關於太遙 - 太空及遙測研究中心 - Center for Space and Remote Sensing Research, CSRSR

系統、產品及研發

系統架構

      資源衛星接收站於1993年月建站完成,為一軟、硬體整合成系統,由加拿大MDA公司提供,自13米天線接收資料至產品的製作,有完整的資料接收容A&R、錄製DRR、管理與處理PRS系統(如圖所示)。經過十年的運作,大部分的系統皆已陸續淘汰而由其他的系統所取代,目前僅13米天線端的相關設備維持運作。


      下圖是目前使用中的系統架構,包含2003年10月底才建置完成的6.1米天線。第一代的系統是在1999年歟002年間陸間續汰換新,使用期限皆超過七年,系統更換的原因主要是新衛星的接收、電腦設備的進步與存媒體的改變,雖然第一代的系統很穩定,但在時代的變遷下,亦難免受到淘汰之命運。


      在十年中因為接收SPOT-4,以DAAS取代QPS,並以SPS及PPGS補GICS無法處理SPOT-4之不足。因為接收SPOT-5以TS5取代DAAS&SPS,且以MSGPS補PPGS無法處理SPOT-5之不足。在電腦部則以工作站及最代早期的大型主機(VAX)。而儲的媒體在時代的淘汰下,不得不將以CD與DVD儲存產品資料,而以DLT取代HDDT原始資料,並已於2002年利用一年的時間完成近2200捲HDDT的轉錄。這段時間,本站已完成各類軟、硬體及存媒體的更新,邁向另一個十年,目前在兩套天線系線下,接收七顆衛星。福爾摩沙衛星二號的後端處理系統亦已就位。

Data Acquisition(CCRS)

接收處理

      本站自1993年6月起運轉,開始接收LANDSAT與SPOT系列衛星,接著陸續接收ERS、EROS、TERRA、AQUA與FORMOSAT-2衛星,累積至今共接收十二顆衛星,目前仍接收FORMOSAT-2、SPOT-5、TERRA與AQUA等,下表顯示各類衛星接收起迄時間。


      1993年6月起至2013年12月31日,共接收LANDSAT-5衛星975次/12,084幅資料,SPOT系列27,541次/2,475,161幅,ERS系列共1,651次/27,832幅,EROS-A共679次(幅),TERRA與AUQA合計9,230次/9,167幅,FORMOSAT-2衛星共7,038次/10,6340幅。下表是各衛星接收次數及目錄建檔幅數之年度統計表。


      下表是各類等級產品建檔組數之年度統計表。


產品服務

標準產品 Standard Product

等級Level/衛星Satellite SPOT 福衛二號Formosat-2
原始影像Raw image 1A 1A
系統改正影像System corrected image 2A 2
精密幾何改正影像Precision corrected image 2B (控制點 GCP) 3 (控制點 GCP)
3 控制點 GCP+數位地型模型DTM 4 控制點 GCP+數位地型模型DTM

加值產品 Value Added Product

  • 彩色融合影像 Color fusion image
  • 衛星影像地圖 Satellite image map
  • 鑲嵌影像 Mosaic image
  • 三維模擬影像 3D image
  • 飛行模擬影像 Fly simulation image

影像校正 Image Rectification

  • 衛星姿態與軌道 Satelite attitude & orbit
  • 感測器相對誤差 Sensor relative error
  • 影像相對扭曲 Image relative distortion
  • 輻射校正 Radiometric correction
  • 幾何校正 geometric correction
  • 地圖投影 map projection

研發應用

方針

  • 強化永續經營運作之基礎幾何處理能力
    Strengthen basic geometrical process for sustainable management.
  • 先期了解國際間相關遙測資料之特性,並評估本站接收之合適性與可行性
    Understand features of relevant international remote sensing systems and then assess the suitability and feasibility for data reception.
  • 加強大尺度遙測資料之應用研究,並與國際遙測領域接軌
    Strengthen applied research of large scale remote sensing data and keep pace with international remote sensing fields.
  • 多元感測器遙測資料之融合與應用
    Perform data fusion for multi-sensor applications.
  • 遙測資料與地理資訊系統更密切的整合應用研究
    Integrate the satellite images with GIS data for comprehensive applications.

