交通大學土木工程系所學位論文
國立交通大學,正常發行
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我國每年之重大職災案件，一半以上發生於營造業；根據民國81至87年統計資料，營造業職業災害四成以上為墜落。意即僅墜落災害便佔據我國重大職業災害五分之一強。因此若能降低墜落即可大幅減少重大職災案件，有鑑於此，本研究開發一防墜監測技術，達到方便使用、低成本、即時之防墜前兆感測系統。 工地墜落發生多為疲勞、睡眠不足、飲酒、精神不集中等原因所造成，墜落發生前會有不平衡和異常極速運動情形產生。因此只要感測這些異常運動行為，便能適時提供當事者及工地管理者警示訊息及預防墜落之功能。 運用資訊科技之工地安全監控系統，為重要的墜落防止技術之一。近年來智慧型手機普及率越趨提高，本研究所開發之系統可安裝於智慧型手機；施工人員僅需在工作前啟動本系統，程式便即時運算配戴者運動情形，即時給予警示；工地監控者則可同時監控所有配戴儀器者之運動情形，若發生墜落前兆便可快速且適度的調派工作。 本系統經實驗驗證，將受測者分為四種精神狀態：正常、睡眠不足、疲勞及喝酒狀態，分別利用三種演算法判斷墜落前兆，SVMA：利用加速度判斷，被最多研究採用、SVMg：利用轉動慣量判斷，極少研究採用、SVMt：利用SVMA時間差判斷，為本研究創新提出。結果SVMA在四種狀態中皆有最低之誤差，為最適合本研究之演算法；SVMg在四種狀態中判斷誤差皆最大；SVMt在正常及喝酒狀態下判斷誤差與SVMA一樣優異，但在睡眠不足及疲勞狀態下判斷誤差則略高。 本研究首創將智慧型手機運用於工地防墜監控，著重於工地防墜實際應用；利用智慧型手機，而非多數研究採用之裸體加速度計（accelerometer）或陀螺儀（gyroscope），便於一般使用者使用；創新墜落前兆感測演算法，可於墜落前提早產生警示；利用模擬工地施工驗證本系統，針對工地防墜監控設計參數等。皆相較其他研究更適用於工地防墜之監控。
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本研究結合數種衛星測高資料反演東海重力場，進而推估研究區域之海深模型。在波形重定方面，採用次波形門檻值演算法並搭配高斯濾波去除雜訊；在反演重力場方面，分別比較了逆 Vening Meinesz 公式 與最小二乘配置法，並分析其精度。在計算海底地形方面，採用重力地質法計算出最終的海深模型，並分析參考場與地質密度差對海深計算的影響。重力成果方面，與船測重力異常檢核後，發現波形重定技術能有效提升約3~6 mgal 的精度；於海深成果方面，用大陸礁層船測海深值評估精度，可發現本研究計算之模型較ETOPO1模型獲得更高之精度，於淺海區域與深海區域精度約比百分之四。
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本論文以實驗方法探討反復扭轉剪力夯實造成砂質填土之地表沉陷量,土體內相對密度, 垂直與水平應力及CPT試驗錐尖阻抗的改變。本研究使用自行設計建造之反復扭轉剪力夯實儀，施加靜態垂直應力及反復剪應力在土層表面。本研究以氣乾之渥太華砂為填土，填入4層高150 mm之疏鬆砂土。填土初始相對密度為35.5 %，試體採用直徑為300 mm的鋼質圓盤施加垂直載重9.2 kPa，然後施加反復剪應力，扭剪轉角分別為+1°、+3°、+5°、+7° 及 +10°，反復扭剪作用為20次。本研究採用雷射測距儀量測土體表面沉陷量，埋設密度控制盒埋置於試體內部以量測土壤各點之相對密度，置於土壓力計試體內部以量測垂直及水平應力變化，以圓錐貫入儀測量土體各深度之錐尖阻抗值。根據實驗結果，本研究可獲得以下幾項結論: 1. 