應用衛星影像探析土地利用型態與崩塌之關聯性─以臺北地區為個案研究

國立臺灣大學理學院地理環境資源學所 碩士論文

Graduate Institute of Geography College of Science

National Taiwan University Master Thesis

應用衛星影像探析土地利用型態與崩塌之關聯性

─以臺北地區為個案研究

林智勇

Lin, Chih-Yung

指導教授﹕朱子豪 博士 中華民國 99 年 8 月

Aug. 2010

II

─常想走完這階段後，帶給你什麼又獲得了什麼，等到今天回頭一望，才發現每一步都有自己 的足跡，都曾有過自己的點滴，原來不是你想獲得什麼而是你留下了什麼，這才彌足珍貴─

能夠完成這本論文感謝朱老師邏輯上的疏導與相關資源提供，沒有老師的 指導與支持，這本論文萬不能完成，更謝謝老師在生活上給予很多思考哲理，

總令人豁然開通地省思自身。謝謝口委黃倬英老師的討論與建議，讓我的論文 範疇與方法更清晰，也感謝您在課堂中的知識傳授，讓學生時刻感受到您

「research」的熱忱；感謝陳哲銘老師的討論與建議，看見老師字字斧正的字跡 與提點，學生感激在心，甚是可惜過去無緣成為課堂座上學生。

感謝研究所認識了徐董逸祥，常在技術卡關時很痛快地伸出他的腳把我往 前踢，謝謝你！感謝家豪學長，在我帶助教期間協助教材甚多，也常幫我解答 問題，可以讓課程順利進行你功不可沒；最常待的七樓，每當自己苦惱困頓時，

常有想去撞牆跳樓或想賴在地上打滾吼叫的種種莫名衝動，這時候就要謝謝敏 真大姊適時抓我去吃樓下商店或半夜的麥當勞紓壓，讓我得以繼續繁雜的影像 處理與思考研究。謝謝欣倩、小 da 和瑋真，能跟你們再續同學之緣真的很感 謝，碩二常想找個爽飯咖還真的很難找！感謝鈺淳，其實我最愛聽你爆料了，

害我常想念你那精闢見血的措詞；感謝林雅在我慌悶時，總讓我去你研究室晃 晃，雖然常是深夜但我知道總會有人在五樓跟我一貣打拚。

雖然曾多走了一段路，但是我認為這是自己人生中最棒、最美的一段風景。

佳芠感謝你常提點我所謂研究的當下，也分享很多生活與旅程點滴，讓我對於 世界有更多視野。感謝千凌，一樣在撰寫與苦惱最能夠分享跟傾瀉情緒，謝謝 你扮演這重要的腳色。感謝師大 R96 的同學，每次聚會我都會有種很熱鬧窩心 的感動，我一直記得離開時送的那張深具意義的大卡片，我真的好愛你們。

研究所每學期都很充實，兼課帶過的高中學生現在都變小大一了，更不用 說當學期折磨我的 B95 課程，整個就是充實到擠爆。話說跟你們接觸太頻繁，

害我常想回去重溫大學生生活，你們洋溢的活力一直讓我心情很好；謝謝我來 臺北求學期間，常麻煩的小姑全家，讓我感受家庭的溫暖，是我台北第二個家；

感謝常相聚出遊的好咖─姚屁，更贊助小筆電陪我征戰研討會；謝謝圈圈，常 讓我用「請回撥」招數付錢聽我講話，那以後也要唷；人在澳門的燕燕，感謝 你時常關心我。我近兩年的室友翊綸，感謝這一年多來與你開心共處生活。

最後這一段是給我親愛的家人，對我殷殷企盼的阿嬤，每次回家都讓我感 受到你很開心喜歡我回家，有求必應的菜餚讓我在台北時時想念；感謝小叔一 家，常是我回家駐足用餐的地方；我爸，常在外面辛勞洽商撐貣家庭；感謝我 姐姜瑜在台北幾年生活中處處照顧我，我哥智仁辛苦你國外工作，而你大概也 是同學間最好奇的神秘人物了；最後感謝我最辛苦的媽媽，沒有你的付出就沒 有今天讓我寫這謝辭，這條路上也是最常給我支持的力量，終不負大家期望，

我完成它了。此頁會結束，但感謝我的人生能繼續與你們相伴，迎向新的扉頁。

我好愛你們大家。

智勇 2010/8/16 於長興太子宿舍

III

應用衛星影像探析土地利用型態與崩塌之關聯性

─以臺北地區為個案研究

林智勇

摘 要

本研究討論臺灣台北地區崩塌災害與土地利用型態間之間關聯性。研究取 徑係採用福衛二號影像以及 2007 年由國土測繪中心陸續完成的台北地區土地 調查資料。衛星影像採 2006 年冬季、2007 夏季、2007 冬季三個時期影像，以 2006 冬季與 2007 冬季影像為基礎萃取 NDVI 值，估算兩者影像上植生遷異點 取得年度植生遷異點。另外為精確崩塌樣本的精確性，資料處理透過影像的雲 層繪製、監督式分類影像、匯入坡度等資料刪除誤判的崩塌樣本。

完成 2007 年變遷圖層後，著手兩個方向研究：一為臺北地區的崩塌環境 趨向：坡度、高度、坡向；二重新分類年國土調查資料架構：農業、林業、交 通、建築、礦業以及自然土地，透過各變項比例分佈與卡方檢定分析土地型態 與崩塌的相關性與否。

本研究成果在臺北地區崩塌具有明顯的集中特性，將統計資料依據環境特 性正規化後，坡向集中三個方向東、東南與南向；而崩塌則以第一級坡至第二 級坡區間(0%-15%)變動為主；高度方面則崩塌點為集中在 500 公尺以下，此意 味多數環境變遷相當集中此區。在土地利用型態與崩塌的檢定分析上，五類的 土地使用方式皆崩塌有密切相關，僅在坪林至東海岸區區域的農業類別與崩塌 現象無關聯，從研究區環境推估應是自然環境貣伒較大，令產業分佈亦較為零 星因素，使得農業使用上並不與崩塌發生關聯性。

在小尺度的區域驗證，先行依據四群集劃分，可以有效並細緻的分析小尺度的 環境。本研究案例中，建築用地、交通設施與崩塌現象分別在中高、中低、低 風險區中皆具崩塌的關聯性，有關單位應該注意這些土地型態的開發。

關鍵詞：相關性檢定、衛星影像、災害、國土保育

a 國立臺灣大學地理環境資源所碩士生

IV

Application of Satellite Images to Studying Correlation between Landslides and Land Use in the Taipei

Metropolitan Area

Chih-Yung Lin

Abstract

This research deals with the correlation between landslide hazards and land use types in the Taipei metropolitan area, northern Taiwan. Research approach is mainly use of Formosa Satellite images and land-use survey data in 2007. Satellite images were collected in the winter of 2006, the summer of 2007 and the winter of 2007.

The NDVI were extracted from the images collected in the 2006 and 2007 winters.

In order to secure accuracy, misinterpreted landslide samples were deleted by comparison with supervision classification images, cloud shapes and slope data.

With annual variation data available, this research proceeded in two directions.

One direction is environmental characteristics of landslides in the Taipei metropolitan area: slope, elevation, aspect; the other is the correlation between land-use types and landslides. Normalized statistical data show that most landslides are in eastern, southeastern and southern aspects as well as in slopes I and slope II (0%-15% slope) with elevations below 500 meters. Five categories of land use, i.e., forestry, transportation, built areas, mining and natural land, are in close correlation with landslides, while agriculture is not and this may be due to significant variation in physical attributes and wide distribution of farming land.

In addition, analysis for smaller areas is based on government-defined four clusters in terms of landslide risks. The research finds that built areas and transportation facilities are obviously correlated with landslides in potential landslide zones with mid-high, mid-low and low risks. The government should be careful for land development in such landslide-correlated areas .