研究

  1. 全省SPOT衛星高解析模擬自然色影像之研發 本研發應用初始目的是為了推廣太空遙測科技於國民中、小學地球科學教育中,而與國立自然科學博物館以及大地地理雜誌合作,進行「太空看家園」巡迴展覽活動。由於成效顯著,本站自1996年以來,以將此研發成果定為本站主要加值產品之一,每年製作一幅全省SPOT衛星影像,如圖所示為2003年之成果。此項研發包括三部份,茲分別說明如下:

  • 全省SPOT衛星影像併接 由於SPOT衛星為光學星,因此影像品質明顯受到天候、雲與陰影的影響。另外,衛星影像幅員約60公里寬,無法在一次的拍攝中包含整個台灣。因此,本研發考慮到不同日期間色彩平衡與影像接邊等問題,採用半自動方式將多個航帶之影像拼接成全台灣之SPOT衛星影像。
  • 模擬自然色影像之製作 由於SPOT系列衛星之多光譜影像,並沒有藍色波段之設計,因此無法呈現出植物為綠色之彩色影像。因此,本研發以美國大地衛星(Landsat)之自然色影像為依據,製作SPOT衛星之模擬自然色影像。
  • 高解析影像合成- 由於SPOT系列衛星多光譜影像,其空間解析度比全光譜影像低2。為了得到具有高空間解析度之多影像, 本研發利用影像融合技術,將兩種資料融合以達此目的。

  1. 多元感測器幾何處理作業系統之研發

      本中心數位攝影測量實驗實自1987年以來即進行了SPOT、EROS、IKONOS、QuickBird等光學衛星影像之正射幾何改正研。考量本站之永續經營,有必要整合此項技術於生產正射影像標準產品作業流程中稱為多元感測器幾何處理作業系統(Multi Sensor Geocoded Processing System,MSGPS)。 本系統主要模組有四項,分別為:

  • 網路查詢下單
  • 工作單控管流程
  • 控制點選取與品質管制人機介面
  • 多張輸入/輸出影像之幾何校正處理

本系統具有以下持色:

  • 本系統利用人電腦快速的運算交率,不僅大量降了軟硬體與維修的費用,更可以多部電腦同 時多人處理工作單以提昇整體產能。
  • 使用者可在查詢興趣影像後,在網路上下單,並自動產生工作單。
  • 本系統採用之軌道參數求解方式相當穩定、準確與可靠,配合易於使用之人機訓操作介面, 可以大量降低費時的人工點選控制點之工作。
  • 操作員的工作內容已經單純化,訓練工作也隨之簡,一個沒有經驗的操作員也可在短時間內 上線進行生產工作。
  • 在實際作業中本系統所使用之控制點數目較多,目前在定位精度與正射影像精度方面約可在 3~5公尺,就國際上相關術報告 而言本成果已經達到了國際水準。
  • 與高階工作站系統相比較,本系統相對而言有較高的成本效益。如圖所示為本系統正射幾何 改正之使用者介面。此外,本系統已經從2003年8月開始正式運作,提供SPOT-5衛星影像正射 幾何改正產品。

  1. 衛星差分干涉處理應用研究

      台灣地區人口稠密,即使是微的地表變形也足以造成相當程度的工程災害,因此地表變形監測是 一項重要的課題。小域的地表變形是很難以傳統量測的方法監測出來,因為小區域的地表變形現 象時尚由人為的因素所造成。本研究因此提出利用衛星差分干涉測量法,來輔助其它的大地測量 工具。雷達波擁有優越的透性,能快速地搢供整個面狀的地表資訊,可持續不斷地提供地表雷達 影。因此我們可以計算出地表在不同時段內的變形速率;針對突發的變形狀況,我們也可以調閱 事件發生前後的影像進行比對,計算出該事件地表「面」的雷達波干涉相位變化分佈,進而推算 受測地區相對位移量至公分量級。

