特徵濱線 高程濱線

第一章 緒論

第一節：研究動機與目的

氣候暖化議題近年來日益受到重視，其中海水面上升、逐年增加的風暴事件造成海水 溢淹、海岸侵蝕等災害日益加劇，再加上海岸環境本身的高度變動性，尤其沙岸地區為未固 結沙礫組成，容易受到風暴、潮水的影響而有很大的變動(Komar, 1976)，這些原因都使得 海 岸 的 監 測 防 災 工 作 更 為 重 要 。 一 般 常 見 於 學 術 研 究 、 工 程 經 營 的 方 法 為 濱 線 繪 製 (shoreline mapping)。相較於沙質海岸，岩石海岸具有較高的抗蝕力，後退速率較低因此不 適合利用濱線繪製進行變遷的監測（洪佩鈺，2005）。

濱線繪製的目的在於利用歷年濱線位置了解海岸侵蝕/淤積的情形，為海岸區域研究、

工程、經營的重要基礎 (Anders and Bynes, 1991)。以美國官方為例，運用現場測繪圖、航 空照片，近期更運用光達(LiDAR)、合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar)及多光譜影像 等，以平均高水位(Mean High Water)作為濱線指標進行濱線繪製工作，可以回溯濱線變遷 至1850年代(Graham et al., 2003)，並且對於不同階段的工作，都有相關規範或標準化流 程。但並非所有國家的圖資都針對濱線繪製進行圖資的測繪，也未必制定有濱線指標，但在 電腦技術迅速發展後，運用地理資訊系統進行濱線疊圖分析的研究日益增加，然而許多研究 並沒有針對濱線疊圖分析背後，所隱含的誤差或變動性細加探究。

國內的圖資影像資料相當豐富，諸如像片基本圖、海岸像片地形圖、經建版地形圖等 圖資，出版範圍幾乎涵蓋全島。部份圖上標示了海陸邊界的藍色線（本文以下稱水涯線），

也常被直接視為（海）濱線(shoreline)，而加以數化、套疊作為海岸變遷分析的基礎資料。

然而國內圖資大多是針對陸上資源調查、經濟建設工作製作，製圖時是否考量海岸的高動態 性？水涯線的認定是否有明確的依據或規範？製圖人員根據規範判釋水涯線時，可否維持一 致性？再者有些地圖上並沒有水涯線，若研究者要自行判釋濱線，又該採行何種定義較合 適？近年空載光達技術日益精進，配合航空照片，常被用在海岸監測工作上，我國也在 2000年代後引進該技術。該類型資料是否能與歷史圖資結合？也值得探究。

為了解我國既有之地圖資料和空載光達資料於濱線繪製工作的應用範圍與限制，本文 以白沙灣和八里海岸為樣區，研究目的如下：

1. 釐清像片基本圖套色版、經建版地形圖水涯線的繪製依據 2. 討論像片基本圖單色版及空載光達濱線指標判釋/擷取之成果

3. 檢討像片基本圖、經建版地形圖、空載光達作為濱線繪製底圖之應用與限制 4. 建議適於國內之濱線繪製流程

第二節：文獻回顧

濱線繪製的過程包括圖資影像的施測與製圖、濱線指標的判釋/擷取以及濱線變遷的計 算。本文的重點以探討國內現有圖資影像於濱線繪製的應用與限制為主，因此本節主要回顧 濱線繪製的底圖（含地圖、航空照片和光達資料）、國內現有圖資概況，以及濱線指標等相 關文獻，最後再回顧國外濱線繪製歷程與規範。

一、濱線繪製常用圖資及國內圖資影像概況

進行濱線繪製的依據為各種圖資影像，因此圖資影像的特性會影響到濱線繪製的後續 工作及結果，以下先針對濱線繪製常用的圖資進行回顧，再進一步了解國內圖資影像的概 況。

（一）濱線繪製常用圖資

Boak and Turner(2005)回顧各濱線研究使用的圖資，包括海岸地圖與航海圖、航空照 片、海灘測量、GPS、多/超光譜影像、LiDAR技術、微波探測器以及Video影像等，整理如 表1-1。

早期海岸地圖以及航海圖的濱線為地圖編纂者所繪製，研究者無法主動進行判釋，但 由於該時期只有手繪地圖，因此具有無可取代的特性。航空照片為濱線繪製最常使用的圖資 來源，經過正射化之後可以根據地表影像特徵進行濱線位置的判釋。海灘測量雖然可以獲得 相當精密的資料，但因為耗費的人力較多，且資料疏密情形因地而異，只適用於部份區域；

近期GPS及DGPS搭載於沙灘四輪傳動車進行實地測量，快速獲得地面三維資料，濱線位置 的誤差主要來自於測量者的操作，而非技術本身。

近十幾年遙測技術逐日發展，也陸續有研究將相關技術應用在濱線繪製上，諸如多/超 光譜影像可以提供地表更多資訊，除根據地物特徵進行濱線判釋之外，或利用光譜特性進行 影像自動分類，快速取得濱線資料；此外，空載光達、微波探測器如同地面GPS技術，也可 以快速 獲 取 地表三 維 資訊， 以進 行濱 線擷取， 但成本 較為 昂 貴。近期video 影像 (video imaging)也成為濱線繪製的工具之一，Video影像可以針對一處海岸進行連續、大量的觀 測，因此可以獲得相當詳實的濱線變化資料，掌握短時距詳盡的濱線變化情形(Boak, and Turner, 2005)。