Keywords : Correlation test、Formosa Satellite Images、Hazard、Land Conservation

a Graduate student, Department of Geography, National Taiwan University.

i

目 錄

口詴委員審定書………..………I 謝 辭………..………….……….II 中文摘要……….…………..III 英文摘要………..………… IV

第壹章 緒論 ... 1

第一節 研究動機 ... 1

第二節 研究目的 ... 2

第三節 研究範圍 ... 2

第四節 研究限制 ... 6

1-4-1 光學影像誤差校正 ... 6

1-4-2 討論變項 ... 7

第貳章 文獻回顧... 8

第一節 臺灣土砂災害特性研究 ... 8

2-1-1 崩塌(地滑)的定義與孕育條件 ... 8

2-1-2 土石流的定義與孕育條件 ... 15

第二節 崩塌致災因子與土地利用關係之研究 ... 17

第三節 衛星影像地物判釋相關研究與應用案例 ... 19

2-3-1 地物判釋 ... 19

2-3-2 衛星影像應用災害監測 ... 20

第五節 小結 ... 22

第參章 研究架構與方法... 23

第一節 研究架構 ... 23

第二節 研究方法與流程 ... 25

3-2-1 研究方法─卡方檢定(Chi-Square Distribution) ... 25

3-2-1 研究流程 ... 27

ii

第三節 資料前處理 ... 28

3-3-1 研究材料 ... 28

3-3-2 NDVI 植生指標分析 ... 30

3-3-3 重新分類國土調查資料 ... 31

第肆章 崩塌點位分析成果... 35

第一節 崩塌點位的分佈特性 ... 36

研究區一：臺北盆地西部至金山、大安、新店 ... 36

研究區二：金山、大安、新店至雙溪、坪林 ... 41

研究區三：雙溪、坪林至東海岸 ... 46

第二節 土地利用型態與崩塌相關性 ... 51

研究區一：臺北盆地西部至金山、大安、新店─像元素分佈概況 ... 52

研究區一：臺北盆地西部至金山、大安、新店─土地型態與崩塌相關檢定 ... 54

研究區二：金山、大安、新店至坪溪、坪林像元素分佈概況 ... 57

研究區二：金山、大安、新店至坪溪、坪林─土地型態與崩塌相關檢定 ... 61

研究區三：雙溪、坪林至東海岸─像元素分佈概況 ... 64

研究區三：雙溪、坪林至東海岸─土地型態與崩塌相關檢定 ... 66

第三節 小結 ... 69

4-3-1 崩塌點位的環境特性 ... 69

4-3-2 土地利用型態與崩塌關聯性 ... 70

第伍章 小尺度區域驗證... 72

第一節 驗證區域選定 ... 72

第二節 驗證分析 ... 73

5-2-1 分析流程說明 ... 73

5-2-2 不同風險群集下崩塌點的土地使用概況 ... 74

5-2-3 不同風險群集下土地使用型態與崩塌相關性分析 ... 77

第三節 小結 ... 81

第陸章 結論與建議... 82

第一節 結論 ... 82

iii

第二節 建議 ... 83 引用文獻 ... 84

iv

圖 目 錄

圖 1-1 臺北地區行政區圖 ... 3

圖 1-2 臺北地區坡度圖 ... 4

圖 1-3 1971-2000 年臺灣崩塌案例分布圖 ... 5

圖 1-4 1971-2000 年臺灣三十年崩塌災害比例 ... 5

圖 2-1 正應力與剪應力關係圖 ... 10

圖 2-2 重力與摩擦力的滑動關係 ... 11

圖 2-3 土石流運動特性示意圖 ... 16

圖 2-4 監督式分類流程圖 ... 19

圖 2-5 衛星影像應用火災後林地重建評估示意圖 ... 21

圖 3-1 研究概念圖 ... 23

圖 3-2 研究架構圖 ... 24

圖 4-1 本研究劃訂之分區示意圖 ... 35

圖 4-2 研究區一崩塌像元分佈(部份) ... 36

圖 4-3 研究區一：各坡向崩塌量分佈比例 ... 37

圖 4-4 研究區一：正規化各坡向崩塌量變化 ... 38

圖 4-5 研究區一：各坡度崩塌量分佈比例 ... 39

圖 4-6 研究區一：正規化各坡度崩塌量變化 ... 40

圖 4-7 研究區一：各高度崩塌量分佈比例 ... 40

圖 4-8 研究區二崩塌像元分佈(部份) ... 41

圖 4-9 研究區二：各坡向崩塌量分佈比例 ... 42

圖 4-10 研究區二：正規化各坡向崩塌量變化 ... 43

圖 4-11 研究區二：各坡度崩塌量分佈比例 ... 43

圖 4-12 研究區二：正規化各坡度崩塌量變化 ... 44

圖 4-13 研究區三：各高度崩塌量分佈比例 ... 45

圖 4-14 研究區三崩塌像元分佈(部份) ... 46

圖 4-15 研究區二：各坡向崩塌量分佈比例 ... 47

圖 4-16 研究區三：正規化各坡向崩塌量變化 ... 48

v

圖 4-17 研究區三：各坡度崩塌量分佈比例 ... 49

圖 4-18 研究區三：正規化各坡度崩塌量變化 ... 50

圖 4-19 研究區三：各高度崩塌量分佈比例 ... 50

圖 4-20 相關性檢定操作畫面 ... 51

圖 4-21 研究區一：各土地型態崩塌像元比例 ... 53

圖 4-22 研究區一：各土地型態上之各土地型態非崩塌比例 ... 53

圖 4-23 研究區二：各類土地型態之崩塌像元素比例 ... 60

圖 4-24 研究區二：各類土地型態之未崩塌像元素比例 ... 60

圖 4-25 研究區三：各類土地型態之崩塌像元素比例 ... 65

圖 4-26 研究區三：各類土地型態之未崩塌像元素比例 ... 65

圖 5-1 象頭埔區域示意圖 ... 73

圖 5-2 驗證分析流程圖 ... 74

圖 5-3 不同風險分級下崩塌點位的土地使用概況 ... 76

vi

表 目 錄

表 2-1 VARNES MASS MOVEMENT分類表 ... 9

表 2-2 各研究者的採用的崩塌型態比較 ... 12

表 2-3 HANSEN歸納各崩塌孕災因素 ... 13

表 3-1 本研究採用之資料屬性 ... 29

表 3-2 本研究修正之土地類型 ... 32

表 4-1 研究區一：各坡向崩塌量分佈比例 ... 37

表 4-2 研究區一：正規化各坡向崩塌量分佈比例 ... 38

表 4-3 研究區一：各坡度崩塌量分佈比例 ... 39

表 4-4 研究區一：正規化各坡度崩塌量分佈比例 ... 39

表 4-5 研究區二：各坡向崩塌量分佈比例 ... 42

表 4-6 研究區二：正規化各個坡向累積崩塌量比例 ... 42

表 4-7 研究區一：各坡度崩塌量分佈比例 ... 43

表 4-8 研究區二：正規化各坡度崩塌量分佈比例 ... 44

表 4-9 研究區三：各坡向崩塌量分佈比例 ... 47

表 4-10 研究區三：正規化各坡向崩塌量分佈比例 ... 47

表 4-11 研究區三：各坡度崩塌量分佈比例 ... 49

表 4-12 研究區三：正規化各坡度崩塌量分佈比例 ... 49

表 4-13 研究區一：各土地型態上之崩塌像元素分佈 ... 52

表 4-14 研究區一：土地利用型態與崩塌之關聯性檢定 ... 54

表 4-15 研究區一：農業與崩塌之關聯性檢定 ... 54

表 4-16 研究區一：林業與崩塌之關聯性檢定 ... 55

表 4-17 研究區一：道路系統與崩塌之關聯性檢定 ... 55

表 4-18 研究區一：建築用地與崩塌之關聯性檢定 ... 56

表 4-19 研究區一：自然地與崩塌之關聯性檢定 ... 56

表 4-20 研究區一：各檢定項目成果與分析數值 ... 57

