關鍵詞：崩塌地、數值高程模型、三維雷射掃描儀
3. 三維雷射掃描與地形差 異量化
3.4 地形差異量化
上述之三維雷射掃描資料，經過網格化為 20 公分的 DEM 資料後(如圖 12 與圖 13)，再利用
Arc-GIS 軟體進行疊合，並進行高程差異比對；如 圖14 為竹子腳坑溪與三廍坑溪源頭於敏督利颱風 前、後的高程變化情形。
由於三維雷射掃描竹子腳坑溪範圍屬於上游 源頭的崩塌區與侵蝕地區，掃描時的土地覆蓋分類 以崩塌裸露地為主，地表崩塌或侵蝕狀況仍持續中，
所以此區的地形變化以侵蝕為主；如敏督利颱風前、
後的向源侵蝕崩塌區的高程差異，多者可達 5~10 公尺，沿崩塌面較外圍地區亦有1~5 公尺的高程變 化。另隨著降雨所攜帶的土石堆積到稍為下游的河 道緩坡區，如原來道路地區的其堆積高度最多達 3~5 公尺(圖 14(a))。
三廍坑溪最上游崩塌區雖然有掃描點雲資料，
但是有效距離已經超過儀器可測距範圍(參表 1 所 示，本研究評估使用的點雲資料在1000 公尺以內)，
所以未評估最上游地區的高程變化。當上游源頭的 大量崩塌土石隨降雨移動到山腳緩坡區，故三維雷 射掃描此河段的地形以堆積型態為主，平均堆積高 程在3~5 公尺之間，部分地區的最大堆積高程多達 5~10 公尺。另在圖 14(b)所示之颱風前原來水為工 結構物之河階地區，因為土石於此處堆積，所以河 階之水工結構物下方的高程差異，多者堆積高度可 達10~20 公尺。
(a)竹子腳坑溪三維雷射掃描日期: 2004/06/17 (b)三廍坑溪三維雷射掃描日期: 2004/06/18
(c)竹子腳坑溪三維雷射掃描日期:2004/08/05 (d)三廍坑溪三維雷射掃描日期: 2004/08/06 圖11 竹子腳坑溪與三廍坑溪上游於敏督利颱風前、後整合之點雲分佈
(a)2004/06/17日地形 (b) 2004/06/17日2公尺間距等高線圖
(c)2004/08/05日地形 (d) 2004/08/05日2公尺間距等高線圖
圖12 竹子腳坑溪上游於敏督利颱風前、後製作之 20 公分網格與 2 公尺間距等高線圖
(a)2004/06/18日地形 (b) 2004/06/18日2公尺間距等高線圖
(c)2004/08/06日地形 (d) 2004/08/06日2公尺間距等高線圖 圖13 三廍坑溪上游於敏督利颱風前、後製作之 20 公分網格與 2 公尺間距等高線圖
3.5 討論
三維雷射掃描是在短時間內，獲取地表之高精 度與高解析的點雲資訊，並藉由不同時期資料的比 對來評估地形變化；其中推廣應用於河溪泥砂量監 測，亦以地形變化為監測目標，目前尚無法對泥砂 材質種類及流道下的地形進行偵測(主動發射近紅 外光的雷射掃描儀無法獲取水下地形資訊)，所以 對於河溪之泥沙粒徑、種類等物理性質並非三維雷 射掃描資料可以解析。另因地面三維雷射掃描施測 範圍有限，對於颱風暴雨後的河道地形，仍無法監 測泥砂運移的中間過程(水保局，2005)；但是比對 局部重點地區的崩塌地、河道侵蝕或堆積變化情形，
則具有機動性與快速分析優點。
結合多時期資料評估地表高程變化，前提需要 有精準的地形資料，且高程差異需大於精度兩倍以 上，評估地形變化才有意義。目前地面三維雷射掃 描的高程精度若有制高點提供施測，或有明顯且無 覆蓋的立面目標，則評估之掃描精度約在0.5~5 公 分之間；若沒有地形制高點提供遠距離的雷射掃描，
則精度相對會降低，但仍可控制在5~10 公分之內，
本研究評估之高程精度即是此種情況(如表 2 與圖 15 所示)。所以如暴雨過後的崩塌區地形差異，在 地形變化不大或是仍有部分植生分布的地區，藉由 航測推導之高程資訊，仍不容易精確地估算出小變 化區的高程差異量；而地面三維雷射掃描的精度為 公分級，往後若累積多時期的掃描資料，則評估小 範圍且為裸露區的高程變化量，在未來的應用中頗 具潛力。
若要評估整個集水區或河道地形的變化總量，
則 以 具 有 大 面 積 掃 描 特 性 的 空 載 光 達(Light Detection and Ranging, LiDAR)較為合適；因為空載 光達可在短時間內獲取較大範圍的點雲資料，且亦 具有公分~公寸級的高程精度與高密度掃描的優點 (內政部，2006)，唯評估的高程誤差稍大於地面雷 射掃描資料。但只要地表變化量在掃描精度的兩倍 以上，則空載光達非常適合用來評估大範圍的地形 變化，特別是屬於大面積的崩塌區或人員不易到達 的地方。
(a)竹子腳坑溪源頭颱風前、後高程變化情形
(b)三廍坑溪源頭颱風前、後高程變化情形
圖14 竹子腳坑溪與三廍坑溪源頭於敏督利颱風前、後的高程變化 表2 竹子腳坑溪與三廍坑控制點與三維雷射掃描資料之 TWD97 坐標