表1-1 濱線繪製常使用到的圖資（譯自Boak and Turner, 2005）

種 類 判釋/擷取方式 特 性 歷 史 陸 上 相

片圖 無法判釋/擷取 提供研究背景，無潮汐、風浪資料，難以糾正作為濱線繪 製底圖。

海 岸 地 圖 與

航海圖 手動繪製 其他資料無法取代的歷史記錄；濱線位置取決於地圖測量 或繪製者，而非研究者本人。

航空相片 手動繪製；數位 影像分析

新軟體技術可以還原航拍時立體狀態；探討歷史濱線最常 使用的圖資。

海灘測量 手動繪製

需要大量的勞力進行實測；濱線的精確度，取決於量測剖 線的間距；若測量精細程度高，可以獲得詳細的海岸資 訊。

GPS濱線 數位資料

相對海灘測量而言較為快速、低成本及高精度；濱線位置 的誤差來自於量測者本身，而非GPS；比航空照片來得精 確。

多/超光 譜影像

手動繪製；數位 影像分析

主要限制在於像素解析度以及價錢；可以於短時間內取得 大範圍資料。

空載

光達 潮位資料擷取 因為價錢使調查時間間隔及空間受到限制；可以於短時間 內取得大範圍資料；可以製作數值地形模型。

微 波 探

測器 潮位資料擷取 價格不便宜；可以製作數值地形模型 遙

測

錄像

影像 數位影像分析 長時期、持續性影像；可以提供細緻的濱線變化。

國際上如美國對於海岸環境監測已經行之有年，美國早於1807年開始繪製精確的海岸 地圖來保護居民及貿易工作，該項工作由美國國家海洋與大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 下 轄 之 量測 單 位進 行海 岸地圖 之 繪製，其 成 果即為 topographic sheets (T-sheets)。早期以現場實測為繪製方法，至1927年轉而使用航空攝影技 術進行 海岸影像拍攝，量測面積 更加廣泛 、快速，此後 更隨著遙測技術的 發展，使 用 IFSAR、LiDAR等新技術進行，值得注意的是上述圖資影像為了濱線繪製進行測量、製圖，

製作過程中皆有相關規範與標準(Graham, et al., 2003; Harris, et al., 2005)，將由後面的段 落回顧。

（二）國內圖資概況

國內現有的圖資影像中，地圖可回溯至清領時期所製作的台灣全幅或半幅地圖，此後 陸續以航空照片取代地面測量，並且出版正射地圖，至今引進衛星影像、空載光達等新技 術，圖像資料日益豐富，進展示意如圖1-1。

圖1-1 台灣歷年圖像資料的演進

國內現代化測量地圖自十九世紀末日本政府製作的台灣堡圖、地形圖等開始；其後 1940至1960年代美軍以日製地形圖，加上航空照片修測製作五色印刷之一比五萬地形圖；

1960至1980年代由國防部聯合勤務總司令部測量署，依據1947-1966年拍攝的航空照片加 上實地調繪進行測製，出版一比五萬地形圖，此版地圖為與1980年代後出版的一比五萬區 隔，而有「老五萬」之稱（許哲明，1998）。

我國於1970年代前以較小比例尺-五萬分之一地形圖出版為主，至1975年因應國家經 濟建設需要，國內開始出版大比例尺的影像地圖（農林航空測量所，1994），這一系列圖 資以航空照片為製作底圖，以下針對1970年代後航空照片及其衍生的影像圖資進行說明。

國內航空照片的拍攝始於戰爭時期，為戰略需要而進行拍攝，工研院能源與環境研究 所保存全省約3500張，美軍於1940-1950年代拍攝的黑白航空照片，並且與中央研究院合 作建立該批航空照片之資料庫（台灣歷史文化地圖網站：2008.7.23瀏覽）。再者，國內有 組織的航空照片拍攝工作，始於1954年農業復興聯合委員會為了調查資源，而成立的「森 林資源及土地利用資源調查隊」（吳水吉，2004）。該時期的航空照片可以代表台灣在經 濟起飛大量開發之前的影像，但由於航拍當時的相機參數已不存在，地面控制點也因為年代 久遠而難以尋找，不利於影像的定位及正射。

國內自1959年農林航空測量隊（林務局農林航空測量所之前身）成立，專職航空照片 拍攝工作，拍攝當時的日期、時間、任務名稱、像主點座標及相機參數等，皆有記錄並且整 理成資料庫，並且自2001年起改為拍攝彩色航空照片。

農林航空測量所自1975年開始利用航空照片進行空中三角測量法，出版像片基本圖、

林區像片基本圖等，其中像片基本圖在1000公尺以下的平地比例尺為五千分之一，1000公 尺以上之區域則為一萬分之一，範圍含括本島及離島區域（除金門、馬祖區域），該圖出版 間隔約為10年，部分地區至今出版至第三版（農林航空測量所，1994）。

像片基本圖依據出版印刷方式可以分為像片基本圖單色版以及像片基本圖套色版，單 色版以相片紙晒印，近似照片質感，圖上並標繪道路、河流、地名等資訊（圖1-2，左 圖）。套色版與單色版同樣標繪有道路、河流等資訊，不同之處在於該版使用多色深紅、淺 紅、深藍、淺藍、黑以及灰色，套色印刷於紙製品上，並且將海洋區域套上藍色色塊（圖1- 2，右圖）。「基本圖測製作業工作項目」（內政部台灣省林務局，1977）中，稱水壩、湖 泊、池塘等水體與陸地之界線為「水涯線」，所以本文在討論套色版（和其縮編產品：經建 版地形圖）的海陸邊界線時，也沿用「水涯線」一詞。

圖1-2 像片基本圖樣例：左圖為像片基本圖單色版，右圖為像片基本圖套色版

除1970年代後陸續出版的像片基本圖之外，為因應國內經濟建設需要，1980年代國防 部聯勤四○一廠進一步將像片基本圖縮編，並利用距離出版年度最新的航空照片進行修測，

