利用衛星雷達影像分析臺灣西部水線變遷

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Volume 12, No.2, June 2007, pp. 107-119

利用衛星雷達影像分析臺灣西部水線變遷

王秀雯

¹

王志添

²

陳錕山

³

林延郎

⁴

摘要

本研究利用 ERS-1 與 ERS-2 衛星雷達進行台灣西部海岸水線萃取與變遷分析；由桃園觀音至屏東東港沿海地區長約 400 公里，觀測時間為 1996 年與 2005 年間隔 10 年共計 23 觀測航次。輔以光學衛星影像、

水利署水深資料與中央氣象局潮位站潮位觀測資料，透過雷達影像進行萃取，獲取水陸交界之水線資料，

經套疊水深地形資料並配合潮位資料與光學影像有效偵測出大範圍海岸長期變遷情形。本研究特別針對芳苑地區、海豐島洲、外傘頂洲進行深入分析，結果顯示在同一潮位下(約 0.8 公尺)外傘頂洲面積由 2005 年縮小為 1996 年的 1/3，東南端向東南漂移約 700 公尺，此外也發現 2005 年北港溪出海口沙洲與外傘頂洲逐漸往內陸靠近的趨勢；在同一潮位下約 0.5 公尺)海豐島洲地區 1996 年至 2005 年之間面積變化情形不大，

但沙洲南移約 1.5 公里，其沙洲亦有向內陸靠近的趨勢。總結本研究成果可以發現，利用長期密集雷達影像觀測與水線萃取，配合潮位資料，可以有效獲取潮間帶水深的地形概況與瞭解水線位移或沙洲面積變化情形。

關鍵字：雷達影像、海岸線變遷偵測、水線萃取

1. 前言

台灣地區四面環海，海域遼闊其海岸線長且富變化，而全島海岸線綿長約 1,520 公里，由於過去海岸線變遷監測只針對單一地區進行分析，如彰化王功一帶、外傘頂洲。其次，過去研究海岸線變遷中有會從海岸地形學觀點分析，藉由地形的演進分析海岸的變遷階段，（石再添等，1979）從古文獻、

地圖整理分析中發現在台灣嘉南地區的離岸沙洲有內移之趨勢。由於太空科技的發達，在監測台灣海岸線的變遷中需要透過航照影像、衛星影像觀測才能易於得知海岸線的變遷行為（吳啟南等，

1990），再搭配其它海岸線變遷因素，如在人為因素的沿岸構造物，或是自然因素的潮汐、洋流等進行分析，以預測未來海岸線可能的變遷路徑（許泰文等，2000）。

在空間分析上，以衛星影像或航照影像判釋海岸線的變遷研究方法上，利用重疊法、相減法以及主軸轉換分析法進行變遷分析，以相距 11 年之影像配合潮位資料進行分析（吳啟南，1990）。重疊法是透過多時影像重疊在一起，以多段的彩色重疊，目視其色週的改變而推論地表變化。相減法是將多時影像中各波段間相減，觀測海岸變化。主軸轉換分析法則是將數個波段資料內含資訊轉換到少數之軸上，由特徵向量中分析，在靜態不變地區呈高相關，而發生變遷之地區則具低相關性。另外有研究（陳良健，1995）利用相距短時間內多時性光學影像，選取具有最高潮位及最低潮位的影像，

並且為利於分析無雲影像，以確保在短時間內潮間帶無顯著地形變化，使用人工判釋灘線並數化足夠密度之點以描述各灘線，對不同時間之潮位資料進行灘線追蹤，由實際的灘線與追蹤灘線以作為灘線

