雷射掃描儀

雷射掃瞄應用於山區河川三維數位模型資料建構
國立臺灣大學土木工程研究所林彥廷

圖1. 臺灣衛星影像

臺灣形貌豐富，山區占全域總面積約六成(圖1)，平均年降雨量達2,500毫米，山區內河川流量劇烈變化，邊坡常見破碎地質，形成陡坡急流，而使大量土砂淤積河道，921 地震後，部分地區表土鬆弛，加上臺灣位處西北太平洋，周遭海域易生熱帶氣旋，故近十年來遭受颱風極端降雨侵害，易有嚴重複合性災害發生的趨勢。颱風西行襲臺期間受中央山脈陡峭地形所阻，在迎風面受地形抬升而降雨，當登陸臺灣的西行颱風中心脫離臺灣之後，西南氣流便可能會與颱風環流交互作用，提供豐沛水氣並大量降雨，觸發土石崩塌，其中以2009年莫拉克颱風在數日內於南臺灣降下2500公釐豪雨最嚴重。

豐沛雨量使南部山區產生大量地滑及土方崩塌，造成交通道路中斷形成孤島效應，威脅當地居民生活財產，更嚴重地，主流河道淤積使原先河道通水斷面(Cross-Section)容許通水量大幅下降，加上支流沖積扇阻塞了主流河道，而形成堰塞湖(圖2)，因此必須利用快捷的空間量測方法，蒐集劇烈地形地貌變化資料，以作為後續地形監測分析之用。

藉由航空、遙測影像初步辨識崩塌地或災害範圍，又以完整的航空相片資料辨識精度較高(圖3)；遙測衛星影像有別於航照影像，其優勢為能夠於固定週期內獲取大範圍之影像，但相對的受空間解像力(Spatial resolution)限制(圖4)。不過整體而言，影像易局限使用於屬性上辨識與分類，如:輔助災害範圍與保全對像分佈圈畫，而欲實際利用影像分析物像對應三維空間，須藉由多項間接空間資訊輔助解算幾何交會。

圖2. 高雄山區荖濃溪受支流布唐布那斯溪沖積扇阻塞形成堰塞湖

另一方面近年所發展之三雷射掃瞄技術（又稱光達LiDAR）漸趨成熟，已成為收集高品質三維空間資訊之另一項利器。該技術以掃描儀器測站為空間系統之原點，量測目標物與原點之距離、測角及雷射光之反射強度(Intensity)，並由空間幾何關係將其轉換為目標物三維點坐標(X,Y,Z)，獲得密集三維坐標點稱之為點雲(Point Cloud)。其中雷射掃描儀(圖5)雖具備高精度、高解析度、機動性佳、能大量快速獲取地形資料等優點，但受限於架設儀器地點與掃描有效距離等因素，因此有效掃描範圍亦受限制，特別是高密度植生覆蓋的地區。