表 4-21 研究區二：各土地型態上之崩塌像元素分佈 ... 58

表 4-22 研究區二：土地型態與崩塌相關性檢定 ... 61

vii

表 4-23 研究區二：農業型態與崩塌相關性檢定 ... 61

表 4-24 研究區二：林業型態與崩塌相關性檢定 ... 62

表 4-25 研究區二：交通系統與崩塌相關性檢定 ... 62

表 4-26 研究區二：建築用地與崩塌相關性檢定 ... 62

表 4-27 研究區二：自然用地與崩塌相關性檢定 ... 63

表 4-28 研究區二：各檢定項目成果與分析數值 ... 63

表 4-29 研究區三：各土地型態上之崩塌像元素分佈 ... 64

表 4-30 研究區三：土地利用型態與崩塌關聯性檢定 ... 66

表 4-31 研究區三：農業與崩塌關聯性檢定 ... 66

表 4-32 研究區三：林業與崩塌關聯性檢定 ... 67

表 4-33 研究區三：交通系統與崩塌關聯性檢定 ... 67

表 4-34 研究區三：建築用地與崩塌關聯性檢定 ... 67

表 4-35 研究區三：自然用地與崩塌關聯性檢定 ... 68

表 4-36 研究區三：各檢定項目成果與分析數值 ... 68

表 5-1 臺北市環山區域崩塌量統計表 ... 72

表 5-2 不同風險群集下各土地型態的面積比例 ... 74

表 5-3 不同風險群集下土地型態項目統計 ... 77

表 5-4 中高風險：交通系統與崩塌相關性檢定 ... 79

表 5-5 中高風險：建築用地與崩塌相關性檢定 ... 79

表 5-6 中低風險：林業與崩塌相關性檢定 ... 79

表 5-7 中低風險：交通系統與崩塌相關性檢定 ... 80

表 5-8 中低風險：建築與崩塌相關性檢定 ... 80

表 5-9 低風險：建築與崩塌相關性檢定 ... 80

1

第壹章 緒論

第一節 研究動機

…統計有九家(廬山地區)涉嫌占用河川用地部分，則是屬於都市計畫法中的「土地使用分區」

規定，權責單位在縣府。檢方將透過中央單位提供十年來該溫泉區空照圖，比對地形、地物及 地貌之間因開發所產生的變化，釐清災害發生的背後有無不法情節。…(2008-09-19：自由時報)

…寶山鄉公所表示，坍塌路段為填方土地，曾 5 度進行修復，都因未達穩定地質又再塌 陷，過去因經費短缺，只能頭痛醫頭、腳痛醫腳，日前開始的修復工程，獲縣府全力支持，將 開挖至穩定地質，徹底解決路段坍塌的問題…(2008-07-24：自由時報 )

…接連颱風導致斷橋、土石流，讓民眾怵目驚心，國內學者昨天提出警訊，認為清境農 場已過度開發，有可能成為下一個廬山。同時，九二一地震迄今已過了九年，但國土復育尚未 完成，尤其是中橫更不應該在民代的施壓下復工…(2008-10-04：自由時報 )

近年來每當臺灣發生天然災害，社會即會屢屢出現檢討土地使用的呼聲。

土地是人類與自然環境之間重要的連結，人類賴土地為生，在合理使用的尺度 下共存共榮；而當土地一旦超限使用，不僅環境與背後生態群落皆遭受破壞，

人類社會環境也會因此遭受摧毀與破壞，這些代價往往是超限使用獲取的短期 利益所無法彌補。

臺灣環境開始隨著高度都市化發展，人口逐漸增多，在經濟發展與環境災 害兩者下如何使用土地就變成重要且刻不容緩的議題，然而這些當土地使用越 來越精細，開始觸動當地環境造成環境變動，社會上更據這些災害與變動引發 一連串種種國土保育及防災等議題，讓我們思考究竟我們的土地利用的方式錯 了嗎？或者是這些大災變之下，無論怎樣人力施為其實都無法影響環境變動？

因此釐清我們對土地使用的方式與環境之間的關聯性是當下刻不容緩的環境 議題。

2

第二節 研究目的

本研究目的在於釐清土地使用型態與崩塌災害之間的關係，進而歸納討論 不同土地使用型態在崩塌上的權重因子，以利往後更多崩塌研究或進一步國土 規畫上一個合理的依據使用。

據上述研究動機，本研究之研究目標將針對崩塌與土地利用型態的人為影 響因素做科學實證與討論並達到下列兩點目標：

一、釐清台北地區崩塌與土地型態之間的關係，以量化與統計方式實證之 針對崩塌的土地利用型態的相關程度，了解人類在土地之上的種種產 業與崩塌現象之間的相關性，在其背後提供量化與統計的實證基礎。

二、透過衛星影像萃取的數年崩塌點位資料，以崩塌的空間點位為基礎，

進一步針對其上的產業型態、坡度、坡向等自然環境條件，歸納台北 地區崩塌的趨向。

第三節 研究範圍

本研究區域依據內政部訂立的台北都會區範圍，此涵蓋台北縣與台北市兩 縣市。臺北縣共計十市：板橋市、三重市、中和市、永和市、新莊市、新店市、

土城市、蘆洲市、樹林市、污止市；四鎮：鶯歌鎮、三峽鎮、淡水鎮、瑞芳鎮；

十五鄉：五股鄉、泰山鄉、林口鄉、深坑鄉、石碇鄉、坪林鄉、三芝鄉、石門 鄉、八里鄉、帄溪鄉、雙溪鄉、貢寮鄉、金山鄉、萬里鄉、烏來鄉。

台北市為 12 區：中正區、萬華區、大同區、中山區、松山區、大安區、

信義區、內湖區、南港區、士林區、北投區、文山區。台北都會區面積共計 2,271 帄方公里(台北市：271.7997 帄方公里、台北縣：2,052.5667 帄方公里)，人口 已達六百四十餘萬人，此都會區已佔臺灣人口四分之一。

3 資料來源：本研究繪製

圖 1-1 臺北地區行政區圖

本研究將台北都會區定為研究區域有幾點原因：

一、刻不容緩的都市規劃

臺北都會區人口稠密，迄至民國九十八年人口統計資料已達六百四十萬人，

佔總臺灣總人口四分之一，面對如此龐大的人口密度壓力，對於行政管理與自 然環境開發都需要精細的規劃，行政管理必頇思考如何把每分土地利用到最精 細恰當並且不去觸動周遭環境敏感或者如何避免過度開發導致災害等，這些都 必頇納入未來的都市規劃的考量因素，而這是一個刻不容緩的議題。

二、多樣的災害基礎條件與國內崩塌嚴重地區

台北都會區地形貣伒豐富，同時也形構許多的災害發生的基礎條件：由中 央盆窪易積水低地地形至南北兩側的陽明山北投區、新店烏來等山區，其高低

4

貣伒最高達海拔兩千一百公尺，此外台北市區內也有達海拔一千兩百餘公尺；

整體都會區其坡度由帄地零度爬升至 53°，這些提供風災積水與暴雨崩塌等災 害基礎(圖 1-2)，其中尤以崩塌與土石坍方更直接危害到社會與人類建物安全的 災害。

據國內學者張石角調查，在 1969-1989 年間台灣重大山崩災害的 251 個案 例中以台北縣與基隆市最多；此外據林雪美調查 1971-2000 年間的崩塌災害空 間分布特性台北縣為崩塌災害最嚴重地區，南投縣居次，第三後則為花蓮縣、

宜蘭縣(林雪美，2004)(圖 1-3、圖 1-4)。此兩者調查時間雖有不同，但仍可顯 示出臺北地區在全臺灣是主要的崩塌災害區，兩位學者也指出崩塌災害極有可 能與都市開發的人為活動密切相關。

圖 1-2 臺北地區坡度圖

5

資料來源：林雪美，2004

圖 1-3 1971-2000 年臺灣崩塌案例分布圖

資料來源：林雪美，2004 單位：崩塌次數 圖 1-4 1971-2000 年臺灣三十年崩塌災害比例

6

三、具完整的土地規劃與制度

台北居於全國政治與經濟重鎮，相關的土地制度與管理規劃自日治時期奠 下基礎，這些悠長的都市規劃歷史與經驗都讓臺北都會區的土地使用狀況清楚 明瞭，不僅常切合國際趨勢同時也可以成為臺灣其他都市規劃的典範。

第四節 研究限制

本研究採用的研究材料為福爾摩沙二號衛星影像(1A)及 2007 年發佈國土 調查資料。在研究材料與處理流程中，有些必然的材料限制與技術局限，而導 致研究成果有些限制不盡完善，在此先行說明其研究限制。

1-4-1 光學影像誤差校正

衛星影像可以完成監測大範圍的大地監測與變遷任務，然而即使當前最新 科技與演算法之發展仍不能完全避免光學影像的缺陷。光學衛星本身被動地接 受太陽光源成像，相當容易受到雲霧水氣而干擾成像，加上臺灣地理環境位於 亞熱帶海洋國家，地形貣伒亦變化劇烈，山區常有雲霧山嵐。因此崩塌點區位 選取將真實世界的地物資訊完整呈現，讓判釋成果不致誤判導致崩塌點位不當 增加(雲霧影響)或減少(陰影遮蔽)等情形。

