多元遙測與空間資訊整合應用(含附冊)

簡介

中文內容大要
過去的水文參數觀測多以單點測站為主，但由於分佈不均，無法完整描述參數變異。近年來，遙測技術的發展提供了更頻繁和更精確的資料，這對於水資源管理至關重要。本計畫整合多種衛星遙測資料，並結合理論模型和深度學習，快速且準確地提取時空水文資訊。透過建構多元遙測與空間資訊應用展示介面，以測試場域之案例實證為基礎，研發模組化工具，並擴大應用於氣象水文、水資源管理、農業用水分析、揚塵防治或集水區監測等領域。

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目次

目錄
摘要 摘-1
Abstract A-1
目錄 目-1
圖目錄 圖-1
表目錄 表-1

結論與建議 結-1
一、結論 結-1
二、建議 結-6
第一章、前言 1-1
一、計畫緣由與目的 1-1
二、工作項目及內容 1-1
三、重要產出、研發期程規畫 1-4
四、工作流程 1-5
第二章、基本資料蒐集分析 2-1
一、國、內外相關課題應用、分析、技術成果案例 2-2
二、數位流域數據及資料盤點 2-8
三、衛星影像 2-11
四、數位流域基礎資料應用原則 2-12
五、新知科普文章 2-16
3 第三章、數據及資訊整合應用及資料服務 3-1
一、資訊整合應用與資料服務規劃 3-1
二、多元遙測與空間資訊整合平台系統 3-7
三、系統自動化、移轉與維護管理 3-29
4 第四章、模組研發、驗證與效能評估 4-1
一、乾旱預警模組研發 4-1
二、河川揚塵預警模組研發 4-1
三、農業用水近即時情資分析模組研發 4-1
四、水庫水質近即時監測模組研發 4-1
五、水庫集水區土砂近即時監測模組研發 4-35
5 第五章、應用推廣與後續發展方向與策略 5-1
一、應用推廣商業模式 5-1
二、應用推廣策略與成果 5-4
三、後續計畫發展方向及策略 5-10
6 第六章、資訊安全及相關配合事項 6-1
一、資訊安全管理準則 6-1
二、資訊安全檢測 6-3
7 第七章、技術交流 7-1
一、專家座談會 7-1
二、教育訓練 7-8
三、成果發表 7-12
參考文獻 參-1
附錄一　第六次期中審查意見及回覆
附錄二　113年工作會議意見及回覆
附錄三　113年新知科普文章
附錄四　110-112年審查意見及回覆(請參考電子檔)
附錄五　110-112年工作會議意見及回覆(請參考電子檔)
附錄六　歷次專家座談會(請參考電子檔)
附錄七　多元遙測與空間資訊整合應用四年度總報告(請參考電子檔)
附錄八　乾旱監測與預警模組成果專冊(請參考電子檔)
附錄九　河川揚塵近即時監測與預警模組成果專冊(請參考電子檔)
附錄十　農業用水近即時情資分析模組成果專冊(請參考電子檔)
附錄十一　水庫水質監測分析模組成果專冊(請參考電子檔)
附錄十二　水庫集水區土砂收支評估模組成果專冊(請參考電子檔)
 