經由實地調繪後，製作比例尺為1:25000的經建版地形圖，至今部分區域已出版至第四版。

此外聯勤四○一廠也將1:25000地形圖縮編為1:50000的比例尺，並且配合最新航照修繪及 實地調繪，出版一比五萬經建版地形圖，（許哲明，1998）。

農林航空測量所除製作像片基本圖之外，為了調查海岸區域地籍資料以供國有財產局 登錄地籍，1980年代曾製作1:1000海岸像片地形圖（傅安明，1990），該套圖等高線間隔 為1公尺，可以說是國內官方在海岸區域出版圖資中，比例尺最大，等高線最密集的圖資；

涵蓋範圍除離島、部分東部、西南部海岸之外，幾乎遍及全島海岸區域，但目前僅出版一版 版次（農林航空測量所，1994）。

農林航空測量所於2001年改為拍攝彩色航空照片之後，並且以彩色航空照片為底圖，

將影像加以正射化陸續出版彩色正射影像，該種圖資並未標示道路、聚落、地名、等高線及 水涯線等資訊（農林航空測量所網站，2008.6.20）。

除歷史地圖、航空照片及其衍生圖資外，隨著遙測科技日漸發展，國內也陸續引進許多 相關技術，如國內於2004年自行出資製作福爾摩沙二號衛星（以下簡稱福衛二號），搭載 之儀器則可拍攝多頻譜（藍、綠、紅、近紅外光）以及全色態影像，解析度分別為8公尺及 2公尺（太空及遙測研究中心，2008/6/7瀏覽）。就福衛二號的特點而言，除自主衛星具有 較低廉的價格之外，再訪率高、飛行姿態固定也是該類影像具備的優點。

除衛星影像外，國內近期也引進光達技術，光達原文為LiDAR( Light Detection And Ranging)，或稱雷射掃描儀（Laser Scanner），若將光達儀器裝載於飛行器上即為空載光達 (Airborne LiDAR)，測量示意如圖1-3。空載光達為使用雷射光束進行掃描式測距之系統，結 合雷射系統、GPS、與慣性導航系統(INS)，將三部份技術整合，經解算後，同時獲得地面點 位之(x,y,z)三維資訊，即為「點雲」資料，使地形高程測量作業快速而準確（史天元等，

2005），進一步將點雲資料處理後可以得到精細的數值表面模型 (Digital Surface Model, DSM)。

圖1-3 空載光達測量示意圖（修改自黃鐘等，2004）

國內外航遙測相關技術的發展運用年代如圖1-4，與國外相比我國許多技術引進時期較 慢，如航空照片可以回溯的時間大約從1950年代開始；衛星影像方面，雖然國外商用衛星 影像也可以購買到台灣地區高精度的影像，但價錢較自有福衛二號影像昂貴（太空及遙測研 究中心，2008/6/7瀏覽），空載光達與福衛二號發射時間相近，由此可以發現2000年代之 後，圖資影像的種類日益豐富、精確。

圖1-4 國內外航遙測技術發展比較圖

（三）國內濱線繪製運用之圖資

國內運用濱線繪製了解海岸侵淤現象的研究並不少見，近百年尺度的濱線變遷研究包 括：石再添(1980)利用1904、1926、1954以及1974四個年度所出版的日製地形圖、老五 萬地形圖、像片基本圖，探討西南部海岸線的演變及海埔地的開發；陳翰霖(1999)利用古文 獻及1904、1926、1956、1965、1990各年出版的日製地圖、一比五萬、一比兩萬五及像 片基本圖等進行套疊，並配合田野調查等方法試圖探討十九世紀台灣西南海岸平原的海岸線 變遷；郭金棟(1990)則利用1904、1919、1958及1987年各時期出版的地圖，探討台灣全 島海岸變遷速率；Shen, (2000)則利用1929、1948、1979、1986及1990年出版的地形圖

、像片基本圖、海岸像片地形圖及航空照片探討花東海岸變遷情形。

近幾十年的濱線變遷研究則如：許民陽(1999)利用1951、1964及1990年拍攝的航空 照片，探討花東海岸的侵蝕後退現象；李忠潘(2005)利用三期像片基本圖、航照正射影像以 及LiDAR正射影像探討花蓮溪口海岸線變遷；洪佩鈺等(2006)使用像片基本圖、海岸地形圖

、彩色正射圖探討台東海岸濱線之擷取等；喻新等(2005)蒐集宜蘭蜜月灣航空照片，建立高 低潮位等高線，探討該海岸之變遷。由上述文獻可以發現，近百年尺度的濱線變遷研究，皆 會運用到日治時期的測量地圖，或早期老五萬地形圖等；近幾十年的濱線變遷研究，則以航 空照片及像片基本圖等影像或影像地圖為主，鮮少使用一比五萬或一比兩萬五等經建版地形 圖。

隨遙測技術引進，國內利用多波段影像、衛星影像等進行濱線擷取的研究也不少見，

如經濟部中央地質調查所(2005)利用福衛二號高度的再訪性，探討新竹至苗栗海岸潮間帶濱 線變化；王鑫等(1990)利用1972至1986年間拍攝的SPOT衛星影像，探討彰濱海岸侵蝕與堆 積情形；陳良健、徐啟崇(1999)針對多波段影像進行灘線的自動擷取；林唐煌等人(2003)使 用SPOT衛星之HRV感測器所拍攝之影像，探討推求水線位置之研究；呂黎光(2004)則以 SPOT影像自動化判釋出水線，以求澎湖群島海岸線以及面積。