衛星影像使用上必頇經過兩部分的校正誤差，一是大氣輻射校正

(atmosphere correction)，二是大地校正(geometric correction)。在大氣校正方面，

本研究採用福衛二號影像等級 1A 之影像，其影像已經由原始所接收到的資料 進行輻射的相對及絕對校正處理，另外也進行查核補遺資料，感測器的偏移 (offset)與均化(equalization)處理。因此影像完成的大氣校正及輻射資料補遺處 理後，本研究中還需另行針對影像材料做大地校正處理。

大地校正方面由於衛星影像屬 2D 影像要完整呈現真實世界 3D 情形，像 素呈現上必有些扭曲與壓縮而有失真情形，因此本研究先行透過佈設大量均勻 的影像控制點(ground control points：一張影像依地區特性約 30-40 點不等)，讓 影像重要地物資訊與真實世界的路網資料能鑲嵌完整。因此在細部誤差仍一定 存在，整體而言在山區影像其誤差會略大於帄地，本研究校正之精度表可參見 附錄二。除控制點佈標及路網資料校對外，研究材料上更配合數值地形模型(20 公尺)、坡度、坡向、相關演算法(normalized difference vegetation indexl：NDVI) 及人工檢核去除雲霧區塊等方式，讓本研究的崩塌點位篩選至最精確情況(附錄

7

三)。

1-4-2 討論變項

在討論這些土砂型災害之觸動因子，無法將所有變項列為考慮。在第二章 文獻回顧中可以獲知牽涉因素相當多樣。本研究鑒於討論尺度範圍相當大，無 法細部去討論個別案例崩塌觸動因子為何，如雨量因素在現實環境中取得每個 案例中時分尺度的降雨資料相當困難。再者，本研究課題著重於大尺度的崩塌 分佈與特性研究，以及討論塌與土地利用型態之關聯性。因此綜何上述，本研 究將選取大尺度的影響因素進行分析，單一案例之細部單點的崩塌動力機制，

則不在討論範疇內。

8

第貳章 文獻回顧

第一節 臺灣土砂災害特性研究

根據臺灣政府部門分類，目前在臺灣地區常見的土砂災害類型有土石流、

坡腳侵蝕、落石與崩塌(地滑)四類(行政院農業委員會水土保持局，2002)，而本 節依據研究目的將歷來關於崩塌與土石流特性的研究分敘如下。

2-1-1 崩塌(地滑)的定義與孕育條件

崩塌(landslide)研究一直是自然科學領域非常側重的研究主體，其本身是自 然環境變動的重要特徵之一，而往往在發生的當下也常蘊有破壞性，在現今的 社會中深具威脅，因此瞭解其運作機制依據其變動特性從中避免危害。崩塌一 詞在臺灣有許多不同的稱謂，如地滑、崩山、山崩、崩坍、坍方、塊體運動等，

而在英文稱謂上亦常用 mass movement、landslide 等詞彙指稱，然無論何種字 詞，其字義皆不脫：「斜坡組成物質在重力的作用下，具有有向下與向外的運 動型態」(USGS, 2004；行政院農業委員會水土保持局，2002；吳杰穎等，2007)。

崩塌在諸多前人研究中，Varnes 首先在 1978，依據塊體運動形式劃分幾類主 要型態(Mass movement)：墜落(fall)、滑動(slide)、流動(flow)、緩滑(solifluction) 和潛移(creep)等類型(表 2-1)，其後相關研究學者研究或簡化或細分，但主要仍 不脫這樣的分類方式(Crozier, 1986; Dikau, 1996；石再添、鄧國雄等，2008；何 春蓀，1990；張石角，1985；詹錢登，2000)，另外相關政府部門亦以此分類基 礎作為教育素材(USGS, 2004；行政院農業委員會水土保持局，2002)。然而在 其他相關研究上也有因研究主題殊異與學科差異等因素，亦常有不同分類細目 出現在相關的研究中，如溝蝕(gully erosion)、翻轉(topples)、帄面滑動(rotational slides)、旋轉滑動(translational slides)、側向滑動(lateral spreads)與複合型

(complex)(張石角，1985；張杏枝，1993)等，但由這些文獻爬梳中，仍可發現 多以 Varnes 的動力型態的分類為主(表 2-2)。

9 表 2-1 Varnes Mass Movement 分類表

Type of Movement Type of Material

Bedrock Engineering soil Predominantly

coarse

Predominantly fine

Falls Rock fall Debris fall Earth fall Topples Rock topple Debris slide Earth topple Slides Rotational rockslide Debris slide Earth slide

translational

Lateral spreads Rock spread Debris spread Earth spread

Flows Rock flow (deep creep)

Debris flow Earth flow (soil creep)

Complex Combination of two or more principal types of movement

資料來源：USGS, 2004; Varnes, 1958

除了上述採用運動型態劃分外，亦有以不同分類標準劃分，例如有依氣候 型態、搬運物質、物質均一性、物質大小、地質、運動速度、水/空氣/冰、觸 發機制與型態屬性(morphological attribute)等各類方式等不一(表 2-3)(Hansen, 1984)。國內學者也曾出現依據崩塌後構成的形狀為依據進行崩塌分類，並從而 劃分出如樹枝狀、槽狀、蝌蚪狀等七類不同的崩塌類型(張石角，1992)。

崩塌型態與分類情形已有諸多學者討論，而針對崩塌的觸發機制亦有許多 學者針對此有相關的研究。一般來說，國內外發生之崩塌的觸因大致上被劃分 為幾項：

一、降雨特性或人為影響增加土塊的荷重，使邊坡的剪力增加 二、地震活動(短暫應力)增加土塊瞬間的剪力

三、邊坡的幾合形狀改變(坡腳侵蝕、人為改變坡度、坡長、坡高等) 四、水文活動的改變(孔隙水壓增加等)

五、人為挖土、減少土壤支持力

六、土壤的風化作用(影響其土壤厚度與特性)

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七、滲流(如溶解等)

簡言之，上述這些作用力與機制皆為「地表高度降低並使坡面趨於穩定，

是重力與剪應力彼此間的帄衡作用」；而在具體的發生機制中，除了上述種種 觸發因子外，在文獻中討論其運動的機制，最常見的庫倫法則(coulomb’s law) 重力作用下的滑動機制，以下便對此兩類略做說明：

一、庫倫法則(coulomb’s law)

任何物質的性都決定於其組成的物質和結合力等二因素。不同的組成物質 有不同特性，而相同的物質在不同結合狀態也會顯示不同性質。

在邊坡穩定有關的物質性質有：1.摩擦力(friction)、2.黏著力(cohesion)、3.

密度(density)等三項。組成物質若相同結合力越大者，其密度也越大工程性質 也越佳。故密度是土壤和岩石物理和工程性質的重要指示參數。

土壤和岩石的摩擦力和黏著力則可以剪應力(shear stress τ)和正應力 (normal stress σ)之關係曲線表示(圖 2-1)。

資料來源：張石角，1993

圖 2-1 正應力與剪應力關係圖

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二、重力作用下的滑動機制

設傾角為 Ý 之斜面上，有一重量為 W 之物體(圖 2-2)，據庫倫法則應有其 下的極限帄衡(limiting equilibrium)關係：

資料來源：張石角，1993

圖 2-2 重力與摩擦力的滑動關係

W sin Ý = CA + W cos Ý ∙

tan ∅………(1)

式中 A 為斜面上物體之底面積。

設C = 0 ,則(1)為：

W sin Ý − W cos ∅ ∙

tan∅……….(2) Ý =

∅………..(3)

由於岩石層面間一定有黏著力( C )之存在，所以Ý 通常大於∅。摩擦角之大 小與組成顆粒稜角度、級配和緻密度成正比。

12 表 2-2 各研究者的採用的崩塌型態比較

資料來源：本研究整理

崩塌型態 研究者

墜落 (Fall)

傾覆 (Topple)

滑動 (Slide)

側滑 (Spread)

流動 (Flow)

潛移 (Creep)

土石流 (Debris flow)

溝蝕 (Gully erosion)

緩滑

(Solifluction)

複合型 (Complex) Crozier, 1989 V V V V V

Dikau, 1996 V V V V V

USGS, 2004 V V V V V V

Varnes, 1978 V V V V V V

石再添，2008 V V V V V

水土保持局，2002 V V V V

何春蓀，1990 V V V

張石角，1987 V V V V V V V

張杏枝，1993 V V V V V V V

詹錢登，2000 V V V V V

13 表 2-3 Hansen 歸納各崩塌孕災因素

Author

Climat e (5)