1國立中央大學太空及遙測研究中心計畫助理

2國立中央大學太空及遙測研究中心副研究工程師

3國立中央大學太空及遙測研究中心教授

4經濟部水利署河川海岸組科長

收到日期:民國 96 年 01 月 11 日修改日期:民國 96 年 04 月 10 日接受日期:民國 96 年 04 月 11 日

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變遷偵測。

海岸線地形變化會因為潮位或氣象相關因素，甚或河川輸送沙粒等因素而改變，海岸線是一個動態性的變遷，綜合上述二者所使用的方法得知，在分析海岸線變遷需透過描繪之灘線配合潮位資料以偵測海岸是否產生變化，但其光學影像會因為日照以及天候等因素而無法短時間收集多張衛星影像。其次，沙洲變化極劇，以光學影像而言，

如有前述情形則可能無法達到良好監測。然而，多時影像利用重疊法或相減法以做為判釋海岸變遷方法，可做為階段性海岸線之變遷（如分析相距多年海岸線發生之可能變遷性）。但礙於海岸線的變遷會因為地形特徵（如沙岸結構），則可能因為時間與空間因素變化而無法做到動態監測。

本研究在衛星影像上以雷達影像進行分析海岸線之變遷趨勢。鑑於雷達影像不受日照以及天候等因素影響，在影像之獲取上可定時接收以達到密集性監測，而不需選取集中於高潮位或低潮位及地形變化小之影像。其次，利用衛星影像能萃取陸海交界線，以觀測潮位的變化，透過潮位的變化可分析潮間帶地形之變化。為此，本研究將西部海岸線由桃園觀音至屏東東港整條海岸線範圍，由於西部海岸線範圍廣大，監測其變遷實為困難，因此，利用 ERS-1/2 C-band (5.6 GHz)衛星雷達影像透過衛星雷達回波強度進行監測與分析（Mason, 1996），以提供海岸區域適時性的觀測與資訊蒐集，研究時間為 1996 年與 2005 年，由累積海域範圍，判釋水陸特徵差異進行水線萃取分析評估工作。

2. 研究方法

2.1 水線定義

由於海岸線的沿海構成物質有所不同，對於海岸線之侵蝕、堆積等情形有所不同，對於海岸線的變遷也會有其影響性。針對海岸線定義而言，就內政部土地測量局定義海岸為永遠高出暴浪作用之上者，即最高潮線為海岸線。由於從衛星影像上只能看到水陸交界線，在此本研究定義海水與陸地的

交界線，稱為水線，海水面會隨著漲潮或退潮改變高度，因此水線位置時常改變。從不同水線之變化中，藉由潮位的高低不同可分析潮間帶之變遷情形。為此，本研究主要以萃取水線以及分析水線變化分析西部沿海地區潮間帶變遷。本研究流程如圖 1 所示。

圖 1、研究流程圖

2.2 水線萃取方法

回顧在萃取雷達衛星之水線研究文章中，由於合成孔徑雷達影像中存在斑駁雜訊影響，因此需要抑制斑駁雜訊並維持空間之解析力如李氏濾波法

（Lee, 1981）、MAP 濾波法（Lopes et al., 1993）等。

由於衛載 SAR 資料密集度高，多時 SAR 影像可利用多時濾波方法處理以確保空間之解析力（Quegan et al, 2000）（王志添、等, 2003）。因此，透過濾波後之影像以減少偵測出假資訊或是不連續邊緣特徵問題，而使得在進行邊緣萃取方法上可得到最適水線。邊緣萃取方法主要萃取本研究所需之水線，以做為分析水線之變遷趨勢。在邊緣萃取方法上如 Wavelet 方法（Niedermeier et al., 2000）、Canny 方法

Yes

No

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（Canny, 1983）。本研究主要採用多尺度之邊緣偵測方法萃取所需之水線，由圖 2 顯示 ERS 影像邊緣偵

