遙測衛星的生活應用

遙測衛星的生活應用
發表時間 2020/10/05 15:53
閱讀人數 473
作者 林士淵老師講授(蕭光玲整理)

遙感探測衛星的定義

遙感探測是由Remote Sensing翻譯過來的中文名詞。遙感探測一個重要的概念就是不需要真正到那個地方,就可以知道那個地方在過去發生什麼事;不需要真正碰到那個物品,就可以推估那是什麼東西。執行上必須用適合的載具去蒐集資料,像是衛星在太空中固定的軌道運行,持續對地面做一些資料的感測與蒐集。在飛行的過程中,感測器不斷接收從地面傳上來的反射信號,透過這個反射信號的強弱或是其他的特性,進一步去偵測地表上的現象。

遙測與碳排放

對於遙測有一些基本的瞭解之後,接下來進入個別的議題,第一個議題是二氧化碳排放量的計算。現在二氧化碳排放的計算,最常用的方法是實地量測,有一些實地量測的基準站,用一些特殊的儀器,非常精準地量測到排放的二氧化碳的量,但是以這樣方式蒐集到的資料,屬於單點的量測,在空間上是非常離散的。

我們可以透過衛星影像,再搭配一些地面量測的資料,求得大範圍的二氧化碳排放量。先利用衛星影像產生地表覆蓋分類的結果,再搭配簡易測量儀器,得到地面二氧化碳排放比例,算出一張二氧化碳分布的地圖。產製這樣一個地圖,就有一個減排參考的依據,並可據此擬定在一定期限內要減多少的二氧化碳排放量。這個工作的目的是讓我們可以掌握整個城市二氧化碳排放的狀況,並提供一個規範二氧化碳排放量的政策指引。

遙測與火星

接下來跟各位介紹遙測衛星在火星的應用。MGS(Mars Global Surveyor, 火星全球探勘者號)是美國國家航空暨太空總署於1996年執行的火星衛星任務發射的衛星。這個衛星上裝了一個感測器,簡稱MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter, 火星軌道高度儀),用雷射掃描的方法去接收地面的資料,計算高度,得到每一個點的三維坐標,於2001年,產生了第一張高解析度的火星地形圖。

在我們還沒有這些遙測資料之前,透過望遠鏡可以看到火星上面好像有一些河流、高山,跟人類居住的地球很像。從MOLA地形圖再進一步來看,真的有火山,也可以看到一些洪水發生、存在後留下的遺跡,有太多跟地球相對應的地形特徵,這些都引起科學家想要進一步知道火星曾經發生了什麼事情。也就是我們剛剛提到的,遙感探測就是遙遠地探測火星,去蒐集火星的地形資料,再基於我們在地球對這些地形知識的了解,類比判讀火星過去發生過什麼事件。

遙感與地表沉降

除了多光譜感測器,也可以裝載合成孔徑雷達在衛星上,對地表進行資料的蒐集。只要同一地區有2張雷達影像,就可以產生數值地形模型。如果有3張影像,經過差分處理,可估算特定事件前後發生在地形的變異;若蒐集時間序列多張影像,就可以偵測長時間非常緩慢的變化,而且是高解析度、高涵蓋面的觀察結果。有了這些資料,就可以觀察在特定時間中,發生地表上升或是沉降的地區,以及其變形的規模。

雷達影像有它的強度值,如果強度值改變,背後的原因可能是地表改變,地表覆蓋改變時,雷射收到強度值也會跟著改變。此時若用不同時間蒐集的單張影像做強度的比較,找出強度發生變化的地方,比如原本這是一個樹林,強度弱,但是如果發生崩塌變成裸露地,強度就會變強。透過衛星影像偵測到地表可能發生變化的位置,再從這個結果去做預警,例如這個值超過多少警戒值,就要有什麼樣的措施。

遙感探測的用途

如前面所提到,遙感探測可以用來估算二氧化碳排放量,也可用來監測潛在災害,探索外太空的行星等,遙感探測的用途當然不只這些,遙感探測也不是單單只有影像而已,它可以做的事情其實是更多的,在我們生活中扮演非常重要的角色。

這裡用5個M開頭的英文字來歸納遙感探測的任務與重要性,第一個是Measurement,就是我們說的量測,要量這個地方地形上升或是下降量,或是這個地方的二氧化碳排放量有多少等,都是在做量測。量測完之後,再把量測結果作數位化的空間紀錄,就是Mapping,也就是製圖,像是二氧化碳分布的地圖,或是臺北市沉陷狀況的地圖等。第3個M是Monitoring,監測,當我不斷地在測量、製圖時,長時間累積下來,就可以監測這個地方的變化以及規模。第四個M是Modeling,建構模型要靠前面累積的資料,建立一個經驗的模式後就可以預測未來。假設已知某地地層下陷的區域與量值,透過模式,有機會預測未來可能會發生何種規模的地表形變。第五個M就是Management,當我們前面這幾個M都做到之後,對於特定地區就有了大範圍、長時間的全面了解,這對於土地使用的管理或是規劃,將有非常大的幫助。

遙感探測可以輔助我們做一些政策的制定,也可以來做一些管理的工作,更重要的是,現在有愈來愈多的開放遙測影像,雖然處理需要一些技術,但整體來說,它是一個成本較低,卻能夠得到不同面向的訊息的一個方法。今天用了3個例子去說明什麼是遙感探測,希望能夠讓大家瞭解遙感探測在特定的目的上有一些很重要應用,在我們生活中其實扮演很重要的角色。

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