「天眼」看臺灣──衛星遙測

俗話說：「頭上三尺有神明」，在科學上，衛星似乎有異曲同工之妙。諜報片裡偵察衛星可以一眼查出國際恐怖份子的訓練營。而這樣的「天眼」，其實正以應用科學之妙，對我們腳下的這片土地，扮演著監護人的角色。

在國立中央大學，一看到屋頂上巨大的白色天線，就知道太空及遙測研究中心到了。每天早上大約九點半左右，天線就會開始啟動，準備接收即將過境的衛星資訊。

倒數三、二、一，接收開始！在實驗室裡，我們興奮地看著衛星眼中的台灣，彷彿自己正從雲端俯視美麗寶島，一片紅黃藍綠的景象在螢幕上快速掠過。想來飛行之所以迷人，有一部份就是得自這份「大地山河，盡收眼底」的快感吧。

一旁的工作人員一臉平靜地做著這份每天的例行工作。幾分鐘的接收時間一晃而過，真正的工作才要開始。錄在磁帶上的原始影像，輸入電腦後，還要經過一連串的修飾，包括去除畫面上的雜訊，以及影像的校正等，才能製成我們一般看到的衛星影像。對於這些來自天上的資訊，我們要怎麼解讀、利用呢？

遙感探測，莫測高深？

高掛空中的人造衛星，看起來像是會移動的星星，大致可以區分成五類。與我們生活最密切的該是氣象衛星，天天提供衛星雲圖，作天氣預報；現在熱門的電視媒體戰，則是透過通訊衛星來開打。科學衛星從事太空科學的研究，偵察衛星的拿手絕活則是勘察國防軍事機密。

相比之下，一般人對資源衛星可能就陌生多了。其實當偵察衛星的技術「解嚴」，提供部份技術來做資源調查，就演變成了資源衛星。一九七二年美國發射世界第一顆資源衛星──「大地衛星」系列第一號，它的首要任務就是觀察美國農作物的生長情形，甚至還看到前蘇聯的穀倉烏克蘭的農作生產，以及澳洲畜牧區的牛羊放牧情形，震驚了世界。目前太空中約有十多顆類似的衛星，負責觀察地表的各種變化，扮演地球監護人的角色。

雖然一般民眾對遙感探測還是「莫測高深」，它所提供的資訊其實與我們的日常生活大有關係。看衛星圖上花花綠綠一片，好不妍麗，然而一經解讀，看到的往往是警訊。山坡地濫墾、濫葬，河川污染等現象，都在衛星的探測下一一現形。衛星遙測還可以扮演空中警察呢：這陣子國內的熱門話題之一，高爾夫球場被檢舉超挖，就是衛星影像發現的。

天眼計畫，業者怕怕

內政部營建署從八十三年開始監測水源保護區的幾家高爾夫球場。「如果要在現場對照地圖察看，很難確定球場的面積及範圍，逐筆調查也很辛苦，」綜合計畫組組長郭年雄表示，但因為球場多半是大面積超挖，很容易就可以從衛星影像看出來。

從衛星得到資訊後，再經過俗稱「電子地圖」的地理資訊系統，把高爾夫球場開挖前及完工後的範圍圖逐一對照，赫然發現一些業者使用「金蟬脫殼計」：開挖前申報的是一種範圍，完工後卻「乾坤大挪移」，挖到附近的國有土地去了！這些既成事實雖然一時無法改變，後繼者可就小心多了。從對照圖上我們可以看出，目前幾家施工中的球場，動工前後的界線越來越一致，「大概業者已經感受到政府監測的威力，」郭年雄說。

此外，營建署也向中央大學太空及遙測研究中心（簡稱太遙中心）購得全台灣平地及坡地影像，作為監督工程進度的工具。「建立了長期的影像資料，我們比較容易掌握區域規劃、國土利用的方向，例如土地利用的變遷，或是海埔地開發造成的海岸線變遷，」郭年雄說，難怪有人把營建署這項計畫稱為「天眼計劃」。