測萃取結果。

圖 2、ERS 影像邊緣偵測萃取結果

本研究以多尺度邊緣偵測方法萃取水線，主要原因在於多尺度邊緣偵測方法中，依影像訊號強弱對比之特徵以萃取邊緣線，訊號較弱之資訊能被偵測出來，如小沙洲。其次，以 Canny 邊緣偵測方法而言，因為北、中、南地形特徵之不同需設定不同參數萃取最適水線，而利用本研究所使用之多尺度邊緣偵測方法，在批次處理各月份水線時，不需切割影像進行處理，因此，可使得萃取效率得以提升。在多尺度邊緣偵測方法中，首先是使用選擇不同大小視窗平均濾波器作影像濾除雜訊，不同視窗的濾波過程是引入多尺度分析概念[14]導入，其中小視窗的選取是因為要保留較小細節特徵；接著分別作梯度邊緣偵測法找出邊緣特徵，再把各個不同

解析度下的邊緣特徵輸出結果做相關器運算，最後選取門檻值來判斷邊緣後可得初步水線，其萃取詳細流程圖如圖 3 所示。

濾波後之 SAR影像

平均濾波 3x3視窗

邊緣萃取邊緣萃取邊緣萃取

門檻值最初水

線相關器

圖 3、多尺度水線萃取流程圖 (b) 1996/01/31 外傘頂洲多尺度邊緣偵測 (a) 1996/01/31 外傘頂洲 ERS 雷達影像

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2.3 水線驗證

水線驗證需要以實測資料進行驗證，以確保水線萃取後之正確性，因此，水深地形圖資則可作為驗證之主要工具。由於水利規劃試驗所提供之水深地形圖資範圍為鰲鼓至台南曾文溪口，時間為 2003 年 8 月份測製完成，在此，以外傘頂洲做為水線與實測進行驗證，水深地形資料外傘頂洲 0 米等高線

（藍色線）以基隆平均海水面為基準面，每一個輪廓線為 1 公尺差距。

外傘頂洲附近潮位站為塭港站，此潮位站基準面為當地年平均海水面為基準，水深地形資料是以基隆平均海水面為基準。在基準面不同的情形下，

本研究將塭港站之基準面轉換與水深地形資料為同一基準面上進行比對。本研究則以 2005 年塭港站最高潮位水線以及最低潮位水線與水深地形資料進行套疊，由圖 4 所示 2005 年 11 月 10 日水線接近於-1 公尺等高線，此水線當時潮高為-0.96 公尺；

其次 2005 年 6 月 23 日水線位於 0 公尺等高線內側，

而此水線當時潮高為 0.988 公尺，由此顯示外傘頂洲在潮差 2 公尺情形下 2005 年 11 月 10 日水線與 2005 年 6 月 23 日水線之間距離約 140 公尺（約 7 個像元）。

由於西部沿海地形會因為自然因素與人為因素改變，為此配合 2003 年之水深地形圖資，本研究以 2003 年接近 8 月份之衛星雷達影像所萃取之水線進行驗證。2003 年 7 月 28 日上午 10：30 分潮位值為 0.6 公尺，在與 2003 年水深地形資料交互驗證下得知 2003 年水線與位於外傘頂洲之 0 公尺等高線內側，由此看出在 0.6 公尺潮位值與 0 公尺之距離相差 40 公尺（2 至 3 個像元）。此驗證方法以潮位資料為主可做為在水線相對位置與實測資料頗為一致。至於台灣其它西部沿海地區在不同潮差情形下，會因為沿海地形關係使得水線位置距離會有所差異。

圖 4、2005 年 6 月與 11 月外傘頂洲水線與 2003 年實測（水深地形圖層）比對

圖 5、2003 年 7 月外傘頂洲水線與 2003 年實測（水深地形圖層）驗證

3. 西部沿海地區變遷分析

台灣西部沿海地區大多為沙岸結構地形，由圖 6 顯示中南部地區水線變化極大。為此，本研究以水線變化最大之地區芳苑區說明 1996 年與 2005 年間芳苑潮間帶變化情形，其次，在西部沿海地區沙洲林立，

沙洲對於沿海是為大天然屏障，可禦擋波浪對海岸之直接衝擊，減少災害之發生，因此沙洲的變遷對於沿海之潮間帶變化情形更有直接影響，為此，針對芳苑地區與西部沿海沙洲之變遷做說明。

