【大自然】如何運用遙測資訊進行快速應變

如何運用遙測資訊進行快速應變

莫拉克風災之經驗與建言

文．圖／劉正千國立成功大學衛星資訊暨地球環境研究所

　　「救災視同作戰」。精確、即時的情報蒐集，原就是戰爭致勝的關鍵因素之一，而透過各種遙測平台快速蒐集災區重要資訊，以提供救災單位與決策者進行緊急應變與制訂重要決策所需之關鍵資訊，更早已成為國際上遭逢重大天然災害時，各國所積極採取之必要作為。「成功大學福衛二號快速應變團隊」自2007年成立以來，運用所開發之「福衛二號影像自動處理系統」(F-2 AIPS) [1]，積極協助太空中心快速反應國內外各種重大天然災害事件，並於2009 年2 月下旬，應聯合國「地球觀測組織(GEO) 之全球系統觀察系統(GEOSS)災害管理工作組邀請，正式參與GEOSS之國際災害緊急應變工作。

　　本文回顧八八水災後，成大團隊協調GEOSS組織發起各國衛星對台灣重災區協同取像，並啟動聯合國國際空間和重大災害憲章(International Charter on Space and Major Disasters)。同時處理福衛二號遙測影像，設立「莫拉克颱風災害調查‧ 福衛二號前後期影像搜尋比對系統」，免費提供產官學界與社會大眾莫拉克颱風災害前後，台灣地區之可動態遊覽之三維全解析度立體影像，以支援災害調查與災後重建工作的整個過程。

　　據此寶貴經驗，整理出幾項重要結論，並對未來成立環境監控與災害緊急應變機隊，檢討改進現有災防相關之資訊平台，培訓中央地方各機關緊急應變人員，以及納入災防體系並定期演訓持續改進等幾項工作，提出建言。盼台灣雖位於天然災害頻繁之地區，藉由此次經歷八八水災所獲取之寶貴經驗，淬鍊出一支能夠快速獲取遙測資訊以緊急應變各種重大災害的勁旅，讓國人從此不再受到天然災害對生命財產的威脅。

事件回顧莫拉克風災

1.莫拉克颱風於2009年8月4日在菲律賓東北方約1000公里海面上生成，5日增強為中度颱風並向西移動，7日23時50分左右在花蓮市附近登陸，8日14時左右於桃園附近出海。莫拉克侵台前正值台灣入夏以來降雨嚴重不足，各地瀕臨限水之邊緣，一般大眾尚有期待颱風解旱之心理。加上莫拉克是從「季風環流圈」形成，雖其能量及範圍特大，但颱風中心的風勢卻不強，故雖有國外媒體如CNN 將其定位成超級強烈的颱風，中央氣象局於初期並未對其驚人雨量發出預警。甚至有一些媒體根據國科會追風計劃在颱風中心附近所量測到的偏弱風速，將其解讀為「虛胖」颱風並快速傳播，亦減低了一般大眾對此颱風之戒備。而行進緩慢的莫拉克颱風雖讓台灣各地在7日至9日間分別實施了兩至三天的停班停課來加以因應，但北部地區始終未出現特大的風雨，多少也使得中央政府未能警覺到此颱風會如此重創南台灣。

2. 災情報導與救災進展莫拉克風災初期傳出之災情，以豪大雨量在高雄、台南、屏東等地所造成的水災為主，另外東台灣的台東太麻里溪潰堤嚴重、知本金帥飯店倒塌，高屏地區雙園大橋斷裂，都被媒體反覆播放。由於這段時間裡民眾久等無援，求助電話瞬間塞爆119、110等專線，中央部會與地方政府間正在為救援的物資與人力調度聯繫不佳，災情資訊蒐集與彙整紊亂而飽受指責。殊不知真正災情最嚴重的山崩、土石流滅村都已發生、多處已淪為孤島的山區部落裡，正有成千上萬斷糧失聯的災民，亟待具有特殊裝備與大量動員能力的國軍來進行搶救。因颱風過境後豪雨不斷，一般交通與通訊設施受損，全島受災的全面性資訊闕如，導致救災資源與人力無法在關鍵時刻投入救災。僅靠受困的災民各自透過手機、簡訊傳出求救訊息，並多藉由媒體叩應與網民自發性建立的臨時網站來加以彙整、傳送，才逐漸將真正嚴重災害的情形挖掘出來，也加深了政府應變無能，救災不力的一般印象。