      目前我們已建置衛星雷達差分干涉處理作業程序,處理本站自 1993年接收至今之歐洲太空總署ERS-1和ERS-2雷達影像資料,以 台灣北部區監測研究為例,發現在1995年至2000年間內工業區現 直徑約4公里的圓形地表下陷,如下圖紅色區域,在接近圓心的 地區也是下陷最快的區域每年平均下陷約2 公分,不過此一地表 下陷情形在2000年之後有趨援的情形。我們可精確指出下陷中心 位置,說明雷達影像差分干涉法監測區域性微量地表變形的能力。


      將來整合互補於其它點的量測系統如GPS或地下水位等,更可 落實雷差分干涉量測為地質研究應用上素材。我理分析之衛星雷 達資料除目前歐洲ERS-2及加拿大DADARSAT-1外,也引進日本JERS-1 之L波段雷資料,較C波段易穿透植被,有助於地表地物之監測, 尤其是2004年日本將射ALOS衛星,該載具即載有段雷影像系統, 因此JERS-1歷史資料蒐集,除建立台灣地區之L波段雷達資料庫 外,可作為未來ALOS接收評估依據。


  1. 衛星雷達於水災監測應用研究

      台灣的氣候是典型的海島型氣侯,夏、秋季間又經常受到颱 風的侵襲,或太過於充沛與集中的降雨也常給台灣帶來淹水災害。 傳統觀測方式由於時空限制而不易實施大範圍、經常性的資料收 集,特別是害發生時,現場調查的困難度相當高。 現今因衛星遙測技術之發展成熟,更可經由透過衛星雷達回 波強度監測與分析,不僅能提供受災區域及時性的災況觀測與資 訊蒐,並可快速演算出災害程度及範圍,進一步評估災害損失。 我們以加拿大RADARSAT衛星緊急攝像機制,建置本站衛星雷達及 時獲取鬧處理、分析作業流程,以2001年9月19日納莉颱風侵台 為例,事前依中央氣象提供之預達途經,緊急獲取台北地區之 RADARSAT-1雷達影像,經傳本站隨即作雷達像輻射校正與正射化 處理,再佐以歷年枯水期雷達影像資料庫為參考作積水區域變遷 監測分析。以紅藍兩色標示出圖中積水淹溢區域,對照參考影像 該區域之地物訊號特微明顯改變。我們將淹溢區域分析結果整合 於數化地形圖,有助有分瞭解該區域影響之範圍及地理背影。


  1. 福爾摩沙衛星二號影像資料之大氣輻射校正

      MODIS具有廣泛的遙測能,包括2000多公里的觀測 範圍以及可見光至紅外波段的36個頻道。由於觀測的 資訊豐富,可供地表、大氣、海洋以及全球變遷上的 遙測需求,資料應用範疇可包括海洋學、生物學和大 氣科與全球變遷。因此,MODIS資料之接收、處理及 提供是必要的且相當重要。有於此,本站即積極建構 一MODIS資料之接收與處理系統,期能即時提供國內 相關單位在陸表、大氣和海洋方面應用研究所需。現 階段已完成的項目包括MODIS資料接收與處理作業化系 統之建立,以及高階產品Level2處理系統之建置(Cloud Mask,CloudTop Profile 及Fire Detection等產品) ,並可提供modis之植被指數值(NDVI)如圖所示及海面 溫度SST的資料。


  1. MODIS影像資料處理系統之建置

      應用福爾摩沙衛星二號可於極短時間內重觀測同一地區的特性,創建多視角衛星影像之大氣校正模式,便可針 對ROCST-2各遙測頻道進行輻射影像之正規化,以利多視 角影像資料之鑲合與地表物變遷之債測等相關應用研究。 借福爾摩沙衛星二號觀測道相似之IKONOS遙測影像進行多視 角大氣校正模式之測試,已獲初步之成果,並將持續進 行,期能提供福爾摩沙衛星二號遙測影像大氣輻射校正 使用。