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圖 6、西部地區 1996 年與 2005 年水線變化情形

3.1 芳苑地區

芳苑沿海地區多以沙洲為主，由大肚溪與濁水溪沖積而成的彰化西南沿海平原，屬泥質海岸不易耕種。圖 7（右圖） 2005 年 7 月 28 日水線（2005/7/28 並無潮位資料）與圖 7（左圖）底圖為 1995 與 1996 年 LANDSAT 鑲嵌光學影像，7 月份水深地形實測

（水利署提供）結果頗為一致，其水線破碎是因為芳苑的潮間帶內沙洲變化頗大，顯露於海平面上之

高程為 0 至 3 公尺不等，在未考量坡度及海岸地形所計算出最大水線差距為 2 公里。可得知彰化區沿海岸線地形皆為如此。可由圖 7 右圖（怡興工程，

2005）所測量出芳苑地區水深等高線來驗證，彰化區沿海岸線地型皆為如此。芳苑地區之沿海岸地型較為複雜且地勢平坦，相對的潮位的變化對於潮間帶水線變化極大。由此探討驗證可知，芳苑站沿岸之水線變化在高低潮期間變化極大，此資料能作為養殖漁業及河海工程界參考使用。

(a) (b)

圖 7、(a) 為芳苑潮位測站位置圖：綠色線為 1996 年 08 月 29 日水線，咖啡色線為 1996 年 04 月 10 日水線 (b) 為芳苑地區 94 年 7 月水深地形分佈色塊圖（水利署提供）

1996 年水線變化情形 2005 年水線變化情形

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圖 8 主要說明 1996 年與 2005 年水線與潮位值內插之相對高度（坡度），其海岸長度約為 10 公里，由於在分析過程中本研究針對水線位置與潮位值二者因子進行內插，以每 2 個像元設置一點，表 1 顯示由此色塊圖計算沿岸地區各月份相對潮位之面積為 1996 年與 2005 年各相等潮位面積中，在等潮位中 2005 年之面積有明顯增加之情形，其中，1996 年與 2005 年沿海潮間帶之潮位值只有 1.5~2.0 公尺之資訊，並無低潮位值之資訊存在（水線位置在 1.5~2.0m 潮位幾乎接近於高潮位線之情形）產生在低潮位值有誤差。因此，

可以發現在相同潮位（高潮位海域）之下 1996 年與

2005 年之潮間帶面積中有所變化，由此可說明 2005 沿岸之沙岸顯露於海平面之面積有增加之趨勢產生，其中顯示當潮位為 1.0~1.5 公尺與 1.5~2 公尺時 1996 年至 2005 年增加顯露於海平面之面積為 30 公頃。

其次，針對 1996 年與 2005 年內插計算所得知水深地形圖相減後，可發現其結果為 2005 年之高潮位海域地形高程有增加之趨勢，其增加範圍如圖 9 所示，與水利署測製資料一致，2005 年於芳苑地區沙洲潮間帶逐潮往內陸高升現象。

(a) (b)

圖 8、(a) 為 1996 年芳苑地區水線與潮位值內插結果；(b) 為 2005 年芳苑地區水線與潮位值內插結果

表 1、1996 與 2005 年芳苑各月份相對潮位之面積

潮位分類 1996 年面積(公頃) 2005 年面積(公頃)

1.0~1.5 公尺潮位 3 36

1.5~2 公尺潮位 7 37

圖 9、芳苑地區水深地形與其它圖資判釋結果

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由於芳苑地區水線位置因潮位高低變化而有所不同，加上本研究所得到之潮位值為高潮位值，並無法說明 1996 年與 2005 年相隔 10 年之海岸地區為堆積地形，因此仍需實測資料或是 1996 年至 2005 年衛星影像監測資料進行驗證，以大趨勢中，從雷達影像上觀測配合高潮位值之結果為此現象。