　　尤其是後來又發生了救災人員因使用老舊裝備而殉職的事件，以及幾乎在每節新聞中所反覆播送那些救難人員在湍急溪流中險象環生的畫面，更是讓百姓心中充滿了無力感，民怨也不斷蓄積，終於在後來一些事件上宣洩而出。雖然在釐清災情後，國軍部隊大量投入救災，軍用直升機傾巢而出，快速將受困民眾輸運下山，而災民的救助與安置也積極進行中，終究還是無法減緩究責的聲浪。現在回顧檢討這一切，關鍵之一就在於未能快速且有效地獲取，救災單位與決策者進行緊急應變與制訂重要決策時所需要之災區資訊。

3. 聯合國GEOSS 組織發起各國衛星協同取像

　　一般颱風過後幾天內的惡劣天氣多不利於光學衛星進行取像，而這段時間卻又是獲取災區資訊的關鍵時期，此時唯有能夠穿透雲層的雷達衛星有機會拍攝有用的影像。「成功大學福衛二號快速應變團隊」於2009年2月下旬應聯合國「地球觀測組織(GEO)之全球系統觀察系統(GEOSS)災害管理工作組邀請，加入國際災害緊急應變工作之後，曾參與澳洲昆士蘭大水、維多利亞省大火、非洲那米比亞洪泛、及中美洲大地震等事件，協同取像默契與經驗豐富，因此在8月8日便向GEOSS 災害管理工作組主席，美國國家航空太空總署NASA 的Dr. Stuart Frye 提出申請，協調GEOSS 組織發起各國衛星對台灣重災區協同取像。Dr. Frye 在一小時內便聯絡了歐洲太空總署的ASAR，德國的Terrasar, 義大利的Cosmo Skymed,以及日本的Palsar 等雷達衛星，嘗試對8日時傳出遭逢50年大水的屏東林邊、佳冬等地進行取像。然而一般雷達衛星均有其運行軌道的限制，其中ASAR排定最快必須等到11日與12日才有機會對台灣的目標區取像。

　　圖一所示是歐洲太空總署Envisat 衛星所搭載的ASAR感測器，於2009年8月11日以空間解析度150m的寬幅VV偏極化取像模式，以及14日以交替偏極模式(Alternating Polarization Mode)所拍攝台灣地區兩個條帶的雷達影像。其中11日的影像僅覆蓋佳冬地區而無法覆蓋林邊地區，150m寬幅VV偏極化取像模式也不足以對淹水區域精確判釋，14日的影像覆蓋範圍較理想，交替偏極模式也的確可以看出風災後幾處因淹水而導致土壤含水率升高的區域，可用來進行詳細的淹水區域分析，如圖二所示。

　　其他國家的雷達衛星，並未在第一時間回應我們所提出的請求，而是等到8月10日國家災害防救科技中心的官方代表正式送出啟動「聯合國國際空間和重大災害憲章」的請求後，才陸續在幾天之後有其他國家的衛星提供資料，其中包含法國SPOT在15日和16日所拍攝的兩幅影像，和加拿大Radarsat-2於16日所拍攝的一幅影像。這些影像不論在時效、取像範圍、或是分析應用的層面來看，都只能說是象徵意義大於實質意義。詳細資料可參閱網址[2]。回顧並檢討此次協調GEOSS 組織發起各國衛星對台灣重災區協同取像，並啟動聯合國國際空間和重大災害憲章，有以下幾點經驗與建議：

