100年度應用衛星遙測於中央管河川(含淡水河及磺溪水系)河川區域之監測與管理

簡介

河川區域的監測是台灣水資源管理中一個重要的工作，但河川區域內的使用行為日趨複雜，以河川局之有限人力與資源欲有效監控河川區域內違法之行為，有實際困難之處，故利用先進而成熟的遙測科學技術對河川流域進行長期的監測更顯為重要。本計畫以遙測衛星高時效與大範圍監測的特性，針對河川區域內進行中央管河川(含淡水河及磺溪水系)之變遷偵測；並透過網路通報每期變異點資訊至查報單位，而查報單位於現地調查後，再利用網路回報查報之結果。由於本計畫是常態性大範圍之變遷偵測，因此先進行電腦自動化變遷判釋，但考量河川巡防人員之實際工作情況，再配合光譜類別變化、形狀和紋理特徵及輔助圖資，以人工篩選方式進行變異點之過濾，如此可減少巡防人員之工作量。
本計畫執行期間需執行34期變遷監測影像接收與處理，於繳交期末報告初稿時(07/12/2012)已完成29期，共通報837個變異點。本計畫之監測影像來源為福衛二號為主，SPOT-5為輔，計畫執行期間平均衛星影像分析率可達58%。在新技術研發方面，除了提升衛星影像變遷判釋之精準度外，同時也建立「線上互動式影像變遷偵測平台」(WIICAD，Web-based Image Interactive Change and Detection)，可藉由整合不同時期的衛星影像及特定案件的圖資分析成果，以滿足各配合單位業務之需求；數化多時間河川深槽線，以提供各配合單位河道治理之參考。
本計畫執行後全力配合處理由各配合單位提出的15件緊急協助需求，提供之衛星影像可做為處理河川管理之緊急事件參考或判斷依據。同時也蒐集並分析歷年違規採取土石案件和傾倒廢棄物之違規案件，並統整出違規案件多發生在砂石場、道路防，或是沒有堤防阻檔，地勢較平緩之區域。
由執行成果顯示，本計畫能夠有效的協助巡防人員進行河川區域變異點查報，並提高河川巡防取締違法行為之成效。

