研究方法與流程

本研究主要工作包含地形判釋、數值地形計測兩部分，研究期間也輔以野 外調查。研究流程如圖 1-7 所示。地形判釋部分利用降階處理 6 公尺數值高程 模型進行地表幾何形態分類，對應航照人工判釋數化的谷床邊界與地形單元，

另一方面也使用兩期航照判釋颱風前後的地形變化。數值地形計測部分則藉由 水系、坡度、比高、流域險峻值等方法了解研究區內的地形單元特徵以及地形 作用。

研究資料方面，本研究使用的資料與用途如表 1-5 所示。在數值地形資料 的使用上，本研究可獲取的數值地形資料有兩種。一種為降階處理 6 公尺數值 高程模型，另一種則是研究者透過數值航測系統匹配航照立體像對自行產製數 值地形模型。前者是經濟部中央地質調查所以光達進行測製，具有濾除植被與 地表建物的優點，可呈現真實地表起伏的「數值高程模型(Digital Elevation Model，DEM)」；後者無法濾除植被與地表建物，所產製之地形資料為「數值 地表模型(Digital Surface Model，DSM)」。為方便理解，本研究在名詞使用 上以一般習慣之「數值地形模型(Digital Terrain Model，DTM)」指稱數值航測 所產製的地形資料。考量資料的特性，本研究在進行地表幾何形態分類以及數 值地形計測時是使用 6 公尺數值高程模型。

圖 1-7 研究流程圖 地形判釋 文獻回顧

確認自動判釋方法與 人工判釋準則

資料蒐集

地表幾何形態自動分類 數值航測立體像對判釋 谷床邊界與地形單元

數值航測立體像對判釋 颱風地形變動

‧LiDAR 6m DEM

‧航照數值檔

彙整極端事件對研究區 地形作用之情形 野外調查確認地形單元

之分布與沉積物特徵

數值地形計測

討論

結論與建議 對應

表 1-5 本研究使用資料與用途

2002-2005 2006-2009

經濟部

1.地表幾何形態分類

本研究選用 Jasiewicz and Stepinski(2013)設計的 Geomorphon 模組，在 GRASS GIS7.2.1 版本的平台上產製研究區的地表幾何形態。該工具僅需數入兩 項必要參數，分別為搜尋半徑與平坦度閾值。搜尋半徑為待推測中心至鄰域的 最大距離，至少為 3 個網格，較大的搜尋半徑表示以更大的視野檢視地形分 類，較小的搜尋半徑則是從局部尺度來看地形分類；平坦度閾值為決定待推測 中心和鄰域相對高低關係的數值，透過與天底角(nadir angle)和天頂角(zenith angle)差值的比較決定待推測中心及鄰域的高低關係(圖 1-8)。平坦度閾值設定 愈大，可接受的地表起伏程度愈廣，代表可判釋的「平地」形態愈多。

圖 1-8 平坦度閾值(t)與天底角(φn)天頂角(φz)差值之關係示意圖 若φn-φz>t ，表示鄰域網格比待推測中心網格高；若│φn-φz│<t ，表示鄰域網

格和待推測中心網格高度相同；若φn-φz<-t，表示鄰域網格比待推測中心網格 低。

考量本研究區中三條河流的谷床寬度範圍僅約 30 到 200 公尺，因此在 Geomorphon 的參數設定上，固定搜尋半徑為最小距離 3 個網格，以本研究所使 用的 DEM 解析度而言相當於 18 公尺，以求最細緻的形態分類結果。平坦度方 面則以谷底平均坡度為參考，初步設定 20 度為上限。將在 GRASS GIS 平台產 製出的幾何形態輸出為網格資料後，再輸入至 ArcGIS10.2 軟體中進行進一步的 比對。

2.數值航測系統判釋航照立體像對 IMAGINE 2016，在該系統之 IMAGINE Photogrammetry 建立數值航照專案 檔，輸入坐標系統、平均航高、航測相機參數以及內、外方位參數等資料後，

150630c 2015 年 6 月 30 日 0001～0010、0020～0029、0042～0047 150810c 2015 年 8 月 10 日 0007～0015、0024～0032

150810e 2015 年 8 月 10 日 0001～0002

圖 1-9 研究者於臺師大地理系地形實驗 室使用數值航測系統判釋地形單元情形

3.地形單元判釋標準與流程

本研究欲判釋颱風事件前的谷床地形單元，以及颱風過後的崩塌地與沖蝕 (土石流)溪溝(圖 1-10)。颱風前之地形原貌需界定谷床邊界以確認谷床範圍，

並判釋河道兩側小階地與支流谷口的扇狀地，本研究稱前者為「埋積小階」，是 指河谷受大量沉積物堆埋形成埋積谷床後，再經河道下切後所形成的階地，原 谷床成為高於河床的階面並有臨河的階崖；後者為土石流作用所堆積形成的

「土石流扇」，若扇體與主流河道落差達 10 公尺視為扇階。航照判釋操作性定 義與對應之地表幾何形態分類如表 1-7 所示，並以圖 1-11、圖 1-12 對判釋範 圍示意。

圖 1-10 埋積谷床地形單元示意圖

表 1-7 地形判釋標準一覽表

邊界：坡腳(footslope)

埋積小階 階崖頂至谷床邊界或土石流扇扇端 階面：平地(flat)

階崖頂：肩部(shoulder)

土石流扇 扇頂自谷口畫起，以扇形堆積體無

階崖頂：肩部(shoulder)

颱

圖 1-12 颱風後地形作用影響範圍航照判釋示意圖

本研究運用半自動判釋地表幾何形態分類，搭配航照人工判釋查找出埋積 地形，將航照判釋數化的地形單元與地表幾何形態邊界在 ArcGIS10.2 之平台中 套疊、比對，以確認谷床地形單元分布，判釋流程如圖 1-13。

圖 1-13 中小型集水區谷床地形單元判釋流程圖

二、野外調查 進行地形計測，利用 Arc GIS10.2 之空間分析工具(Spatial Analyst Tools)中的 水文(Hydrology)工具產製研究區內的水系、集水區，並計算河流級序、主流長 ArcGIS 外掛的高程剖面工具(EZ Profiler 9.3)繪製主流及兩側谷床面之縱剖 線，主流縱剖線為 ArcGIS 水文工具產製之河道流深線，兩側谷床面則取平行 於流深線的埋積小階階面中線，若谷床面上有土石流扇，則取通過扇體的橫剖 線。為了解埋積小階的比高，也計算階面中線兩端點投影至流深線上的端點高 差。