環境監測的好幫手

衛星遙測也已經應用在生態調查上。譬如瀕臨絕種邊緣的黑面琵鷺，全世界大概僅剩五百隻左右，為什麼他們會被台南的七股地區吸引，大批前來過冬？台灣其他地區也有這個潛力嗎？台大動物系副教授李培芬利用衛星影像，嘗試回答這些問題。

他首先結合七股地區的衛星影像及鳥會的實地觀察記錄，透過電腦處理，看出黑面琵鷺的休息區集中在海口地，攝食區則散佈在附近大大小小的魚塭。食肉性的琵鷺自然會逐魚群而居，「至於為什麼它們會集中在海口地休息？」，他指著電腦上的衛星影像說，「因為海口地附近有堤防環繞，又有防風林擋風的緣故。」他根據影像間距再加以推算，算出休息區和攝食區之間的平均活動距離是三．一六公里，「這個數字是將來規畫生態保護區的重要依據，」他說。

這只是兩個例子。去年九月，中央大學太空及遙測研究中心舉辦全國第一次資源衛星應用研討會，使用者提出十七篇論文，涵蓋了工程、地質、土地利用、森林、山坡地開發、海岸地區管理、都市規畫、南海研究，及海外開發；尚在進行中的「先驅計畫」更有將近七怑荂C

「現在衛星影像在台灣日趨普及，有兩個因素，」太遙中心主任陳良健博士分析說，一方面衛星影像本身的品質提高，圖像處理的能力也不斷演進。另一方面，則是社會急劇變遷產生的需要，「台灣地表狀態的改變可以說是全世界最急速的，但是地表變化的動態資料卻很不足。利用衛星影像，我們可以更有效地監視環境，作好生態環保。」

山老鼠的剋星

台灣的都會區不斷擴張，使得山坡地承受極大的開發壓力，違規開發層出不窮，濫墾、濫建，讓人防不勝防。原因不外是山坡地幅員遼闊，及時的偵察不易；查報人員有限，有時還有人情關說的壓力。如果利用「鐵面無私」的衛星遙測，就可以很快地找出可疑的違規地區。

又如林地變遷的監測，因為面積廣闊，又常常位於交通不便的陡峭山區，不論人為開發破壞還是森林火災，如果依傳統方式調查，常常曠時費日，而衛星影像因為涵蓋面積廣，又可以定期收集，不失為一個輔助的工具。

抴X年來，林業試驗所一直利用衛星影像及航空照片來作林地變遷觀察、資源調查，以及生態監測。副所長鄭祈全說，「以前計算木材材積，要把整棵樹砍下來當作樣本秤重，現在如果透過遙測，得到精度還夠的樹種光譜資料，就可以找出模式，推估材積，不用作地面測量。」

再如水資源調查，一般都是實地觀察河流流量與流域的變化，或是利用採水取樣的方法檢查水體中的污染懸浮物濃度。如果配合天上的資源衛星，一次可以收集大面積的資料，把工作效率提高。

衛星不是萬靈丹？

資源衛星的好處在於它登高可以望遠：從地表八百公里的高度往下眺望，監測大面積的土地利用比較方便而省時。它還可以做「長期抗戰」：把同一個地區的影像累積起來，追蹤不同時期的改變，見證「滄海桑田」的故事。

不過它的缺點是受解像力的限制，對地面的觀察仍無法做到一覽無遺的地步。許多研究者及使用者都強調，衛星影像是很有力的工具，但並不是萬靈丹。打個比方，它很容易查出地面上的可疑份子；但要做地毯式的搜索，就需配合精密度比較高的航空照片或實地測量做輔助。

如果配合其他資料，如數值分析及疊合技術，還可以將影像資料疊合，得到較高解析力的彩色影像圖，做多用途的使用。

二十年來，台灣西南沿海的地層下陷非常嚴重，造成每逢大雨就「做大水」，也造成地下水鹹化以及國土流失。屏東地區有人蓋房子，為了「預留」將來的下陷量，甚至將房子抬高一公尺半，以便將來地層下陷時可以「回歸」地平面。

