩年前也拍過相同地點,比對後就可評估災情,他們拍攝的照片廣被引用,包括臺灣媒體、美國國家航空太空總署(National Aeronautics and Space Administration, NASA)、Google、中國科學院、日本《讀賣新聞》、英國廣播公司(British Broadcasting Company, BBC)等。

「福衛二號」IPS 提供臺灣和全世界災害調查、環境監測、作物評估等服務,國內外影像每日約 100 幅,資料量每日約 200 GB。另外,地理、地質的變遷也是他們關注的面向,他們用照片當證據,在四川地震後,預測堰塞湖崩潰造成的水災危機,讓中國政府得以預防。「我們都不能出國啦,不過『中國地質調查局』特別寄了感謝狀給我們。」吳岸明副主任表示,他們仍不斷提升系統性能,並解決衛星高頻振動所造成的影像抖動問題,以及大姿態取像所造成的頻間對位問題。

在天上的攝影記者

「我們只是個『聯絡中心』啦,提供影像讓各單位去做事。」吳岸明副主任指出,IPS 團隊常和外交部、漁業署、海巡署、消防局等單位密切合作,適時派上用場。「有時候要談建交前,我們也去幫忙拍一張……」IPS 團隊成果,除了提升臺灣科技水準外,也開啟與國際合作的契機。「你知道嗎?我們花了很多時間研究新聞報導,尤其是災害新聞,我們一樣要查證、要追蹤。」吳岸明副主任和陳乃宇研究員都有超過 20 年的衛星實務經驗,讓他們在救災上屢屢做出正確判斷。

「最重要的是決心。」吳岸明副主任強調,記得 IPS 研發的困難,想想當初的拼勁,就是持續進步的原動力。但是對於獎項,他們簡短地說:「只是盡心盡力而已。」目前他們正在研發下一代衛星「福衛五號」,加強影像處理自動化及衛星取像機動性。「要做的事很多!影像識別、壓縮、比對……」吳岸明副主任邊說邊寫,寫了好長一串,他抬頭笑笑,「繼續往前走就是了。」

【「行政院96年傑出科技貢獻獎」得獎人IPS團隊專訪】
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