  1. 空氣品質遙之研發、大氣氣之特性分析

      由於氣膠的組成份子易受天氣型態及大氣環流影響, 且具有強烈的區域性,所以a並非定值且隨時間有劇烈的 變化,無法以簡單的參數來單獨貓述氣膠粒子的大小分布 參數。在結合波長與氣膠粒徑分佈(Particle size distr ibution)描術氣膠的粒徑參數平均有交粒徑參數(Effect ive aerosol size distribution),則可將問題簡化。隨 後建立之穩定且具代表性之平均有效粒徑參數,在無特殊 或異常天氣現象的情況下,將可由衛星遙測資料快速而有 效提供混濁度等大氣境之相關參數,以成衛星即時監測空 氣品質之目標。

nbsp     衛星資料在大氣及海洋環境即時監測系統之建立 現階段全球環境的變遷已成為國際上相當重要的課題之一,因此後續之究則將利用衛星資料(以MODIS資料為主)在大氣環境之監測,如大氣氣膠與混濁度等空氣個質參數,及煙塵之監測等模式的研發展,以及海洋水色之分析,如海水葉綠素含量及浮微粒等海水污物,期能建立適用於亞洲地區大氣環境及每洋環境之即時監測系統。


  1. 利用衛星影像分析台灣西部海岸之變遷

      由於台灣地區針對海岸地區之開發亦日漸繁, 造成海岸地產生明顯變化,再加上河川輸沙日益減 少、地層下陷日趨嚴重與全球氣候變遷所造成海平 面上升之情形下,全省各處海岸之侵淤各有變化, 因此對於台灣地區海岸線變遷之調查時為當務之急。 傳統利用現場測量之方式除了使用大量之人力物力 外,時間效益較低亦為考慮之主要因素。由於衛星 影像更新迅速以及覆蓋面廣大之持性,利用衛星影 像變遷之結果,確可在有限時間內得到大範圍之結 果。同時經現場調查驗證,衛星影像確可應用於海 岸地潮位線偵測,因此也開發了相關之應用程式來 進行此類別的偵測。

      綜合變遷分析所得之結果,烏溪以北地區其海岸 主要是呈現退縮之情形,其消失面積約為800.1公頃, 增加面積為440*9公頃,而增加面積之原因則為海灣 相關建設所致,其中規模最大之區域在台北縣八里鄉 紅水仙溪口之淡水國內商港開計畫。烏溪以南海岸之 化情形則是以增加居多,並且分析結果果顯示,變化 較大之域分布於彰化沿海一帶,其變化原因經由衛星 影像判斷,其主要為港建設與海埔新生地之開發所致, 總計全部烏溪以南在各區段內之海岸增加面積為740.73。 而海岸之變化情形呈線清失狀況主要分佈於雲林與嘉 義沿海地區,其中以三條崙及外傘頂洲的消失部份面 積最多,而烏奚以南之海岸消失總面為3125.81公頃。


  1. 海洋污染緊急應變系統之建立

      台灣地區四面環海,海岸線總長一千五百多公里,惟台灣地狹人稠,經濟 發展快速,海洋污染受領海之內海運頻繁之影響,加上河川水的排入,棄物的 堆置、油料外洩…等污染來源,其中以油料外洩致的污染問題最為棗手,其影 響的層面也最廣,在2000年二月一實施的海洋染防治法也在第十條第二項示: 「為處理重大洗洋油污染緊事件,中央主管機關應訂海洋油污染緊急應變計畫」 因此,針對當重大海洋污染緊急事情發生時,緊急應變中心之主要任務即為如何 整遙測科技以及利用網路系統來掌握機關應訂海洋油污染緊急應變計畫」,在空 間上的變化情況。此外,亦同時運用目前可茲應用之各種航遙測技術,透過持續 演練建立蒐證機制,以提供快速研判重大海洋污染位置與即時支援決策之目的。

      本中心與環保署合作,應用衛星影像以及其化遙測技術進行海洋污染緊急應 變系統之建制,其主要之目的即在於利用衛星影像高即時性與大範圍之特性,以 提供現場緊急處理及後續追蹤之分析。目前,應用衛星影像已可偵測到海面油污 染之區域,並同時可計算其擴散之範圍與面積。下圖為2004年2月28日桃園外海S POT衛星影像,其中疑似油污之污染域清晰可見。