地表幾何形態於地形判釋之應用與限制

前人應用 Geomorphon 工具產製地表幾何形態分類，大多用於大範圍的區 域地形分類，藉由全區各種形態的分類以進行地形景觀(例如：Michal Veselský et al.,2015；Frankl et al.,2016；Kramm et al.,2017)、土壤(例如：Ashtekar et al.,2014；Silva et al.,2015)和植被(例如：Antonello et al.,2017)的相關調查；

近年則也有研究者應用該工具產製的其中某種形態來判別坡單元邊界，例如 Wei Luo et al(2017)以山脊形態來劃分坡單元以進行崩塌研究。本研究所要探 討的不同於前人研究中對整個大尺度區域的形態分布，而是希望能藉由這個自 動判釋工具，以較快的速度找到埋積谷床，因此試圖以 Geomorphon 分類地表 幾何形態中的「平地(flat)」形態來查找谷床是否具有平坦的特徵。本節說明數 值地形資料的選擇、自動判釋與人工判釋的比較，並根據實際操作經驗調整地 形判釋流程。

1.數值地形資料的選擇

以數值航空攝影測量技術產製航照立體像對匹配數值地形模型，或者由光 達(LiDAR)技術產製數值高程模型，是目前常見的數值地形資料獲取方式。本 研究嘗試將從農林航空測量所購置的颱風前航拍影像匹配立體像對製作數值地 形模型，初步可產製出解析度達 0.5 公尺網格的資料。然而本研究所選擇的研 究區為植被茂密的山區，部分坡地與谷床尚有建物，以數值航測系統自行產製 的 DTM 無法濾除植被與地上物(建築、電塔等)，將 0.5 公尺數值地形模型轉為 地形陰影圖(Hillshed)與 LiDAR 產製並降階處理的 6 公尺數值高程模型陰影圖 比較後(圖 4-1)，本研究認為雖然自行產製的 0.5 公尺數值地形模型解析度非常 高，但也因植被與地上物的存在而容易造成自動判釋誤判，因此以 LiDAR 產製 可表現原地形面的 DEM 進行自動判釋較佳。

圖 4-1 0.5m DTM 地形陰影圖(左)與 6m DEM 地形陰影圖(右)比較

以 6 公尺數值高程模型進行地表幾何形態分類的結果，初步能夠判釋出主 流與部份支流的埋積分布(圖 4-2 左)。然而較高解析度的資料通常需申請甚至 受到管制而不易取得，目前政府公開可供下載的數值高程模型為 20 公尺網格間 距的資料，本研究應用之 Geomorphon 自動判釋地表幾何形態方法在此解析度

的資料下是否仍有其可用性？因此本研究也以同樣的判釋流程將 20 公尺數值高 程模型進行地表幾何形態分類，檢視使用該解析度的資料是否仍堪用於查找埋 積分布。判釋出的平地形態分布結果(圖 4-2 右)雖然相較於 6 公尺數值高程模 型粗略，甚至有部分支流子集水區無判釋出平地形態，但埋積寬度達 30 公尺以 上的支流谷床仍能被局部判釋出埋積特徵，20 公尺 DEM 產製的平地形態整體 而言有 61%與 6 公尺數值高程模型產製的平地形態重疊。未來若要在高解析度 資料有限的情況下，應用目前政府公開的 20 公尺 DEM 於其他河谷的判釋，還 是能判釋出埋積寬度 30 公尺以上的谷床。

以 6 公尺數值高程模型大致上可判別谷寬約 10 公尺以上的支流谷床是否具 有平地形態，若有更高解析度的 DEM 理應可判別更窄的溪溝中是否有平地形 態，但在使用更高解析度資料時則需考慮自動判釋到的平地形態是否僅為河道 之河床而非埋積谷床。

圖 4-2 Geomorphon 自動判釋平地形態於谷床之分布 (底圖之地形陰影圖皆為 6m DEM 產製)

