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衛星影像加值利用
福爾摩沙衛星五號影像應用成果

新聞出處:NSPO 2019/12/17

國家實驗研究院國家太空中心操控的福爾摩沙衛星五號,搭載國人第一個100%自製的遙測酬載,所拍攝到的影像可用於多元環境變遷的分析與應用,對民生福祉有相當大的助益。例如中央大學太空及遙測研究中心黃智遠副教授使用福衛五號多光譜影像產製水底地形,協助內政部產製電子航行圖;臺灣大學理學院空間資訊研究中心朱子豪教授及張家豪組長則利用福衛五號多光譜影像判釋水稻田,作為農委會農糧署決策之重要參考依據。

使用福衛五號影像產製東沙環礁水底地形

水底地形有廣大的應用範圍,產製方法則有許多種,傳統多半使用船測聲納法,但為避免觸礁,不適用於淺水區;空載光達測深法最精準,但須至現地量測,除需花費大量人力與經費外,於有爭議之海域也難以進行量測。

衛星拍攝則不受國界或距離限制。中央大學黃智遠副教授團隊先以空載光達資料搭配人工智慧技術進行訓練,以建立東沙環礁水底地形類神經網路模型,再取得福衛五號多光譜影像(福衛五號可偵測藍、綠、紅、近紅外四波段光),成功由光譜資訊反演出東沙環礁水底地形資訊。

福衛五號可提供解析度黑白2米、彩色4米的影像,黃智遠副教授以福衛五號影像反演出東沙環礁水底地形資訊後,將此成果與使用超高解析度(黑白彩色融合0.5米)且價格昂貴的WorldView-2衛星1影像比較,結果顯示兩幅影像所反演出的地形差異不大,福衛五號所測得每一點的水深平均誤差(不考慮正負)為1.62公尺,雖略遜於WorldView-2衛星的1.26公尺,但已經達到足以使用的程度。

黃智遠副教授表示,使用福衛五號影像資料建置水底地形,可以協助內政部產製電子航行圖(electronic navigational chart, ENC),強化航行服務,協助海上導航,確保船隻安全;此外亦可用於研究水底生物分布與動物棲息地、進行環境監測與災害管理等,保護海洋環境資源。

使用福衛五號影像進行水稻田偵測及分析

稻米是臺灣最重要的糧食作物,因此,快速精準地統計水稻田面積及估算產量,作為農政決策之重要參考依據,是農委會農糧署的重要工作之一。臺灣大學朱子豪教授及張家豪組長使用可能受到雲層影響的福衛五號可見光多光譜影像,搭配不受天候影響、可多時序取像的合成孔徑雷達(synthetic aperture radar, SAR)衛星影像,可協助農糧署得到正確性高達92.34%的水稻田判釋成果。

合成孔徑雷達衛星係主動發射微波到地面、再接收地面反射波以進行偵測的遙測衛星,微波可以穿透雲層,因此可不受雲覆及日照狀況的影響來蒐集地面觀測資料。一般使用合成孔徑雷達判釋水稻田的正確性約80%,朱子豪教授及張家豪組長使用Sentinel-1合成孔徑雷達的時序性資料,判釋水稻田的正確性為85.88%。

一般用光學影像判釋水稻田的正確率約90%,朱子豪教授及張家豪組長使用福衛五號多光譜影像資料進行判釋,正確性為90.05%。他們又整合前述兩種資料,以人工智慧技術進行訓練,配合農糧署以無人飛機及地面調查獲得的真實水稻田資料驗證,正確性可以提高到92.31%。

朱子豪教授強調,時序性合成孔徑雷達資料,可提供不受天候影響的穩定地表資訊,再搭配福衛五號多光譜光學影像資料,即可顯著提高土地使用型態偵測正確性。

福衛五號遙測影像於 2018年9月21日正式開始營運,可多方應用於農業、防救災、環境監測……等。國研院太空中心提供多種影像取得管道,包括太空中心官方網站2,以及科技部資料市集3,以便國人取得第一手的國產衛星影像資料。太空中心將持續與產學研界合作探討如何利用福五影像資料產製有效資訊,擴大國家自主衛星之使用效益。

福衛五號是我國第一顆自主發展的遙測衛星,其衛星本體及遙測酬載皆首次由國內研發製造,屬研發性質。歷經近2年順利在軌運行,驗證福衛五號所提供之影像確實可以滿足民生社福之需求,也顯示我國確實已經具備遙測衛星研製能量。由於目前國際遙測影像市場2米解析度影像已非主流商品,國研院太空中心現正積極發展1米及次米解析度光學遙測衛星及合成孔徑雷達衛星,預計未來10年我國將增加10顆衛星,全天候守護臺灣。

備註

1. WorldView-2衛星:造價:4 億美元(2008年),發射重量:2,800公斤。
福爾摩沙衛星五號:造價新台幣56.5億元(2017年),發射重量:450公斤。

2. 福衛五號影像取得方式一:國研院太空中心官方網站
  - http://www.nspo.narl.org.tw/tw2015/gallery/image_FORMOSAT-5_list.shtml
  - http://www.nspo.narl.org.tw/fsimagery/

3. 福衛五號影像取得方式二:科技部資料巿集
  - https://scidm.nchc.org.tw/dataset


東沙環礁衛星影像


東沙環礁水底地形



福衛五號光學影像- 近紅外光假色影像


福衛五號光學影像- 近紅外光假色影像 - 綠色標記為水稻 黃色標記為非水稻


福衛五號光學影像- 自然彩色影像


福衛五號光學影像- 自然彩色影像 - 綠色標記為水稻 黃色標記為非水稻