福五影像成功應用在民生,提升水稻田影像判釋正確性

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 17 日 16:59 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


福衛五號衛星升空逾 2 年,這段期間它所拍攝的照片都產生了哪些價值?國研院今(17)日發表福衛五號影像應用成果,除了以更低造價的成本繪製出高精度水底地形外,在民生方面也有助益,比如更快速精準的水稻田面積統計與產量估算。

福爾摩沙衛星五號(簡稱福衛五號)為台灣第一顆 100% 自主研發的光學遙測酬載,主要任務著重在衛星本體以及關鍵零組件的研發能力,期間拍攝之照片皆做為商業用途不用於軍事。

這段期間,不少科學團隊使用福衛五號衛星的影像進行各種研究,比如台灣大學理學院空間資訊研究中心朱子豪教授團隊,利用福五的多光譜影像來判釋水稻田,可以加快農糧署農政決策的速度(所謂水稻田判釋,即從衛星影像中判斷出種植水稻的農地)。

這些年來,利用衛星影像來處理大範圍面積的地表判釋應用已愈趨廣泛,而其中關鍵在於想辦法提升衛星影像的精度。福衛五號的多光譜影像會受到雲層影響,但朱子豪團隊試著結合歐洲太空總署的哨兵 1 號(Sentinel-1)合成孔徑雷達衛星,可以將台灣水稻田判釋正確性提高到 92.34%。

合成孔徑雷達(SAR)衛星是透過發射微波到地面、再接收地面反射波以進行偵測的遙測衛星,由於微波可穿透雲層,因此不受天候影響。使用一般合成孔徑雷達衛星判釋水稻田的正確性約 80%,而使用哨兵 1 號判釋的正確性約 85.88%;使用一般光學影像判釋水稻田的正確性約 90%,而使用福五的多光譜影像正確性為 90.05%。

而結合光學與合成孔徑雷達的資料後,朱子豪團隊將水稻田判釋正確性提升至 92.34%。見首圖或下圖,綠框代表判釋為水稻田,黃框則代表非水稻田。

▲ 人眼看不出、但衛星可以判釋哪些農地是水稻田。

另一方面還有中央大學太空及遙測中心黃智遠副教授團隊,先用空載光達資料建立東沙環礁水底地形的類神經網路模型,接著取用福五的多光譜影像數據,成功利用光譜資訊反演出東沙環礁的水底地形。

和造價高昂(約台幣 120 億元)的美國 WorldView-2 衛星影像相比,雖然 WorldView-2 衛星影像精度仍略優於福五,但兩者精度差異僅在 40 公分內,且福衛五號造價僅台幣 35~40 億元。

▲ 上圖左為 WorldView-2 衛星反演東沙環礁水底地形影像,圖右為福衛五號反演東沙環礁水底地形影像,可以看見兩者差異不大。(Source:國研院提供,製圖:科技新報)

建置水底地形可應用於追蹤生物分布、環境監測、災害管理、追蹤動物棲息地、導航(避免船隻航行觸礁)等,協助內政部製作電子航行圖。

只不過衛星遙測技術日新月異,目前國際市場上 2 米解析度影像已非主流商品,而福五提供的黑白影像解析度依然是 2 米,因此國研院太空中心正在積極研發 1 米及次米解析度光學遙測衛星、合成孔徑雷達衛星,預計未來 10 年將增加 10 顆衛星。

(首圖來源:國研院提供)