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用俯視的角度看世界(二):遙感探測應用

自上世紀60年代以來,航太技術、感測器技術、控制技術、電子技術、電腦技術與通訊技術的進展,大力地推動了遙測技術之發展。當邁入21世紀之際,各種運行於空間之遙測平台連續不斷地在多尺度上對地球進行觀測,各種先進的對地觀測系統亦不斷地向地面提供豐富的資訊
 
 
 
自上世紀60年代以來,航太技術、感測器技術、控制技術、電子技術、電腦技術與通訊技術的進展,大力地推動了遙測技術之發展。當邁入21世紀之際,各種運行於空間之遙測平台連續不斷地在多尺度上對地球進行觀測,各種先進的對地觀測系統亦不斷地向地面提供豐富的資訊。

目前遙測資訊獲取技術正以「微觀」與「宏觀」兩個方向發展。然而,運行於地球軌道上之衛星眾多,其搭載不同之感測器會依其用途與功能作適當之設定,但各衛星之光譜解析度、時間解析度、空間解析度與輻射解析度有所不同,即分別為波段數、再訪率、像元素與存取數上皆有所差異。因此,在執行各種地球觀測任務時,須配合其需求,以達成監測目的,故選擇適合之遙測衛星是相當重要的。

a.水質遙測分析

一般太陽光照射物體會有吸收、反射與散射等作用,若能造成水色差異或引起混濁度變化之水體,可被可見光波段之感測器觀測到。但常見多光譜衛星之感測器仍以接收物體反射為主,所以水質遙測技術上可見光波段與近紅外光短波段最常被使用,故水質遙測技術是以被動的方式接收來自水面介於可見光波長(400~700 nm)間之電磁輻射,再透過對應之模式轉換成相對之水質分佈與濃度。

近年來遙測技術不斷發展,亦突破不少技術上限制,遙測技術已廣泛的應用於各類水體之監測,例如:水庫優養化程度之判定、地表水體油污之監測、水體表面溫度之測量等,皆可用以繪製大面積水體之變化,其技術是利用水比熱大,對紅外線幾乎是完全吸收,自身發射輻射率高,水體內溫度傳遞是以熱對流交換方式進行的,保持相對均一溫度,所以白天,水吸收太陽輻射,在紅外上呈現冷色調(黑色);黑夜,水發射輻射,在紅外上呈現暖色調(白色)。雖然水體成分組成複雜,無法用遙測區分,亦無法穿透水體,但遙測可利用表面水色產生之不同變化,經由不同波段的反射率量測來推算其物質之濃度含量,亦可監測水體水質是否受污染等。

b.土地利用判釋

影像判釋有一貫的學理脈絡,在影像判釋的要素通常包含形狀、大小、紋理、陰影、色彩色調、質地與關聯,以及溫度等,可有效率地應用於判釋土地利用類別、地表溫度變化與災害範圍辨識等。地表上每一種物體因質地與表面特性的不同,對於電磁光譜的反射與散射率不同,此即物體的光譜特性,藉由此一物體的光譜特性可運用於土地覆蓋物種類的判釋,而不同類別之土地覆蓋物,其波長輻射率亦隨之不同。因此,影像分類是指透過影像上各像元所記錄的地表光譜反射資訊(DN值),藉由特定統計方法的計算和分析歸類,賦予影像中每一像元一個特定值,此一特定值在此乃象徵著地表覆蓋的某一特定類別。一般影像分類為非監督式分類法與監督式分類法,其所根據的原理都一樣,都是用波譜型態辨認法,即是指影像資料值在特徵空間聚集情形。

c.變遷分析

衛星遙測因具有全面性、即時性及週期性蒐集資訊之優點,可以應用於觀測環境變遷上,提供管理決策所須之空間資訊,以有效掌握環境資源變化之情形。目前變遷分析判釋乃取兩個空間幾何位置完全對位的影像,加以比對或重疊,利用影像處理技術將變遷地區判釋分析。因此,遙測影像因具有數值化之特性,可借助電腦運算能力,藉由影像變遷分析方法,可迅速且有效地掌握環境變遷之狀況。

影像分類為最易聯想應用至變遷偵測之方法,即是不同時期影像各自經過監督式或非監督式之分類後,再進行比較,即可得知何處為變遷區域,且在分類結果會呈現具有地物類別之名稱與對應類別之編碼,以便依此建立變遷矩陣,並透過分類後比較法可知各自之地物類別,故變遷結果除獲得變遷區域外,亦可得知變遷型態。因此,將分類好的影像利用影像變遷差異分析,可迅速且有效地掌握環境之變遷狀況。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播:小王子眼中21世紀的地球」執行團隊撰稿)
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