近景攝影測量應用於渠槽試驗底床量測之探討

邱永芳 ； 賴瑞應 ； 胡啟文

《土木水利》 44卷6期 (2017/12) Pp. 59-69

https://doi.org/10.6653/MoCICHE.201712_44(6).0013

摘要

水工模型試驗係將原型（Prototype）以一定幾何比例縮小成模型（Model）來進行試驗，主要模擬水中構造物周邊之水流現象，底床質在水中運移之水理特性，相較於數值模擬之方法，水工模型試驗較容易掌握實際之水理條件、流況與輸砂狀況等物理現象，因此常應用於水利工程規劃設計及河道維護之決策參考使用。從事水工模型試驗以了解河道沖淤或海岸漂砂等問題時，需於動床試驗過程中或試驗結束後，量測模型水理變化或底床地形之變化，傳統之地形量測方式是以經緯儀配合覘標以等之點量測或控制水位做等深線方式逐點進行量測，隨著科技的進步，開發以光學式砂面測定儀（雷射測距）、超音波砂面測定儀及連續式地形測定儀（電壓差）之儀器設備用於底床地形量測，而從點的量測進展到線的量測，但尚皆以逐點或逐線的量測方式間接地構成面的底床高程資料，高程資料雖可取得相當精度之量測結果，但在平面試驗上多變的地形特性，仍無法詳細得描述，同時相對地費時、費力且需投入相當設備之建置成本，實需進一步改善量測方式。有鑑於此，本研究嘗試以一般非量測型之普通數位相機（圖元1,000萬畫素以上），對模型觀測區進行多視點拍攝，並藉由攝影測量軟體獲取三維表面點雲模型，進而生成數值高程模型（Digital Elevation Mode, DEM），因點雲為大量空間點資料的集合，其每點均含有三維座標點資料，具有可完整精準保存目標物不規則表面變化的實際尺寸與影像空間資訊之特性，可直接地構成面的底床高程資料，因此相較於以往之量測方式，具有低成本、高機動性、高精度及微觀記錄之優點，惟以相機拍攝方式存在著光線折射問題及不具有穿透性等限制因素，因此無法量取水面波浪及水深高程資料。由於量測所得皆為數位化資料，如此亦可進行相關之加值應用，如：不同試驗條件下退水後底床的DEM資料進行套疊比對、取得任一縱橫剖面資料、等高線圖…等，可直覺地清楚瞭解底床地形之變化及差異值。基此，本研究將以國道1號中沙大橋之渠槽水工模型試驗為案例，進行近景攝影量測技術及傳統量測兩種方式之精度分析，探討其可行性。