今（2024）年八月底的第42屆測量及空間資訊研討會，介紹了許多遙測技術的進展與應用、建立自動判釋崩塌地與植物類別的機器學習模型，以及數位孿生的發展現況，有相當多的內容可以應用到農村水保署的業務範疇。而本期電子報主要著重於補充與統整先前電子報提及的InSAR相關遙測基礎知識，並於後續的電子報中與大家介紹2024年測量研討會中對於地殼變動的最新研究成果，以做為未來相關災害管理的參考。

在介紹InSAR之前，要先介紹合成孔徑雷達－SAR（Synthetic Aperture Radar），其為InSAR這項技術所需的基礎資料來源。SAR常搭載於衛星上，是為俗稱的雷達衛星，其主動向地球發射微波（圖1），並以其接收到的反射回波強度（amplitude of reflected wave）成像，也就是雷達（衛星）影像；和光學影像不同，其成像原理並不是使用可見光波段，亦非將人類肉眼不可見的波段做調整而成的假色影像（如將近紅外光顯示為紅色，並搭配其他可見光波段的顏色調整）。雷達影像是用雷達回波（微波波段）的強度成像，雖然會受到地形和衛星視角的限制（見2024/04/02技研平台的專題討論），但其不受雲層遮蔽影響，可以全天候的獲取地表資訊，相當適合做為地殼變動的長期監測工具（圖2）。

不同衛星所搭載的雷達波段不同，所以其雷達影像適用的區域與情境也有所差異。常見的有歐洲太空總署ESA的Sentinel-1衛星，其搭載C波段的SAR（補充：Sentinel-2的影像為光學衛星影像）；或是日本宇宙航空研究開發機構JAXA所發射的搭載L波段雷達的ALOS衛星；其他衛星與其搭載的雷達波段請見圖3說明。

一般而言，雷達波段的波長越小，影像的解析度越高，但穿透樹冠層的能力較低，如X-band；反之，波長越長（如L-band），影像解析度較低，但具備穿透樹冠層而直接獲取地表資訊的能力（圖4）。因此，並沒有哪個波段的雷達比較厲害，而是看研究的區域與目標，來選擇合適的資料進行分析，才能最大化監測的效果（圖5）。

上述提到的SAR影像，是指一幅幅的雷達影像，但如果要了解地表的變形狀況，就需要分析同一地區在不同時期間SAR影像的變化。當搭載雷達的衛星重複飛越目標觀測區上空時，就可以得到兩張不同時期的雷達影像，而透過InSAR這項技術，便能計算SAR影像間的相位（phase）差異，進而了解這段時間內的地表變形（圖6）。有興趣的讀者也可以參考第84期的電子報，以及地理學會的會刊，進一步了解InSAR的原理與應用。

另外在圖6上，可以看到這個變形量是指向或是遠離衛星的方向，並非以往常見的垂直或水平於地表的變形量。所以在許多的InSAR研究上，會出現「視衛星方向－LOS（Line Of Sight）」一詞，指的就是指向／遠離衛星的這個方向。若今天的研究課題是地殼抬升或是地層下陷，需要的資訊是垂直於地表方向的變形量，此時就需要加入GNSS資料將LOS的變形量拆解成水平與垂直兩個方向。

最後要介紹的是常見的InSAR分析技術：D-InSAR（Differential-InSAR，合成孔徑雷達差分干涉）與PS-InSAR（Persistent Scatterer-InSAR，永久散射體差分干涉），圖7大致呈現了兩種分析技術在概念上的差異。

 D-InSAR的分析概念，是針對雷達影像涵蓋的範圍做全面的分析，並沒有先篩選出特定的目標，再特別對其進行變形量解算。

 PS-InSAR的分析概念，則是針對永久散射體進行變形量解算。所謂永久散射體（PS點）是指在多時期的SAR影像中，均有穩定而強烈的反射訊號，如圖7b中振幅較大的點。

通常永久散射體會是人為構造物，或是較大塊的裸岩。所以在執行PS-InSAR的解算時，會需要多期的雷達影像，以篩選出永久散射體（PS點），再針對其進行相位差的解算，以得到PS點在視衛星方向上的變形量。一般而言，PS-InSAR適合用在都會區的長期監測，因為都會區的建築物多，可以做為永久散射體；D-InSAR則適合廣域的地殼變動分析，像是計算地震前後的廣域的地表變形量（圖8）。

以上就是本期電子報的內容，介紹了InSAR技術與相關背景知識，也可以一窺這項技術在地表監測上的能力，涵蓋範圍廣且能解析出細微的地表變形。不過除了本文提到的內容，InSAR還有許多的分析方式與應用範疇，資料的解讀上也有許多需要注意的地方，這部分就留待後續電子報的分享囉！

圖1、電磁波波段
圖2、雷達衛星影像與光學衛星影像的比較
圖3、各衛星搭載雷達的波段彙整圖
圖4、不同波段穿透植被的能力示意圖
圖5、雷達波波段適用的監測目標一覽表
圖6、InSAR的成像原理
圖7、Hooper, A., Segall, P., and Zebker, H. (2007). Persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar for crustal deformation analysis, with application to Volcán Alcedo, Galápagos. J. Geophys. Res., 112, B07407, doi:10.1029/2006JB004763.
圖8、Tung, H., Chen, H.-Y., Hsu, Y.-J., Hu, J.-C., Chang, Y.-H, and Kuo, Y.-T. (2019). Triggered slip on multifaults after the 2018 Mw 6.4 Hualien earthquake by continuous GPS and InSAR measurements. Terr. Atmos. Ocean. Sci., 30, 285-300, doi: 10.3319/TAO.2019.04.03.01.