西海岸地層下陷的主要原因是沿海養殖魚塭大量超抽地下水，因此要進行相關分析，魚塭面積的變化是重要線索。亞新工程顧問公司曾經與太遙中心合作，把西南沿岸的衛星影像轉化成土地利用圖，比較不同年份的土地利用情況，偵測過去二十年來魚塭的變遷。他們還在研究是否能進一步利用衛星影像，例如監測超抽地下水，來整治地層下陷的問題。

像人眼一樣「看」物體

大家一定好奇，資源衛星是如何「看」到地面資訊呢？「顧名思義，遙感探測就是不直接接觸物體，而從遠處探測，感知物體，」陳良健解釋說，「資源衛星上有個光學感測器，就像人眼一樣，能記錄物體對太陽光不同的反射和吸收光譜，再把資訊傳輸到地面，組合成影像。」

只是衛星和人眼的「看法」畢竟不同，看衛星影像時，我們要腦筋急轉彎一下。以法國的史波特衛星為例，它有綠光、紅光、近紅外光三個波段。一般植物對近紅外光的反射最強，因此在圖上顯示紅色；裸露地及水泥建築物對這三種光反射都很強，常常呈現灰白色；水則反之，對三種光的吸收都很強，因此呈現黑色。要把紅色視為綠地，把綠色看成都市，腦筋一時還反應不過來呢。

影像接收，全國獨家

不論是作資源調查，還是環境監測，國內的這些衛星影像都是由中央大學的太空及遙測研究中心獨家提供的。

抴X年前，國內開始引進衛星遙測的技術，中央大學就扮演先驅的角色。遙測的元老之一陳哲俊博士，原來在美國太空總署研究太空物理，一九七二年美國大地衛星發射時，他剛好躬逢其時。回國後，他與一些教授開始推動實用性的遙測技術。

民國七十三年中央大學成立太空及遙測研究中心，與行政院農委會的航測小組進行遙測技術的研究。當時台灣還沒有接收站，有關台灣的衛星資料都要向美國及法國購買。影像處理系統也不像現在這麼普及，「那時全台灣只有一部影像處理系統，貴得很，就擺在我們中心裡，開放給全國的研究單位使用，我們自己的研究人員都要等到下午或晚上才能使用，」陳哲俊回憶說。

「三合一」的接收站

民國七十九年太遙中心受國科會委託，規畫成立國內第一座資源衛星接收站，三年後完工，從此可以直接接收美國大地衛星、法國史波特衛星，以及歐洲太空總署的衛星影像。接收範圍以中壢為圓心，半徑三千公里的範圍：北到日本北海道，南到南海，西到大陸甘肅的影像都接收得到。

目前全世界在美國、法國、加拿大、日本、韓國、印尼、大陸、新加坡等地，共有十九個接收站。台灣的接收站成立至今不到三年，算是後起之秀，但也因此設備比較新穎，接收靈敏度在世界上數一數二。

此外，它還是世界少數「三位一體」的接收站，能將影像接收、校正處理、應用研究三階段都在站內完成，不像一般接收站只有影像接收的功能。「因為我們是少數設在學術單位內的接收站吧，」陳良健解釋說。他還補充，把幾何校正過的圖像當成是「標準產品」，台灣是第一個。如果使用者有進一步需要，他們會把標準產品做「加工」，變成「特殊產品」。

一寸光陰一寸金

例如結合「地理資訊系統」，可以把空間資料做進一步的分析和展現。前面提到的高爾夫球場超挖，黑面琵鷺的棲地研究，或是魚塭面積的消長，都要借重地理資訊系統的幫忙。結合「人造衛星全球定位系統」，可以很快訂出所在位置的座標，不用人工亦步亦趨的測量。

如果把兩張從不同角度拍攝的影像疊合在一起，可以算出地形的高低起伏，做出「數值地形模型」，還可以進一步做出透視的立體影像。如果算出坡度，可以做為山坡地開發的依據；算出山脊線，可以看出分水嶺；列出山谷線，對於集水區的規劃有幫助。

