採訪 ‧ 撰稿  / 鄭懋奇 (科學推展中心特約編輯)

審訂  / 林唐煌特聘教授、蔡富安教授、曾國欣特聘教授 (國立中央大學太空及遙測研究中心)
 

當颱風侵襲、地震撕裂大地，救災團隊如何在第一時間找出深山中崩塌的位置、評估真實的受災範圍？當農田被違法傾倒廢棄物、森林被盜伐，政府是怎麼揪出躲藏的破壞者？攸關國家糧食安全的稻米產量又是怎麼被掌握的？這些問題都可以指向同一個答案：「衛星影像」，它就像最客觀的上帝之眼，不受地形和距離阻隔，為災防應變、國土監測與環境保護等提供第一手影像與資訊。本次專題深入採訪臺灣太空遙測的核心——中央大學太遙中心與〈資源衛星接收站運轉及服務〉計畫，揭開一群科學家們如何將來自太空的冰冷訊號，轉化為守護腳下這片土地的溫暖力量。

拓荒者的前瞻，迎接衛星時代來臨

1972年，美國發射了人類史上第一顆民用地球資源探測衛星：「大地衛星一號」(Landsat-1)，背負著科學家對全球週期性、作業化觀測的期待，是太空與遙測技術的一個跨時代突破。衛星觀測的優勢在於沒有國界，不只是全球尺度，還能提供區域尺度。可想而知，當衛星將第一幅影像回傳至地表，所有人的情緒是如何為之沸騰！

彼時中央大學陳哲俊和王顯達教授，正好因自身大氣物理和攝影測量學的專業，有機會在美國第一線參與相關計畫，他們立刻意識到──未來，將是衛星的時代。回到臺灣後，他們積極籌組成立遙測研究中心，並有幸獲得教育部的大力支持，共核給中心15個教授的員額，再加上8個不同領域的技術人員，國立中央大學太空及遙測研究中心就此落定。

隔年農委會，即為目前的農業部，也成立了遙測小組，希望將這項新技術應用於臺灣的農地與林地監測。之所以是由農委會成立，主要原因和善用衛星觀測的優勢有關。舉凡要調查各類農作，或是臺灣的森林面積，範圍都相當大。有了衛星影像和航空測量等遙測技術的加入，可以更精準、有效地提供農業與林業的紀錄和數據，尤其能為農作的變異與災損的評估帶來快速的觀測資料。

零到一的跨步，打造臺灣接收站

然而過去想取得臺灣的衛星影像，必須向亞洲唯一的接收站：泰國接收站下訂單。但當時大地衛星的觀測週期是16天，因此必須一個月前就跟泰國聯繫。更讓人遺憾的是，臺灣位處亞熱帶多雲地區，衛星觀測難免受到天候和其他不可控因素影響，因此常在經歷了曠日廢時的等待後，仍舊無法成功地獲取可用的影像。

這種影像取得的延遲與不確定性，讓當年負責遙測的相關人士更加深「臺灣必須擁有自己的衛星接收站」此一想法，催生了〈資源衛星接收站運轉與服務〉計畫的誕生。1990年，在國科會的委託下，中央大學太遙中心開始執行設置接收站的任務，1993年，屬於臺灣的資源衛星接收站正式成立。

當第一幅由自家天線接收下來的大地衛星影像成功顯示在螢幕上時，「雖然它的色彩看起來像一幅抽象畫，不過國內的研究人員都非常振奮。」太遙中心林唐煌主任笑著說。也就是從那一刻起，臺灣終於有了能自主接收並解讀衛星訊號的中樞系統，讓遙測技術在後續三十多年中得以穩定發展。

一條龍完美分工，上中下游的遙測生產線

成立接收站，當然是為了收衛星影像，但它的核心任務不僅止於此。「我們透過不同老師的專長，從上中下游分別進行資料的處理跟優化。」目前擔任計畫主持人的曾國欣教授，從計畫團隊的組成成員來說明計畫的運作內涵。