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目次

目錄
摘要 I
Abstract III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XI
一、計畫緣起及目的 1
二、系統架構與工作範圍 3
2.1系統架構 3
2.2計畫工作範圍 4
三、計畫工作項目及流程 7
3.1工作方法及步驟 9
四、中央管河川(含淡水河及磺溪水系)監測流域基本資料蒐集 11
4.1河川流域數位高程模型資料及土地利用數化圖層資料 11
4.2其他流域影像監測相關輔助資料 12
4.3水利署中央管河川輔助圖資 14
4.4蒐集河川區域內工程圖資 16
五、中央管河川(含淡水河及磺溪水系)監測流域影像接收與處理 19
5.1影像預約排程申請協調 22
5.2影像接收與加值處理 27
5.2.1影像接收處理 28
5.2.2影像加值處理(正射處理) 30
六、河川區域變異分析技術研發與應用 35
6.1高解析多光譜融合技術研發 36
6.2多期影像精準對位技術研究 38
6.3衛星影像應用於河砂開採變異監測技術研發 39
6.3.1電腦自動化變遷判釋 41
6.3.2人工篩選 43
6.4河川區域違規使用光譜之應用 50
6.5影像監測作業流程研訂及各期影像河川區域變異分析與變異資料建檔 52
6.5.1河川區域變遷偵測管理系統 54
6.6線上互動式影像變遷偵測平台(WIICAD) 57
6.7河川深槽流路變遷之判釋 59
6.7.1衛星影像選取、數化範圍及時間、數化原則 60
6.7.2河川深槽線資料提供 61
七、彙整監測流域範圍內新公告之河川區域線 67
7.1河川區域線變更對於變遷監測之影響 67
7.2蒐集並彙整新公告之河川區域線 68
7.2.1蒐集河川區域線圖資 69
7.2.2彙整河川區域線數位圖資 70
八、河川區域變異通報與查核回報彙整 73
8.1建立河川區域變異通報機制 74
8.2輔助河川區域變異之現地查核作業 75
8.3輔助河川區域變異之現地查核作業 76
8.4彙整河川區域變異之通報與查報成果 78
8.5提供河川局（或縣市政府）通報及查核回報之操作諮詢或及1場教育訓練 80
8.5.1計畫期間之工作會議 81
8.5.2座談會 82
8.5.3參與水利署相關活動 85
九、提供中央管河川(含淡水河及磺溪水系)監測流域變異資料 89
9.1中央管河川(含淡水河及磺溪水系)監測流域變異成果資料 89
9.1.1繳交每期監測流域變異成果資料 94
9.2 河川區域變異點回報成果 95
9.3違規案件分布狀況分析 101
十、同步配合水利署「水資源資訊服務平台─河川管理整合性資訊化系統」衛星變遷偵測通報與查報資訊交換整合之維護 107
10.1資料交換機制 109
10.2資料交換格式 111
十一、計畫執行期間緊急事件之配合 115
11.1河道治理相關 115
11.2配合提供時序變化之衛星影像 119
11.3計畫內容相關諮詢 128
十二、分析歷年未經許可採取土石及傾倒廢棄物之違規案件 129
12.1 蒐集歷年未經許可採取土石及傾倒廢棄物違規案件之資料 130
12.2 分析歷年未經許可採取土石及傾倒廢棄物違規案件與衛星影像變遷偵測之相關性 131
12.2.1 蒐集並提供歷年未經許可採取土石及傾倒廢棄物違規案件之前後期衛星影像 131
12.2.2 分析歷年未經許可採取土石及傾倒廢棄物違規案件與衛星影像變遷偵測之相關性 134
12.2.2.1未經許可採取土石與衛星影像變遷偵測之相關性 134
12.2.2.2未經許可傾倒廢棄物與衛星影像變遷偵測之相關性 137
12.3 蒐集河川區域環域1公里範圍內之砂石場位置 138
12.4 分析未經許可採取土石及傾倒廢棄物違規案件與相關空間資訊之關聯性 140
12.4.1 砂石場空間分析(未經許可採取土石) 140
12.4.2 道路空間分析 142
12.4.3 堤防空間分析 144
十三、結論與建議 147
13.1 結論 147
13.2建議 150
十四、重要參考資料 153
附錄一、期中簡報會議紀錄
附錄二、河川區域違規使用之光譜資料
附錄三、WIICAD平台功能詳細說明
附錄四、各期變遷監測衛星影像與變異點查報回報成果
附錄五、河川區域違規採取土石案件衛星影像與影像變異條件統計
附錄六、河川區域違規傾倒廢棄物案件衛星影像與其相關資訊


