近代時頻分析法在準3D透地雷達案例上之應用

Application of Contemporary Time-frequency Analysis Methods to Pseudo-3D Ground-penetrating Radar Data

余竑旻(YU HUNG MING)

指導教授 ： 鄭懌

國立臺灣師範大學/理學院/地球科學系/博士(2012年)

摘要

本研究先在校園實驗模擬試驗場，採用準三度空間(pseudo-3D)透地雷達佈線幾何得到準三度空間數據資料，結合近代時頻分析所衍生出之各種資料處理的新技術，例如自然對數轉換(nature logarithmic transform, NLT)、總體經驗模組分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)及瞬時特質(instantaneous attributes, IAs)剖面等，獲得佈線幾何解析能力之參考及資料處理新技術之標準處理流程。再分別前往位於台灣中部南投曲冰史前考古遺址及東北部宜蘭清水地熱區，做野外實地透地雷達準三度空間反射測勘，並以在實驗測區得到的經驗給予最佳的野外佈線設計及資料處理流程。最後，於本論文中以傳統資料處理方法與新技術之解析能力及成效加以探討，並解釋與討論透地雷達地球物理探勘法應用於各個案例之結果。

曲冰遺址位處高山河階台地，文物蘊藏豐富，範圍廣闊，是台灣考古研究中所發現之高山地區最為完整的史前聚落。該遺址之徹底研究將對台灣初民的來源、遷徙、與文化發展有重要的貢獻，歷年來雖經三次發掘，仍無法呈現全貌。本研究除了探討曲冰遺址在台灣原民歷史上的意義及保存的價值外，也利用淺層解析度最佳的地球物理考古方法─透地雷達做模擬研究，並在曲冰遺址及其鄰近地區做重點式的探測，了解後續發掘的可能性及未來古蹟維護保存的方式。由目前所得結果顯示，本研究之探勘技術，可快速地定出地下目標物之位置。經與已知資料比對，曲冰遺址周遭未發掘的測區非常值得續挖；已發掘區之深處，也有具考古意義之明顯事件。這對支持曲冰遺址爾後再次考古發掘提供有利證據，並對原址的古蹟保存提出有效的檢測技術。

而清水地熱位於宜蘭縣大同鄉東北端地區，此區域主要屬於脊樑山脈北段的變質岩區。本研究於該野外測區所取得之透地雷達反射測勘數據資料，主要位於廬山層出露區及其上河流河床之沖積層區。上述兩地層為此測區之基本岩層，另外於構造上有兩個主要斷層和兩個小斷層分布，主要斷層為西邊的牛鬥斷層與清水溪東南區的古魯斷層。本研究將此區透地雷達反射數據，以時頻分析濾波方式處理後，再以準三度空間立體剖面來比對現場出露的岩層走向與構造，初步得到一致的結果，例如褶皺軸走向。此測區中部分出露的山壁大構造裡，又可見若干較小尺度的構造約在數公尺至數十公尺之間，與本研究在此區所獲得透地雷達反射數據剖面中之可疑反射信號尺度接近。由於間隔10 m的數條測線皆有類似的反射信號，故應可直接大膽地判斷其為地下有意義的構造剖面，若日後有開挖或鑽井資料可供驗證，則將會有更有利的證據說明本研究方法應用於此測區為可行且推薦之方法。

於兩個實驗測區中，正交、雙向的準三度空間透地雷達反射測勘配合近代時頻分析之數據資料處理，解析能力極高，能正確地判斷與定位出目標物之位置，甚至大小與形狀也能解析出來。而在兩個野外測區案例當中，因為須考量野外工時、施測地理環境限制等因素，故僅以簡約準三度空間幾何佈線施測，但因為也得以配合近代時頻分析資料處理之新技術，故最後的準三度空間透地雷達立體影像之結果仍令人滿意。

關鍵字

準三度空間 ； 透地雷達 ； 時頻分析 ； 自然對數轉換 ； 總體經驗模組分解 ； 瞬時特質 ； 曲冰史前遺址 ； 清水地熱

參考文獻

余竑旻、陳志松、鄭懌，曲冰史前遺址之透地雷達研究。社會與區域發展學報，第3卷第2期(出版中)，2012。

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