曾國欣教授本身負責遙測技術與終端使用者的應用對接，共同主持人林唐煌與蔡富安教授則分別處理資料前端的校正、品質控管，以及接收資料後的判讀系統與工程應用。團隊專業涵蓋大氣、工程、地球科學，還有資工、電機等多方專家，能確保資料從接收、處理到應用是一條龍，打造完整而全面的遙測生產線。 
 

自動化軟體開發，資料處理加速器

雖然有專業分工的團隊，但一切仍非一步登天，整個過程充滿挑戰。衛星若是天上的眼睛，天線就像顯示畫面的視網膜，但光有視網膜還不夠，更需要一顆能理解影像的大腦，也就是「資料處理系統」。為了正確判讀衛星影像，早期接收站曾購買國外昂貴的商用軟體，但很快就發現問題。「國際上現有的系統，不僅昂貴，也不能滿足我們的需求。」資源衛星接收站前任主持人蔡富安教授進一步解釋，「臺灣多山，地勢陡峭，加上都會區房屋密集，這在衛星影像的幾何校正和處理上是很大的挑戰。國外的系統雖然堪用，但是效果就不是很好。」

種種不合宜，促使團隊走上自主軟體研發之路。陳良健教授等資源衛星接收站歷任主持人結合太遙中心多年來、多位老師與學生的研究成果，將其整合，開發出一套完全屬於自己且適合臺灣地區需求的衛星影像處理系統。這套系統的核心效益之一，就是「自動化」作業。

目前所有衛星影像接收下來後，系統就會自行進入處理排程，完成幾何校正與輻射校正，並產製高階的加值產品。「大概百分之九十幾都是自動化執行，處理完成直接進入我們的資料庫，『上架』讓使用者可以檢索、瀏覽、與分析；如果中間出了問題，系統會提出警示，這個時候才需要人力介入去排除。」蔡富安教授說明。

這套自主開發的系統除了可處理多元的衛星影像，包括國際上最新一代甚至下一代的次米級超高解析衛星影像，其應用價值不僅止於中心內部而已，它更是支持臺灣太空發展的關鍵基礎建設之一。目前如國家太空中心等相關單位的衛星影像處理系統，也由中心協助建置或轉移、整合。不管是目前的福衛二號、五號，或是未來的福衛八號，〈資源衛星接收站運轉及服務〉計畫都是相當重要的技術協力。

資料服務再進化，「即可分析」的新大腦

「自動化系統」這顆新大腦的效益是驚人的，它為衛星影像處理帶來兩個重大突破。首先是時間，蔡富安教授提到，「以前影像從接收到提供，常常需要一天，甚至好幾天的時間；現在有自動化處理系統，正常接收完大約一個小時以內，就可以把校正好的資料提供給外界使用。」

第二是品質，自動化的精密幾何校正能避免後續錯誤判讀。幾年前曾有網路流言說「三峽大壩要垮了」，但其實是因為衛星影像幾何校正沒考量細部地形細節，才會看起來歪斜扭曲。幾何校正、輻射校正若沒有處理好，應用時就容易衍生問題與誤解。

目前這套系統除了原始衛星影像外，已經能產出「即可分析的資料（Analysis-Ready Data, ARD）」，使用者無需從衛星影像進行繁瑣的前置處理與反演計算就能直接進行專業分析。蔡教授在這邊也進一步描繪計畫的未來藍圖，「希望能夠開發出DRD（Decision-Ready Data），就是可以幫助使用者直接進行決策支援，連分析都可以透過系統的客製化模組直接完成。」

光學與雷達，兩種衛星缺一不可

接收站目前主要有兩類衛星資料，一是光學衛星、二是雷達衛星，前者如天上的超級相機，需要靠太陽光反射來拍照，畫面直觀易懂，而且除了可見光外，還能以紅外線等多個波長進行探測；有些光學衛星更可傾斜觀測進行立體(3D)測繪。雷達衛星則是主動發射波長較長的微波進行探測，除了較容易穿透雲層，也可在低光源下進行觀測。