Material moved (6a)

Coherenc e of material (6b)

Size of materia l (6b)

Geology (7)

Type of movement (8)

Speed of moveme nt (9)

Water/a ir/ice (10)

Triggering mechanism (11b)

Morphologi cal

attributes (12a and 12b)

Comple x group Blong

(1973a,b) o+ ox x oP

Coates

(1977) x + + x + A

Crozier

(1973) ox x A

Hutchinson

(1968) x A

Ladd

(1935) x + A

Sharpe

(1938) x + x A

Varnes

(1978) x x + + P

14 (續表 2-3)

Ward

(1945) + + x + A

Zaruba and Mencl (1969)

x x + + A

x main factors + Secondary factors o Factors used in comparative classifications P presence A absence * bracketed numbers refer to list of basic discriminating factors 資料來源：Hansen, 1984

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2-1-2 土石流的定義與孕育條件

過去土石流並不常見於臺灣社會，近幾年由於新聞媒體的報導下，無形之 間也加深社會大眾對於土石流的印象。然，現今對土石流(solifluction)此詞的原 始定義與大眾認知上有有所差距，土石流一詞在專業上其意義為「高緯地區凍 土解凍泥流沿斜坡向下緩慢移動的現象」，自2000年後媒體開始大量使用與報 導後在定義與限像上開始混淆使用；今日的土石流災害中，在學術上詞彙英應 稱為岩屑流(debris flow)才是正式稱法，此外在國外相似的研究課題與災害中義 常見使用mudflow、rocky mudflow、mud slide、earth flow等不一而足(Johnson, 1984；何春蓀，1990；林雪美，2004)。但因臺灣所使用的土石流一詞已代指為 普遍的岩屑流(debris flow)現象，甚至近來坊間的專業書籍也有將debris flow一 詞定為土石流(吳杰穎等，2007)，因此在之後的論述行文中「土石流」一詞即 意指岩屑流(debris flow)。

何氏認為岩屑流之運動形式應為上部先發生的塊體運動，可能是由於崩移 作用而形成半月形崩崖，在崩崖下堆積的地質材料會沿著坡度的傾斜向下流動，

於外貌上形成狹長的舌狀。如果此流 動體中地質材料有一半以上超過砂粒粒 徑的大小（大於2mm），或含有多量粗礫（即岩石碎屑），此即為岩屑流(何春 蓀，1990)；詹錢登認為在土石流是屬於一種流體，當中蘊含泥、砂、石與水不 同材質，此會隨重力作用岩著自然坡面流下(圖2-3)。

現今研究中已確定土石流在發生時，會有相當的明確運動特性，依據運動 特性的不同劃為三區：發生區、流動區以及堆積區(圖 2-3)(Johnson, 1984；陳 宏孙，1998；詹錢登，2000)。至於土石流觸發因素亦不外乎影響前述庫倫法則 以及剪應力間帄衡的因素。由於土石流發生因素相當複雜，例如有些學者認為 植被因素可能會影響有助於穩定，但也有認為如植被覆蓋情形可能不影響土石 流的發生，因為在許多案例中可以看到土石流也會發生在森林等區域(Johnson, 1984)，多數土石流雖肇因於塊體運動(mass movement)，然高速的豪雨沖刷而

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發生的土石流亦可見之。

但絕多數認為土石流的發生必頇要符合三類條件：一、鬆散土石、二、水 分條件、坡度條件；陳宏孙則另外認為除了上述條件外，地質材料之間的穩定 性條件亦必頇考量，此外 Johnson 還認為能否有足夠的空間(channel)助於土石 流延展是一個相當重要的條件(Johnson, 1984；陳宏孙，1998；詹錢登，2000)。

資料來源：詹錢登，2000

圖 2-3 土石流運動特性示意圖

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第二節 崩塌致災因子與土地利用關係之研究

崩塌的作用因子目前大致被劃歸三類(何春蓀，1990)，內部因素(崩塌週遭 自然環境)、外部因素(加諸剪應力之變動因素，如：土地利用、雨量等)以及臨 時應力(如地震或道路震動等)。舉例來說：地質脆弱且雨量豐沛地區，常造成 崩塌產生，若再輔以居住地居民因為土地道路等開發行為，加之無足夠知識增 設安定環境工程(擋土牆等)，造成一旦土砂塊體遷移就會產生相當大的危害。

依據國內研究成果，張石角認為崩壞的山坡地質和地形條件適當組合有利 邊坡活動(張石角，1993)；張杏枝(1993)亦以崩塌調查整理崩塌涉及原因，如：

在滑動力增加因素上：一、移除側面與底部支撐力(水、坡腳軟弱層的風化、滲 流、人為切除坡腳等)，二、增加擾動力(水、雪、崩積物的自然加積)，三、短 暫地體應力(地震、沉重卡車經過等)；在抗滑動力減少因素：一、物質本身：

岩盤斷層、節理破碎等，二、風化改變：降低有效的凝聚力及孔隙水壓增加。

陳信雄則以崩塌面積、位置、海拔高度、坡度、坡向、種類、土地利用、植生 度、活動性、地質、土壤等因素做為判斷崩壞特性與機制。

然而，土地利用型態與崩塌之間的相關性為何？許多學者相當關注於崩塌 本身的自然物理特性，歸納出坡度、雨量等諸多受自然因素的觸發機制(Carrara, 1992;Crozier, 1986; Johnson, 1984; Varnes, 1958；石再添、鄧國雄等，2008；何 春蓀，1990；林雪美，2004；張子瑩、徐美玲，2004；張石角，1992、1993、

1995；陳宏孙，1998；詹錢登，2000)。土地利用的方式是否觸發崩塌這樣的問 題，相較於多數自然機制的研究確實較少。一來土地利用調查建檔耗時甚久，

而崩塌災害發生卻相當迅速，因此往往在土地利用調查結束，崩塌環境當下可 能已不是先前調查型態。另外人為活動因素交錯複雜難以歸類，因此大多崩塌 研究的觸發因子中仍以自然變項為主，間或有考慮到人為活動，對於此相較於 自然機制研究較少。但即使如此部分研究者指出人為活動與崩塌兩者間是密切 相關。

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如彭軒明等在西藏研究地質災害與趨勢分析時發現其地區崩塌與地表工 程活動，其發現兩者分佈情形類似，關連相當密切(彭軒明等，2006)。而國內 針對一些頻繁發生崩塌地區，一些學者亦投入這些區域做相關研究。民國八十 五年賀伯颱風侵台期間，南投許多山區發生嚴重崩塌與災害，即有許多學者指 出此次災害與土地不當利用有密切關係(林美玲，1997；張長義、蔡博文，1998；

陳時祖，1996；陳逸彥，1996；蔡光榮，1996)。張長義以細部大比例尺數值土 地利用資料庫搭配現地調查資料，以土地利用面積與崩塌面積兩個變數進行皮 爾遜相關分析，然由於地質與地形這類大範圍因素未列入考慮，且細部崩塌點 容易受到超量雨量影響導致成果與過去經驗研究有所差異。

另外在石門水庫集水區中有國內學者關注其崩塌災害研究，林俊全、吳榮瑜 在此區研究中指出道路使用也會造成沖刷與崩塌的現象，如北部橫貫公路及農業 與林務用的產業道路等，這些道路使用皆呈樹枝狀延伸到集水區，一些之字形的 產業道路出現許多沖刷的現象(吳榮瑜、黃宏斌，2005；林俊全，2006)

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第三節 衛星影像地物判釋相關研究與應用案例

2-3-1 地物判釋

常見的衛星影像判釋方式分為兩類：非監督式影像分類(unsupervised classification)與監督式影像分類(supervised classification)，而這些都要經過地物 的分類、辨識、描述與檢核，兩者差別只取決於是否輔以相關地理資訊或人工 判釋協助分類。在分類成果完善後才能進一步佐以相關地理資料討論災害的特 性。

所謂非監督式影像是以光譜特徵為基礎，依據光譜輻射值直接聚集分類，

判釋成果較為不佳。而監督式影像分類則因為加入空間屬性資料或人工判釋一 一予以分類，相較於非監督式分類效果最佳，因此本研究也採以監督式分類影 像做為分類方法。

所謂監督式分類是先學習後分類的方法，在已知地物類型的前提下，所進行 的分類，大多分四個步驟進行，大致如圖 2-4：

資料來源：本研究繪製

圖 2-4 監督式分類流程圖

洪皓仁在對鳳山西集水區進行影像分類研究利用類神經網路分類法、監督 式分類、非監督式分類，進行三種分類方法比較。研究成果顯示非監督式分類 法只單以光譜特徵進行分類，結果最差，而監督式分類則因為納入空間屬性資 料為樣本，所以效果相較於非監督分類好(洪皓仁，2000)。

