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『衛星遙測』專輯
目  錄 封面
「衛星遙測」專輯序言
運用多衛星遙測資訊評估阿拉伯海黃鰭鮪棲地環境之研究
衛星遙測技術建構中西太平洋正鰹棲地適合度指數
應用自主式水下無人載具進行環境監測:以大鵬灣單口潟湖為例
最鄰近特徵空間分類法應用資料融合遙測影像於海岸線變遷研究
Preliminary Study on Monitoring the Land Surface Change Induced by Heavy Rainfall Using Sentinel-1 C-Band SAR Data
應用適應性GSC濾波法於高頻譜影像目標偵測
海洋及水下科技季刊一0六年度第二十七卷第三期封面


「衛星遙測」 專輯序言
(第二十七卷第三期-序言)
摘要

  「衛星遙測」係以衛星為載具,透過酬載儀器偵測目標物反射或放出的電磁波來決定其物理性質的技術,其應用範圍非常地廣泛,幾乎所有地球科學的範疇都可以用得到衛星遙測,包括大氣、海洋、天文、地質…等。

 本期專輯「衛星遙測」主題共邀請6篇文章,分別與海洋生物棲地模式、資料驗證與演算法發展、海岸帶災害管理應用相關。其中「運用多衛星遙測資訊評估阿拉伯海黃鰭鮪棲地環境之研究」主要運用不同遙測感應器所偵測的海洋環境資訊,配合我國遠洋漁業印度洋黃鰭鮪漁獲資料,建立黃鰭鮪漁況環境預報之可行性分析,而「衛星遙測技術建構中西太平洋正鰹棲地適合度指數」則闡述中西太平洋鰹鮪圍網漁業主要捕獲種類正鰹的棲地環境特性,兩者發展出有效掌握魚群分佈與動態模式,有助於遠洋漁業漁況預報能力的提升。「應用自主式水下無人載具進行環境監測:以大鵬灣單口潟湖為例」則由技術發展成熟的AUV切入,並以大鵬灣單口潟湖為例,建置台灣近岸水下無人載具觀測作業準則與基礎資料庫。「最鄰近特徵空間分類法應用資料融合遙測影像於海岸線變遷研究」則考量運用資料融合(data fusion)的特徵波段產生法(band generation process - BGP)用以產生較適合分類的資料融合遙測影像,並以海岸線變遷分類為例,提出一費氏準則最鄰近特徵空間(Fisher criterion based nearest feature space - FCNFS) 分類演算法,計算測試樣本至訓練樣本特徵空間的最短距離,以提升辨識效果。此一方法能有效判釋海岸線的變遷,有效管理臺灣海岸變遷。「Preliminary Study on Monitoring the Land Surface Change Induced by Heavy Rainfall Using Sentinel-1 C-Band SAR Data」考量豪大雨常造成邊坡崩塌或流失等災害,故運用多孔徑雷達穿透能量高的特性建立雨量評估的可行性,而「應用適應性GSC濾波法於高頻譜影像目標偵測」則提出以Generalized Sidelobe Canceller (GSC)架構為基礎之適應性濾波法來提升高頻譜影像目標偵測的效能,可減緩高光譜影像目標偵測易受大氣干擾和雜訊等因素影響所造成的效能衰減。

 最後對支持本刊的永續發行及本專輯的作者深表感謝,也期待本專輯之內容能對海洋產業、遙測影像分析技術提升與災害防治等有所助益。

 

 

 

作者:專輯主編:李明安/國立臺灣海洋大學環境生物與漁業科學學系 教授

        張麗娜/國立臺灣海洋大學通訊與導航工程學系 副教授

 

運用多衛星遙測資訊評估阿拉伯海黃鰭鮪棲地環境之研究
(第二十七卷第三期-衛星遙測)
摘要

  黃鰭鮪是臺灣遠洋漁業重要資源之一,黃鰭鮪在阿拉伯海的棲息地特徵可結合漁獲數據與衛星遙測之環境數據,如海表面溫度(SST)、海水表面高度(SSH)、混和層深度(MLD)、淨基礎生產力(NPP)以及湧昇流指數(UP)來研究。

 本研究蒐集1998-2013年的漁獲數據以及環境數據,先以廣義線性模型(Generalized Linear Models, GLM)將單位努力漁獲量(CPUE)進行標準化後,再使用廣義相加模型(GAM)分析漁獲數據與環境數據之間的關係,最後以GAM之最適模式預測2013年黃鰭鮪之CPUE分佈狀況。以黃鰭鮪的CPUE為應變數,環境數據則做為預測變量,並由GAM建構之10種模型篩選出之最適模型,其解釋率高達51.2%。所有的預測變量對於黃鰭鮪的數量皆具有相當顯著的結果(P <0.001)。黃鰭鮪較佳棲息地環境因子的範圍分別是SST:27~29℃、SSH:22.5~30.0cm、NPP:600~1000 mgC/m2d-1、MLD:50~75m。這些結果有助於對阿拉伯海黃鰭鮪捕撈率和空間分佈與環境因子間的了解,及進一步提供漁業管理與生態資源監控的參考。

