1-1 研究動機與目的
台灣的濕地大致上可分為「內陸濕地」及「沿海濕地」。內陸濕地是由 雨水、地下水等非感潮河段或溪流、湖泊、池塘所形成的濕地生態系統；
而沿海濕地則是隨著海洋潮汐運動所形成的濕地生態系統。這些濕地不但 具有淨化水質、孕育天然資源、涵養水源、調節洪流及保護海岸線等功能，
更是生物棲息及繁衍的重要棲地。
高美濕地是國內知名的濕地之一，因多變的地形環境造就了濕地內的 生物多樣性。台中縣政府於民國 93 年 9 月 29 日公告劃設地高美濕地保護 區，其範圍北界為大甲溪出海口，東界為西濱快速道路，沿清水鎮海岸堤 防，南至經番仔寮海堤、高美一號海堤、高美二號海堤等海堤堤尖，西界 為東界長往西至平均低潮線，南以台中港北防沙堤為界。高美濕地面積約 701 公頃，其中珍稀的保育植物「雲林莞草」在高美濕地具有台灣的最大族 群分布，成為高美濕地的特色，政府也將高美濕地列為雲林莞草的保護區。
雲林莞草主要分布於東亞地區的海邊沼澤地上，早期台灣在西部海岸 潮間帶均有分布，族群相當大，但因土地的開發利用，人為行為的介入，
促使雲林莞草生長範圍大量減少，而面臨頻於絕種的危機。在過去大肚溪 口伸港潮間曾是台灣最大的雲林莞草的棲息地，由於 1997 年台電高壓電塔 的施工和垃圾掩埋場第一期堤防施工工程以及非法魚塭的開發，使得雲林 莞草在大肚溪口完全消失。現在雲林莞草僅零星分在宜蘭與西部新竹、台 中及彰化的沿海地區，而高美濕地是目前全台僅存最大的一個族群生育地，
約 5 公頃以上，如圖 1-1 所示。
高美濕地的雲林莞草在 80、90 年代期間也曾受到頻臨絕種的危機，民 國 85 年 11 月間發現遭人為屯填土石，雲林莞草因此被土石埋沒；民國 90 年 8、9 月由第三河川局發包高美海堤工程開始施工，但在施工期間，原生
存海堤邊緣的雲林莞草被工程土石給埋沒，同一時期，北面的雲林莞草也 因不明工程而消失殆盡。而近年來每逢假日，高美濕地的遊客川流不息且 自行至灘地中戲水破壞雲林莞草及其他植物之自然生態，同時加速濕地陸 化的速度。由於雲林莞草緊鄰著堤岸生長，但受到人為踩踏造成濕地底質 緻密化，導致雲林莞草不在緊鄰堤岸生長。
圖 1-1 高美濕地的雲林莞草生長狀況的近照
國內目前對於雲林莞草的研究，以現地調查研究雲林莞草的特性、環 境因子或是保護區內生物種的棲息及繁殖等，但尚無探討雲林莞草生長範 圍的時間變化。如要分析雲林莞草的範圍變化，則須有定期觀測的資料。
對於植物面積的監測，如使用傳統人力去量測不僅費時、費力、測量經費 亦高，且高美濕地的雲林莞草區域已被列為保護區，還須獲得當地機關的 許可，因此現地測量之方法在執行上的困難度較高。近年來遙測技術日益 進步，商用光學衛星空間解析度日益提升，且衛星影像具有全面性及機動 性的優點，所以常被廣泛運用於各種研究，如海岸灘線的辨識、陸地植被 的分布等。光學衛星的空間解析度，從 1972 年 Landsat-1 MSS 的 80 公尺，
到 1999 年 Landsat-7 ETM+的 15 公尺，2003 年 SPOT-5 的 2.5 公尺與我國於 2004 年發射的 FORMOSAT-2 的 2 公尺，逐漸提升空間解析度。
遙測技術雖已普遍使用於監測植被的分佈，但以陸地植被的監測為主。 rotundus L.)間的差異性進行比較外，並詳述雲林莞草生長繁殖特性與建議 防除方法。
常態化差異植生指標(Normalized difference vegetation index, NDVI)主要 應用於遙測技術，將衛星影像資料作 NDVI 轉換，以辨識植物、水體及土 壤，亦可被用來當作地表變遷的偵測，Jensen(1995)指出衛星影像資料透過 NDVI 轉換為單波段資料，可消除地形效應及季節不同之誤差，Lillesand and