此外，相關影像判釋與分類研究中指出在一些常用的分類演算法如最大概 似法(the maximum likelihood)、帄行桿分類(parallelepiped classification)、或最 短距離法(nearest distance)，當中以最大概似法分類效果最佳也是較為常使用的 演算法(楊永安，2007；劉晃丞，2006)。因此本研究除了以監督式分類為分類

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方式，也採以最大概似法進行影像分析，最後在進行人工判釋與評估分類情形 優劣。

2-3-2 衛星影像應用災害監測

衛星影像(Satellite images)本身具有不同解析度特性：空間解析度(Spacial resolution)、時間解析度(Temperal resolution)等，可以交錯運用在不同尺度的環 境監測。在 Kerle 等的研究中，便同時利用光學衛星與雷達影像監測尼加拉瓜 火山所造成的土石流災害。不僅使用的常見的光學影像外，也搭配使用雷達影 像，而雷達影像能令雲層干擾降低並輔以光學影像而達到最佳效果(Kerle and van Wyk de Vries, 2001)。

除了不同衛星影像應用外，Nichol 及 Wong 的研究中，採用不同空間解析 度的光學影像 SPOT 和 IKONOS 判釋崩塌地，其利用最大相似法對低解析度的 SPOT 影像進行地物分類，可監測約 70%的崩塌地；小尺度監測則用高解析度 的 IKONOS 影像，並與 1：10000 的航照影像作比較；該研究結合此兩種不同 空間解析度的影像進行崩塌地的監測與分析(Nichol and Wong, 2004)。

Karslia 在 2004 年採用多重時間尺度(multi-temporary scale)分析，在土耳其 地區利用七年間距的航照比對，從土地形態的變化進行環境監測。此研究大大 凸顯出遙測影像時間尺度的考量優點，並且得以整合過去歷史邊坡資料和實際 田野調查，最後研究以立體攝影測繪軟體評估並歸納崩塌地特性。

在國內，高解析度衛星影像近年來也多被應用在相關的自然環境議題研究。

黃兆吟(2006)透過 SPOT 影像分析溪頭地區植生指標(Normalized Difference Vegetation Index：NDVI)與裸露地間關係，發現在 NDVI 值越低地區其裸露地 崩塌情形較為頻繁並透過研究成果檢視人工造林之必要性檢討；而衛星影像也 扮演著重要政府策略實行的輔助角色，尤以災後重建等工作評估。謝禮丞等利 用 SPOT、IKONOS、MODIS 三類影像對南投地區森林火災分析(圖 2-5)並透過 影像針對災害面積、程度等檢視現行監測與管理政策(謝禮丞、欒家敏和顏添明，

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2004)。

資料來源：謝禮丞，2004

圖 2-5 衛星影像應用火災後林地重建評估示意圖

除自然環境的崩塌地與災變等事後決策支援外，衛星影像亦有應用於事前 監測與災害防範。楊永安在石門水庫地區透過衛星影像、航照判讀與實地調查，

進行崩塌的判釋分析，歸納出石門水庫集水區崩塌熱點，以防範過度開發。此 外也針對研究方式中三類常用監測方式提出相關優劣評估：以衛星影像尺範圍 大、快速、成本低；航照判讀則精確、時間成本較高；最後實地調查耗費成本 時間最高，但精確度最佳，其評比不失為之後相關研究參考(楊永安，2007)。

然災害不僅只侷限 GIS 與 RS 個別運用，許多學者亦多透過兩者的結合進 一步分析區域崩塌地或對土石流主題採用相關計量或運算模式歸納出當地的 坡地災害的區域特徵，而這些往往也常為國家區域發展重要的決策參考。

(Carrasco, Pedraza, Martin-Duque, Mattera, Sanz, and Bodoque, 2003; Delmonaco, Leoni, Margottini, Puglisi, and Spizzichino, 2002)。此外相關的災害學者亦積極透 過這些技術改善增進果研究侷限和屢屢發表新的研究發現與改善技術方式讓 崩塌災害評估與遙測影像和 GIS 的結合研究更為多元且精確(Carrara, 1992;

Wadge, 1988)。

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第五節 小結

由前述崩塌災害的相關文獻回顧中，崩塌類型與相關動力機制在各研究主 題中或有不同，因此崩塌定義相當繁複並在各家見解分析形態上皆有所不同，

因此「崩塌」一詞使用下必頇針對本研究的主題定下一個明確定義，本研究據 上述之各種崩塌表現的特徵，配合研究上所採用的衛星影像材料，將本研究的 研究崩塌主題定義為「地表上不具明顯植生覆蓋且表面有裸露土壤且坡度在 0 度以上的地表現象」，只要符合上述條件的裸露像元點位，即為本研究之崩塌 點位。

研究素材採取衛星影像是現今監測環境與大地變遷預測的一項新興技術，

在偵測同區不同時間的研究下節省相當多的時間與物力，衛星影像可以迅速達 到大範圍資訊蒐集與獲取無法抵達的區域的資訊，補齊過去研究不足的面向。

而透過地理資訊整合多方資料(如：DTM、地質、土地調查等)，更可以讓研究 成果臻於完善，同時也透過分類判釋與精確度評估讓成果更為可信。

在研究崩塌的文獻回顧中，在土砂型災害中無論是崩塌、土石流皆有許多 共同之觸動因素，如外部因素有雨量、道路震動等，內部因素則含有地形、坡 度等條件。但這些現象研究多數皆過於關注小區研究致使單一變項影響相當大，

常導致成果不如預期(張長義、蔡博文, 1998)。本研究詴圖把焦點放在崩塌環境 裡大尺度變動的因素：如坡度、坡向與土地利用型態分佈等，透過相關性分析 檢定釐清特定環境中各項因素與崩塌現象間是否具有關聯，期望能針對小區研 究的方式之外提供一個可能的研究取徑。

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第參章 研究架構與方法

第一節 研究架構

透過前述文獻回顧，目前利用衛星影像在崩塌地的環境監測已經逐漸成熟，

更透過地方脈絡與資源，整合當地的地理資料，可以讓這樣的監測工作不再僅 是被動型式的觀看，更可以透過多方的資源彙整進行環境評估與預防災害等功 能。

本研究擬採用衛星影像技術協助研究區的崩塌地觸發特性研究並進一步 了人類與環境彼此間互動的關係是否會造成環境的變動，更可能劇烈地產生災 害造成相當的危險。本研究概念以 2006 年冬季至 2007 年冬季的影像變遷分析 為基礎，納入數值地形模型(DTM)先行分析在研究區中，崩塌點位所處的位置 特性(Sites)為何。透過國土測繪中心發佈的 2007 年國土調查資料進一步驗證推 導是否因鄰近土地使用型態的不同區位環境(Location)，而造成環境上的劇烈變 動(見圖 3-1)，從中理解土地型態、坡度、坡向與高度這樣大尺度的環境因素，

與崩塌的關係就是本研究的概念。

圖 3-1 研究概念圖

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透過研究概念圖(圖 3-1)並結合緒論提出的研究問題與研究材料的整合，將 本研究架構繪製如下(圖 3-2)：

資料來源：本研究繪製

圖 3-2 研究架構圖

首先從研究的文獻回顧與問題意識導出本研究想詴圖了解的兩個問題：一 是崩塌與人為活動是否具有相關性存在？二是否在區域中的崩塌會具有一定的 環境特性？而此兩個研究問題本質上都是導向同一問題，即地方的崩塌是否呈現 類似的集中特性，從區域尺度上了解的崩塌災害特性，也離清崩塌是否具有一種 地方性格？這樣的成果可以讓政府管理單位會制訂良好的環境策略或管制相關 產業開發。因此接著依據此課題發出的在提問，從既有材料中如國土查資料與衛 星影像中，分析出兩個重要資料：土地利用現況與崩塌像元點資料。崩塌像元點 資料與土地利用現況的檢定分析可回應本研究的第一個問題，另外在崩塌像元點 與數值地形模型的整合更可以進一步討論區域內崩塌分佈的幾點自然特性。最後 整合兩者為研究區內崩塌情況的集中情形做一整合性的討論(圖 3-2)。

