一、演講者簡介

Alex Koh，英國巴斯大學（Bath Spa University）教授，專長為遙測技術，在國際間的遙感探測及製圖界相當的活躍。此次林務局特地由台大地理環境資源學系林俊全教授情商Kou教授來台，希望藉由Kou教授多年的實務經驗，傳授給參加地景保育技術工作坊的學員，提升國內地景保育人員的工作能力。

二、演講內容側記

本次工作坊主辦地點於台灣大學地理環境資源學系大講堂，課程分為上下半場。上半場說明遙測技術目前的應用（航空影像），下半場則為雷射掃瞄影像（光達）的應用。在林俊全教授簡單的介紹主講人之後，課程正式開始。Koh教授先介紹目前國外製圖界的發展。目前大部分的都市地區都已經進行過製圖調查，提供了一些具有實用性的圖資。但地圖的未來在哪？要如何賦予地圖新的價值？是目前製圖者共同頭痛的問題。在高度資訊化、網路化的世界，將地圖放在電子媒體上傳播是世界潮流。除了目前大家熟知的Google Map（圖1）外，世界最大的軟體公司—微軟（Microsoft）也積極的進入網路地圖服務的市場。傳統的地圖製作者，在面臨電子地圖既合作又競爭的趨勢下，尋求更多對地圖的加值服務或製作主題地圖，就相當的重要。在英國，目前標記有旅遊與休閒資訊的地圖產值大幅增加，遠比過去基本的地形圖與路網地圖來的高，而後兩者目前正面臨到Google等數位廠商的強力挑戰。

在為地圖的加值中，除了文字的敘述之外，如果配合上當地的影像，確是再好不過，因為人類畢竟是視覺的動物。此時，遙測工具的優勢就顯現出來了，尤其是航空照片（圖2）的部分。過去人類受限於不能飛行而看的不遠，雖然曾經有人想到使用熱氣球或藉由會飛行的動物進行航空攝影，但對製圖的幫助不大。直到航空器的發展穩定後，相機可以安穩的安裝在飛機上，航空攝影才算正式的崛起。1935年，第一台航空攝影專用的多鏡頭相機問世，也是今日航空影測量的基礎。經過多年的演變與進步，今日的工具除了傳統相機航拍之外，新的數位相機也被引入這個行業，使得航空攝影測量進入新時代。由於數位相機比傳統底片更具有較佳的多光譜特性，因此單次航測可以進行的作業就更多了。目前的航測用數位相機除了傳統影像之外，大都已經具備了紅外線光段影像的擷取能力，有些甚至還能依特殊需要更換不同光段的濾鏡進行拍攝，功能十分多樣，但是設備價格會比較高。除了多光譜特性之外，Koh教授也介紹了我們更有興趣的問題：地面解析力的提升。在目前歐洲與美國使用的儀器中，單色地面解析度已經可以達到2公分，彩色解析度3公分（以Microsoft Vexcel Ultracam XP系統為例），已經遠遠超過一般製圖的地面精度需求，甚至可以滿足國土環境變遷監測的需求，也是航測進行未來殺手級應用的關鍵之一。

▲圖1 現今十分熱門的網路地圖─Google Map。

▲圖2 台南牛埔航空照片。

介紹完航測儀器的發展後，Koh教授認為，航測設備的進步，已經使得航測具備了快速取得資料、具備真實影像與精度等特點，但要有殺手級應用能力的話，如何更快速取得大量的地面資料會是其成功的關鍵。現在航測已經進入了數位時代，而數位的優點之一就是快速--不論是取得影像以及檔案傳輸與紀錄，都比過去拍完底片後還要進行沖洗、掃瞄、定位等作業而需耗費時日的情況進步許多。以以色列的Visionmap A3系統來說，在設定地面解析度為0.3公尺之下，每小時可以取得4,662平方公里的可製圖影像，效率相當的驚人。加上數位影像不用掃瞄與可以直接記錄相足點的功能，在資料處理速度上已經遠遠的拋開過去傳統航測。當然，若要完全發揮電子儀器的優勢，事前完整的航線規劃必不可少。