上述使用多光譜、衛星影像等相關研究，除經濟部中央地質調查所(2005)一文之外，其 餘研究大多利用光譜的特性，使用影像自動化分類的方式生產濱線，而目前尚未有人將自動 擷取的濱線與其餘歷史圖資結合，由此見得自動化分類雖然有其方便性，但較難與其餘歷史 圖資連結。

目前國內應用空載光達於海岸區域的研究，包括徐偉城等(2005)應用空載光達於外傘 頂洲數值高程模型建立；李忠潘(2005)利用空載光達進行花蓮溪口地形變遷研究等，尚未有 人運用空載光達資料，進行濱線繪製研究。

除了單純圖資應用之外，國內也有文獻針對圖資於海岸區域應用範疇加以檢討：沈淑 敏(1997)曾探討我國各式圖資在花東海岸的應用情形，如台灣堡圖的部份發現，已開發的海 岸區域記錄較為詳實，但其餘區域常有失真的情形發生，進行應用之時要相當謹慎。

二、國內外濱線指標回顧

目前一般對於濱線一詞的解釋多接受Webster字典說明：水體以及海濱線交界線(the line where a body of water and shore meet)(Graham, et al., 2003)。由於海岸環境的高度動 態性，濱線位置受其影響而有高度的變動性，因此濱線繪製的相關研究發展出許多濱線指標 (shoreline indicator)，即為濱線判釋或擷取的操作性定義。濱線指標根據特性可以細分為特 徵 濱 線 指 標 (proxy-based shoreline indicator) 以 及 高 程 濱 線 指 標 (datum-based shoreline indicator)(Boak, and Turner, 2005)；特徵濱線指標乃根據地表特徵、形態作為判釋依據，如 沙灘上乾沙與溼沙的交界線，高程資料則以特定高程進行濱線的擷取，如平均高潮水位線。

Boak, and Turner, (2005) 回顧歷年來文獻常用的濱線指標，包括海崖頂部、沙丘植物 線、濱堤線、高水位線、平均水位線、乾溼線等，種類相當多元（圖1-5），Pajak, and Leatherman, (2002)並指出作為長期濱線繪製的濱線指標應具備好的連續性(practical)、辨識 度(repeatable)以及穩定性(reliable)

¹

1

本文所指的practical、repeatable及reliable三字之翻譯，參照洪佩鈺等(2006)。

圖1-5 國外濱線繪製研究中常見的濱線指標(引用自Boak, and Turner, 2005) 特徵濱線

A. 崖頂 B. 崖基/底部

C. 人工保護工程向海測

特徵濱線 高程濱線

D. 向海側穩定沙丘植物線的 J. 平均高水位線 E. 向海側沙丘植物線 O. 平均低水位線 F. 侵蝕小崖

G. 風暴/垃圾線 H. 老高潮高水位線 I. 前次高潮高水位線 K. 乾溼線 或 最大溯升處 L. 地下水出口

M. 瞬時水位線

N. 最常浪裂帶

P. 海灘趾部

國際上如英國、美國官方機構，皆有針對海岸區域製作地圖，如英國軍方測量製圖局 (Ordnance Survey)，調查高水位線位置並且標示於地圖之上(Boak, and Turner, 2005)；美國 則以高水位線(high water line, HWL)作為官方制定的濱線指標。美國官方認為高水位線代表 平均潮位狀態下，不會被海水所淹沒之處；此外高水位線也是相當重要的土地權所有權分 界，所以不論現場測量、航空照片等都是以高水位線為目標進行現場繪圖及拍攝，至光達技 術成熟之後，美國也開始使用光達技術進行濱線擷取(Graham, et al., 2003)，由光達所擷取 的濱線為平均高水位線，屬於高程濱線的類型。

有關於利用光達擷取濱線的方法，目前有兩種方式分別是縱深剖線擷取方式(cross- shore profile method)（以下簡稱剖線法） (Hapke et al., 2006 ; Morton, et al; Morton, et al., 2005; Stockdon, et al., 2002)以及利用數值地形模型擷取等高線(contouring method) （以下 簡稱等高線法）的方式(Harris, et al., 2005; Liu, et al., 2007; Robertson et al., 2004)。剖線 法為Stockdon, et al., (2002) 在文中提出，利用垂直海岸的剖線擷取光達X、Y、Z資料，再 進一步從點資料回歸該高程點的位置；等高線法則直接利用數值地形模型，以特定高程（如 平均高潮水位）擷取等高線，Liu, et al., (2007)更利用Monte Carlo模擬，分析等高線法的精 確度。

國內文獻所使用的濱線指標種類相較較少，部份文獻直接利用地圖上的水涯線，如石 再添(1980)、陳翰霖(1999)直接以日製地圖及地形圖等水涯線進行濱線變遷的比較。直接利 用航照、影像等判釋特徵濱線指標的文獻，對於濱線指標的說明比較籠統，甚至沒有說明判 釋的依據為何，如喻新等(2005)、經濟部中央地調所(2005)等文，皆沒有在文中詳加說明其 海岸線、濱線判釋的依據。針對濱線指標有比較詳細討論的文獻，見於洪佩鈺(2005)利用大 比例尺地圖評估濱線資料，以連續性、穩定性以及辨識度進行討論，認為以台東地區而言，

乾濕線為最合宜之濱線指標。

自動判釋的應用方面，王鑫等(1990)、林唐煌等(2003)等等文獻皆利用影像多光譜之 特性，自動化判釋濱線，但自動分類大多針對水與陸地的光譜差異進行分類，成果比較接近 於水線的定義，除此之外目前並未有人將自動判釋的成果結合肉眼判釋成果進行濱線繪製。