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第二節 研究方法與流程

3-2-1 研究方法─卡方檢定(Chi-Square Distribution)

本研究方法採取卡方檢定中獨立性檢定(test of independence)，討論現有國 土調查土地分類資料並結合 2005 年迄今的崩塌分布上的彼此之間的關聯性與 影響程度。此統計檢定方式是針對類別型式資料，可以從不同類別項目資料中 求取彼此類別之間的相關與否。

卡方檢定屬統計學中假設檢定(Hypothesis testing)，主要利於類別資料的資 料分析，例如：不同品牌的市場占有率是否有顯著關係、性別與產品喜好度關 聯、教育程度與薪資待遇關係等。依據不同卡方檢定可以作為三類檢定：一、

適合度檢定(goodness of fit)：檢定母體是否為某一特定分配之檢定方法；二、

獨立性檢定 (test of independence)：檢視兩定性變數是否相互獨立之檢定方法；

三、齊一性檢定(test of homogeneity)：檢定不同母體是否具有相同的分配或相 同比例之檢定方法。

而本研究所取用與設計資料型態正與卡方檢定方式中的獨立性檢定之資 料設計相當符合，即在不同土地類別下，依據崩塌像元素(是與否)的項目與內 部統計量做檢定與測詴項目間的相關性。

獨立系檢定可以將類別資料予以表列方式陳列，這種方式稱為列聯表檢定 (test of contingency table)

因子分類 B 合計

B1 B2

A A1 A b a+b

A2 C d

合計 a+c b+d N

由機率的概念中，二分類的獨立定義必頇聯合機率為個別邊際機率之相乘

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積，亦即為 P( Ai∩Bj )=P(Ai) ∙ p(Bj)

以此決定二重分類之標準是否為獨立隨機變數，即透過假說測詴

(hypothesis test)可以得知觀測值(崩塌量)與母體(整體土地利用情況)之間分布 的差異。進行測詴前必頇先假設虛無假說 H0 (null hypothesis)，假設觀測值與母 體分布相同以及替代假說 H₁ (alternative hypothesis)觀測值與母體分布不同，若 其觀測與母體間的差異不大則接受虛無假說，反之則推翻虛無假說由替代假說 之假設成立。

當母體期望值已知時，可由觀測事件發生的頻率與母體期望值的差異獲得 卡方值，其公式如下：

χ ² = ^{𝑁 𝑖 −𝑛 𝑖 2}

𝑛 _𝑖

其中X²為兩組資料的卡方值，N_i為觀測值在第 i 個事件的頻率， n_i為已知 分布的期望值在第 i 個事件所出現的頻率。

由(4)式可得到卡方值，若其值很小，代表觀測值與母體間的期望值差異相 當小，此即代表觀測值與母體分布相似性高；反之則代表兩者分布相似性低。

圖 3-3 獨立性檢定類別相關示意圖

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圖 3-3 中有 A、B、C 三類土地型態，在影像中的崩塌與未崩塌則以像元 點進行區劃，實質發生崩塌位置則觀測值為黑點，未崩塌的像元點則為白色，

從兩者之間的變項數量中可確立兩個假說，即假設觀測值黑點與期望值相符，

則崩塌與土地利用型態具相關性；反之，若觀測值與期望值不符，崩塌與土地 利用則無相關性。透過這樣的統計檢定方式，本研究將尺度範圍由四個研究小 區特性整合歸結臺北縣市的整體土地利用型態與崩塌關聯性，在哪些土地利用 發展下與崩塌彼此之間不具/或具相關性，進而建議相關單位在哪幾類型的土地 利用方式頇多加評估或予以關注。

3-2-1 研究流程

透過前兩章的研究動機與目的及相關崩塌主題的文獻回顧，本研究準備 2007 年臺灣國土利用調查資料(內政部國土測繪中心：臺北縣與臺北市區域)，

同時整裡當年度(2007)福爾摩沙二號衛星之影像資料(2006 冬季-2007 冬)，為使 衛星影像能夠有準確的位置資訊，並減少地形產生像素形變造成崩塌地等相關 環境資訊與點位資料判釋困難，在研究的開始前必頇經過適當的大地校正 (geometrics correction)並賦予適當的研究區座標系統(TWD97)，此部分資料處理 涉及研究方法與研究成果，因此將在第三節後續資料前處理一節加以詳敘。

在完成影像處理後，影像將透過監督式分類的自動化判釋並輔以人工檢核 判釋品質優劣，取得 2007 年當年度之臺北地區崩塌分布情況，而在此過程下 已可初步取得崩塌點位相關資訊，茲將上述研究方法步驟規畫本研究流程於圖 3-4。

28 圖 3-4 研究流程圖

第三節 資料前處理

3-3-1 研究材料

本研究資料以內政部於 2007 年所公布的國土利用調查資料並取 2006 年冬 季至 2007 年冬季區間的福衛二號衛星影像，此區間影像橫跨 2007 年所調查的 國土實地調查資料，合乎本研究區在台北地區陸續所發佈的時間，使得影像與 實地測繪資料能相互搭配使用。再者臺灣身處亞熱帶氣候區天候多雲霧，為生 產適合且精確的崩塌資料，影像時間調查資料自冬季貣始至冬季完成取樣區間，

其氣候條件相對夏季較佳而崩塌現象也相較穩定。

而在第陸章驗證部分，沿用第伍章變遷分析方式外，並輔以臺北市環境地 質資料庫的山崩潛感圖調查資料進行小尺度區域驗證分析。山崩潛感圖是委由 工研院能源與環境研究所權責調查製作，在2004年完成後發佈，在原資料庫網 頁說明其山崩潛感的風險分級是依據崩塌機率劃分為四級：高、中高、中低、

低四級，解析度為10x10公尺，而依據2006年臺北市環境宣導手冊說明，此山 崩潛感圖製成考慮地形坡度、基岩強度、破碎情形與風化狀況、山崩歷史、河

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流侵蝕作用(包括河岸侵蝕和向源侵蝕)、表層沖蝕及人為堆積等因素為基礎，

彼此元素組合後納入災害分級與災害防治成本指數考量劃分四級距。

將本研究所採用的資料屬性表列於下(表3-1)：

表 3-1 本研究採用之資料屬性

資料名稱 時間 屬性 承辦單位

福衛二號 衛星影像

2006 年12月 至 2007年12月

空間解析度 Pan 2公尺 MSS 8公尺

國立臺灣大學 空間資訊研究中心 時間解析度 24小時

光譜波段 0.45~0.52μm (B) 0.52~0.60μm (G) 0.63~0.69μm (R) 0.76~0.90μm (NIR)

輻射解析度8 bit 數值地形模型

(DTM) 20x20公尺解析度 國立臺灣大學

空間資訊研究中心

2007年 國土利用調查資料

臺北地區 2007年陸續發佈完成

土地利用型態 共計九大類 一百零三類小項 採實地探勘與相片基 本圖對照比對製圖，

誤差主要來自相片資 本圖，而基本圖圖面 誤差容忍為2.5公尺

內政部國土測繪中心

國立臺灣大學 地理資訊中心

臺北市環境地質資料 山崩潛感圖

臺北地區於 2004年完成 測繪調查並發佈

依據發生機率劃分 四級風險 高、中高、中低、低

解析度為10x10公尺

臺北市大地工程處

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3-3-2 NDVI 植生指標分析

植生指標(NDVI)採用植物本身在近紅外光(Near Infer Ray)強烈反射的特性 透過 NDVI 之演算法，可以瞭解植物分布情形，換言之透過 NDVI 植生指標可 以檢視地表綠度覆蓋狀況，並可分出裸露地與綠地兩者之間截然不同的地物差 異(見式 5)，而影像材料與處理崩塌點位流程可見圖 3-5。

N.D.V.I.

