5. 近即時與多尺度地球觀 測三維平台
5.1 發展地球觀測近即時高解 析三維環境應用平台計畫
台灣經常遭遇颱風、洪水、山崩、地震、土石 流等天然災害，於災害發生後快速取得高清晰度災 區圖像和相關地形與空間數據等，對災害應變與救 援決策擬定而言至為重要。莫拉克颱風所導致的八 八水災重創南台灣廣大區域並引起全民高度關 注，由此事件所獲取經驗亦凸顯多時序影像資料可 有效作為從救災決策、災後重建到減災預防等之重
要研判參考基準。有鑑於此，國研院整合國家高速 網路與計算中心、國家太空中心、儀器科技研究中 心、國家災害防救科技中心、國家地震工程研究中 心、及臺灣颱風洪水研究中心等研發機構能量推動
「發展地球觀測近即時高解析三維環境應用平台」
計畫 (3D GIS Taiwan, 2013)，結合包括遙測等對地 觀測方法、資料倉儲、高效能視算展示、格網、與 防災等科技，建立一個以台灣為主體之近即時、高 解 析 三 維 地 球 觀 測 防 災 應 用 平 台 ( 蔡 惠 峰 等 , 2011)，國研院各單位能量整合效益請參考圖 7。
圖5 SPS 規範適用運作範圍
圖6 SPS 線上模擬排程功能示意圖
圖7 國研院環境與災防能量於本計畫之整合綜效 (3D GIS Taiwan, 2013) 圖7 展示在國研院整合架構中，如何運用各中
心主要分工要項達到此計畫之整合綜效，於此整合 計畫中國家太空中心主要任務為提供即時衛載遙 測影像資料。在日常操作中福衛二號影像處理系統 可提供包括 Level 1A 及 Leve 2 之標準影像產 品，然為與其他即時環境監測網所量測資訊進一步 整合，國家太空中心亦另行發展近正射影像產品以 利災防應用。如圖8 所示，在此計畫架構中國家太 空中心所完成之 Level1A, Level2 及近正射化影像 品將透過網路地圖服務(Web Map Service，WMS) 進行發佈作業，所有資料均可整合於此近即時高解 析三維環境應用平台進行套疊及快速流通，以縮短 災點判識作業時間。
「發展地球觀測近即時高解析三維環境應用 平台」計畫所建置之平台將具備完整垂直整合價值 鏈連結，以天然災害發生後於最短時間可能獲取災 情空間影像為前端目標，建立近即時與近自動化之 遙測影像擷取、處理乃至於發佈之整體流程，搭配 周遭現有即時環境監測網，以符合開放空間資訊協 會OGC 標準與規範 (Lee and Percivall, 2008; OGC, 2013)做為合作單位間數值觀測資料流通之標準，
除此之外，將結合應用端所建置的防救災基本資料 庫，以及災情研判的分析模式和評估結果，可使決 策者同時達到快速掌握災害發生狀況與評估災損 等加乘效果，此為本研究之後端目標。
5.2 近即時影像加速處理系統
為達成近即時提供影像產品目標，加速遙測影 像標準產品處理時間為必要研究項目。在考量福衛 二號取像特性、台灣災防基本需求、衛星影像處理 系統效能提升可行方案及影像資料供應鏈特性 後，國家太空中心以如圖9 所示系統架構完成分散 式影像自動化處理系統精進作業，以有效緩解處理 台灣三至五條帶取像作業所造成之處理系統超負 荷作業現象，達到立即產生Level 1A 及 Level 2 標 準產品，以供防救災作業進行初步災害判識之目的 (Chen et al., 2011)。此系統操作介面如圖 10 所示。
由於此系統係用以處理衛星即時下載資料，故不需 進行資料庫資料檢索及資料庫更新等一般影像處 理系統所需資料庫維護相關作業，故相較於以全功 能影像處理系統處理一條帶影像資料所需時間，以 此系統同時處理台灣五條帶資料所需時間較短。
