土木系 張國禎教授

台灣因為其特殊的地理位置、地形變化和地質條件，經常受到颱風、水災、土石流、山崩及地震等許多天然災害的侵襲，每每造成人民生命及財產的嚴重損失。地質活動構造、山崩、土石流監測等技術的研發及應用是近年來防救災工作的重點。各國政府單位面臨天災頻率的增加，但在人力與財力緊縮的困境下，新科技的應用及資料的整合分析，一方面節省人力及經費，並提升工作效率，二方面可達成情報與資訊分享、災害應變管理、國境管理之目的。近來土木測繪相關技術的發展，無論在空拍影像的正射及數值地形模型的建置，影像判釋及災區偵測等應用部分，均已成熟，結合無人載具於資料取得與運用，可以直接完整地接軌。

近年來，微機電的發展及整合，促成了新興產業的發展，其中尤其以無人飛行載具及相關的產業最為引領潮流。無人飛行載具（Unmanned Aerial Vehicle, UAV），俗稱無人機或無人飛機，指的是不需駕駛員在機內駕駛的飛機。無人飛機包括線控(Wire piloted)、無線電遙控(Radio piloted)及自動導航(Auto piloted)等，其中以自動導航者具有完整系統特性，又稱無人飛機系統(Unmanned Aircraft System, UAS)。無人機因其具有機動力強、時效性快、經費較廉、及較寬鬆天氣條件即可操作的優點等特性，可取得研究區即時、清晰、全面之中低空照片，作為研究分析最基礎、最重要的空間資訊。
現今繪圖應用的精度已可滿足現今商業運轉的需求，透過直接地理定位系統平台，成本和生產效率已大大提升。因此，直接地理定位平台可針對政府的規章、成本、與高流動性的小範圍調查或空間信息的快速蒐集所需的緊急反應，如救災與評估等，進行快速應用。因此，整合無人載具酬載與資料分析能力以應用於災害防救，以近即時直接定位方式提供災害評估與決策支援系統。

以無人飛行載具進行攝影測量，由地表特徵物的辨識，再反求特徵點的空間所在位置；經由大量的特徵點的計算後，即可建置大量三維座標（點雲），並同時透過數位攝影機記錄取樣點顏色，測量結果可以建構數位地表高程模型來精確記錄地貌，可用於記錄地形變遷、地圖製作或是產生地面模型。此一精確的三維座標，可做為土地建築都市規劃、自然地貌河床地形測量、以及山坡監測等用途之應用。如在颱風預報或豪雨特報前、後期，快速將邊坡崩塌地掃描，以便能提供後續量測、建置3D數位模型及點雲資料處理分析等運用。

空載雷射掃描測距技術(或簡稱空載光達airborne LiDAR)因資料之解析度、精確度，尤其在可去除建物與樹木等地形遮蔽的特性來真實呈現地表地形資訊，使得該技術充份地運用於各種測繪用途。近兩年來因無人機系統的持續穩定發展及雷射測距光達掃瞄系統的迷你化，使得無人機搭載高精度光達測量系統，成為一新穎且能快速取得空間資訊之技術。唯就本技術，因暫時受限於載具、任務風險及成本等諸因素，於國內外等產學界仍未大量使用於相關測繪及地形分析之工作。

無人機載光達系統技術可即時、快速地產製高精度的數值地形模型。因此台灣首次引進相關之軟硬體設備，進行儀器整合，相關資料分析工作，並探討此技術之成效。現階段基於機器整合測試，大規模崩塌潛勢區活動斷層精細地形，以及考古遺趾發掘等研究工作，分別在花蓮縣、台東縣、高雄市，以及宜蘭縣等十處區域進行資料之收集，建置及分析工作，已取得了豐碩成果，並驗證了本技術的可行性。

進行無人機飛航掃瞄作業，將擷取之資料解算後並建置出數值地形模型。相關的研究成果指示現階段的無人機光達系統所產製出來的數值地形模型整體高程誤差可小於5公分，空間之解析度高於10公分，針對不同區域及林相，真實地面點雲之密度可超過每平方公尺200點以上，完整呈現植被穿透的特性。基於無人機及光達技術，結合兩者之特性，能方便、快速取得高解析度空間資訊的特性，並透過光達點雲植被濾除的方式來獲取地表資料，最後產製出高解析度、高精度的數值地表模型，其成果呈現了在測繪及其他領域高度的潛能及適用性。