Kiefer (1994)指出 NDVI 可消除坡度與坡向不同照射之影響，Running 等 證其研究結果，Jia (2014)以 Lansat ETM+及 MODIS 的衛星影像資料監測中 國北方區域的森林覆蓋面積，先將兩組衛星影像之 NDVI 數據融合出空間 解析度較高的 NDVI，再以監督式分類法將提高其分類精度，Nash (2014) 使用自身迴歸模型(Auto-regression model, AR model)評估 NDVI 的變化來解 決容易影響 NDVI 之因素(例季節性之影響、氣候因素的相關變化)，以此方 法監測新墨西哥州的植被變化情況。
以衛星影像辨識海岸灘線在國內外逐漸被提出，如 Kurosawa 等人(2001)、
Ryu 等人(2008)及 Gilvear 等人(2004)，其皆顯示高空間解析度的衛星影像在 地理資訊學及河口與海岸調查上有所幫助。吳(2010)提出以常態化水指數 (NDWI)來提升影像分類的精度，再以最大概似法進行監督式分類，精確擷 取衛星影像中灘線之方法，Karsli(2011)提出以 NDWI 為基礎，建立擷取灘 線的方法，評估黑海的灘線變化，結果顯示黑海東部的灘線變化較西部明 顯，Wang(2013)及(2014)皆使用 NDWI 及自動二值化演算法，檢測環渤海內 四個沿海濕地以及萊州灣東岸的灘線變化，陳(2009)提出灘線平移修正法 (one-line shifting method, OSM)分析外傘頂洲，結果顯示自 1999 年以來外傘 頂洲面積逐漸變小。
濕地環境複雜，NDVI 在辨識雲林莞草實有誤判的情形，故使用馬可夫 隨機場(Markov random field, MRF)處理植生指標。馬可夫隨機場在影像處理、
影像分析上皆有成功的應用，Dubes (1989)、Rangarajan and Chellappa (1995) 舉例說明馬可夫隨機場在影像處理上的應用，Panjwani and Healy(1995)提出
以非監督式影像分割之馬可夫隨機場模式，此模式分割之演算法是以階層 式集群分析法(Hierarchical clustering)為基礎、Park (1996)以條件疊代模式 (iterative conditional modes, ICM)應用在影像還原上，在影像上加入各種雜 訊，以二階鄰域系統馬可夫隨機場概念使用 ICM 法還原真實的影像，
Tardon(2006)則主要探討馬可夫隨機場於影像邊緣檢測的應用上。
1-3 文章架構
本文應用馬可夫隨機場的概念在影像處理，來辨識雲林莞草的範圍變 化。整體架構分為五個章節來探討研究流程及方法。
第一章為前言論述，主要說明本文之研究動機及目的，敘述雲林莞草 的大量減少、國內對於雲林莞草的研究方向，以及沒有實際測量的數據，
故本文以遙測技術監測雲林莞草的範圍變化；文獻回顧則簡述國內對於雲 林莞草的各種研究、常態化差異植生指標應用於監測植生變化上以及馬可 夫隨機場在影像處理的應用及最後說明本研究文章整體架構。第二章主要 介紹研究基地的範圍、雲林莞草的生長特性、光學衛星，以及挑選衛星影 像圖需注意影像時間在高美濕地的潮位。第三章為影像的前置處理作業及 辨識，主要為 IHS 轉換法增強空間解析度、多時期影像之幾何套合的校正 以及介紹常態化植生指標與馬可夫隨機場等辨識雲林莞草之方法及流程詳 加說明。第四章結果顯示以植生指數判別雲林莞草的範圍變化、判定雲林 莞草生長密疏的範圍以及以卓(2007)生物量的時間變化為依據作面積之修 正，最後探討可能影響雲林莞草面積變化的因素。第五章是針對本文研究 的結果進行總結並給予建議，以利後續研究參考。
本研究流程示如圖 1-2，圖 1-2 中首先將原始衛星影像藉由 IHS 轉換法 提高空間解析度，以及使用幾何套合校正多時期衛星影像，再使用植生指 數判定雲林莞草的生長範圍及以馬可夫隨機場判定生長密疏的範圍，最後 利用面積修正將不同時期影像修正至同一標準上，進行結果分析。
常態化差異植生指數NDVI
馬可夫隨機場應用於影像分割
門檻植及面積修正
雲林莞草面積擷取 SPOT-5
&
FORMOSAT-2
IHS轉換法
影像幾何套合
結果分析
圖 1-2 研究流程