產品 訂單
圖8 影像處理系統架構
資料擷取次系統
Level 0 資料集#1
Level 0 資料集#2
Level 0 資料集#3
Level 0 資料集#4
Level 0 資料集#5
分散式影像處理系統
Level 1A 產品 #1 Level 2 產品#1
Level 1A 產品 #2 Level 2 產品 #2
Level 1A 產品 #3 Level 2 產品 #3
Level 1A 產品 #4 Level 2 產品 #4
Level 1A 產品 #5 Level 2 產品 #5
圖9 分散式影像處理系統 (Chen et al., 2011)
圖10 自動化處理系統操作介面
5.3 Mojave IOPS 近正射影像處 理系統
為與其他來源空間資訊進行整合，衛載遙測影 像需進行正射化處理，而就災防應用而言，以一般 商用遙測影像處理軟體進行影像正射化實不足以 滿足災防應用對時效性之高度要求，故研發建置一 套快速影像正射處理系統為達成計畫任務目標必 要項目。
Mojave IOPS 為美國 Cardio Logic Inc.公司所 研發製造之自動化正射處理軟體，配合硬體加速方 式可快速製做正射影像 (Kuo and Don, 2010)。國家 太空中心與其合作共同研發福衛二號客製化模 組，國家太空中心負責提供福衛二號有理函數參數 檔 (DigitalGlobe, 2006)及 TWD97 坐標系統轉換程 式，Cardio Logic Inc.負責整合既有系統及福衛二號 特性，進行軟硬體開發作業，並藉由控制點自動匹 配工具解決需人工介入的處理時間，可大幅縮短正 射影像產品時間，若控制點匹配可自動完成，則一 張 Level 1A 標準圖幅資料可於 1 分鐘內完成近正
射影像製作。考量因雲區或地徵不明顯所導致之控 制點匹配錯誤以致需人工進行控制點編輯作業，並 同時考量檔案搬移等操作所需作業時間，可於一小 時內完成約20 幅影像之正射產品製作，此產製能 量可令國家太空中心於一小時內提供台灣單一條 帶正射影像產品予相關單位進行影像應用等作業。
Mojave IOPS 執行過程中所需準備資料有：福 衛二號 Level 1A 標準產品，包括 TIFF/GeoTIFF 圖檔與詮釋資料檔、參考地形資料庫及參考正射資 料庫等。
1. 輸入影像檔：福衛二號 Level 1A 標準影像 檔， Mojave IOPS 可以專案執行之方式同時 處理多幅影像。
2. 詮釋資料檔：Mojave IOPS 係依據有理函數建 立其像空間與物空間之幾何模型，故除福衛 二號標準產品所提供之詮釋資料檔外，亦需 由衛星軌道位置、速度、姿態及地面點等資 料建置有理函數參數檔。
3. 參考地形資料庫：本研究中採用公開取得 90 米網格之The Shuttle Radar Topography
Mission (SRTM)資料作為數值地形模型資 料，此SRTM 資料庫主要由美國太空總署 (NASA)和國防部國家測繪局 (NIMA)聯合測 量 (CGIAR, 2008)。
4. 參考正射影像資料庫：為正射影像產製程序 中所必需之參考影像，由此參考影像做為控 制點自動匹配。
Mojave IOPS 系統執行程序示意圖請參考圖 11，由輸入影像檔配合詮釋資料檔及參考地形資料 庫可先大致建立像空間與物空間之幾何模型產生 初版之正射產品，此產品精度係與衛星本體規格相 關，所能達到的精度約與國家太空中心Level 2 標 準產品相近，其絕對幾何棈度在450 公尺以內。再 利用互相關函數與與參考正射影像資料庫進行比 對以完成控制點自動匹配作業，經由控制點資訊調 整影像詮釋資料以建立精確幾何模型進而達成正 射影像製做。除可針對單張影像完成單張正射產品 外，後續還可依據系統設定進行區塊切割及鑲嵌處 理。