表目錄
摘表-1　XGBoost水庫水質模型績效表 摘-5
摘表-2　年計型土砂收支評估成果表 摘-11
摘表-3　事件型土砂收支動態評估成果表 摘-13

表1 1　PM10超標預警測試績效表(2023年成果) 1-13
表2 1　衛星遙測應用於水庫水質監測之相關文獻 2-1
表2 2　集水區土砂評估相關文獻 2-4
表2 3　水文氣象資料一覽表 2-7
表2 4　地文資料一覽表 2-9
表2 5　供應資料盤點一覽表 2-10
表2 6　用水需求資料一覽表 2-11
表2 7　生態環境資料一覽表 2-12
表2 8　災害資料一覽表 2-12
表2 9　衛星影像應用議題列表 2-13
表2 10　衛星影像常用遙測指標評估方式列表 2-14
表2 11　已提供之新知科普文章列表 2-16
表3 1　資料服務產品說明 3-2
表3 2　多元遙測與空間資訊整合平台規格列表 3-7
表3 3　各流域與相關資訊說明 3-20
表3 4　模組自動化推動歷程與遭遇問題 3-30
表3 5　模式及資料庫轉移表 3-37
表3 6　平台維護管理計畫 3-39
表4 1　水庫水質近即時監測與預警模組精進內容摘要說明 4-1
表4 2　水庫水質採用之影像紋理指標相關文獻回顧 4-5
表4 3　Sentinel-2衛星影像日期與水質監測日差距統計表(石門水庫為例) 4-6
表4 4　各水庫網格與監測資訊匹配表 4-11
表4 5　水庫監測點網格蓄水區與非蓄水面積比例表 4-12
表4 6　水庫水質應用網格 4-15
表4 7　XgBoost水庫水質參數表 4-20
表4 8　XgBoost水庫水質結果表 4-21
表4 9　水庫水質管理與應變作為 4-31
表4 10　水庫集水區土砂生產環境及水質環境健檢指標估計方式 4-33
表4 11　土砂收支快速評估公式 4-39
表4 12　通用土壤流失公式 4-40
表4 13　河道輸砂量-何黃氏1992年公式 4-40
表4 14　河道輸砂參數(何黃氏1992年公式) 4-41
表4 15　崩塌土砂量公式 4-41
表4 16　邊坡坡度推估崩塌深度法 4-41
表4 17　集水區工程防砂量相關公式 4-42
表4 18　集水區土砂遞移率公式 4-43
表4 19　年計型土砂收支模組評估結果 4-45
表4 20　石門水庫年計土砂評估結果 4-48
表4 21　石門水庫子集水區土砂流失統計表 4-49
表4 22　曾文水庫年計土砂評估結果 4-53
表4 23　曾文水庫子集水區土砂流失統計表 4-54
表4 24　牡丹水庫年計土砂評估結果 4-57
表4 25　牡丹水庫子集水區土砂流失統計表 4-58
表4 26　南化水庫年計土砂評估結果 4-62
表4 27　南化水庫子集水區土砂流失統計表 4-63
表4 28　德基水庫年計土砂評估結果 4-67
表4 29　德基水庫子集水區土砂流失統計表 4-67
表4 30 霧社水庫年計土砂評估結果 4-70
表4 31　霧社水庫子集水區土砂流失統計表 4-71
表4 32　明德水庫年計土砂評估結果 4-74
表4 33　明德水庫子集水區土砂流失統計表 4-75
表4 34　白河水庫年計土砂評估結果 4-79
表4 35　白河水庫子集水區土砂流失統計表 4-79
表4 36　離槽水庫集水區土砂流失統計表 4-82
表4 37　大埔壩水文觀測站水位-流量關係式 4-85
表4 38　修正土壤流失公式 4-85
表4 39　Sentinel-1SLC產品解析度 4-91
表4 40　Senitnel 1衛星影像資料(升軌) 4-93
表4 41　Senitnel 1衛星影像資料(降軌) 4-93
表4 42　曾文水庫既有裸露地相干性大於0.3時所佔面積比例(升軌) 4-98
表4 43　曾文水庫既有裸露地相干性大於0.3時所佔面積比例(降軌) 4-99
表4 44　SRH-2D水流控制方程式 4-104
表4 45　SRH-2D輸砂控制方程式 4-105
表4 46　大埔水文測站一覽表 4-105
表4 47　水文監測資料統計表 4-106
表4 48　曾文水庫上游主流河道粒徑分布表 4-109
表4 49　上游集水區入庫土砂推估模式檢定驗證結果表 4-111
表4 50　彩雲颱風-入庫土砂量推估結果表 4-112
表4 51　彩雲颱風-子集水區土砂流失評估結果表 4-112
表4 52　0801豪雨-入庫土砂量推估結果表 4-114
表4 53　0801豪雨-子集水區土砂流失評估結果表 4-114
表4 54　盧碧颱風-入庫土砂量推估結果表 4-116
表4 55　盧碧颱風-子集水區土砂流失評估結果表 4-116
表4 56　軒嵐諾颱風-入庫土砂量推估結果表 4-118
表4 57　軒嵐諾颱風-子集水區土砂流失評估結果表 4-118
表4 58　卡努颱風-入庫土砂量推估結果表 4-120
表4 59　卡努颱風-子集水區土砂流失評估結果表 4-120
表5 1　本計畫開放資料應用可能之商業模式 5-3
表5 2　應用推廣策略與方法規劃與執行進度說明 5-5
表5 3　單位訪談與技術交流 5-6
表5 4　常見高重訪頻率與高空間解析度之付費光學衛星一覽表 5-12
表5 5　常見溫室氣體通量監測之衛星一覽表 5-17
表7 1　第一次專家座談會相關議程 7-2
表7 2　第二次專家座談會議程 7-4
表7 3　第三次專家座談會議程 7-5
表7 4　第四次專家座談會議程 7-7
表7 5　第一次教育訓練之議程 7-8
表7 6　第二次教育訓練之議程 7-9
表7 7　第三次教育訓練議程 7-10
表7 8　第四次教育訓練規劃 7-11
表7 9　計畫成果發表規劃 7-12