「一寸光陰一寸金」，這話用在衛星遙測一點也不為過。資源衛星一秒跑七公里，而這一秒的資料要新台幣一千元！太遙中心一年運轉需要一億元經費，大部份由國科會贊助。由於衛星遙測是一門實用技術，他們利用「薄利多銷」的方式「推銷」產品，價格是國際標準的三分之一，去年收入台幣一千七百多萬元，營業額居世界第四。

台灣遙測挑戰大

「在台灣做遙測，挑戰性很大，」陳良健說。前面提過，衛星遙測適合大面積的測量。例如美國的住宅區和農業地劃分得很清楚，農地也常常是大塊面積種植相同的作物，資源衛星很好辨識。

反之，台灣的地形破碎而複雜，土地利用又非常集約。一小塊地常常種植不同的作物，鄉間和都市的區別也不明顯，常常混在一起，再加上工程上的變動，會造成衛星判釋上的困難。

資源衛星本身所有的光譜波段有限，只能把地面物體大概分成抴X類，但是地表物體千千萬萬，如果兩個物體對光的波長反應相近，衛星就可能「張冠李戴」，發生誤判。例如海岸地的沙灘和都市的水泥地，基本成分都是沙，有時會呈現相似的光譜反應；休耕的水稻田和魚塭在衛星的眼裡，也可能看起來差不多。

以衛星影像調查淡水新市鎮的開發時，台大建築與城鄉所副教授林峰田發現，在這六年間非都市用地竟然增加不少，這在土地狂飆的年代裡簡直是不可思議。經過推敲，他才知道高爾夫球場上綠草如茵，衛星想當然耳把它判讀成綠地。「這就牽涉到我們判讀的技術，有時也需要地面上實地調查，」林峰田說。

放眼天下，疼惜大地

遙測是一門跨領域的綜合技術，需要團隊分工及合作。各個領域的專家要一起腦力激盪，研究如何更有效地使用這些影像。

「衛星影像目前的限制是價錢貴，精度還不夠，然而在工程的應用會越來越廣，成為一股新趨勢，」亞新工程公司大地工程部經理秦中天說。衛星影像加上電腦連線，可以使高階的決策者從螢幕上對工程進度一目瞭然。

長遠來看，陳良健希望衛星遙測的應用能夠推廣到各縣市政府，進入基層的日常運作。各大學也能設立遙測及地理資訊系統課程，甚至作為職業訓練。

衛星科技日新月異，以色列即將在今年發射的衛星，其解像度比目前最精準的衛星還要高五倍，幾乎像偵察衛星一樣清楚，太遙中心已經簽了約準備接收；美國也有幾家民營衛星即將投入空中市場。看來地面的競爭早已延續到空中爭霸戰，誰掌握了天眼，誰就掌握先機。

在衛星的「視力」越來越好，人們的應用能力也越來越強時，我們是否能因此更警覺，更疼惜腳下的這一片大地呢？

七股地區的衛星影像，經過地理資訊系統處理後，可以看出黑面琵鷺（粉紅色塊）主要棲息地是堤防內的海口地（黃色），攝食區則集中在魚塭區（天藍色）。（李培芬提供）（李培芬提供）

唉呀，出界了！高爾夫球場的施工情形在衛星的偵測下，一覽無遺。圖中的黃線是業者申請的範圍，綠線內則是開挖的面積。（營建署提供）（營建署提供）

（國立中央大學太空及遙測研究中心提供）

比較兩張同潮位的衛星影像，可以算出台灣西岸的外傘頂洲，在這八年來面積縮小了三分之一，桑田幾乎成了滄海。（國立中央大學太空及遙測研究中心提供）

圖中紅色部份代表綠地，綠色部份則是都會區，廿二年來台北市區擴大了不少，而四周的山坡地則日形縮減。（國立中央大學太空及遙測研究中心提供）