2.自動判釋與人工判釋比較

本研究的判釋目標包含谷床範圍與谷床上的細部地形單元，以自動判釋技 術找出平地形態分布位置得知谷床分布範圍時，也檢視「坡腳(footslope)形 態」以比對谷床邊界(若無坡腳形態則以平地形態邊緣視做谷床邊界)，另一方 面本研究亦以數值航測系統人工判釋立體像對數化谷床與谷壁的交界求取谷床 範圍，並以 Geomorphon 自動判釋的結果和航照判釋谷床範圍進行比對，結果 顯示谷床邊界僅部分吻合(例如圖 4-3)。局部吻合區域主要是谷壁與谷床的交 界明顯，人工數化時容易判別，而不吻合的部分可能與人工判釋航照立體像對 時受植被覆蓋影響有關。建議若要以人工判釋方式檢核自動判釋成果，以 LiDAR 產製的數值高程模型製作地形陰影圖進行數化以避免植被覆蓋的問題。

圖 4-3 人工判釋(黃線)與自動判釋(淺綠色區塊)谷床範圍比對

而在判釋谷床上的細部地形單元方面，若要進一步將自動判釋之「形態」

組合為「地形單元」，由於較大的平坦度閾值會忽略較細微的地形起伏，因此需 要逐步檢視更小平坦度閾值的形態連續性以確認地形單元邊界，例如表 4-1 顯 示在平廣溪與磺窟溪以平坦度閾值 10 度所呈現之形態分類有較明確連續的地形 單元邊界，小坑溪在 15 度閾值時才可判釋出部份地形單元邊界。找到適當閾值 分類出的地表幾何形態結果後，再以人工判斷方式將地表幾何形態連接、組 合、劃定單一地形單元的範圍。

從表 4-1 的例子可知，不同尺度的流域適用的閾值不同，而谷床上坡度變 異性較大的地形單元(如土石流扇)，也不適用單一閾值，若要單純以地表幾何 形態分類的結果進行地形單元劃定，這樣逐一測試、組合形態的過程反而更為 費時。因此本研究在圈繪地形單元方面仍以人工判釋為主，在可能誤判的區 域，才以地表幾何形態輔以檢核、編修。

表 4-1 不同平坦度閾值之幾何形態分類

平坦度

閾值 平廣溪 小坑溪 磺窟溪

20 度

15 度

10 度

5 度

圖例 ^{flat peak ridge shoulder spur slope hollow footslope valley pit}

3.依實際操作經驗調整之地形判釋流程

本研究使用 Geomorphon 自動判釋的目的主要是快速查找出埋積谷床分 布，自動判釋目標為位於谷底的平地形態，本研究初步設定的搜尋半徑為 3 個

根據上述操作經驗，本研究補充谷底之 Geomorphon 平地形態(flat)篩選方 法、步驟，以及以地表幾何形態檢核、編修航照判釋地形單元流程，調整後的 地形判釋流程如圖 4-7。此流程方法需搭配 GRASS GIS、數值航測系統與 ArcGIS 三種軟體，GRASS GIS 與數值航測系統主要用於產出幾何形態分布與 地形範圍等資料，而篩選、比對及編修的過程則都在 ArcGIS 中執行。

Geomorphon 產製的是地表基本幾何形態而非特定地形單元，地表的幾何形 態是組成地形單元的一部分，自動判釋目前可做到快速了解一地區普遍性的特 徵，透過平地形態(flat)掌握平緩的地形面分布，而該平緩面的形態是屬於何種 地形單元的地形面(例如埋積小階階面、土石流扇扇面、扇階面或河道等)，仍 需透過地形單元的位置、形狀、與河道的比高、水系等資訊，以人為判斷進行 確認、圈繪。

圖 4-4 萃取平地形態 圖 4-5 設定主、支流緩衝帶為谷底範圍

圖 4-6 設定主流緩衝帶為河道

圖 4-7 調整後之中小型集水區谷床地形單元判釋流程圖