上述文獻的底圖、濱線指標等資料整理如表1-2。

目前相關研究中多使用特徵濱線指標進行研究，尚未有人使用高程濱線指標進行濱線 繪製，此外國內官方也沒有制定濱線指標的標準，對於濱線繪製工作而言缺乏法定依據。

表1-2 台灣濱線繪製文獻列表

來源 使用圖資 濱線指標：

文中名稱

濱線指標 一般名稱 石再添(1980)

日製地形圖、老五萬、經建版地形圖、像片基

本圖 海岸線 水涯線

陳翰霖(1999)

日製形圖、老五萬、經建版地形圖、像片基本

圖 海岸線 水涯線

郭金棟(1990)

日製地形圖、老五萬、經建版地形圖等 海岸線 水涯線

Shen, (2000)

地形圖、航空照片、像片基本圖、海岸地形圖

濱線、海崖線、

低位海階、海灘 寬度

水 涯 線 、 海 崖 頂 部 線 、 海 灘 內/外緣線

許民陽(1999)

航空照片，以像片基本圖、一比二萬五經建版 地形圖輔助檢核

海灘外緣、高階 崖線、低位海階

海 灘 外 緣 、 海 崖頂/底部線

李忠潘(2005)

像片基本圖、航照正射影像 海岸線 水涯線、水線

(2005)

像片基本圖、海岸地形圖、彩色正射圖 水線、乾溼線、

濱堤線、植物線

水 線 、 乾 溼 線

、 濱 堤 線 、 植 物線

喻新等(2005)

航空照片 海岸線 未說明

經濟部中央地質

調查所(2005) 福衛二號影像 濱線 水線

王鑫等(1990)

Landset MSS影像、SPOT影像 潮汐灘地 水線 陳良健、徐啟崇

(1999) 多波段SPOT影像 灘線 水線

林唐煌等

(2003)

衛星影像(SPOT HRV) 水線 水線

衛星（SPOT） 岸線 水線

三、國外濱線繪製規範

國外濱線繪製工作中，筆者回顧的文獻中，以美國濱線繪製工作最為齊備，所以此處 主要以該國之規範進行說明。美國的濱線繪製工作自1830年代起開始，由國家海洋及大氣 管 理 局 (National Oceanic & Atmospheric Administration, NOAA) 之 下 的 國 家 海 洋 部 門 (National Ocean Service, NOS)負責。早期測繪方式以現場繪圖為主，自1920年代逐漸以航 空照片取代，近期更以空載光達、DGPS等技術進行濱線資料蒐集(Graham, et al., 2003)，並

美國是以濱線繪製為目的規劃飛航計畫，因此設計上皆配合海岸環境的特性，諸如飛 航規劃需要配合潮汐高度，潮汐資訊由19年潮汐資料進行統計後獲得平均數，再配合潮汐 預測製作潮汐窗(tide window)（圖1-6），於合適的時間²內施行測量，依據規範航空照片應 選擇平均高水位(Mean High Water)時期拍攝，光達則選擇平均更低低潮位(Mean Lower Low Water)時期拍攝。此外規範中也提及在季節的選擇上，除了要考慮植被對海岸地形特徵的遮 蔽外，也必須考慮海灘的天然動態性來決定在何月進行施測。

圖1-6 潮汐窗示意圖（圖修改自Leigh, and Hale, et al., 2005）

美國官方使用平均高水位線(mean high water)作為官方規範的濱線指標，而平均高水位 線也是美國許多州作為私人以及國有土地所有權的分界線(Graham, 2003)，因此界定平均高 水位線的工作便相當重要。早期至海岸現場實地測量高水位線並繪製於航海圖(T-sheets)上 (Shalowitz, 1964)。近期於平均高潮位時進行航空照片的拍攝，並繪製高水位線，且對於照 片上的海岸特徵應當如何判釋都有規範，如高水位線應數化航照上的水線，而遇到人工建物 如橋樑、突堤、紅樹林等等，配合規範及地理資訊系統屬性表的建立，建立完整的濱線資料 庫，再者為了海岸區域的經營，航海圖上還包括水深、地形特徵、航行障礙物、地標等等資 訊(Leigh, and Hale, 2005)。1990年代末，更配合新的技術如光達、衛星影像、多光譜影響 等取代費時費工的航照判釋工作，美國地質調查所於2004至2006年間陸續利用歷年高水位

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配合潮汐高度以及潮汐範圍可以計算潮位的容許值(tolerance)，於容許值範圍時間之內皆為施測時間，容許

值計算方式依據潮汐漲退次數-全日潮、半日潮以及混合潮進行計算，全日潮為±0.3英呎，半日潮為潮位平均

範圍之10%，混合潮則為1/2平均潮汐範圍加上平均潮位之10%(Leigh, & Hale, et al ., 2005)。

線、平均高水位濱線資料，進行國家濱線變遷與土地流失問題的研究(Morton, et al., 2004;

Morton, & Miller, 2005; Hapke, et al., 2006)。

綜合上述文獻可以發現，雖然19世紀之後官方開始出版科學測繪的地圖，但由於地圖 年代久遠，筆者又未能查閱到製作當時的測量或繪圖規範，難以討論這些圖資的繪圖依據，

因此本文沒有將之納入討論。1970年之後，農林航空測量所根據航空照片陸續製作的像片 基本圖單色版、海岸像片地形圖等，可以由研究者自行判釋特徵濱線指標；相關衍生的圖資 如像片基本圖套色版及經建版地形圖，圖上已經編繪了水涯線，吾人可以根據其與單色版像 片基本圖地面特徵的關係，檢視水涯線繪製的依據，以進一步瞭解該圖水涯線應用的限制。