A. 雷達衛星雖可穿透雲層，但受限於運行軌道及有限資源，應該要提早預約並建立快速處理、分析及提供雷達影像的能力。

B. GEOSS 組織的確有強大支援與快速動員的能力，台灣應更積極參加這項國際組織的相關工作，與各國成員建立良好關係與默契。

C.「聯合國國際空間和重大災害憲章」的啟動時機應再加提前，始能爭取獲取資料的時效性。

D. 現有和可預見的未來十年中，太空平台和技術還是不足以全面快速地蒐集災區重要資訊，應尋求並建立其他可靠的遙測平台，以提供救災單位與決策者進行緊急應變與制訂重要決策所需之關鍵資訊。

4. 國家太空中心福衛二號密集取像福衛二號是台灣自主控制的高空間解析度光學遙測衛星，支援災害防救更是其五大任務之一。過去五年來成大團隊與國家太空中心在國內外許多重大天然災害事件中已建立了深厚的合作默契，對於福衛影像的限制與優勢也都充分瞭解。國家太空中心自8月7日起，便每日對台灣地區密集取像，初期由於天候不佳，的確無可用之資料，但此時成大團隊便已開始處理災前最新影像，準備與災後影像進行分析與比對之用。8 月8 日晚間接獲行政院新聞局和研考會的電話，建立了提供政府機關福衛影像和最新災情的管道。之後幾天便循這個管道將影像判釋的最新結果提供給政府機關。

　　從8月10日至8月17日八天，太空中心充分發揮福衛二號靈活取像的特點，在每天通過台灣的同一條軌道上，就進行五次掃瞄，以五個條帶將台灣全島幾乎完全拍攝一次。其中四個條帶的資料可以隨拍隨傳，第五個條帶在晚間衛星通過台灣時再把資料下傳。8月11日天氣好轉，開始拍到災區影像，圖三是8月13日取像的五個條帶所拼接出來的快覽圖。這樣的連續每日以五個條帶對台灣全島取像，可以說是國際上破紀錄的成功，也多賴太空中心的同仁在過去曾經實際演練過，才能在重大災害發生時，臨危不亂，發揮福衛最大優勢。從8月18日至8月25日八天，每天以三條帶輪流拍攝災區，其中一條帶正照支援災後重建規劃，另兩條帶斜照支援二次災害監測。從8月26日起，每天至少拍攝兩條帶，希望一個月內獲得全台無雲正射影像。

　　福衛二號自8月11日起開始獲取部分地區的影像，當時媒體已經針對幾項明顯災害反覆進行報導，只是一般照片都是從地上拍攝，沒有辦法獲得整個災區的綜覽圖。例如圖四所示台東太麻里溪潰堤、圖五所示高屏地區雙園大橋斷裂。因此這個階段的福衛影像，多是擔任類似再確認，綜覽的角色。對於救災或災害調查，實質幫助並不大。本團隊在影像處理完成的第一時間中，便循前述的管道將影像提供給行政院研考會。

　　隨著山崩、土石流滅村的消息逐漸披露，多處淪為孤島的山區部落裡斷糧失聯的災民開始對外聯絡，福衛二號也自8月13日起獲取更清楚，範圍更廣的影像。就在這批影像中，成大團隊發現了分別在台東縣太麻里溪上游的包盛社附近、南投縣信義鄉神木村和社溪上游、以及高雄縣桃源鄉荖濃溪上游支流拉克斯溪等三處，因土石崩落阻擋河道形成了三座堰塞湖，如圖六所示，對下游居民恐構成嚴重威脅。

　　不同於之前僅是提供一些已知災害再確認與綜覽的影像，這些堰塞湖座均落於交通阻絕之處，不易由地面發現，其大小範圍與周遭環境狀況也無法單由地面調查得知，最重要的是如果下游民眾不知道有這樣一個不定時炸彈，並提高警覺，隨時準備應變，恐有釀成二次災害之虞。因此，發現這些堰塞湖並持續監控，是福衛二號最能發揮優勢之處。唯此時全國百姓都已成驚弓之鳥，若未正確解讀這些訊息，任何風吹草動都恐將導致另一種災難。因此如何使用並發佈這些訊息，實在需要全面而完善的規劃。成大團隊在這些影像處理完成的第一時間中，同樣循前述管道將影像提供給行政院研考會，並在當晚行政院會議中讓各單位充分討論，研究應變之道後，才在第二天將最清晰的影像透過媒體向社會大眾公布。