圖目錄
圖2.1-1 計畫系統架構圖 4
圖2.2-1 衛星影像監測河川區域之工作範圍 5
圖3.1-1 工作計畫流程圖 9
圖4.1-1 全台數位高程模型 12
圖4.1-2 高屏溪土地利用數化圖 12
圖4.3-1 2010年烏溪 15
圖4.3-2 2010年花蓮溪 16
圖4.4-1 工程圖資-電子圖檔(CAD檔) 17
圖4.4-2工程圖資-書面工程範圍圖 17
圖4.4-3工程圖套疊於河川區域變遷偵測管理系統 18
圖5-1 97年度至100年度各河川非法變異點數統計直方圖 21
圖5.1-1 本計畫監測中央管河川區域之福衛二號與SPOT-5軌道涵蓋範圍 23
圖5.2.1-1 衛星影像接收與正射糾正處理流程 30
圖5.2.2-1 區域平差工作流程 31
圖5.2.2-2正射糾正流程 33
圖5.2.2-3 衛星影像於正射糾正前、後之結果 34
圖6.1-1 福衛二號原始影像及融合影像 38
圖6.2-1 多時期精準對位成果 39
圖6.3-1 衛星影像變遷判釋流程圖 40
圖6.3.1-1變異向量與前後期光譜向量之關係圖 42
圖6.3.2-1 航空照片 47
圖6.3.2-2 土地利用圖 47
圖6.3.2-3 工程圖資 48
圖6.3.2-4 人工篩選流程 49
圖6.3.2-5 河川違規開採之前後期衛星影像 50
圖6.5-1 遙測影像於河川區域監測管理應用之標準作業流程 52
圖6.5-2影像接收及前處理程序 52
圖6.5-3 衛星影像變異分析程序 53
圖6.5-4 變異通報與查核回報彙整程序 53
圖6.5.1-1 河川區域變遷偵測系統架構圖 54
圖6.5.1-2河川區域變遷偵測管理系統介面 55
圖6.5.1-3 開啟五千分之ㄧ圖幅進行變異點電腦自動分析 56
圖6.5.1-4 初步電腦自動化河川區域變遷偵測結果 56
圖6.5.1-5進行人工篩選變異點之步驟 56
圖6.6-1 WIICAD系統流程概念圖 57
圖6.6-2 WIICAD系統架構圖 58
圖6.6-3 WIICAD系統功能介面 59
圖6.7.2-1 高屏溪各時期汛期、非汛期深槽線 64
圖6.7.2-2 高屏溪多時期非汛期深槽線套疊 65
圖6.7.2-3 高屏溪多時期汛期深槽線套疊 66
圖7.1-1 變異區域位於更新後河川區域線內 67
圖7.1-2 變異區域位於更新後河川區域線外 68
圖7.2-1河川區域線彙整流程圖 69
圖7.2.1-1 本計畫請河川局提供河川區域線之公文 70
圖8-1系統功能架構圖 73
圖8.1-1 河川區域變異通報E-mail 74
圖8.1-2各期變遷專案同步至水利署「河川管理整合性資訊化系統」 75
圖8.2-1 河川區域變異相關圖資 76
圖8.3-1 河川區域變異查證成果表單 77
圖8.3-2 河川區域變異專案查證回報系統介面 78
圖8.3-3河川區域變異專案查證回報-非法後續處理 78
圖8.4-1 查證回報歷史記錄之圖文互查介面 79
圖8.4-2 統計分析管理查證結果與變異類型交叉統計 80
圖8.5.2-1 座談會情形 85
圖8.5.3.1-1 「河川圖籍資料庫應用系統」操作手冊 86
圖8.5.3.1-2「受託單位計畫暨績效指標填報管理系統」操作手冊 86
圖8.5.3.2-1 互動式教學操作畫面 87
圖9-1 每期變遷偵測公文 89
圖9.1-1各月份平均影像分析率 94
圖9.3-1 中央管河川區域內非法變異點位置分布圖 104
圖9.3-2 中央管河川區域內各河川局之非法變異點統計 105
圖9.3-3 中央管河川區域內各河川非法變異點統計 105
圖9.3-4 中央管河川區域內非法變異點類型統計 106
圖9.3-5 中央管河川區域內非法變異點土地利用類型統計 106
圖10.1-1 河川區域變異交換整合通報資訊之系統流程 110
圖10.1-2 河川區域變異交換整合回報資訊之系統流程 110
圖11.1-1 濁水溪西濱大橋至自強大橋之衛星影像 116
圖11.1-2 濁水溪補注工程之衛星影像 118
圖11.2-1霄裡溪新埔鎮巨埔段71、222、224號堆置土石 124
圖11.2-2 太麻里溪橋至金峰鄉公所莫拉克颱風後和2011最新衛星影像 125
圖11.2-3曾文溪東勢寮段衛星影像(11/29/2011) 126
圖11.2-4 佐證花蓮溪是否有整地情形之衛星影像 127
圖12.1-1 提供未經許可採取土石及傾倒廢棄物違規案件範例 130
圖12.2.1-1 確認未經許可採取土石違規案件位置範例 131
圖12.2.1-2 比對出違規案件發生時間點 132
圖12.2.2.1-1 未經許可採取土石違規案件之前後期衛星影像 135
圖12.2.2.1-2 未經許可採取土石違規案件之現地查證照片 135
圖12.2.2.1-3 違規區域於前後期衛星影像上無明顯變異 136
圖12.2.2.1-4 違規區域於前後期衛星影像上判釋為工程變化 136
圖12.2.2.1-5 違規區域於前後期衛星影像上判釋為農地變化 137
圖12.2.2.2-1 未經許可傾倒廢棄物違規區域於前後期衛星影像上無明顯變異 137
圖12.3-1 利用2011-2012年全台鑲嵌衛星影像新增之砂石場範例 138
圖12.4.1-1 砂石場空間分析示意圖 141
圖12.4.1-2 未經許可採取土石違規案件之砂石場分布範圍圓餅圖 141
圖12.4.2-1 聯外道路分析示意圖 142
圖12.4.2-2 未經許可採取土石案件之聯外道路圓餅圖 143
圖12.4.2-3 傾倒廢棄物案件聯外道路分析圖 143
圖12.4.3-1 堤防空間分析示意圖 144
圖12.4.3-2 未經許可採取土石違規案件之堤防存在圓餅圖 145
圖12.4.3-3 傾倒廢棄物案件堤防存在之圓餅圖 145


