第一章 緒論
第二節 研究目的
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第二節 研究目的
近年針對宜蘭海岸變遷的研究琳瑯滿目，但對其研究之變遷狀況多半 是近年來的變化，較少針對 1980 年以前的情況做討論，且多未描述如何處 理資料或遙測影像。本研究利用多時期且時間相距多達六十年的遙測資料，
最早有 1947 年的舊航空影像，最新為 2009 年 DMC 的航空影像。此外亦 針對各不同遙測影像的特性處理並數化濱線及沙灘(丘)，利用套疊分析 (overlay analysis)比較過去六十年來宜蘭海岸的變遷情形。綜上所述，本研 究目的大致分為三項：
一、收集多來源、多時期、宜蘭海岸地區的影像資料，藉此了解宜蘭 海岸的侵淤。
二、判釋各時期遙測影像的濱線指標，並設定各影像有一樣的濱線指 標，使之在套疊分析時有一樣的基準。最後收集宜蘭近年的自然 或人文方面的資料，分析宜蘭海岸變遷的原因。
三、以影像分類與影像分割等半自動化的方法，萃取濱線指標。
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載光達(LiDAR, Light Detection And Ranging)等。其中航空影像與衛星影像 對於探究過去的地貌實況、地形、地物與社會文化的互動變遷演化等，提‧
Geological Survey, USGS)管理，並透過 Internet 免費提供各界使用(USGS, 2011)。惟 Landsat 影像之空間解像力為 15~30 公尺，對於需要較高解像力 之應用而言略有不足，近年來許多國家陸續發射衛星遙測系統，例如：日 本的 ALOS (Advanced Land Observing Satellite)衛星之空間解析度為 2.5 公 尺，我國所擁有的 Formosat-2 衛星影像具有地面 2 公尺的空間解析度，DigitalGlobe 公司的 WorldView-2 衛星影像更提昇至約 0.46 公尺的空間解 析度，且由於目前有眾多高解像力的衛星遙測系統在運轉中，資料取得極 為便利，使得遙測技術對不同地物之辨識能力大為增加，更大幅提昇遙測
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(2001)以 LIDAR 研究海洋中有機體之三度空間分布；Cracknell(1999)指出 遙測技術包括高光譜影像、SAR、LIDAR 均可有效監測河口及濱海區域；Woolard and Colby(2002)利用空載 LIDAR 偵測在海邊沙丘的空間特徵、解 析度、體積變化。 等(2006)以 1976~1999 年期間的像片基本圖、海岸地形圖、彩色正射影像分 析臺東海岸的濱線變化；何俊緯(2011)以 1978~2008 年期間的像片基本圖、
彩色正射影像、Formosat-2 衛星影像分析宜蘭海岸濱線變遷；王秀雯等(2007)
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俊緯(2011)以 1978~2008 年期間的像片基本圖、彩色正射影像、Formosat-2 衛星影像等遙測資料分析宜蘭海岸濱線變遷。宜蘭海岸變遷的相關文獻經‧
2003、2006 及 2009 年的 SPOT-5 衛星
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第二節 濱線指標選取與判釋之相關研究
濱線的廣義定義為「海水與陸地的交界」，其位置隨著諸多不同時空尺 度海象和氣象因子的影響，在空間上具有高度變動性(洪佩鈺等，2006)。實 際上濱線的位置隨著時間一直在變化，這是因為沉積物在沿著海灘與垂直 於海灘的方向不斷變動，沿岸的水位也因為波浪、潮汐、地下水、風浪等 因素的影響而有動態變化(Boak and Turner, 2005)。因此若要以不同時期的 遙測資料觀察濱線變化時，必須確立以不同圖資選取濱線時採取相同定義，
否則其比較將失去意義，分析的結果也不盡然正確(何俊緯，2011)。
衡量濱線的自然特徵稱為濱線指標 (shoreline indicators)，其特徵分為 海平面(sea level)與地形指標物(indicators)兩大類。海平面的指標包含高水位 線(high water line)、平均高水位線(mean high water line)、濕邊界(wetted bound)、濕界線(wetted boundary)、乾濕界線(wet/dry boundary)、濕沙線(wet sand line)、水線(water line)等。地形指標物是海水面以上受到海水或海風作 用形成的地形特徵，又可分為沙岸及岩岸兩類，本研究之試區的海岸主要 為沙丘地形，沙岸地形的衡量指標包含：濱堤頂(灘台頂，berm crest)、小 崖邊緣(scrap edge)、植物線(vegetation line)、沙丘趾部(dune toe)、沙丘頂部 (dune crest)等(洪佩鈺等，2006；何俊緯，2011)。國內外常見的濱線指標可 參考圖 2-2，其濱線指標在現實影像可參考圖 2-3(圖中各英文字母如圖 2-2 之註解)。