至於多光譜衛星影像常被用來進行濱線的自動判釋，但目前未與其他圖資影像的判釋 結果結合分析，若以肉眼進行特徵濱線判釋，其方法又與航空照片或正射影像等其情況類 似，因此本文也沒有將衛星影像納入探討對象。空載光達可以快速獲得精細的地表起伏資 料，並可以作為高程濱線的擷取來源，為國際上進行濱線繪製研究的新趨勢，1980年代製 作的海岸像片地形圖具有密集的等高線資料，可以嘗試與光達資料結合進行分析。國內目前 缺乏高程濱線的相關應用與研究，因此本文除了嘗試利用擷取高程濱線之外，也將探討國內 圖資所判釋的特徵濱線指標，是否能與高程濱線指標連結，進行濱線繪製的研究。

國內圖資並非針對海岸區域製作，因此若要將之作為濱線繪製底圖，還需要針對各式 地圖製作過程進行檢視，同時也必須透過各種圖資判釋/擷取的成果，瞭解各種圖資及濱線 指標能應用的範圍與限制。

第三節：研究架構與方法 一、研究架構

本文研究架構參見圖1-7。濱線繪製濱線繪製工作流程可以大略分為三個步驟，其一圍 最基本的航空照片底圖製作，製作當時海岸環境的變動性會影響到後面的成像。此外製圖過 程如航空照片的空中三角測量、影像正射等製圖誤差，再加上其他衍生圖資，都有可能在人 為製圖與縮編的過程中，涵括進更多的誤差。底圖生產之後，便為濱線指標的判釋/擷取步 驟，濱線指標可以分為特徵濱線指標以及高程濱線指標，一般而言好的濱線指標應當具備較 高的連續性、判釋度以及穩定性(Pajak, Leatherman, 2002)；此外本文也透過濱線指標的判 釋/擷取的成果，探討國內圖資判釋/擷取的特徵/高程濱線指標，是否可以連結進行濱線繪 製。

濱線繪製最後流程為分析階段，相關的工作如計算分析剖線的基準線(baseline)、濱線 變遷速率的計算方式等(Douglas, and Crowell, 2000)，本文主要探討濱線繪製的底圖以及濱 線指標的部份，因此在此部份並未加以探討。

圖1-7 研究架構圖

二、研究流程

本文研流程請參見圖1-8。本文首先回顧關於濱線繪製的圖資及濱線指標的相關文獻，

決定要處理圖資影像；接下來進行圖資影像的處理：數化像片基本圖套色版、經建版地形圖 (1:25000)水涯線，以了解編繪者的繪圖依據；於電腦回復航空照片立體狀態，輔助像片基 本圖單色版進行各種濱線指標的判釋工作。高程濱線指標則使用光達資料的剖線法以及等高 線法兩種方式進行高程濱線擷取，並數化海岸像片地形圖等高線，與光達擷取成果進行疊 圖。

水涯線及濱線判釋/擷取結束後，先針對濱線指標的判釋/擷取結果進行討論，此外也檢 視圖資測量及圖資編纂的過程。最後根據討論結果，針對未來濱線繪製工作進行建議，包括 各種圖資的處理、濱線指標選取、及未來濱線繪製底圖的測量建議。

圖1-8 研究流程圖

三、研究資料和方法

本文選取的相關圖資，包括航空照片、彩色航空照片、第一至三版相片基本圖單色 版、第一、三版像片基本圖套色版、第一至四版經建版地形圖(1:25000)、海岸像片地形 圖、彩色正射影像、以及空載光達所生產的點雲資料及數值地形模型（表1-3），詳細研究

表1-3 研究所使用圖資之比例尺/解析度、年代及來源

圖資 比例尺/解析度 年代 來源

黑白航空照片 1:17000(14μ) 1978 、 1979 、 1985 、

1986、1994 農林航空測量所 像片基本圖單色版 1:5000 1978 、 1979 、 1985 、

1986、1994 農林航空測量所 像片基本圖套色版 1:5000 1978、1979、1994 農林航空測量所 海岸像片地形圖 1:1000 1985、1987 農林航空測量所 經建版地形圖 1:25000 1986、1993、1999、2003 內政部聯勤測量署 彩色航空照片 1:20000

(14μ、21μ) 2002、2003 農林航空測量所 彩色正射影像 地面解析度0.5m 2001、2003 農林航空測量所 光達點雲資料 3.63點/1m² 2005 中央研究院地球科學

研究所 2mDTM

（光達測量） 2m 2005 中央研究院地球科學

研究所

（一）水涯線疊圖

像片基本圖套色版、一比兩萬五經建版地形圖其上皆已繪有水涯線，為了解該線繪製 的依據為何，因此進行水涯線疊圖步驟如下：

1. 地圖蒐集及掃描：像片基本圖套色版僅蒐集到第一、三版，經建版地形圖(1:25000)則為 一 至 四 版 。 蒐 集 完 整 之 後 利 用 EPSON GP-15000 掃 描 機 進 行 掃 描 ， 掃 描 解 析 度 為 200dpi。

2. 回 復 大 地 座 標 ： 掃 描 後 的 影 像 為 影 像 座 標 ， 因 此 利 用 PCI Geomatica 公 司 發 行 之 Geomatica V8.2軟體利用圖上之網格交叉點，將影像座標回復為TWD67或97大地座標 (Geocoding)，定位結果的RMS值以不超過1公尺為原則。

3. 水涯線數化：影像回復大地座標後，於ESRI

^Ⓡ

（二）特徵濱線指標判釋

特徵濱線乃根據地面特徵座標，傳統上利用肉眼進行判釋、數化工作，本文並配合航 空像片對，於電腦中回復立體狀態，輔助特徵濱線指標的判釋工作，相關步驟如下：

1. 航空照片處理

1) 航空照片蒐集：至農林航空測量所製作的「航照查詢系統」中，依據拍攝年代及拍 攝任務，搜尋像片基本圖的製作底圖-航空照片，根據航空照片任務編號及照片編 號，購買航空照片立體像對（圖1-9）（至少兩張，應重疊60％以上）底片掃描 檔，任務編號及照片編號詳見表1-4。