圖目錄
摘圖-1　多元遙測與空間資訊整合平台系統 2
摘圖-2　石門水庫透明度2023-07-01至2023-07-10監測點位辨識結果 6
摘圖-3　石門水庫葉綠素2023-07-01至2023-07-10監測點位辨識結果 6
摘圖-4　石門水庫總磷2023-07-01至2023-07-10監測點位辨識結果 7
摘圖-5　水庫集水區土砂收支評估模組分析流程圖 10

圖1 1　計畫重要產出及研發期程規劃 1-8
圖1 2　整體計畫流程圖 1-9
圖3 1　多元資訊整合應用架構圖 3-1
圖3 2　遙測與空間資訊整合平台入口圖 3-10
圖3 3　多元遙測與空間資訊整合呈現平台系統架構圖 3-10
圖3 4　遙測與空間資訊整合平台首頁圖 3-11
圖3 5　使用者登入頁面 3-12
圖3 6　使用者註冊頁面 3-12
圖3 7　圖台功能說明 3-13
圖3 8　資料下載服務與管理 3-14
圖3 9　CSV檔案下載 3-14
圖3 10　乾旱預警系統整體頁面功能說明 3-15
圖3 11　區域綜合乾旱指標清單查詢功能 3-16
圖3 12　乾旱預警指標空間分布地圖查詢 3-17
圖3 13　乾旱預警細部屬性點擊查閱功能 3-18
圖3 14　區域綜合乾旱指標時間變化趨勢查詢功能 3-18
圖3 15　河川揚塵模式介面呈現 3-20
圖3 16　河川揚塵影像輔助資訊介面說明 3-21
圖3 17　河川揚塵AOD反衍產品資訊 3-21
圖3 18　河川揚塵測站即時資訊呈現 3-22
圖3 19　河川揚塵測站PM10超標發生機率呈現 3-22
圖3 20　河川揚塵測站時序變化資料呈現 3-23
圖3 21　農業用水系統整體頁面 3-24
圖3 22　作物用水統計頁面功能說明 3-24
圖3 23　種植面積統計分析 3-25
圖3 24　競用區與水稻種植區圖層呈現 3-25
圖3 25　水庫水質貧養、普養與優養網格數量比例統計 3-26
圖3 26　水庫水質測站即時與歷史監測資訊 3-27
圖3 27　水庫水質空間分布展示 3-27
圖3 28　水庫集水區土砂空間分布視覺化示意圖 3-28
圖3 29　水庫子集水區土砂收支成果視覺化示意圖 3-28
圖3 30　系統平台移至水利署資訊系統處理流程 3-35
圖3 31　系統平台移至水利署資訊系統處理流程 3-36
圖4 1　水庫水質監測模組應用區域 4-3
圖4 2　水庫水質監測模組分析流程 4-4
圖4 3　MOD09GA.V61處理流程 4-7
圖4 4　環境部水庫水質監測資料 4-8
圖4 5　環境部13座水庫監測位置與相關資訊表 4-8
圖4 6　水利署防災資訊服務網水庫即時資訊表 4-9
圖4 7　網格與水質監測點位匹配方式 4-10
圖4 8　水庫網格與集水區面積圖 4-14
圖4 9　資料類正規化結果(左:葉綠素a/中:透明度/右:總磷) 4-15
圖4 10　水庫水質XGBoost模型架構 4-17
圖4 11　採集函數示意圖 4-17
圖4 12　高斯過程信賴區間 4-18
圖4 13　貝葉斯優化示意圖 4-18