3.2 外傘頂洲變遷

外傘頂洲為台灣最大的離岸沙洲，為雲嘉海岸的大天然屏障，可禦擋波浪對海岸直接衝擊。外傘頂洲長期受波浪侵蝕及河流堆積的雙重影響，就整體而言外傘頂洲呈向東南陸地漂移之趨勢（張瑞津等，

1998）。圖 10(底圖為 1995 與 1996 年 LANDSAT 鑲嵌光學影像)（上圖）為 1996 年各月份外傘頂洲水線變化情形，配合表 2 顯示外傘頂洲附近潮位站潮位值得知，在不同潮位的影響下外傘頂洲顯露於海平面上的面積有所變化，與 1995 與 1996 年 LANDSAT 鑲嵌光學影像套疊後發現其變遷情形並不明顯。圖 10（下圖）為 2005 年各月份外傘頂洲水線變化情形，與 1995 與 1996 年 LANDSAT 鑲嵌光學影像套疊後發現外傘頂洲南端南移情形最為顯著，其東南端東南移約為 700 公尺，其中也可以看出外傘頂洲上方的小型沙洲有南移情形約為 1.5 公里。

(a) (b)

圖 10、(a) 1996 年外傘頂洲各月份水線變化情形；(b) 2005 年外傘頂洲各月份水線變化情形

表 2、外傘頂洲潮高與面積變化關係

日期潮位(公尺) 面積(公頃) 像元數

1996/1/31 0.63 1720 860000

1996/2/1 0.68 1680 840000

1996/3/6 1.08 1020 510000

1996/3/7 0.94 1220 610000

1996/4/10 0.4 1860 930000

1996/4/11 0.19 2160 1080000

1996/5/15 1.37 82 41000

1996/5/16 1.59 62 31000

1996/6/20 0.98 1200 600000

1996/8/29 1.89 8 4000

1996/10/3 0.14 2340 1170000

1996/11/7 0.74 1600 800000

1996/12/12 0.83 1560 780000

2004/12/30 -0.1 1900 950000

2005/2/3 -0.44 2008 1004000

2005/3/10 0.858 560 280000

2005/4/14 0.062 1400 700000

2005/5/19 0.081 1420 710000

2005/6/23 0.888 520 260000

2005/7/28 -0.74 2060 1030000

2005/9/1 1.211 28 14000

2005/10/6 0.33 1240 620000

2005/11/10 -0.96 2680 1340000

2005/12/15 0.43 660 330000

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表 2 說明外傘頂洲潮高與面積變化的情形，潮位值以基隆平均海水面為基準。其次，面積在此定義為顯露於海水面上的面積。由圖 11 顯示，1996 年與 2005 年外傘頂洲水線之潮位值與面積呈現負相關。仔細觀察圖 11（上圖為 1996 年，下圖為 2005 年），我們可以發現：

(1)當潮位介於 0~0.5 公尺之間時，面積相對為在 1800~2300 公頃之間，表示在潮位介於 0~0.5 公尺內，

外傘頂洲面積顯露於海平面為 1800~2300 公頃；在圖 11（下圖為 2005 年）潮位介於 0~0.5 公尺內，外傘頂洲顯露於海平面的面積大約在 600~1200 公頃左右。

(2)當潮位介於 0.5~1 公尺，面積則為介於 1700 公頃以下，顯示在潮位介於 0.5~1 公尺內，外傘頂洲面積顯露於海平面為 1700 公頃以下；在圖 11（右圖為 2005 年）潮位介於 0.5~1 公尺內，外傘頂洲顯露於海

平面的面積只有 500 公頃左右，可以說明 1996 與 2005 年這兩年中的外傘頂洲面積變化情形極大，

2005 年外傘頂洲面積約變小為 1996 年的三分之一。

其次，依據表 2 中顯示當 1996 年潮高為 0.85 公尺，2005 年潮高為 0.83 公尺，在潮位幾乎相同下發現 1996 年外傘頂洲面積為 1500 公頃，而 2005 年外傘頂洲面積只有 500 公頃，顯示出明顯變小情形，從圖 12 中發現，在潮位相同下外傘頂洲南移情形，南移距離平均為 420 公尺，其中東南端東南移約有 700 公尺遠。其中，值得注意在外傘頂洲上方小型沙洲只有顯示出 1996 年 12 月 12 日水線，而並無顯示 2005 年 3 月 10 日水線，再與圖 9 之下圖比對可得知 2005 年外傘頂洲上方小型沙洲也有明顯潛沒的情形。

