利用UAV航拍影像建置蘭陽溪易致災河段之空間資料第一河川局

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  發刊期數:第0312期/ 發布日期:2019/01/04

蘭陽溪中游段堤防歷年災害位置圖_pic

  無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle,以下簡稱UAV)作為環境監測或地形測繪工具,為近年來新興且熱門的科技,具有高機動性、高空間解析度、低成本及可低空雲下作業之優勢,恰可彌補傳統航拍或衛星遙測受限於雲遮影響而無法快速獲取影像資料之缺點,同時具備定位導航系統、自動飛行控制、即時影像及資訊傳輸等先進功能,使得蒐集空間資料更有效率。為有效整合空間資訊情報,UAV特適於災防應用任務,擁有許多優勢及發展空間,可發揮其機動性,即時取得災害現場的影像,快速處理及產製可靠資訊,提供救災人員進行災害資訊的研判及緊急應變的參考。

  蘭陽溪屬於中央管河川,是宜蘭縣主要的河川蘭陽溪河床平均坡度較陡,洪水來時易造成尖峰流量之流速直接衝擊河道,造成河道地形劇烈沖刷及淤積。堤防係約束河川洪流在一定的河道內流動之構造物,保護民眾生命財產安全的重要水利設施。依據歷年防洪工程記載顯示,蘭陽溪牛鬥堤防、破布烏堤防、員山堤防紅柴堤防及中溪洲堤防均曾發生河道深槽擺蕩或凹岸直沖所產生之河岸淘刷,因而導致基腳損毀的情形。回顧重大洪災事蹟,2007柯羅莎颱風造成牛鬥堤防200公尺沖毀,2012年蘇拉颱風造成紅柴堤防堤基、坡面及堤頂流失,約長達90公尺。由歷年河道之流路變遷、堤防災害及人口密集度等影響因子,蘭陽溪易致災堤段主要為斷面15~35、斷面38~56區段,多位於中下游平原段及中上游河谷段交接變化處。鑑此,利用UAV技術建置約27公里之易受損堤段正射影像及數值高程模型(DEM),作為研判防汛熱點及緊急應變之基礎資料。

  UAV在動力推進可分為定翼型與旋翼型兩類,各有其優缺點。四旋翼型 DJI Phantom 4 Advanced 進行航拍任務,具備GPS/GLONASS雙模衛星定位系統及搭載2,000萬畫素航拍相機,在整個建置作業流程可分三階段,首先對目標區域進行即時動態定位(VBS-RTK)控制點佈設及量測,接著進行航攝規劃及確認相關參數的設定,透過行動裝置Pix4Dcapture,規劃航拍範圍至少長800m*寬300m,航高100m,影像地表解析度約4cm,影像前後覆蓋率80%,側向覆蓋率60%,在航線規劃中起飛點至最遠航拍點以不超過1km為原則(考量可視度及滯空時間),且航線規劃以與河道垂直為原則;然而利用Agisoft PhotoScan軟體分析,先將航拍影像資料處理運算,加值為三維密點雲,進而產出含有地理座標資訊且易使用辨識之正射影像(Orthophoto)及DEM,並能依所需於地理資訊系統GIS進行疊圖、量測及分析應用。

  目前DEM製作係採用影像匹配產製點雲而成,但為確切反應實際地形面起伏情形,需採用立體測圖方式加測地形特徵,含斷線、特徵線及獨立標高點等地形資料,進而製作出精確資料,可充分且合理表達地形結構之脈絡、趨勢,同時能顯示3D空間趨勢面的變化特徵。未來,如何應用UAV技術所製作的全區高品質地形圖資,搭配相關軟體,將資料處理端與空間資訊之特性加值數位化,延長其空間資訊產品之生命週期,以獲得更多實用價值性,將是值得再精進學習的方針。

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