圖1-9 航空照片立體影像對（白沙灣航照局部放大）

表1-4 航空照片資料列表

區域 拍攝時間 任務編號 照片編號 1978年1月11日 67P02 209、212 1978年12月7日 67P85 108、110 1985年11月18日 74P172 3053、3056 1986年6月23日 75P29a 6694、6697 1994年7月6日 83P52 187、190 1994年8月13日 83P61 9667、9670 八里

2003年2月26日 92R007 021、022 1979年5月6日 68P20 221、223 1986年3月8日 74P184 5317、5320 1994年6月24日 83P050 189、191 白沙灣

2) 影 像 於 電 腦 回 復 立 體 環 境 ： 利 用 徠 卡 (Leica) 公 司 發 行 之 LPS(Leica Photogrammetry Suite)軟體，仿照空中三角測量的步驟，但控制點來自同期像片 基本圖。空中三角測量目的為建立航空照片與地面座標之關係，選定的控制點以 明顯地物為主要目標，諸如道路交叉處、水稻田埂等等，但因為像片基本圖影像 有時候會因為對比過高，甚至標繪的字體會覆蓋到地物，因此在地面控制點的選 取需要謹慎選擇可清楚辨識的點位。控制點點選完畢後，執行自動生產影像共軛 點(tie point)，影像共軛點可以幫助影像進行光束平差，但自動生產的tie point仍 需要逐點檢查，避免為陰影與地面交界。執行平差計算後，再依據平差成果檢查 控制點或是共軛點位置，若控制點不足或品質不佳，也可以升級共軛點為控制 點，計算完畢後接受計算成果，配合外掛於ArcGIS^TM 9.1下的立體分析軟體(Stereo Analysis)以及硬體(Z-Screen 2000)下進行放大/縮小等立體觀察。

2. 單色版像片地形圖處理

單色版像片基本圖也需要進行地圖的蒐集與掃描，並且回復大地座標，並藉由立體影 像的輔助進行特徵濱線判釋：

1) 地圖蒐集及掃描：像片基本圖單色版蒐集到第一至三版。蒐集完整之後利用 EPSON GP-15000掃描機進行掃描，掃描解析度為200dpi。

2) 回復大地座標：掃描後的影像為影像座標，因此利用PCI Geomatica 公司發行之 Geomatica V8.2 軟 體 ， 使 用 圖 上 之 網 格 交叉 點 為 參考 ， 將 影 像 座 標 回 復 為 TWD67或97大地座標(Geocoding)，定位結果的RMS值以不超過1公尺為原則。

3) 特徵濱線判釋：利用立體判釋的結果輔助各種特徵濱線指標的判釋（圖1-10），

各種特徵濱線指標依據Boak. and Turner, (2005)文中所回顧的濱線指標定義：

A. 水線：水與陸地的交界線線，為海水在沙灘上溯升的最高處，常有浪花衝濺的 痕跡，若為平靜的水域，則呈現較深層的顏色。

B. 乾溼線：乾沙灘與溼沙灘的交界線，因沙灘遇水而呈現較深的顏色，未遇到水 的部份則呈現較淺的顏色，乾溼線則為兩者的交界線。

C. 濱堤頂線：經由持續的海浪作用，將沙灘沈積物堆積成濱堤地形，並非所有沙 灘區域皆會出現，濱堤頂(berm crest)即為濱堤向海側的界線(Komar, 1967)，

與灘面呈現較陡峭的地勢。

D. 植物線：永久性植物如灌叢、喬木向海岸生長的極限，草本尤其藤蔓類的植 物，仍是海浪作用的範圍，因此不列入植物線判定的範圍。

E. 小崖線：海濱區域因為海洋或陸地作用所導致的陡峭小崖。

F. 灘內緣線：沙質海灘區域與內陸的交界線，為海浪作用至陸地的底界，地勢上 有明顯的起伏，於植物線、小崖線或人工結構物等特徵濱線指標重疊。

4) 根據判釋、數化成果，分析特徵濱線指標的連續性、判釋度以及穩定性。

圖1-10 特徵濱線指標數化範例，上圖為底圖，下圖為數化成果

（三）高程濱線指標擷取

1980年代出版的海岸像片地形圖比例尺較大，等高線間距較密，可以嘗試與光達擷取 的高程濱線結合分析，因此除了擷取光達資料的等高線之外，也數化海岸像片地形圖等高 線。

1. 海岸像片地形圖(1:1000)

1) 地圖蒐集及掃描：本文於白沙灣蒐集齊全區的海岸像片地形圖，八里海岸則僅蒐集 到東半部-大崁腳圖幅區域。蒐集完之後利用EPSON GP-15000掃描機進行掃描，

掃描解析度為200dpi。

2) 回復大地座標：掃描後的影像為影像座標，因此利用PCI Geomatica 公司發行之 Geomatica V8.2 軟 體 ， 使 用 圖上 之 網 格 交 叉點 為 參 考 點， 將 影 像座 標 回 復為 TWD67或97大地座標(Geocoding)，定位結果的RMS值以不超過1公尺為原則。