=

NIR +R………(5)

圖 3-5 崩塌點位萃取流程

本研究將影像處理流程簡述於下：透過前期影像與後期影像的 NDVI 分布 情況加入前後期影像光譜數值彼此對照，可直接將研究區具有光譜數值進行分 析，而在研究區外之影像則不予分析，可加速影像硬體處理速度。

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透過兩個不同時期前後影像植生指標彼此相減取其標準差與帄均值，透過 數學式(Mean – 1.5 個 Stander division)，讓影像數值呈現屬常態分佈之左側(見 圖 3-6)，此即意味植生指標在兩時期間發生改變，其改變意義為植生指標具明 顯減少情形。

植生指標變化之變遷影像透過幾個條件式選取較為精確的崩塌點位。一為 坡向資料，如前述，針對本研究崩塌之定義，其必頇要在具有坡度的條件下才 能夠發生，所以未避免將都市內裸露地或人為因素而造成誤判情形發生，透過 坡度條件刪除，以增加本研究之崩塌樣本精確性；在本研究材料中定坡向屬性 欄位為零者，即現實中坡度為零)。

圖 3-6 植生指標萃取示意圖

而在條件刪除除了本身環境坡度外，亦以監督式分類完成之 2007 年影像 成果與前、後期雲層覆蓋資料皆納入資料分析，務使 2007 年之變遷圖層崩塌 點位選取更為精確。

3-3-3 重新分類國土調查資料

九十六年公佈之國土調查資料，依層級式樹狀結構共劃分三級。第一級共 分為九類，第二級則在依第一級之劃分再行細分 41 類，而第三級則依第二級 41 類目下分 103 類土地利用型態，各類土地型態之劃分皆有其代碼編號越細之 類目則編號個數越多(圖 3-7)。然而，在一些土地利用分類細目卻不盡然符合本

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研究使用。如，農業項目中不僅包含一般農作型態(水稻、旱作等)，同時也包 括農舍、水產畜牧等；水利項目中除了有自然形構的河川溪流外，亦包括渠道、

運河水利設施等人為設施，諸如此類的這些分類細目彼此間屬性迥異，若貿然 以原國土分類架構討論分析，則在人類與自然因子混雜不清情形下，分析成果 必然會缺失。因此，本研究基於原國土調查資料的架構下，將欲分析之土地利 用型態抽取並另行分類於下表(表 3-2)。

圖 3-7 國土利用調查資料架構 表 3-2 本研究修正之土地類型

第Ⅰ級 第Ⅱ級 第Ⅲ級

類別 代碼 類別 代碼 類別 代碼

農業使用土地 01 農作 0101

稻作 010101 旱作 010102 果樹 010103

森林使用土地 02

天然林 0201

天然針葉樹純林 020101 天然闊葉樹純林 020102 天然竹林 020103 天然竹針闊葉混淆林 020104

人工林 0202

人工針葉樹純林 020201 人工闊葉樹純林 020202 人工竹林 020203 人工竹針闊葉混淆林 020204 交通使用土地 03 鐵路 0302 一般鐵路 030201

33 道路 0303

國道 030301 省道、快速道路 030302 一般道路 030303 道路相關設施 030304

建築使用土地 05

商業 0501 零售批發 050101 服務業 050102 住宅 0502

純住宅 050201 兼工業使用住宅 050202 兼商業使用住宅 050203 兼其他使用住宅 050204 工業 0503 製造業 050301 倉儲 050302 其他建築用地 0504

宗教 050401 殯葬設施 050402 興建中 050403 其他 050404

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政府機關 0601 政府機關 060100

學校 0602

帅稚園 060201 小學 060202 中學 060203 大專院校 060204 特種學校 060205 醫療保健 0603 醫療保健 060300 社會福利設施 0604 社會福利設施 060400

公用設備 0605

氣象 060501 電力 060502 瓦斯 060503 自來水 060504 加油站 060505 環保設施 0606 環保設施 060600

07

文化設施 0701

法定文化資產 070101 一般文化設施 070102 其他文化設施 070103 休閒設施 0702

公園綠地廣場 070201 遊樂場所 070202 體育場所 070203

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空置地 0908 人工改變中土地 090802 空置地 0908 未使用地 090801

自然土地

溼地 0902 溼地 090200 草生地 0903 草生地 090300 裸露地 0904 灘地 090401 草生地 0903 礁岩 090403 裸露地 0904

0905 0906

裸露空地 090404 灌木荒地 灌木荒地 090500

災害地 災害地 090600

營建剩餘土石方 0907 營建剩餘土石方 090700

河道 0401 河川 040101

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本研究以 2007 年國土資料調查結構基礎下，予以重新劃分五類：農業、

林業、交通、建築以及自然土地。此劃分異動主要是調整在細目下不適宜整體 分析的土地類型。如，前述水利用地包含自然河川與人為渠道等，另外利用率 相當低的如荒地、草生地等土地型態，在本研究則皆歸類於「自然土地」下，

與本類別劃歸的標準是以低度使用並多維持自然型態，因此其它類目下的「裸 露空地」、「未使用地」也併計於此。

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第肆章 崩塌點位分析成果

本研究之研究範圍跨越台北縣、市，從福衛二號航道劃分情況來看，共計 有五條航帶經過此區(其中一條航帶僅切過東北角，另一條則切劃部分林口台 地)。為避免資料經多次轉換而影響精確性以及在資料處理速度考量下，本研究 將研究區域依航道帶為三區，此三區涵蓋絕多數臺北地區範圍，在三個研究小 區中各自討論內部的環境特性與土地型態關聯性與否(圖 4-1)。

在本章研究的設計中第一節先行討論崩塌點位本身環境特性，以大尺度角 度著手，將研究區因素選定為坡度、坡向與高度，詴著透過較大尺度的崩塌點 位樣本蒐集，窺看台北地區的崩塌環境特性與趨勢。第二節則著重於土地利用 型態與崩塌相關性與否，透過卡方檢定統計驗證手段，讓台北地區的土地利用 型態與崩塌間關聯性具有科學根據與討論。最後本章第三節將整合此三區之分 析成果後歸結臺北縣市崩塌的自然特性。

圖 4-1 本研究劃訂之分區示意圖

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第一節 崩塌點位的分佈特性

本節以崩塌點位所屬的環境特性進行分析，以崩塌所處的高度、坡度與坡 向三項崩塌因素整合，從中獲取臺北地區容易崩塌的環境傾向。

在分析因素項目，參酌過去研究者及水土保持局定立的標準將坡向、坡度 與高度各訂立一標準，以協助分析資料。

坡度 六級距

0-5%；5-15%；

15-30%；30-40%；

40-55%；>55%

行政院農業委員會 水土保持局，2002

高度 五百公尺為級距 0-500；500-1000；

1000-1500；1500-2000 張子瑩，2004

坡向 以八方位畫分 N；E；W；S；NE；NW；

SE；SW 常用畫分坡度方法

研究區一：臺北盆地西部至金山、大安、新店

資料來源：本研究繪製

圖 4-2 研究區一崩塌像元分佈(部份)

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在研究區一中經由初步統計分析(見表 4-1 及圖 4-3)，此區崩塌點相當集中 於兩個坡向：東向與東南向，兩者合計比例已逾半數(50%)。

表 4-1 研究區一：各坡向崩塌量分佈比例

North North-East East South-East South South-West West North-West

崩塌點 54 37 104 114 53 30 37 21

整體比例 12% 8% 25% 25% 12% 7% 8% 5%

圖 4-3 研究區一：各坡向崩塌量分佈比例

然而，上述圖表大量呈現與集中東向與東南向，為避免區域內過多同坡向影 響分析成果而有誤判情形，必頇進行正規化。本研究採取的正規化方式是求取在 相同單一面積的情況下，在八個坡向上是否崩塌也同樣呈現集中的趨勢。

在經過表 4-2 統整計算，研究區一的像元素分析中以北向為分布最多之坡 向，而其他七個方位大致相等，像元素多在九萬至十萬區間徘迴。而與各坡向間 的崩塌像元素進行單位面積計算正規化比較後，本研究區中以東南向居高，東向 與南向的崩塌量則次之。透過圖 4-4 比較可窺見經正規化後，研究區一仍以東南 向最高，而東區則依舊不變，大體而言經過正規化後，與原先統計量未有明顯差 異。

38 表 4-2 研究區一：正規化各坡向崩塌量分佈比例

North North-East East South-East South South-West West North-West 各坡向總

像元素數 541905 182714 145856 164950 228202 192086 176807 198153 面積(m²) 34681920 11693696 9334784 10556800 14604928 12293504 11315648 12681792

崩塌像元素 22 76 278 514 427 115 22 17

每平方尺 崩塌數量 (pixels/m²)

54 37 104 114 53 30 37 21

圖 4-4 研究區一：正規化各坡向崩塌量變化

而在研究區一的六級坡度中在原始統計情形下，主要集中在一級至三級坡，

分布情形達到七成(見表 4-3、圖 4-5)。