加載靜態垂直荷重於四層 150 mm 厚的試體表面，造成土體表面15至22.3 mm 的沉陷量；平均表面沉陷量為19 mm，沉陷量約為試體厚度600 mm的3.2%。很明顯地，靜態垂直載重是夯實鬆砂有效的方法 2. 靜態垂直加載，砂土的相對密度從35.5%增加大約至62.0%，比緊砂要求的標準(Dr =70%-85%)略低。 3. 與未夯實的鬆砂內的應力相比，靜態載重對於砂土中的垂直土壓力和側向土壓力的影響不顯著 4. 在垂直載重的作用後，上層之錐尖阻抗qc有明顯的增加。受壓後正常化錐尖阻抗qc / qc,loose由1.0增大至4.6。 5. 在四層且每層為150 mm 厚之土層的表面，經過以扭轉角度為±10° 扭轉20次後，平均表面沉陷量為38.2 mm；由於反覆扭剪夯實造成額外的表面沉陷量約為19.2 mm。很明顯地，反覆扭轉剪力是有效的夯實方法 6. 若靜態載重為9.2 kPa，且試體厚度為150 mm，以扭轉角度為±5° 扭剪20次後，土壤的相對密度可達72%至84%。達成之土壤相對密度隨扭剪角度之加大而增加 7. 經過反覆扭剪夯實後，土層中的垂直土壓力沒有受到影響；然而，經過反覆扭剪夯實後，土層中側向土壓力增加從27%至88%。 8. 在經過反覆扭剪夯實後，正常化的錐尖阻抗 qc / qc,loose 從4.6增加至9.0。實驗結果說明了反覆扭剪夯實明顯的增加土層中的錐尖阻抗。
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本研究針對降雨入滲對於含氯有機溶劑污染場址降解之影響，藉由模擬地下水污染物溶質傳輸的現象，對降雨入滲影響含氯有機溶劑之差異分佈進行分析。利用Visual MODFLO W套裝軟體RT3D 數值模式來模擬含氯有機溶劑污染場址於地下水傳輸，評估各關切污染物對濃度分佈之影響。RT3D 可模擬四氯乙烯降解作用產生三氯乙烯、二氯乙烯、氯乙烯，各關切污染物的吸附作用使各污染物傳輸速度不同。模擬一假設場址於不同降雨量與降雨區塊影響其濃度與分佈和選用一國內著名含氯有機溶劑污染場址做研究案例。研究結果顯示，在假設場址模擬中，降雨量的大小與降雨區域性的不同不僅會影響含氯有機溶劑之濃度與也會改變溶解相污染團的形狀與移動方向。實際案例場址模擬結果顯示，降雨入滲對於地下水中含氯有機溶劑影響會因為都市區域有各式鋪面，雖然會使實際入滲量隨不同地表狀況降低，間接影響入滲到地層中的入滲量，但是入滲仍會影響污染團的濃度與分佈。
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水庫為台灣主要的原水供水來源，原水經過淨水廠處理後經由配水管網將自來水提供至使用者。近年來石門水庫由於高強度降雨造成原水濁度升高導致淨水廠無法負荷處理而停水，而這樣的問題於過去相關研究顯示供水系統可靠度，多集中於原水段或配水段，僅考慮各段的水量是否足夠而未考慮水質問題。因此，單以水量探討供水可靠度或缺水率、脆弱度、恢復度等風險概念，可能過於樂觀估計的情況。 為了真正了解供水系統的可靠度，本研究提出一個供水系統原水段可靠度之分析流程，建立供水系統原水段水量與濁度的模擬模式。以歷年的供水整體評估模擬結果顯示，倘若考慮濁度之影響，將使得缺水指數、恢復度及脆弱度提高而可靠度降低。而未考慮濁度之影響時，將使得缺水指數、恢復度及脆弱度降低而可靠度提升。雖然颱洪高濁度對於長期整體供水系統可靠度影響程度不大，但颱洪影響期間內高脆弱度及低可靠度之問題，仍是不容忽視的。