圖 11、1996 與 2005 年外傘頂洲潮高與面積變化關係

圖12、1996年與2005年外傘頂洲在同一潮位下（約0.8公尺）水線變化情形

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3.3 海豐島洲變遷

海豐島洲位處西岸雲林海岸外側介於麥寮與箔子寮之間，由於海豐島洲約八十年前，發育於新虎尾溪口，當時稱為佐佐木島，面積約 280 公頃，在 1954 年時該沙洲向外推移約 0.5 至 2 公里，面積擴展至 680 公頃，至 1975 年，面積不到 20 公頃（石再添，1980）。濁水溪和新虎尾溪的輸砂減少後，海豐島洲便逐漸向南且向陸遷移。此一南向的遷移，使得新、舊虎尾溪口間的海岸，失去海豐島洲的屏障，同時也缺乏充足的砂源補注，遂因此逐漸受到侵蝕而後退。至於舊虎尾溪口至箔子寮間的海岸地區，則將因海豐島洲的靠近，而逐漸淤淺成海埔地。由圖 13 顯示 ERS 衛星雷

達影像於 1996 年低潮位時顯露於海平面上的海豐島洲（紅色為 1996 年 4 月 10 日，潮位為-4.1 公尺；

綠色為 1996 年 4 月 11 日，潮位為-6.4 公尺；藍色為 1996 年 10 月 3 日，潮位為-0.9 公尺）。

圖 14 為 1996 年與 2005 年水線變化情形，底圖為 1995 與 1996 年 LANDSAT 鑲嵌光學影像，從觀察結果可以看出從麥寮工業區旁之離島工業區峻工完成後，海豐島洲有很明顯的南移現象。其次，

由箔子寮漁港之離岸沙洲情形來看，1996 年之之沙洲離箔子寮漁港約為 800 公尺，而 2005 年之沙洲離箔子寮漁港約為 400 公尺，因此有逐漸往內陸靠近之情形發生。

圖 13、1996 年低潮位之海豐島洲多時雷達影像

(a) (b)

圖 14、(a) 1996 年海豐島洲水線變化情形；(b) 2005 年海豐島洲水線變化情形

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表 3 主要說明海豐島洲潮高與面積變化的情形，

潮高值以基隆平均海水面為基準，其次，面積在此定義為顯露於海水面上的面積。可得知當潮位愈高時，

顯露於海水面上的面積愈大；反之，當潮位愈低時，

顯露於海水面上面積愈小。由於 1996 年箔子寮在 5 月 15 日、5 月 16 日、6 月 20 日與 8 月 29 日均無潮位資料，但由面積可明顯得知，8 月 29 日潮位為高潮時段，使得面積為隱沒。2005 年 9 月 1 日中顯示海豐島

洲面積隱沒，由於此時間適逢泰利颱風侵台，海豐島洲可能有暴潮或為最高潮的情形使其沙洲並未在衛星影像上顯示。在圖 15（左圖）為 1996 年水線散佈圖中顯示潮位變化情形不大也使得顯露於海水面上之面積變化情形不大，而在圖 15（右圖）