圖4 14　德基水庫與鳳山水庫測站網格之蓄水面積佔比一覽圖 4-22
圖4 15　石門水庫甲藻增生位置圖 4-23
圖4 16　石門水庫透明度2023-07-01至2023-07-109影像辨識結果 4-23
圖4 17　石門水庫葉綠素2023-07-01至2023-07-10影像辨識結果 4-24
圖4 18　石門水庫總磷2023-07-01至2023-07-10影像辨識結果 4-24
圖4 19　石門水庫2023-06-29及至2023-07-04衛星影像 4-24
圖4 20　石門水庫透明度2023-07-01至2023-07-10監測點位辨識結果 4-25
圖4 21　石門水庫葉綠素2023-07-01至2023-07-10監測點位辨識結果 4-25
圖4 22　石門水庫總磷2023-07-01至2023-07-10監測點位辨識結果 4-26
圖4 23　翡翠、石門、寶山水庫空間分析一覽圖 4-26
圖4 24　永和山、明德、鯉魚潭水庫空間分析一覽圖 4-27
圖4 25　德基、霧社、鏡面水庫空間分析一覽圖 4-27
圖4 26　白河、鳳山、澄清湖、曾文水庫空間分析一覽圖 4-28
圖4 27　環境部水庫藻毒事件處理標準作業流程 4-30
圖4 28　水庫集水區土砂生產環境及水質環境健檢指標 4-32
圖4 29　水庫集水區土砂收支模組應用區域 4-36
圖4 30　水庫集水區年計型土砂收支評估模組分析流程圖 4-38
圖4 31　水庫集水區事件型土砂收支評估模組分析流程圖 4-38
圖4 32　集水區控制點土砂收支評估示意圖 4-39
圖4 33　石門水庫集水區土砂流失分布情形(108、109年) 4-50
圖4 34　石門水庫集水區土砂流失分布情形(110、111~112年) 4-51
圖4 35　曾文水庫集水區土砂流失分布情形(108年) 4-55
圖4 36　曾文水庫集水區土砂流失分布情形(109年) 4-55
圖4 37　曾文水庫集水區土砂流失分布情形(110年) 4-56
圖4 38　曾文水庫集水區土砂流失分布情形(111年) 4-56
圖4 39　牡丹水庫集水區土砂流失分布情形(107~108年) 4-59
圖4 40　牡丹水庫集水區土砂流失分布情形(109年) 4-59
圖4 41　牡丹水庫集水區土砂流失分布情形(110年) 4-60
圖4 42　牡丹水庫集水區土砂流失分布情形(111~112年) 4-60
圖4 43　南化水庫集水區土砂流失分布情形(108~109、110年) 4-64
圖4 44　南化水庫集水區土砂流失分布情形(111、112年) 4-65
圖4 45　德基水庫集水區土砂流失分布情形(107年) 4-68
圖4 46　德基水庫集水區土砂流失分布情形(108年) 4-68
圖4 47　德基水庫集水區土砂流失分布情形(109-110年) 4-69
圖4 48　霧社水庫集水區土砂流失分布情形(107~108年) 4-72
圖4 49　霧社水庫集水區土砂流失分布情形(109年) 4-72
圖4 50　霧社水庫集水區土砂流失分布情形(110年) 4-73