關鍵詞:黃鰭鮪(Thunnus albacares)、阿拉伯海、衛星遙測、泛加成模式

 

 

作者:李明安/國立臺灣海洋大學環境生物與漁業科學學系 特聘教授

   許又今/國立臺灣海洋大學環境生物與漁業科學學系

衛星遙測技術建構中西太平洋正鰹棲地適合度指數
(第二十七卷第三期-衛星遙測)
摘要

 正鰹(Katsuwonus pelamis)為中西太平洋鰹鮪圍網漁業主要捕獲種類,為有效掌握魚群分佈與動態,本研究利用2012至2016年漁獲紀錄及衛星遙測之海洋環境參數,以棲地適合度指數(HSI)預測正鰹漁場。環境因子包括海面溫度、葉綠素濃度、海面高度、海面鹽度等,其中海面溫度及葉綠素影像再經過海洋鋒面分析以提升正鰹棲地之預測能力。結果顯示正鰹主要漁場位於巴布亞新幾內亞北方海域及西經160-170度間之海域。實際漁獲量與HSI預報比對顯示,80%的漁獲位置集中於HSI值介於0.5-0.75之區域,平均CPUE約為120 mt/boat。

 

 

作者:許東堯/國立成功大學海洋科技與事務研究所研究生

   張 懿/國立成功大學海洋科技與事務研究所助理教授

   於仁汾/中華民國對外漁業合作發展協會資訊組組長

應用自主式水下無人載具進行環境監測:以大鵬灣單口潟湖為例

(第二十七卷第三期-衛星遙測)
摘要
  近岸水域是海陸交互作用發生的主要區域。欲掌握其動態變化,需要進行密集、高頻率的觀測。設置測站實施定點觀測,能夠涵蓋的範圍有限;使用衛星平台的觀測經常受限於空間解析度;而船測所需的人力、經費與時間成本又太高,無法經常實施。因此,應用自主式水下無人載具(Autonomous Underwater Vehicle; AUV)對海洋,特別是近岸水域,進行有系統的觀測,是研究海洋科學與探討海陸交互作用,所應該積極應用與發展的技術。AUV已經是一項成熟的平台,有許多成功應用的實例,近年來也已經有一些商用的平台可供學術研究購置使用。從分攤船測任務及台灣近岸水域進行有系統觀測的角度來看,均需要積極發展AUV觀測作業與資料處理的技術。本研究使用Ocean Server Technology, Inc.所開發的EcoMapper AUV,建置台灣近岸水下無人載具觀測作業準則與基礎資料庫。AUV所搭載的儀器包含溫度、鹽度、葉綠素等感測器,選定大鵬灣潟湖做為觀測地點。本研究針對潮汐現象對於大鵬灣之影響進行調查,藉由2016年4月7日、8日兩次現場觀測資料得知,潮汐對於大鵬灣水體溫度及鹽度影響有限,因只有單一開口,故與外海海水交換不易,反而易受到人為排放廢水所影響。至於浮游植物也反映水體溫鹽條件,潟湖整體呈現低葉綠素狀態,出現高濃度葉綠素訊號時,推測多受人為排放廢水所影響。未來可對海岸或潟湖執行例行性觀測任務,並建立公開資料庫,不僅持續對海洋環境進行監控,也將資料有效的應用在不同領域研究上。

 

作者:鍾曉緯/國立成功大學地球科學系

   高愷嶸/國立成功大學全球觀測與資料分析中心

   劉正千/國立中山大學海洋科學系

最鄰近特徵空間分類法應用資料融合遙測影像於海岸線變遷研究
(第二十七卷第三期-衛星遙測)
摘要

 

 本研究探討遙測影像中多光譜(multispectral)光學與合成孔徑雷達(synthetic aperture radar – SAR)影像資料融合,特徵抽取與分類之方法研究。遙測影像資料融合技術業已成為各先進國家研究遙測影像一個新興且重要的領域,其重點是以資料融合的方式,將不同性質遙測影像數據,將它們融合在一塊,進而增加遙測影的分類辨識率,本研究希望藉由我們先前所發展出來非常適合應用於資料融合(data fusion)特徵萃取的特徵波段產生法(band generation process - BGP),用以產生較適合分類的資料融合遙測影像,本研究以海岸線變遷分類為例,提出一費氏準則最鄰近特徵空間(Fisher criterion based nearest feature space - FCNFS) 分類演算法,來保留測試樣本類別群聚關係,計算測試樣本至訓練樣本特徵空間的最短距離,以提升辨識效果。近年來溫室效應(the greenhouse effect) 持續擴大,造成全球部分島嶼的消失。臺灣四面環海,以海洋立國,海岸線環境變化原因錯綜複雜,極端異常氣候的肆虐,不斷地影響到臺灣海岸線的快速變遷,造成海岸沿線居民及航行海船隻的生命財產及生態環境巨大損失,本論文所提方法能於災害管理系統,能有效判釋海岸線的變遷,有效管理臺灣海岸變遷。

 