為 2005 年水線散佈圖中顯示潮位變化大，其中潮位為 1 公尺以上時，面積已隱沒；反之，潮位為-0.5 公尺以下時，面積均為 50 公頃以上。

圖 15、海豐島洲潮高與面積變化關係散佈圖

表 3、海豐島洲潮高與面積變化關係

日期潮高(公尺) 面積(公頃) 像元數備註

1996/1/31 0.24 740 370000

1996/2/1 0.46 480 240000

1996/3/6 0.73 380 190000

1996/3/7 0.4 620 310000

1996/4/10 -0.41 1120 560000

1996/4/11 -0.64 1380 690000

1996/5/15 － 60 30000

1996/5/16 － 100 50000

1996/6/20 － 840 420000

1996/8/29 － 0 0

1996/10/3 -0.9 1880 940000

1996/11/7 0.27 620 310000

1996/12/12 0.58 420 210000

2004/12/30 -0.02 640 320000

2005/2/3 -0.53 1180 590000

2005/3/10 1.32 40 20000

2005/4/14 0.15 600 300000

2005/5/19 0.54 420 210000

2005/6/23 1.58 20 10000

2005/7/28 -0.62 1400 700000

2005/9/1 1.77 0 0 泰利颱風

2005/10/6 0.86 421 210000

2005/11/10 -0.84 1640 820000

2005/12/15 1.27 24 12000

(11)

從圖 16 可以看出 1996 年 12 月 12 日水線與 2005 年 5 月 19 日水線套疊後海豐島洲有很明顯的南移現象，其中在 2005 年 5 月 19 日水線中麥寮工業區旁之離島工業區完工後，海豐島洲有南移現象發生。其次，

在潮位相近之下，由表 3 顯示 1996 年 12 月 12 日潮位為 0.58 公尺、2005 年 5 月 19 日潮位為 0.54 公尺下，

1996 年 12 月 12 日水線中海豐島洲面積總為 440 公頃與 2005 年 5 月 19 日水線中海豐島洲總面積為 4200 公頃，面積變化並不大，顯示出 1996 年至 2005 年之間面積並無消長現象而只有明顯南移約為 1 公里，其中 3 號沙洲移動 3 公里之情形發生。

圖 16、海豐島洲等潮位（約 0.5 公尺）水線變化情形

4. 結論與建議

本研究以台灣西部沿海海岸發生變遷地區為研究之範圍，透過雷達影像所得之資訊萃取水陸交界之水線，經套疊水深地形資料並配合潮位資料與光學影像已佐證偵測出海岸之變遷情形。所得結果經分析與討論得結論如下：

(1)因沿海水線會隨時間與潮位之高低（每分鐘平均約為20公分潮差）變化而發生位置之變化，可視為動態性流體，此動態水線會導致潮間帶的沙洲發生顯露或隱沒。藉由雷達影像優越特性，可觀測出沙洲顯露或隱沒的面積大小，由長期觀測結果之分析討論則可得知海岸線之變遷情形。

(2)吳（1990年）主要以光學影像分析，利用多光譜特性以不同日期（1973年1月30日潮位0.4公尺與1984年5月9日潮位0.2公尺，潮差20公分）低潮時間，顯露於海平面上之面積以重疊影像及相減影像觀測離岸沙洲變化和漂移距離。本研究主要以1996年與2005年各月份之雷達影像萃取水線，以等潮位的水線觀測沙洲變遷，也由於密集性的觀測則可較精確推估潮間帶地形的變化情形。

(3)本研究研究結果摘要如下：

○¹彰化芳苑地區沿岸之水線變化在高低潮期間變化極大，此資料能作為養殖漁業及河海工程界參考使用，在相同潮位之下1996年與 2005年潮間帶之面積均有變化，顯示出2005 沿岸沙岸顯露於海平面之面積有增加之趨勢。後續可針對芳苑地區沿岸沙岸顯露於海平面之面積進一步探討。