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圖 2-2 國內外研究常使用的濱線指標(Boak and Turner, 2005；
洪佩鈺等，2006；陳映旋，2009；何俊緯，2011)
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圖 2-3 濱線指標在現實影像的例子(Boak and Turner, 2005)
選取濱線指標的基本原則是該指標要能反映自然環境的變化，且不會 對海岸局部波動過於敏感，而良好的濱線指標必須具有較高的連續性、穩 定度和辨識度(Morton and Speed,1998; Pajak and Leatherman, 2002)。連續性 指的是評估某種濱線指標在空間上是否連續出現，若沒有特殊情況，海平 面指標的連續性會較地形指標物高；穩定性是評估濱線指標在不同時間的 位移程度，位移越小、穩定性愈高也愈有代表性。海平面指標在評估穩定 性時，要考慮資料獲取時的天氣變化，若天氣不佳則其濱線的位移會有較 大的差距，而陸地指標物的位移較不會受到氣象的影響；辨識度是不同判 釋者在現場或圖資上判定(數化)濱線之位置的一致性(洪佩鈺等，2006)。根 據本研究所使用的遙測資料與以上三種選擇濱線指標物的因子，本研究最 後選取連續性、穩定度和辨識度都高的瞬時水位線(以下稱為水線)與植物線 為本次實驗的濱線指標，做為沙灘向外擴張堆積或向內收縮侵蝕的依據。
水線為海水面與陸地的交界，位置略在白色浪花的前緣處，天氣良好
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(gradient method)萃取影像中水線的位置；何俊緯(2011)，則使用區域成長 法，萃取出福衛二號攝於宜蘭海岸影像之濱線如水線、乾溼線與灘內緣線， (2010)則利用監督式與非監督式之混合式分類法(Hybrid classification)，將 SPOT 衛星分類，以獲取變遷偵測所需之土地覆蓋圖(Land cover map)。雷 祖強等人(2009)以區塊化物件分類(Regional Object Classification)萃取出完 整度極高的水稻坵塊田。綜上所述，本研究使用之 SPOT-5 衛星影像與 DMC 航空影像為具有近
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紅外光波段之遙測影像，在影像上自動萃取植被或水域有很大的幫助。以 植被為例，由於植被反射近紅外波段強烈，因此以近紅外波段感測植被時，
其植被的亮度會比其他的地物要高出許多，在影像上便能更清楚的掌握植 被生長的區域。若以影像分類或影像切割的方法，於萃取濱線之指標會較 人工數化精確，數化效率提高，人為因素的誤差影響減少。故本研究嘗試 以影像分類與分割方法，萃取出濱線資訊，並與人工數化結果比較。
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l C h engchi U ni ve rs it y 第三章 材料與方法
第一節 研究地區
本研究地區位於台灣東北部宜蘭地區，宜蘭縣北部與西部為雪山山脈，
南方為中央山脈，東面濱臨太平洋，蘭陽溪流經雪山山脈與中央山脈之間，
在牛鬥附近流出山谷，與許多小河流共同沖積造成形狀近似三角形的蘭陽 平原。沖積扇海岸之範圍北起頭城鎮外澳里，南至蘇澳鎮港邊里，南北長 約 30 公里，研究地區的範圍如圖 3-1 所示。由於宜蘭三面環山，地勢高聳、
河流流路短且坡度陡降，所以造成河流侵蝕劇烈，再加上雨量豐富、輸沙 量顯著，使得河口泥沙堆積旺盛，易形成沙洲地形，突出於海岸(許民陽、
張政亮，2002)。
圖 3-1 研究地區圖