三、福衛二號前後期影像搜尋比對系統

　　成大團隊所提供的均是經由「福衛二號影像自動處理系統」處理，可以套疊在數值高程模型上做三維立體展示的兩公尺解析度真實自然色融合影像，周遭高程的資訊經由三維立體平台的展示後，更能幫助使用者瞭解災害的成因，範圍與前後期變化。例如圖七是這次風災最慘重的小林村前後期影像，輔以三維高程的資訊來展示這些影像，更可以清楚看出這次小林村整村淹沒事件主因不是土石流，而是後方獻肚山山崩所造成。而至於荖農溪越域引水工程究竟影響多大？需要調集施工區域附近以及遠離施工區域這幾年來的所有衛星影像，比較看看這兩種區域的總崩塌面

積是否有異常之處。正因為這些影像提供了許多的寶貴資訊，在風災發生一週後，便有包含了高雄地檢署、監察院、民間組織、學術研究單位、工程顧問公司等單位都來索取影像。

　　為了能更有效率並持續地服務許多需要影像的單位，成大團隊建置了一個「莫拉克颱風災害調查福衛二號前後期影像搜尋比對系統」[3]。這個系統有(1)災前災後影像比對（圖八），與(2)三維全解析度立體影像動態遊覽（圖九）等兩種使用模式。使用者可以透過網路自由瀏覽、選取、並下載這些影像。又考慮影像資料龐大，網路傳輸負荷過重，成大團隊又將整個系統及全島災前災後的影像建置在一台筆記型電腦中，免費出借給需要的政府機關團體使用。在救災工作告一段落，災害調查與災後重建積極展開的新階段，此系統對產官學界與社會大眾均有相當幫助。

結論

　　此次莫拉克風災後，成大團隊協調GEOSS 組織發起各國衛星協同取像，並啟動聯合國國際空間和重大災害憲章。同時設立「莫拉克颱風災害調查‧ 福衛二號前後期影像搜尋比對系統」，免費提供產官學界與社會大眾可動態遊覽之三維全解析度立體影像，以支援災害調查與災後重建工作。以下是回顧整個過程後所整理出的幾項重要結論：

1.現有災害緊急應變之遙測資訊來源嚴重不足

　　災害緊急應變首重資訊蒐集，若連受災區域與受災程度都不清楚，試問如何做出正確的決策來調動人力資源？回顧此次最嚴重的災情是山區大規模的崩塌與土石流、許多淪為孤島的部落裡，有成千上萬斷糧失聯的災民亟待搶救。這些訊息若在災後立刻藉由遙測手段獲得，以目前國軍的人力與裝備，支援救災絕不成問題。

　　成大團隊能掌握的遙測資料以太空平台為主。雷達衛星雖可穿透雲層，但受限於運行軌道及有限資源，必須要事前預約或提早啟動國際救災機制，並建立快速處理、分析及提供雷達影像的能力。否則這些資料不論在時效、取像範圍、或是分析應用的層面來看，都只能說是象徵意義大於實質意義。光學衛星部分以我國自主控制的福衛二號為主，在太空中心與成大團隊的努力下，可以說已經將其優勢發揮到極限。但光學衛星畢竟有其限制，在風災後多雲多雨的天候下，無法在此關鍵時期獲取災區的關鍵資訊。檢討現有和可預見未來十年中可用的太空平台和技術，仍不足以全面快速地蒐集災區重要資訊，因此，吾人應儘早尋求並建立其他可靠的遙測平台。

2. 亟需建立災害緊急應變專用之遙測資訊平台

　　無論何種遙測資料，都只是取像當時所偵測到地表的某些主動或被動的電磁訊號，這些訊號所代表的空間資訊還必須配合其他各種空間資訊才能進行綜合分析與判斷。例如從衛星影像上發現新生崩塌地後，還必須套疊該區的地質組成資料，並在數值高程模型上計算坡度，才能知道這一塊新生崩塌地是否有立即而明顯的危險。因此除了蒐集遙測資料外，平時就應該建立起一座災害緊急應變專用之遙測資訊平台，輸入所有相關的空間資料，並發展各種分析的模組。待災後緊急應變時，只需將最新的遙測資訊輸入，就可以得到準確而客觀的分析結果。其實許多特定的空間資料都早由相關的政府部門所建置完成，而各種不同規格、功能、架構的資訊平台，在許多研究計劃中也早已建立。然而每次重大災害後，實際的情況卻是許多重要資料，連在政府機關之間也無法自由流通，更遑論各平台之間的規格是否相容，因此也無法發揮這些平台預期應有最大的功能。