作者:張陽郎/國立臺北科技大學電機工程系教授

   張麗娜/國立臺灣海洋大學通訊與導航工程學系副教授

Preliminary Study on Monitoring the Land Surface Change Induced by Heavy Rainfall Using Sentinel-1 C-Band SAR Data
(第二十七卷第三期-衛星遙測)
摘要

 Taiwan lies across the Tropic of Cancer and the climate is influenced by the East Asian Monsson. However, because of the complex terrain and regional climates, Taiwan faces the heavy precipitation very often, especially during the rainy/monsoon season (May ~ June) and typhoon season (July ~ September). This kind of heavy rainfall seasons sometimes causes the devastated disasters, such as landslide and debris flows, especially in the area of the steep mountain. Remote sensing is an effective technique for widely monitoring these disasters without human involved site observation. Unfortunately, the remotely sensed images taken by the conventional optical satellite suffer the cloud coverage, it is therefore, the optical images are not able to observe and analyze the region of interest. ESA (European Space Agency) C-Band Sentinel-1A SAR (Synthetic Aperture Radar) satellite, which is all weather capable and wide coverage, is able to penetrate through the clouds to monitoring/observe the land surface changes efficiently, such as the landslide and debris flow. Moreover, the revisit time of Sentinel-1A is 12 days, which is a great advantage of monitoring Taiwan frequently, especially after the heavy rainfall and typhoons. Consequently, Sentinel-1A SAR data is utilized in the research of changes in land surface monitoring, to promote the abilities of SAR researches and applications and support the policies of disaster prevention for the government.

 台灣所在位置處於亞熱帶地區,其為亞洲季風系統的一部分。因地理位置,冬季東亞大陸冷高壓和夏季西北太平洋副熱帶高壓對臺灣有最直接的影響。尤其夏季季風變動的熱帶暖濕空氣往北輸送加上區域地形和颱風的影響,往往為臺灣帶來非常劇烈的降雨。處於冬夏轉換期的五、六月,如果梅雨鋒面的位置正好在臺灣附近,也會造成災害性的劇烈降雨,如土石外露崩塌和土石流等。台灣全島或部分地區幾乎全年都被雲層所覆蓋,特別是颱風或是梅雨季節時,以至於影響光學衛星影像的品質而無法有效的掌握、監測土石崩塌或土石流之區域。因此全天候、大範圍觀測之雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)可彌補傳統光學影像的缺點,進而可有效觀測、分析強降雨所造成之土石災害。本計劃將利用歐洲太空總署(European Space Agency, ESA)之C波段Sentinel-1雷達衛星觀測台灣地區強降雨所造成之地質災害,特別是坡度較陡峭之山區。Sentinel-1其大範圍拍攝模式 (Interferometric Wide Swath mode, IW) 以及12天重複拍攝同一地區之特性更可有效的密集觀測整年度降雨或強降雨後,山區是否有土石崩落或土石流之情況。本研究藉由利用SAR具有穿透雲雨、可於夜間作業的優勢用以提升本中心遙測技術之能量以及提高遙測影像應用範圍及資料之適時性與正確性,更可支援政府後續減災、防災策略之制定以及支撐土石、地質災害之科學研究工作。

 

 

作者:Meng-Che Wu/Assistant researcher, National Space Organization,

          National Applied Research Laboratories

   Wen-Yen Chang/Professor and Director, College of Environmental

           Studies and Industrial Innovation-Incubation Center at

           National Dong Hwa University and the Eastern Taiwan

           Earthquake Research Center (E-TEC)

   Yang-Lang Chang/Professor and Director, NVIDIA-Taipei Tech

            Embedded GPU Joint Lab in the Department of

            Electrical Engineering, National Taipei University of

            Technology

   Lena Chang/Associate Professor, Department of Communications,

          Navigation and Control Engineering, National Taiwan

          Ocean University

 

 

應用適應性GSC濾波法於高頻譜影像目標偵測
(第二十七卷第三期-衛星遙測)
摘要

 本研究提出以Generalized Sidelobe Canceller (GSC)架構為基礎之適應性濾波法來提升高頻譜影像目標偵測的效能。我們先設計一具有多限制條件的強健性濾波器,來減緩因目標物頻譜特徵估測誤差或因大氣干擾等因素造成目標偵測之效能衰減。此多限制條件的濾波器可提升目標物偵測與非目標物的抑制能力,並使得干擾的影響達到最小。接著,我們以GSC濾波器架構為基礎,提出一適應性濾波法。透過GSC濾波器架構可將多限制條件最佳化的問題轉換為無限制條件最佳濾波器設計的問題,此外藉由適應性演算法調整濾波器權重可於時變環境下提升目標偵測的精確度。本研究所提偵測方法可減緩高光譜影像目標偵測易受大氣干擾和雜訊等因素影響所造成的效能衰減。電腦模擬驗證本研究所發展之適應性GSC濾波法於高頻譜影像目標物偵測法的效能,確可有效提升目標物偵測的精確度。

 

作者:張麗娜/國立臺灣海洋大學通訊與導航工程學系 副教授

   張陽郎/國立臺北科技大學電機工程系教授

↑回目錄

 

 

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