3) 地圖等高線數化：於ArcGIS^TM 9.2 軟體中，進行等高線數化。

4) 等高線內差為數值地形模型：利用等高線資料，於 ArcView 軟體中製作5公尺數 值地形模型。

2. 空載光達

本文空載光達資料由中研院地球科學研究所（經濟部中央地質調查所，2005）提供，

LiDAR剖線擷取方式，依照文獻回顧有兩種，本文利用兩種方式進行光達資料的高程濱線擷 取並且加以比較：

1) 縱深剖線擷取：本文參考Stockdon, et al., (2002)於文中介紹的擷取方式

A. 生 產 剖 線 ： 利 用 物 外 掛 於 ArcGIS^TM 9.2 的 DSAS(digital shoreline analysis system)(Thieler, et al., 2005)模組，沿海岸線每隔10公尺製作一條垂直海岸線的 剖線，白沙灣為100公尺長，八里為400公尺長，再將剖線環域為2公尺寬的面狀 資料，並將其轉檔為MicroStation可以讀取的.DWG檔。

B. 輸出點雲資料：利用外掛於MicroStation內的Terra SCAN（由芬蘭Terrasolid公司 研發）軟體，輸出剖線範圍內的點雲資料為文字檔（.TXT檔）。

C. 整理高程點資料：將各點資料於Excel軟體中進行整理，本文整理1公尺等高線資 料，因此取高程在1.5至0.5公尺內的資料，進行回歸線計算，並依此回歸線擷取 1公尺濱線所在位置（圖1-11）。

圖1-11 縱深剖線資料處理示意圖（上圖為整條剖線擷取的成果，下圖為放大至1±0.5公尺 的區域）

2) 等高線擷取：等高線擷取的來源為經濟部中央地質調查所(2005)計畫資料，（與 點雲資料同樣由中央研究院地球科學研究所提供）所製作的2公尺數值地形模型進 行等高線擷取。

A. 等高線生產：於ArcGIS^TM 9.2軟體中，利用空間分析(Spatial Analyst)工具列 中的等高線擷取功能，每隔1公尺擷取等高線資料。

B. 等高線整理：本文參考Harris, et al., (2005)研究所建議的方式，利用外掛於 ArcGIS^TM 9.2軟體內的ET Geo Wizards (ETSpatialTechniques, 2008/6/11瀏 覽)，概括化(Generalize)範圍選擇3公尺，再進行平滑化(Smooth)，平滑度 (Smoothness)為5，自由度為(Freedom)為5，以取得較為完整平滑的高程濱線

（圖1-12）。

圖1-12 概括化及平滑化示意圖

（四）圖資檢視與檢討

根據研究成果，水涯線參閱圖資編纂製作過程進行探討，濱線指標的部份則針對圖資 拍攝、施測過程進行探討：

1. 出版製圖過程檢討︰除蒐集各版地圖的製作標準流程外，更配合訪談工作，訪談對象包 括農林航空測量所前立體製圖課課長陳佳元先生，以及國防部聯勤四○一廠製圖單位前 組長吳炳憲先生，透過訪談瞭解像片基本圖以及經建版地形圖水涯線的編繪過程。

2. 圖資拍攝、施測過程檢討：為了解各圖資的應用範圍與限制，本研究也透過農林航空測 量所建置之「航照查詢系統」，收集拍攝當時的日期、時間等等，並根據該資料查詢拍 攝當時的季節/潮汐資訊，以了解濱線的天然變動性。

第四節：研究區概況

本文配合空載光達計畫案（中央地質調查所，2005）計畫範圍，選擇北部海岸區域八 里海岸以及白沙灣作為研究樣區（圖1-13），研究區概況如下所述：

圖 1-13 研究區域概圖

一、白沙灣

白沙灣位於台北縣石門鄉，在麟山鼻以及富貴角兩岬角之間，本文作為研究樣區的範 圍東至下員坑溪，西至麟山鼻岬角，範圍內包括白沙灣海水浴場（圖1-14），本區沙灘下的 底岩為更新世火山岩類，包括安山岩及火山角礫岩（經濟部中央地質調查所，1981）。

區內除下員坑溪下游沿岸建有護岸工程外，其餘區域未有人工結構物興建，湯凱齡

（2004）利用歷年航照分析白沙灣區域的變動量，發現海灘面積變動量很小，未見持續侵 蝕或堆積的現象，歷年海灘後方的植物因人工種植植物，使得裸露的沙地逐年被植物取代。

二、八里海岸

八里海岸在台北縣八里鄉，位於淡水河出海口左岸，全區由全新世未固結礫、沙、泥 等沈積物組成（經濟部中央地質調查所），樣區範圍東自挖子尾沙嘴，西自頂罟溪口，附近 有挖子尾自然保留區，以及八里污水處理廠，自1980年代起陸續修築了八里污水處理廠以 及台北港工程。

淡水河為北部最大河川，一般認為河川中上游的人為開發及水壩等工程興築會影響河 川沈積物的改變，而導致河口的侵蝕與淤積現象，1989年禁止河川開採砂石之前，以及基 隆河疏浚工程，皆對淡水河輸沙造成很大的影響（經濟部水利署第十河川局）；許硯孫等 (1993)利用人工岬灣理論，推算八里及河口區域的變化，認為淡水第二漁港的興建使河口以 南八里海岸區域受到嚴重侵蝕，而侵蝕速度隨淡水河沙源供應程度而有所增減；邱永芳等 (2000)認為台北港興建之後，河口區域由於淤積而陸續成為水下沙洲，河床本身似乎有季節 性的變化。

圖 1-15 八里海岸區域圖

綜合研究區域的相關資料可以發現，兩個研究區有相當大的不同，尤其在人為活動的 差異，白沙灣較為天然，幾乎沒有人工結構物的干擾，相關研究也認歷年為變化不大；八里 海岸相較下有比較多的相關研究，並且指出八里海岸受到上游人類活動以及港口興建等影 響，歷年侵淤變化相當大（許硯孫等，1993；邱永芳等，2000）。