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光達(Light Detection and Ranging, LIDAR)為近年來快速發展的測距儀器，光達利用短時間內發射大量雷射脈衝對空間中的物體進行測距，並獲取雷射脈衝在物體表面反射點的三維坐標，大量的三維坐標點位集合為光達點雲資料(Point Clouds)。光達可裝置在不同載具，將不同載具或不同測站間的資料轉換至同一坐標系統，並使重疊區有一致的幾何特性，以整合點雲資料進行後續應用的行為即稱為光達點雲套合。 本研究採用最小二乘平面匹配法(Least Squares 3-D Surface Matching)進行空載及車載光達點雲套合。研究中使用共軛平面特徵建立坐標轉換關係，並以最小二乘法求解轉換參數達到點雲套合的目標。為建立平面特徵間的共軛關係，本研究採用資料網格結構化並使用特徵向量分析將網格結構中的點雲轉換為平面特徵，最後利用角度及距離門檻產生候選共軛平面。 本研究中使用一組模擬資料以及兩組真實資料進行點雲套合，為了解點雲密度比與套合成果之關係，先使用模擬點雲資料在已知轉換參數環境下進行套合分析；真實點雲資料套合部分使用空載光達點雲以及車載光達點雲，空載光達點雲由Optech ALTM 30/70掃描，資料範圍為台北市政府周邊都市區；車載光達點雲由Optech Lynx掃描，資料範圍為台北市光復南路之部分路段。真實點雲資料須先以航帶間套合消除資料內航帶間誤差，接著進行車載光達與空載光達之間套合。 成果分為模擬資料成果以及真實資料成果，模擬資料部分顯示出資料密度影響套合成果，將點雲密度調降為1/10時，套合誤差將放大為兩倍；在真實資料套合實驗成果中，進行航帶間點雲套合可將空載光達航帶間之誤差由原始資料的9cm改善為4.7cm，而車載光達資料航帶間誤差則由原始資料之40cm降低為4cm；於空載光達對車載光達點雲 II 套合中，原始點雲誤差為84cm也於套合處理後降低為5cm。經過套合處理後，資料間誤差皆明顯降低。
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本研究利用實驗及分析方法探討鋼骨鋼筋混凝土(Steel Reinforced Concrete, SRC)邊柱於火害下之行為。實驗方面分為兩階段：第一階段為高溫試驗，於小型複合高溫爐進行，並以熱電偶量測鋼骨、鋼筋及混凝土之升溫狀況；試驗規劃4支鋼骨鋼筋混凝土柱研究SRC邊柱於不同參數下之斷面溫度分佈，參數包括混凝土強度以及柱斷面形狀。第二階段為載重試驗，利用大型萬能試驗機進行軸壓載重試驗。高溫試驗之4支受火害試體可得到SRC柱受火害後之殘餘強度，另外4支未受火試體則可得到未受火害之軸壓強度，兩組試體對照比較後可知SRC柱試體受火害後之強度折減程度。分析部分採高溫試驗得到之試體斷面溫度分佈數據，以熱傳學塊狀系統之概念推估SRC柱試體火害後之殘餘強度，並與實驗值比較。 研究結果顯示，高溫下圓形柱受火面之混凝土保護層嚴重爆裂，反之方形柱僅於受火面角隅處混凝土剝落，可知斷面幾何形狀影響試體之耐火能力。不同強度混凝土對於斷面溫度分佈及升溫速率並無明顯影響；鋼骨腹板之溫度高於鄰近混凝土測點溫度，是由於鋼骨熱傳導係數較混凝土高，熱能傳遞過程中產生蓄熱、溫度上升情形。載重試驗之結果顯示，強度較高混凝土之柱試體殘餘強度折減程度大於普通強度混凝土之試體。殘餘剛度折減程度方面，試體參數為方形斷面及普通強度混凝土之組合，折減程度最小。韌性方面，火害後試體之韌性皆有不同程度之增加。本研究提出合理之分析方式計算受火害試體之殘餘軸壓強度，分析之結果與實驗數據相符。包覆型SRC柱由於混凝土之包覆可降低火害之影響且具優異之防火性能。
