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研究生:葉生
研究生(外文):Kuen-Sheng Yeh
論文名稱:應用數位航測技術於三義火炎山地形變遷之研究
論文名稱(外文):A Study on the Geomorphological Change in Hoyenshan Nature Reserve Using Digital Photogrammetry
指導教授:陳永寬陳永寬引用關係
指導教授(外文):Prof. Yeong-Kuan Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:森林學研究所
學門:農業科學學門
學類:林業學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:地形地貌變遷數位航測數值地形模型數位航測影像自動匹配土方分析
外文關鍵詞:geomorphological changedigital photogrammetrydigital terrain modelautomatic matchingsoil volume analysis
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本研究以三義火炎山自然保留區為試驗區,四期航空照片為材料,自動化生產試區各期數值地形模型,量化推估試區歷年土壤沖蝕量與地形演變。
本研究結合(1)全球衛星定位系統(GPS)於地面控制點加密測量(2)航空測量技術於地形特徵資料點蒐集(3)影像自動匹配技術於地形高程點規則採樣,自動化生產各期數值地形模型。目的在於藉由分析數值地形模型,量化推估歷年地形地貌變化,並探討數位航測技術於地形變遷研究之可行性。
受到影像品質與航空像片重疊度之影響,利用影像自動匹配技術自動化萃取DTM取樣資料時,容易出現匹配失敗的情況。為了提高匹配的成功度,在進行地形點資料自動採樣前,宜以前次影像自動匹配的結果為參考,於易匹配失敗與需要特別加強地區,以人工方式加測地形斷線後,再進行最後的自動化地形點蒐集工作。
自動匹配乃根據影像灰度值匹配結果計算高程,在林區只能得到數值覆蓋面模型。研究結果顯示,以數值覆蓋面模型,配合水系與集水區萃取程式,仍可得到火炎山邊坡後退的變化情形;但在進行土方變化分析時,則必須事先排除林木覆蓋區域,以免土方計算受到林木生長的影響。
研究結果顯示,影響火炎山地形變化之因素眾多,頻度、強度與地點不定,難以計算出單一變化模式,但依其年土石崩落量佔全區總土方量比率甚微的情形推測,在可預見的將來,此一特殊景觀尚無消失之虞。應用數值航測技術生產數值地形模型之自動化程度頗高,若配合多期航空照片使用,輔以適度人工斷線測量,極適合用於地形地貌變遷研究。
In this research, the Hoyenshan Nature Reserve at Sanyi was selected as the study site. This research utilized aerial photos obtained in four different years to investigate the soil erosion in the study area. Specific objectives of the research included: (1) to apply global positioning system (GPS) in control surveying to obtain coordinates of ground control points; (2) to collect data of topographic features using aerial photogrammetry; (3) to apply automatic matching techniques in collecting elevation of digital terrain model (DTM) points using digital aerial photos and automatically generate DTM points for the study area for each year. By analyzing those DTMs, we quantify the soil erosion and establish a model for evaluating the geomorphological change within the study area.
When applying automatic matching technique in collecting DTM points, the quality and percentage of overlap of the aerial photos usually affect the results. To obtain better results, manual digitization of break lines is required for those areas that have poor results in previous runs, then the automatic matching is performed again to collect DTM points.
Automatic matching is based on the gray values of digital images, therefore, digital surface model (DSM) is obtained through the process. The results indicate that DSM can be used to derive drainage system and watersheds, the geomorphic change can then be evaluated by comparing the drainage systems and watersheds of different years. To estimate the volume of soil loss, however, the areas covered by forest should be excluded so that the computed volume is not affected by the tree growth.
The geomorphic change of the study area is affected by many factors. Moreover, the frequency, intensity, and locations are varying. Therefore, it is very difficult to model the geomorphic change. However, based on the volume and rate of soil loss, it is estimated that the unique geomorphologic features of the study area should still remain for a long period of time.
壹、 前言---------------------------------------------------------1
貳、 研究動機及目的-----------------------------------------------3
一、 研究動機-------------------------------------------------3
二、 研究目的-------------------------------------------------5
參、 前人研究-----------------------------------------------------6
一、 三義火炎山-----------------------------------------------6
二、 數值地形模型---------------------------------------------7
三、 空中三角測量------------------------------------------10
四、 高程基準與平面座標系統----------------------------------11
五、 數位航測------------------------------------------------13
六、 數位影像關聯與自動化DTM量測----------------------------14
(一)、數位影像關聯------------------------------------14
(二)、影像匹配與DTM自動化原理-----------------------15
(三)、影響影像匹配效果之因素------------------------15
(四)、影像匹配技術之分類---------------------------17
七、 應用數值地形模型萃取谷系與集水區界----------------------18
八、 GPS測量方式之分類---------------------------------------18
肆、 研究材料與方法-----------------------------------------------21
一、 研究試區概述---------------------------------------------21
二、 研究材料與設備-------------------------------------------27
(一)、圖籍資料-------------------------------------------27
(二)、設備---------------------------------------------27
三、 研究方法-------------------------------------------------29
(一)、 GPS地面控制點測量---------------------------------31
(二)、 空中三角測量平差------------------------------------32
1. 內方位量測-----------------------------------------32
2. 相對方位量測---------------------------------------32
3. 絕對方位量測---------------------------------------33
(三)、 數值地形模型製作-----------------------------------33
1. 斷線量測-------------------------------------------35
2. 影像自動匹配產生DTM-------------------------------35
(四)、 地形分析計算---------------------------------------38
1. 縱橫剖面計算---------------------------------------38
2. 歷年地形變化圖測繪---------------------------------38
3. 邊坡侵蝕計算---------------------------------------39
4. 歷年土石流量估算-----------------------------------39
伍、 結果------------------------------------------------------41
一、斷線量測----------------------------------------------41
二、谷系萃取與集水區-------------------------------------------42
三、歷年等高線圖繪製-------------------------------------------43
四、歷年地景透視暈渲圖-----------------------------------------46
五、邊坡後退計算-----------------------------------------------50
六、地形剖面計算-----------------------------------------------51
七、歷年土石流量計算-------------------------------------------56
陸、 討論-------------------------------------------------------62
一、 空照之選擇﹑野外調繪及判釋﹑掃描數化--------------------62
二、 自動數值地形模型製作------------------------------------63
三、 歷年土石流量估算----------------------------------------65
四、 歷年地形變化--------------------------------------------65
五、 地形變化預測--------------------------------------------66
柒、 結論--------------------------------------------------------67
捌、 參考文獻----------------------------------------------------70
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