　　從災害緊急應變的需求來看，實在迫切需要中央建置一個國家級的平台，才能徹底改變資料不流通，規格不統一，一般功能重覆，但重要功能卻又闕如這樣的現況。

3. 利用遙測資訊進行緊急應變之能力需要加強

　　由於到現在為止，遙測資料還是在天氣好轉後，才能夠逐漸有災區影像的提供，因此在應用上，主要多在災害調查與災後重建。未來如果真能全面獲取災害當時最新的遙測資訊，並整合各種空間資訊，預期將會有非常豐富的資料可供災害緊急應變使用。但屆時恐怕又會有專業人力不足，不知如何使用這些資料的情形發生。因此未雨綢繆，應及早規劃各機關政府選派災害防救專責人員，及早接受相關訓練，並定期演練、檢討改進。才能以先進的遙測資料協助吾人面對越來越嚴峻的天然災害威脅。

建議

綜合前述結論，以下提出四點具體的建議：

1. 成立環境監控與災害緊急應變機隊

　　他山之石可以攻錯。美國自Katrina 颶風重創New Orleans 之後，便積極建置部署中低空的災害緊急應變機隊，配備最新的航空攝影裝置，將複雜的影像處理設備全部整合至飛機上，因此可在飛機落地後便提供完成地理定位的遙測影像。這個機隊並不是由救難直昇機或噴射飛機所組成，而是採用輕型雙螺槳教練機。因為災害緊急應變的需求並不需要大載重或高速度的飛機，反倒需要即使在螺槳失靈時仍能滑翔降落，惡劣天候也能迅速完成整備以執行任務等特性的飛機。輕型雙螺槳教練機最符合需要，購置與維護成本也最低。可在台灣北中南東的機場各部署一架飛機，平時定期演練並獲取責任區域之遙測資料，以供國土環境之長期監測使用，災害發生時不待命立刻升空獲取資料。這是解決現有災害緊急應變之遙測資訊來源嚴重不足的最好辦法。

2. 檢討改進現有災防相關之資訊平台

　　與其重新建置一個災害緊急應變專用之遙測資訊平台，不如從現有幾個災防相關之資訊平台檢討改進來做起。建議明列災害緊急應變平台真正需要的功能，並以此次風災所造成的幾處大災害作為狀況演練的題目，實際測試國家現有的幾個災防相關資訊平台。加以評比，選出其中一個平台，將所有資源挹注，讓這個平台不只是展示的平台，而是能真正成為符合災害緊急應變需求的平台。同時也要有一組專職人員負責更新資料，開發各種分析模組，在災害時迅速準確地操作這個平台，才能發揮最大功用。

3. 培訓中央地方各機關緊急應變人員

　　高品質的遙測資料還需要有懂得如何使用資料的人員來配合使用。由於這些資料不僅需要單向地送達各基層單位，很多時候是要由地方政府依現況，主動在災害緊急應變平台中蒐集資料，做出最符合實際現況的決策，因此必須要有能夠擔任緊急應變重責大任的人員，負責向各單位主管提出支援決策的建議。這些都需要有系統、有計畫地培訓中央地方各機關緊急應變人員。

4. 納入災防體系並定期演訓持續改進

　　災防體系的建構是莫拉克風災災後的首要工作之一。由此次動員救災所參與的人員與單位之龐大可以預見，未來絕對需要定期舉行演訓，才能確保災害發生時整體動員的迅速確實。尤其是本文所建議之「災害緊急應變機隊」、「災害緊急應變專用之遙測資訊平台」、「中央地方各機關緊急應變人員」等作法，在在都需要被納入災防體系，並定期演訓、持續改進，方能真正落實這些作法，發揮最大的效用。