Mojave IOPS 所產出最終正射影像產品的精度 與詮釋資料檔、參考地形資料庫及參考正射影像資 料庫高度相關，為充份瞭解本系統所產製之正射影 像品質，以國家太空中心建立之福衛二號控制點資 料庫查詢系統做為平面位置比較來源，隨機採用 178 個影像控制點進行正射影像精度查核作業，其
成果請參考表2，整體而言其絕對幾何精度中誤差 可控制在8 公尺之內。
表 2 福衛二號近正射影像精度成果表 (單位：公 尺)
地形 整體 平坦地區 緩坡地區
點數 178 82 96
x 方向平均誤差 -1.60 -0.47 -2.56 y 方向平均誤差 -2.22 -2.44 -2.04 較差平均值 6.32 6.43 6.22 中誤差 7.44 7.58 7.32 最大值 20.22 19.19 20.22
因應用高解析度衛星影像製作數位正射影像 之技術已臻成熟，為有效管制並確保福衛二號正射 影像之測製成果品質，國家太空中心特訂定正射影 像測製規範，其幾何精度請參考表3。以此規範為 參考基準顯示採用近全自動機制所產製之影像產 品於絕對幾何精度上尚無法滿足製圖精度需求，但 於產製時效上卻可大幅滿足於災後快速提供正射 影像提供之需求供後續災防單位進行影像判識作 業。國家太空中心將此特定應用目的所產製之正射 影像命名為「近正射影像」。
圖11 Mojave IOPS 近正射影像處理流程 (Kuo and Don, 2010)
表3 福衛二號正射影像幾何精度規範 (單位：公 尺)
產品
等級 平坦地區 緩坡地區 陡坡地區 中誤
差 最大 誤差
中誤 差
最大 誤差
中誤 差
最大 誤差 標準正
射產品 5.0 20.0 7.5 30.0 10.0 40.0
5.4 福衛二號影像發佈於災害 管理之應用
除提升影像處理效能與影像幾何品質外，以有 效管道遞交或發佈影像產品與相關單位亦為本計 畫重要發展項目。國家太空中心經影像處理系統精 進後已可於資料下傳後4 小時內提供 Level 1A 及 Level 2 遙測影像產品，此等級之產品已足夠供救 災作業的初步災害判識，另可於Level 1A 影像完 成後1 小時提供單一條帶之近正射影像，此正射化 後之影像產品一經完成馬上可以網路地圖服務 (Web Map Service，WMS)發佈系統發佈，所以資 料均可整合在網路地球觀測近即時高解析三維環 境應用平台上進行縫合以達快速流通之目的（蔡惠 峰等, 2011）。本研究案成果除可運用於福衛二號遙
測影像外，尚可運用於航拍影像、現照影像、及其 它災情相關資料等，各類資料經由「近即時與多尺 度地球觀測三維平台」整合，以災害管理應用的角 度 ， 支 援 政府 防 災 決 策之 架 構 流 程 ( 林 鍚 慶 等 , 2011) 。
福衛二號影像提供、發佈與判識流程如圖 12 所示，國家太空中心負責提供標準產品及近正射影 像產品。由國家高速網路與計算中心負責網路地圖 服務，WMS 為國際開放空間資訊協會 OGC 對於 地圖查詢的服務，是一種從各種地圖資料的地理資 訊中，依用戶需求動態產生對應地圖影像的服務，
福衛二號影像提供、發佈與判識流程如圖 12 所示，國家太空中心負責提供標準產品及近正射影 像產品。由國家高速網路與計算中心負責網路地圖 服務，WMS 為國際開放空間資訊協會 OGC 對於 地圖查詢的服務，是一種從各種地圖資料的地理資 訊中，依用戶需求動態產生對應地圖影像的服務，