竹子腳坑溪
點位 實測坐標 三維雷射掃描坐標
X Y Z X Y Z
1 233,541.634 2,628,906.118 783.498 233,541.618 2,628,906.136 783.489 2 233,571.480 2,628,900.304 772.298 233,571.505 2,628,900.304 772.303 3 233,586.251 2,628,926.988 773.243 233,586.241 2,628,926.983 773.230 4 233,549.400 2,628,943.516 781.772 233,549.401 2,628,943.502 781.783
三廍坑溪
點位 實測坐標 三維雷射掃描坐標
X Y Z X Y Z
1 237,437.018 2,624,660.760 853.705 237,437.109 2,624,660.832 853.623 2 237,451.886 2,624,688.781 858.954 237,451.828 2,624,688.759 859.003 3 237,344.846 2,624,629.666 826.888 237,344.753 2,624,629.722 826.963 4 237,311.428 2,624,643.830 815.843 237,311.338 2,624,643.823 815.890
上游崩塌侵蝕區
較下游緩坡土石堆積區，
高程最多增加 3~5 公尺
河道上游崩塌與侵蝕區，
高程最多減少 5~10 公尺
公尺
公尺
緩坡土石堆積 區，高程最多 增加 5~10 公尺
原河階地區，土 石堆積高程最多 增加 10~20 公尺 上游地區
上游地區 土石堆積區
河階區
(a)竹子腳坑溪三維雷射掃描控制點坐標比對 (b)三廍坑溪三維雷射掃描控制點坐標比對
437.109, 660.832, 853.623 B:
451.886, 688.781, 858.954 Part 2:
451.828, 688.759, 859.003 A:
437.018, 660.760, 853.705
D:
311.428, 643.830, 815.843
C:
344.846, 629.666, 826.888
Part 4:
311.338, 643.823, 815.890 Part 3:
344.753, 629.722, 826.963 Part 1:
541.618, 906.136, 783.489
Part 2:
571.505, 900.304, 772.303
Part 3:
586.241, 926.983, 773.230 B:
571.480, 900.304, 772.298
C:
586.251, 926.988, 773.243
D:
549.400, 943.516, 781.772 Part 4:
549.401, 943.502, 781.783 A:
541.634, 906.118, 783.498
華地理資訊學會 2003 年會、學術研討會暨高 雄市政府GIS 成果展，光碟。
蕭國鑫、廖子毅、徐偉城、游明芳，2003b。高解 析影像與光達資料應用於崩塌土石判釋及崩 塌量推估研究(1/2)，農委會 92-農科 2.5.2-林 -F1(4)計畫報告，共 60 頁。
蕭國鑫、劉進金、曾義星、游明芳，2005。三維雷 射掃描應用於河道地形變化偵測，第二十四屆 測量學術及應用研討會，第167~176 頁。
1Researcher, Green Energy and Environment Research Laboratories, Industrial Received Date: May. 03, 2010
Technology Research Institute
Revised Date: Jun. 18, 2010 2 Senior Researcher, GEL, ITRI Accepted Date: Jul. 12, 2010 3Professor, Department of Geomatics. National Chung Kung University
4Director, Division of Slopeland Conservation and Utilization, Soil and Water Conservation Bureau, COA
*.Corresponding Author, Phone: 886-3-5918587, E-mail: [email protected]