○² 以2005年各月份外傘頂洲水線之變化與 1995與1996年LANDSAT鑲嵌光學影像套疊後發現外傘頂洲東南端南移情形最為顯著，其東南端東南移約為700公尺。針對潮位高低情形發現：

a.當潮位介於0~0.5公尺，面積則為介於 1800~2300公頃，然而在潮位介於0~0.5公尺內，外傘頂洲顯露於海平面之面積只有 600~1200公頃；

b.當潮位介於0.5~1公尺，面積則為1700公頃以下，顯示在潮位介於0.5~1公尺內，在圖 3-10潮位介於0.5~1公尺內，外傘頂洲顯露於海平面之面積約只500公頃，此可說明在 1996與2005年兩年中外傘頂洲之面積變化極大，其中2005年之面積已變小為1996年之 1/3，在同一潮位0.8公尺下，2005年之面積也縮小為1996年之1/3之情形。

此外，由圖層套疊觀測中發現2005年的水線變化情形可看出外傘頂洲北端有淤積為海埔新生地的可能。

○³在觀測海豐島洲之水線變化情形中發現箔

１

２

３

(12)

子寮漁港附近之離岸沙洲於1996年中漁港離沙洲約為800公尺，而2005年漁港離沙洲約為 400公尺，由此現象顯示沙洲明顯往內陸靠近。其次針對潮位高低情形探討，海豐島洲潮位為1公尺以上時，面積隱沒；反之，潮位為 -0.5公尺以下時，面積均為1000公頃以上。在同一潮位下（約0.5公尺），1996年至2005年之間面積變化情形不大。此外，海豐島洲沙洲有南移約為1.5公里之現象，經由持續衛星遙測影像觀測日期發現此現象與麥寮工業區南端之離島工業區開發時間具有相關性。

(4)利用長期密集雷達影像觀測與水線萃取，並配合潮位資料，可以有效獲取潮間帶水深的地形概況與瞭解水線位移或沙洲面積變化情形。

誌謝

本研究承蒙行政院國科會(設置資源衛星接收站運轉與發展計畫)與經濟部水利署水利規劃試驗所(衛星雷達影像應用於台灣海岸線變遷之研究)支持，研究得以順利完成。

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(13)

Analysis change detection waterline in west Taiwan using satellite SAR imagery

Hsiu-Wen Wang

¹

Chih-Tien Wang

²

Kun-Shan Chen

³

Yan-Lang Lin

⁴

ABSTRACT

This study applied satellite SAR images from ERS-1 and ERS-2 for water line extraction and change detection along the west costal area, covering from Kuan-in, Taoyuan to Tung-Kang, Pintung a total of about 400 km long. The images were acquired in the years of 1996 and 2005 with 10 years time span with 23 image tracks (total 92 image sets of 100 km by 100 km) In particular, the environmental sensitive areas of Fang-Yuan, Hai-Feng-Dao Chou, and Wai-San-Ting Chou, were chosen for detailed analysis. In addition to SAR images, we also incorporated optical satellite images, water depth map from Water Resource Bureau, and tidal records from tidal stations operated by Central Weather Bureau. This is important to ensure all the water line can be calibrated to the same tidal level.

From the results, it is found that Wai-San-Ting Chou moved southward about 700 meters during 10 years period and it was shrunk to just one-third of its size in 1996. It is also found that the surroundings costal waters of Wai-San-Ting Chou and estuary of Pei-Kang River moved inward to west costal. The water channel was becoming more deposited as a result. Finally, Hai-Feng-Dao Chou itself moved southward about 1.5 km although its size remained quite the same during 1996 and 2005, and it also presented a clear tendency of inward moving. From the results we reported here, it is concluded that satellite remote sensing by SAR, aided by ground tidal data, bathematric map, and optical images, provides an effective and efficient tool for costal water changes in terms of large area coverage and long time span.

Key Words: Synthetic Aperture Radar (SAR), coastline change detection, waterline extraction

1 Assistant Project,

Center for Space and Remote Sensing Research, National Central University

2 Deputy Research Engineer, Center for Space and Remote Sensing Research, National Central University

3 Professor, Center for Space and Remote Sensing Research, National Central University

4 Section Chief, River and Coast Division, Water Resources Agency, Ministry of Economic Affairs

Received Date: Jan. 11, 2007 Revised Date: Apr. 10, 2007 Accepted Date: Apr. 11, 2007