在航測中，目前除了光達（LiDAR）以掃瞄的方式直接取得地表地物的高度之外，其他航測方法要處理地物高都相當的麻煩，這個情況在都市地區尤其明顯，林立的高樓大廈在航測影像中會因為鏡頭變形而歪斜，非常不容易校正。而目前Koh教授正在研發一種新式航攝方法，利用直昇機上掛載的旋轉鏡頭，先取得地高樓建物四周外觀後，利用攝影測量技術以3D自動建模的方法，從影像中抽取建物的外觀以及高度，直接完成對建築物的立體測量。目前此法已經為英國政府安全部門所採用，目前正在建立英國都市的建物資料，成為防範都市恐怖攻擊的利器。

上半場的最後，Koh教授介紹了多光譜影像中的紅外光（IR）影像。紅外光影像是目前除了可見光之外，較為人熟知的非可見光影像。紅外光因為波長比可見光中的紅色還要長，因此肉眼是看不到的。紅外光對於高溫、高能量的物體反射較強，低溫、低能量者則容易被吸收。目前應用上除了利用紅外光監測地表植物的分布情況外，也可以利用對水體反射較弱的特性，利用反射強度的差異觀察河道中哪些部分會被流水所影響（含水量高）。此外，紅外光對於熱能的靈敏反應，目前也被應用在都市地區的能量管理上面。藉由都市地區的熱能分布圖，就可以知道哪些建築物在夏日隔熱的效果比較良好，或哪些住宅在冬季會有暖氣逸出造成浪費能源的情況。

下半場的工作坊中，Koh教授的主力就放在目前測量界最熱門的光達測量（圖3、圖4）。光達測量是以雷射測距儀配合位態儀、GPS儀器與數位相機，直接從航空載具上對地面進行高精度雷射脈衝掃瞄，同時取得地物的RGB資料、雷射反射強度資料及距離，配合即時GPS資料而直接解算出地物的大地空間座標。光達是數位航測的一種，比起影像式的數位航測更加快速，不太需要花時間後處理，但地面精度稍差一點，大約落在2～5公尺左右。不過光達可以直接輸出地面資料的特性，省下了大量資料處理的寶貴時間，以及在崎嶇的地形也可保持精準的特點，使得這套設備成為航測界目前的當紅炸子雞。除了地表的測量資料外，光達可以部分穿透植物的特性，使得光達資料也包含了植物生長的情況，藉由不同時間的來回反射波相減，就可以推算出植物的高度。這對需要林木生長資料的林業單位來說，能夠同時取得大地座標以及植物生長情況，「一兼二顧」真是再好不過。

Koh教授也提到，除了空載光達之外，目前也有放置在地面上的「地載光達」（Terrestrial Laser Scanner，簡稱TLS，圖5、圖6），其特性與空載版本大致相同，而且量測的精密度更高，可達到公釐等級。這項工具原本被開發使用在建築物的測繪，比對完工的建築物與施工設計圖的差異。但由於其可精準測量以及移動方便的特性，目前已經被引入到古蹟保存與地景數位化的領域。在英國與北愛爾蘭，已經有成功利用地載光達進行地景保存的成功案例。地載光達所需的設備與花費遠小於空載光達，目前台灣也有部分單位引進了這種系統嘗試進行測量或地景保存的計畫。

最後，Koh教授提到，不管是進行航測或是地景保存，完善的事前規劃永遠是最重要的。確定調查的目的，選取適合的工具與方法，並協調所有的設備都能和諧的同時運轉，就能夠提高航測或地景保存的效率。機器永遠都在進步，而清楚、完備的作業計畫，才是作業能否事半功倍的重要關鍵。

▲圖3 空載光達掃描示意圖。（圖片來源：USGS，http://ngom.usgs.gov/dsp/tech/eaarl）

▲圖4 空載光達掃描結果。（圖片來源：NOAA，http://www.noaanews.noaa.gov/stories/s798.htm）

▲圖5 地載光達─Leica ScanStation 2。

▲圖6 地載光達掃描結果─台中縣和平鄉松鶴一溪。