圖4 51　霧社水庫集水區土砂流失分布情形(111~112年) 4-73
圖4 52　明德水庫集水區土砂流失分布情形(108~109年5月) 4-76
圖4 53　明德水庫集水區土砂流失分布情形(108年6月~110年) 4-76
圖4 54　明德水庫集水區土砂流失分布情形(111年) 4-77
圖4 55　明德水庫集水區土砂流失分布情形(112年) 4-77
圖4 56　白河水庫集水區土砂流失分布情形(110年) 4-79
圖4 57　白河水庫集水區土砂流失分布情形(111年) 4-80
圖4 58　白河水庫集水區土砂流失分布情形(112年) 4-80
圖4 59　事件型土砂收支動態評估模組執行流程圖 4-84
圖4 60　農村發展與水土保持署裸露地判釋方法流程圖 4-87
圖4 61　Sentinel-1拍攝模式介紹 4-90
圖4 62　臺灣使用Sentinel 1圖幅框 4-91
圖4 63　DInSAR流程圖 4-92
圖4 64　曾文水庫既有裸露地2024/2/8、2024/3/15影像相干性＞0.3之分布圖(升軌) 4-96
圖4 65　曾文水庫既有裸露地2024/2/22、2024/3/29影像相干性＞0.3之分布圖(降軌) 4-97
圖4 66　曾文水庫凱米颱風崩塌地與影像相干性<0.3之空間分布圖(升軌) 4-101
圖4 67　曾文水庫凱米颱風崩塌地與影像相干性<0.3之空間分布圖(降軌) 4-102
圖4 68　曾文水庫凱米颱風崩塌地相干性組體圖(升軌) 4-103
圖4 69　曾文水庫凱米颱風崩塌地相干性組體圖(降軌) 4-103
圖4 70　曾文水庫事件型土砂收支模組水文資料分布圖 4-107
圖4 71　SRH-2D網格建置成果圖 4-108
圖4 72　SRH-2D河道粒徑與曼寧N值設定分布圖 4-109
圖4 73　SRH-2D出入流邊界設定分布圖 4-110
圖4 74　110年彩雲颱風-集水區土砂流失分布情形 4-113
圖4 75　0801豪雨-曾文水庫集水區土砂流失分布情形 4-115
圖4 76　盧碧颱風-曾文水庫集水區土砂流失分布情形 4-117
圖4 77　軒嵐諾颱風-曾文水庫集水區土砂流失分布情形 4-119
圖4 78　卡努颱風-曾文水庫集水區土砂流失分布情形 4-121
圖5 1　Pléiades立體相對應用案例(杜拜地區2米DSM) 5-14
圖5 2　SkySat-C立體相對應用案例(華盛頓州聖海倫山 DSM) (A) DSM及 (B)與4月間高程差 (Bhushan et al., 2021) 5-14
圖5 3　KOMPSAT-3立體相對應用案例 5-15
圖6 1　網頁弱點掃描結果 6-3
圖6 2　網頁源碼掃描結果 6-4
圖7 1　第一次專家座談會辦理情形圖 7-3
圖7 2　第二次專家座談會辦理情形圖 7-4
圖7 3　第三次專家座談會辦理情形圖 7-6
圖7 4　第四次專家座談會辦理情形圖 7-7
圖7 5　第一次教育訓練辦理情形圖 7-9
圖7 6　第二次教育訓練辦理情形圖 7-10
圖7 7　第三次教育訓練辦理情形圖 7-11