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空載光達是一種主動式對地進行測量的技術，可快速取得地表物之三維坐標，並提供高密度及高精度之三維坐標。而全波形光達技術中重要的發展，其可以記錄回波的連續波形，可藉由分析波形得到更多的地表反射物理特性與地表細節與變化，讓使用者擁有較豐富及完整的資訊，有助於地形重建及地物判識。 在處理全波形光達資料的過程中，波形萃取與分析是首先且必要的一環。本研究的第一階段，先進行資料整理與檔案格式讀取，接著利用對稱與不對稱兩種函數(高斯函數及韋伯函數)對波形進行擬合(fitting)，並進行原始資料與擬合成果兩者間的精度評估，討論與驗證不同擬合函數對於全波形光達訊號處理的適切性。經過精度評估後，萃取光達波形參數包括波寬(echo width)、振幅(amplitude)、背向散射參數(backscatter cross-section coefficient)，配合光達幾何參數包括高程(Z)、高程差(dZ)、回波數(echo number)、多重回波百分比(echo ratio)，提供為接下來分析應用的特徵。 取得波形的參數後，接著將這些萃取得的波形參數作為分類之用。所以本研究的第二階段，就萃取出的波形參數配合人工判識資料，使用支持式向量機(SVM)與隨機森林(Random Forest)兩種方法做地表物的特徵分類，並就分類成果進行精度評估，藉此探討使用全波形光達資料與一般空載光達進行分類與兩種分類法的優缺點。 本研究結果顯示，波形擬合分析的部分，使用不對稱函數的擬合成果較好，擬合誤差較小；但是在於波形峰值的位置與對稱函數的成果差異不大，因此高斯函數為一個簡單省時的擬合方式。而在地物分類的部分，全波形光達所提供的參數對於樹木的分析的結果顯著；相較於支持式向量機，隨機森林分類法的成果較為佳。
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本文主利用K-means法將一個新的潮型指標(PR)分成三類，當PR值小於等於0.55為半日潮型，在0.55至0.80為混合潮型，大於等於0.80為全日潮型。檢驗台灣十個潮汐測站的PR指標值不受年份的影響，大多數測站在不同年的PR值，相對標準偏差都在2%以下，其中淡水和蘭嶼因在2006年資料缺漏率達52%及31%而造成相對偏差到6%和3%，而成功地區也有6%相對標準偏差。由一季或半年的資料長度影響PR值的檢驗發現蘭嶼、成功、基隆及高雄四站一季資料長度所得PR值會超越過潮型指標界線，造成判斷成不同潮型的困難，而且發現各測站因為資料長度因素，在混合潮型和全日潮型測站的PR值的變異較在半日潮型處大，在半日潮測站PR值的最大相對標準偏差可達4%，在混合潮測站的PR值的最大相對標準偏差則為14%。 另外，本文再以潮汐的潮差及週期的常態分布機率密度函數的兩參數比值TR及TP，劃分潮型界線。當TR的判別界線為小於0.15的為半日潮，大於0.30的為混合潮，介於之間為全日潮；TP值界線為小於0.23為半日潮，大於0.29為混合潮，介於之間為全日潮，其分類群集結果與PR值分類群集結果相同。
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工程材料實驗為土木工程系大學部的基礎課程。透過實驗課程的操作與驗證，能讓學生充分了解材料的物理及化學特性、力學性質，以致於工程上的應用。由於學生實務經驗不足且材料實驗細節繁瑣及實驗數據零碎，很難在有限的時間內，達到一定的學習目標與成果。因此本研究透過網路教學方式，以虛擬實境技術來呈現國立交通大學土木材料實驗室，開發互動學習系統，建立出良好的情境學習環境，以提升學生在工程材料實驗課程的學習成效。 本研究應用虛擬實境技術，針對土木工程材料實驗課程設計實作教學系統。實驗操作功能則是讓學生能夠在虛擬平台參與整個實驗操作的過程 ，並融入實驗情境中來學習整個實驗流程，藉此幫助學生累積實驗經驗及熟記實驗細節。