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Corona 美國間諜衛星影像、1985 年的像片基本圖、2003 年的 SPOT-5 衛星 影像，以及 2009 年使用 DMC 所拍攝的航空影像。其中 1947 年的航空影 前保存在美國國家檔案館(National Archives and Records Administrator, NARA)。在工研院綠能所與中央研究院通力合作下，已經把這些舊航照數 位化，並利用網際地理資訊系統(Web-based GIS)建立查詢系統，提供研究 人員或大眾查詢(廖泫銘等，2011)。1947 年拍攝之舊航照(原始掃描影像如 圖 3-2)的儲存格式為 TIFF (Tagged Image File Format)，並沒有儲存坐標資料，故要與其他空間資料套疊分析時，須將舊航照地理對位方能使用。
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圖 3-2 舊航照影像 二、Corona 衛星影像
Corona 衛星為美國在冷戰時期為了軍事偵察目的所發展的人造衛星，
在運行期間拍攝大量包含全球的影像，而空間解析度達到 2 公尺，在 1970 年代期間已相當精密的資料。而這批影像在冷戰過後已不具軍事價值，卻 已成為環境變遷偵測的重要資料。在 Corona 衛星運作後期，突破了傳統單 一拍攝角度的攝影系統，以兩組鏡頭跟不同的角度，同時拍攝往前(Forward) 與往後(Afterward)的影像，產生地表的立體像對，更可進一步製作數值高 程模型(Digital Elevation Model, DEM)，為當時最進步的遙測技術。在 1995 年 2 月後，美國將 Corona 衛星影像解密，開放於一般社會大眾及機構使用，
目前大部分影像則由美國地質調查所(USGS) 典藏與販售(台灣文史資源海 外徵集與國際合作計畫，2008)。
Corona 衛星有 24 次拍攝任務攝像範圍涵蓋到台灣地區，共計有 738
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幅影像，本研究使用其中三張涵蓋整個研究區域範圍的影像(如圖 3-3)，影 像於 1971 年拍攝，由中央研究院提供。由於影像已由中研院定位完成，與 台灣 TWD67 圖層套疊後可以重合，故不須再糾正影像。
圖 3-3 實驗區 1971 年 Corona 衛星影像 三、像片基本圖
像片基本圖系因政府為因應國家經濟建設之需要，經由農林航空測量 所或其它民間單位測製，其本質是地形圖的其中一種，主要是利用黑白之 航空正射像片作為底圖，再加繪等高線及地物如道路、水系等註記而成，
可分為 1/5000（平地坡地）及 1/10000（高山地區）二種比例尺(行政院農 委會農林航空測量所，1983)。其用途包括：
(一) 評估農、林、工業等各項土地利用之情形。如計算農作物生產量。
(二) 各項經濟建設之初步規劃可在基本圖上作業，不必臨時測量，節 省時間與人力經費。
(三) 供縣市地方政府等行政單位在行政管理上之應用更有效率。
(四) 區域規劃、土地稅收、都市發展、人口調查等工作，均需基本圖 作為基本資料。
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(五) 村里、鄉鎮、縣市等轄區的界線可由基本圖來界定。
本研究使用的像片基本圖為 1985 年由農航所生產之五千分之一之像片 基本圖，其空間解析度為約為 0.63 公尺。由於獲取圖資時已經有正確的地 理坐標，與台灣 TWD67 圖層套疊後可以重合，故不再對圖資做地理對位 與糾正等處理，其影像如圖 3-4 所示。另外由於套色版地圖已將水域部分 切除，而比對原始航照影像發現其切除的標準與本研究判釋水線的標準一 致，故直接以套色版的圖資數化濱線。
圖 3-4 1985 年之像片基本圖 四、SPOT-5 衛星影像
SPOT 系列衛星為太陽同步衛星，平均航高為 832 公里，軌道與赤道傾 斜角 98.77 °，繞地球一圈週期約 101.4 分，一天可轉 14.2 圈，每隔 26 天通過同一區域。其中 SPOT-5 號衛星於 2002 年 5 月 4 日發射升空，擁有 3 種光學儀器分別為兩個 HRG(High Resolution Visible)感測器、地表植被分 析研究的儀器 VI(Vegetation Instrument)、以及 HRS(High Resolution Stereo)
SPOT 系列衛星為太陽同步衛星，平均航高為 832 公里，軌道與赤道傾 斜角 98.77 °，繞地球一圈週期約 101.4 分，一天可轉 14.2 圈，每隔 26 天通過同一區域。其中 SPOT-5 號衛星於 2002 年 5 月 4 日發射升空，擁有 3 種光學儀器分別為兩個 HRG(High Resolution Visible)感測器、地表植被分 析研究的儀器 VI(Vegetation Instrument)、以及 HRS(High Resolution Stereo)