光學衛星最大的缺點是受限於時間和天氣，由於仰賴日照，軌道設計通常讓衛星通過的時間在當地的上午到中午，夜晚則僅能拍到燈光，或是雲層太厚就無法觀測。雷達衛星除了可補足光學衛星的不足外，另一大優點則是可量測相對變形，對地層下陷、地震後變形的地表都能精準偵測，這兩種衛星的資料可互補應用，故都有必要接收。

不過，隨著地球的觀測衛星越來越多，又大多集中在早上十點到十二點之間飛越臺灣上空。若接收站只有一座天線，就像超市只有一個結帳櫃檯，勢必會「塞車」。為此，建置「多天線接收系統」乃是接收站升級的關鍵一步。

克服重重困難，多天線系統建置之路

採訪中隨著林唐煌主任的步伐來到太遙中心頂樓，眼前一座潔白的巨大碟型天線佇立於此，啟用已是三十年前的事，但它至今仍是接收影像的主力之一。接收站擴充需要的多天線系統，是這些年來自己慢慢籌措經費購置而來。「花了蠻長的一段時間，才終於籌措到足夠的經費來購置與建設。」共同主持人蔡富安教授坦言一路上並不容易。

除了經費，設置多天線系統還有其他難關：要摸懂繁瑣的行政法規、獲得國際天線廠商的出口許可，但，最大的挑戰，在於「整合」。從天線塔的土木工程，到天線主體與接收系統的機電、訊號整合，每一個環節都極為複雜。例如目前正在建置的新天線，底下需要建一個12公尺高的平台，固定結構中有一些極重要的錨定螺栓，蓋的時候就要跟鋼筋結合在一起，在放置角度、長度、深度、方位上都有特定要求。「系統整合一向是最困難的，」蔡富安教授總結道，「未來多個天線要如何排程，就好像高鐵一樣，誰要來、要怎麼走，我們也有一個系統來做這樣的事情。」

如今，接收站已擁有兩座天線，並正積極擴建，預計在2025年底將擁有四座天線，可同時運作。這四座天線包含正在服役的第一座天線，為13公尺直徑的高效能天線，也是目前接收的主力，以及第二座直徑較小的天線，主要作為福衛等衛星的備援接收使用。後續正在建置的第三、第四座新天線，雖然直徑只有6公尺多，但性能優於現有的13公尺高效能天線，並可接收下一代的衛星影像。

眼守護家園，災防前線和國土監測

有了頂尖的技術，最終要為誰服務？答案是：「這片土地上的每一個人」。三十年來，〈資源衛星接收站運轉及服務〉在無數個關鍵時刻提供資料，扮演著守護家園的無名英雄。

「我們是行政院空間情報小組的協力單位，」計畫主持人曾國欣教授表示，「每當有災害時，我們會提供第一手的圖資，幫忙進行緊急的衛星取像拍攝。」他舉2024年發生的0403花蓮大地震為例，當天早上將近八點發生，中心十點就收到一張超高解析的衛星影像，「當時太魯閣那些崩塌地的煙塵都還看得到。」曾教授說。這些即時影像，為救災單位提供了最直接的災情評估依據，且除了動用自身資源，若有需要，團隊也會協調國外的友站，透過國際合作架構，在最短時間內取得災區的衛星資料。

除了天然災害，衛星監測也讓不法的環境破壞無所遁形。曾國欣教授分享：「我們曾協助當時的環保署，透過衛星影像舉報國際貨輪在海上偷排廢油的行為，最終讓對方被裁罰。」此外，接收站也協助海洋保育署監測海洋廢棄物，並為內政部、國土管理署進行全國性的地表變遷監測，「我們每兩三週就會對全臺灣掃描一次，可以很快知道地表上是否有違規利用的情形。」曾國欣教授說。

從國土到教室，衛星影像全面運用

除了救災和取締不法，〈資源衛星接收站運轉及服務〉提供的資料也可做為國家長遠規劃的基礎。舉例來說，中心團隊利用過去數十年的歷史衛星影像，可分析臺灣海岸潮水位置的變化，從而界定出潮間帶的範圍。過去通常是用工程測量的方式，但非常勞師動眾，特別是在每次風災或颱風過後，因為整個河口的範圍都會起變化。「我們透過持續的影像，就知道潮汐漲退的範圍，這在我們的國土計畫法裡面，就有了一個很好的科學界定依據。」曾國欣教授補充。

