方法與限制
1. 資料來源
- 衛星影像:Copernicus Sentinel-2 Level-2A 地表反射率(10 m),與 BigGIS 平台建置的 Sentinel-2 影像同源。 BigGIS 的 Sentinel-2 圖磚清單 API 需申請 IP 開通,故本站改由 ESA 開放資料在 AWS 的 Cloud-Optimized GeoTIFF (sentinel-2-l2a-cogs,以 STAC 搜尋)直接讀取。
- 縣市界:內政部直轄市、縣市界線(經 taiwan-atlas 簡化版)。
- 方法依據:BigGIS〈Sentinel-2 影像變異分析〉 所述之決策樹分類(Liu et al. 2018;Liu et al. 2019, Sci. Rep. 9:7279)。
2. 年度去雲合成
台灣多雲,單張影像無法涵蓋全島。每個 Sentinel-2 圖幅(MGRS tile)每年挑選雲量最低的 15 景, 以 L2A 內附的 SCL 場景分類遮去雲、雲影、卷雲、飽和與無資料像元,並以藍光反射率 > 0.15 排除殘雲薄霧, 對每個像元取各波段中位數,另外計算 NDVI 的年中位數與第 25 百分位。
3. 分類(BigGIS 決策樹 + 延伸)
| 指標 | 公式 | 用途 |
|---|---|---|
| NDVI | (NIR − Red)/(NIR + Red) | Level 1:植生 / 其它 |
| SI 陰影指標 | (PC1nor − I)(1 + S)/(PC1nor + I + S) | Level 2:陰影 / 非陰影(PC1 為 RGB 主成分,I、S 為 HSI 強度與飽和度) |
| Gn 綠度指標 | (Green − Red)/(Green + Red) | Level 3:低植生 / 裸露地 |
| MNDWI | (Green − SWIR1)/(Green + SWIR1) | 水體(延伸) |
與 BigGIS 的差異:BigGIS 文章未公開各指標門檻與 SI 的輸入尺度;實測 SI 公式在 L2A 地表反射率上分母會跨越 0、數值不穩定,
因此陰影改以「非植生且 NIR < 0.08、可見光平均 < 0.04」判定。
山區地形陰影中的森林 NDVI 仍高(約 0.85),仍會被計入樹冠,不影響樹冠統計。NDVI 門檻以嘉南平原與中央山脈樣區人工校正。
- 樹冠:年中位數 NDVI > 0.7,且全年第 25 百分位 NDVI > 0.6。 第二個條件用來排除稻田、蔬菜等有休耕 / 翻土期的季節性作物,只留下「整年都綠」的木本植被(森林、果園、竹林、行道樹等)。
- 10 m 解析度無法數出「棵數」,因此本站以樹冠覆蓋面積(公頃)作為「樹冠數量」的代理指標。
4. 疑似太陽能板
以台南七股漁電共生區(2024-01 影像)人工校正,太陽能板的光譜特徵很明確:近紅外(B8 ≈ 0.08)很低, 短波紅外 SWIR1(B11 ≈ 0.26)卻很高,且藍光略高於紅光。魚塭水面的 SWIR1 極低(≈ 0.04),聚落建物的 SWIR1/NIR 差異也小得多,因此可以有效區分:
NDVI < 0.2 且 (B11 − B8)/(B11 + B8) > 0.3 且 (B2 − B4)/(B2 + B4) > 0.0 且 B8 < 0.16 且 B11 > 0.12 連通區塊 ≥ 20 像元(0.2 公頃)
5. 逐像元時間序列(2017–2018)
兩兩年份直接相減會被雲、物候、門檻邊緣像元放大雜訊,因此對每個 10 m 像元的 2 年類別序列做判斷:
- 光電完工年:第一個「該年為太陽能板,且下一年仍為太陽能板(或下一年無資料 / 已是最後一年)」的年份。單一年份的誤判不會被計入。 2017 已是太陽能板者視為「2017 以前已存在」,不計入新增。
- 砍樹光電:完工年之前的有效年份中,過半數為樹冠。可涵蓋「砍樹 → 整地裸露一兩年 → 完工」的常見過程。
- 砍樹光電案場:連通的光電區塊(≥ 0.2 公頃)中,原為樹冠的面積 ≥ 30%。
- 樹冠明確消失:最近一次有效觀測為樹冠,該年轉為裸露地/建物/光電/水體,且下一年沒有恢復為樹冠。 含崩塌、農地整地、伐採、開發等所有原因;轉為「低植生」的不計(多為季節或門檻雜訊)。
- 各年樹冠 / 光電面積:有效像元中的比例 × 縣市面積,減少各年雲遮程度不同造成的偏差。
6. 已知限制
- 2017 年只有 Sentinel-2A 為主(2B 於 2017-03 發射),可用景數較少,山區去雲後仍可能有空洞。
- 最後一年(2018)完工的光電只有一年觀測,無法以隔年確認,誤判機率較高。
- 10 m 像元對小型屋頂型光電、零星砍伐偵測力有限;深藍色金屬屋頂、部分溫室可能被誤判為太陽能板,應搭配右側正射影像目視確認。
- 「樹冠消失」包含颱風崩塌、農地整地、伐採更新等,不全是光電所致;只有「樹冠 → 疑似太陽能板」才直接對應光電。
- SI 門檻、NDVI 門檻為全台單一值,未針對地形陰影與不同季節做逐區校正。
7. 參數
{
"T_NDVI": 0.7,
"T_NDVI_P25": 0.6,
"SHADOW_NIR_MAX": 0.08,
"SHADOW_VIS_MAX": 0.04,
"T_GN": 0.0,
"T_MNDWI": 0.1,
"PV_NDVI_MAX": 0.2,
"PV_SWIR_NIR_MIN": 0.3,
"PV_BLUE_RED_MIN": 0.0,
"PV_NIR_MAX": 0.16,
"PV_SWIR_MIN": 0.12,
"PV_MIN_PIXELS": 20
}