表目錄
表4.2-1 各項流域影像監測相關輔助資料 13
表4.3-1 「建置中央管河川空間資訊系統」之相關圖資 14
表5-1 97年度至100年度各河川局非法變異類型統計 19
表5-2 2012年4月起各河川監測頻率 21
表5.1-1 全台中央管河川(含淡水河及磺溪水系)變遷偵測與通報排程表 24
表5.1-2 每期變遷使用之衛星影像資料與拍攝日期 25
表5.1-1 全台中央管河川(含淡水河及磺溪水系)變遷偵測與通報排程表 24
表5.1-2 每期變遷使用之衛星影像資料與拍攝日期 25
表5.2.1-1 福衛二號與SPOT-5衛星特性之說明 28
表5.2.1-2 福衛二號與SPOT-5各等級產品的定義 28
表6-1 歷年發展技術整理 35
表6.1-1 遙測影像融合方法說明 37
表6.3.1-1 傳統變遷監測方法 41
表6.3.1-2 電腦自動化變遷前後期光譜變化 43
表6.3.2-1 光譜顏色與光譜類別 44
表6.3.2-2 前、後期光譜顏色變化相對應土地覆蓋光譜類別變化 45
表6.3.2-3 變異點之形狀特徵 45
表6.3.2-4 變異點之紋理特徵 46
表6.4-1 河川區域違規使用光譜資料 51
表6.7.2-1 深槽線數化進度表 61
表8.5.1-1 第一次工作會議議題與決議(09/14/2011) 81
表8.5.1-2第二次工作會議議題與決議(03/07/2012) 82
表8.5.1-3 第三次工作會議議題與決議(06/08/2012) 82
表8.5.2-1 座談會課程表 83
表8.5.2-2 座談會各配合單位意見 84
表9.1-1各期河川區域變遷偵測使用影像之相關資訊 90
表9.1-2 每週一次衛星影像分析率 92
表9.1-3每兩週一次衛星影像分析率 93
表9.1-4 每月一次衛星影像分析率 93
表9.1.1-1 通報期別命名方式 94
表9.1.1-2 變異點編號之命名方式 94
表9.2-1 每期河川區域變異通報點統計表 96
表9.2-2 各配合單位河川區域變異通報點查證結果與變異類型統計表 100
表9.3-1 非法變異點類型及分布統計表 101
表9.3-2非法變異點相關資訊分析 102

表10-1 水利署「水資源資訊服務平台─河川管理整合性資訊化系統」無法完成介接服務記錄 109
表10.2-1河川區域變異之通報格式 111
表10.2-2河川區域變異通報之資料交換結果格式 112
表10.2-3河川區域變異之回報格式 112
表11-1計畫期間內之緊急事件分類統計表 115
表11.1-1計畫期間內配合提供「河道治理相關」之案件 115
表11.2-1 計畫期間內配合提供「時序變化」之案件 119
表11.3-1計畫內容相關諮詢 128
表12.2.1-1 違規案件前後期影像日期及判釋結果 133
表12.2.2.1-1未經許可採取土石違規案件之變異特徵 135