林唐煌主任另外提及衛星資料在農業端的應用，「透過衛星影像，能夠精準計算出每一期水稻的種植面積，甚至預估產量。」過去無遙測技術支援時，這些統計資料只能靠農民自己提報，但經常會有落差，導致總量估算上有明顯的差異。以正確資料為基礎，政府相關單位便能進一步思考，產量豐盛時後續的配套措施，以及產量不足的進口決策。衛星資料帶來全新的估算模式，讓國家糧食政策能建立在穩固的科學基礎上。

而接收站的使命不只有服務公部門與學術界，他們也致力於教育的向下扎根。每年皆定期舉辦教育工作坊，邀集國高中和國小老師學習遙測基礎原理並操作地理資訊系統。同時開放徵求計畫，讓老師們能夠免費取得超高解析度的影像，除教學使用外，也可指導學生參加科展或製作小論文。過往就曾有蘭陽女中、東大附中、南科實中的同學，運用計畫資料在科展或小論文競賽中獲得名次。
 

四維同步，遙測技術下個里程碑

回望過去，從中央大學成立太遙中心，到執行國科會的〈資源衛星接收站運轉及服務〉計畫，一切從無到有，為臺灣的遙測技術打下基礎。此刻展望未來，團隊的目光已經投向了更遠大的目標。

「我們下一個目標很明確，就是要提供比較完整的四維同步資料。」林唐煌主任表示。所謂四維，就是空間的三維（3D）加上時間維度，這需要結合繞極衛星的「高空間解析度」與同步衛星的「高時間解析度」。這可以想像成發生案件時要調閱監視器，來還原整個事件的過程，目前的同步衛星就像入口監視器，但它距離地球三萬六千公里，看不清楚，需要繞極衛星較清楚的觀測畫面來輔助。例如，接收站目前擁有的技術，可以把同步衛星與繞極衛星融合，提供每十分鐘、30公尺解析度的全臺灣觀測影像。這對追蹤空氣污染的擴散、露天燃燒及森林火災的蔓延等，都會帶來革命性的突破。

不過，團隊也清楚，單靠衛星觀測有其極限。像是光學衛星在有雲的天氣之下，就沒有辦法提供資料。為此，他們計畫的另一個藍圖，就是將天上的衛星與地面的感測物聯網（IoT）連結起來。「這個原理很簡單，」林主任解釋，「當衛星觀測到的同時，我們也配合地面的觀測資料，就可以把它的相關性建構起來。一旦衛星沒有觀測到，我們就可以透過地面觀測資料來反推空間分佈的狀況。」這代表未來接收站不僅僅是資料的被動接收者，更是主動建構者，能為臺灣提供真正無縫、全天候的環境資訊。

轉動巨大天線，擘劃清晰未來 

中央大學太遙中心和〈資源衛星接收站運轉及服務〉計畫都已超過三十年，在資料處理與應用上積累了深厚實力。就連近年來才被廣泛運用的機器學習AI模型，都早已被用在中心資料處理模式的建構。目前國內運用遙測技術的單位中，大家最缺乏的其實是前端任務定義的概念，也就是將任務所需轉化為衛星觀測規格的能力。而這，就是整個計畫團隊能提供給其他公私部門最有力的協助。

我們早已進入太空發展的時代，每一個衛星的發射都兼具科學或實質任務。林唐煌主任對此有願景──若能讓經驗豐富的計畫團隊協助進行前端設定與下游的資料處理，等於將科學理論結合工程實現，形成一個最完美的合作循環。

從地表觀測的好奇，到守護家園的使命，再到擘劃未來的遠見，中央大學資源衛星接收站的故事，是臺灣遙測技術的發展縮影。那座靜靜轉動的巨大天線，承載的不僅是穿越大氣的衛星訊號，更是一代代科研人員的智慧、汗水與遠見。它的每一次仰望與每一次轉動，都將繼續為臺灣在浩瀚的衛星時代中，指引出更清晰、更永續的未來。