中央大學土木工程學系學位論文
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由於台灣的地理位置特殊為天然災害頻傳的地區，尤其在夏季颱風、梅雨季節時常常發生洪水災害。因此，如何考慮流域與流域之間的相關性，並利用這些相關性來計算洪水災害所造成的損失便是我們所重視的課題了。 本研究之目的即在分析歷年降雨資料，利用不同之降雨資料區分為颱風型及非颱風型，建立出不同之相關性隨機變數，並經由研究驗證此相關性隨機變數之可靠度，足以代表流域間之相關性。利用此相關性隨機變數計算出流域間發生洪災事件時之累積損失及年事件最大損失，以建立出累計損失超越或然率（Aggregate Loss Exceeding Probability，AEP）以及損失發生超越或然率（Occurrence Loss Exceeding Probability，OEP），以利風險保險公司等等在於制訂保單保費等之參考。
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隨著科技工業發展，核能為多數先進國家主要供電來源，對於核廢料之處置，國際間多以深地層處置進行最終處置。其中，緩衝材對於處置場的成敗扮演關鍵性角色，當緩衝材受到地下水與廢料衰變熱之影響，其行為所產生耦合效應，將對近場環境帶來重大影響，故本研究模擬緩衝材料受水份滲透及溫度升高的影響，進行實驗與數值模擬。文中分別進行日興土及BH膨潤土在25℃、40℃及60℃下進行濾紙法試驗與攝取水試驗，探討溫度變化下緩衝材之水分特性曲線與飽和度之變化。並利用實驗所得之參數，應用ABAQUS進行程式模擬。 結果顯示BH膨潤土持水能力較日興土佳，且土壤吸力隨環境溫度升高而降低。試體受到水份入侵時，其飽和度隨時間增長而趨近飽和，飽和時間與緩衝材厚度平方成正比，且溫度越高其飽和速率愈快，而BH膨潤土飽和速率較慢。不論吸力或飽和速率，BH膨潤土受溫度影響均較日興土小。程式模擬結果多與實驗值趨勢相近，考慮材料參數之影響的研究發現，當膠體含量與膠體回脹倍率增加時，會使滲透係數降低，導致飽和速率降低及孔隙比減小，而滲透係數與土壤－水分特性曲線越大，其試體飽和速率愈快。
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台灣地區水資源除了受天侯與地形等因素影響外，且具有高度不確定性及時空上分佈不均勻，造成水資源運用上日益困難，面臨供需失衡之困境。本研究主要針對台灣北部之區域多元化水資源調配進行分析探討，首先利用水平衡系統模式推估桃園灌區之區域迴歸水量，顯示該模式能適當模擬出河川流量變化之趨勢，在迴歸水可靠度分析方面，田區在不同總供水比例下經由超越機率圖比較，農業日迴歸水量隨著總供水量減少而逐漸趨於一穩定之狀態，新屋溪流域約趨近於12,000立方公尺，觀音溪約為4,000立方公尺。 桃園地區的埤塘灌溉系統為台灣特有農業灌溉方式之一，可提升降雨量使用率與調蓄輔助農業灌溉用水，在桃園大圳二支線灌溉區域內，下游零星不具備埤塘之灌區易出現缺水情況，當進行深水灌溉模擬時，提高出水口高度可增加210mm的有效雨量，使得總缺水量減少188,180立方公尺。以整體二支線埤塘系統之調節蓄水能力而言，該區域有能力移用20％大圳配水量供工業與民生使用，其中2-3-4號埤池為此灌溉系統效能之臨界點，如果能將容量增加為原來15％以上，即可以將二支線埤塘灌溉系統效能從20％提升至30％。 水庫運轉規線制訂之目的係提供水庫操作者可遵循之運轉方式，儘可能在規劃條件下滿足各種用水標的之需求，並達成最高之系統運轉效率，經由對水庫規線的調整及模擬，可瞭解只要掌握水庫放水原則、河川流量變化與發電廠特性，即可制訂滿足多目標供水之最適規線。當考量水庫入流量之不確定性，利用最佳化水庫聯合運轉系統得到各水庫之最適規線，其分佈呈帶狀區間，而區間大小隨各水庫入流量與供水特性而異，此結果有助於未來在水庫規線制訂上更顯得客觀，而且有多一層水文不確定因素考量。
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本論文乃採用台灣高鐵列車過橋之動態量測資料，將數種儀器的量測訊號，利用支配頻率之理論，針對列車與橋梁的共振問題，以外力激振方向做區別來探討，依理論找出發生共振的可能車速，同時也提出列車蛇行診斷的概念。並試圖為之前民眾所關注之高鐵車廂在某一行駛速度的振動問題，找出一合理的原因。而在橋梁微振訊號頻譜分析部分，採用FFT（快速傅立葉轉換）與HHT（希爾伯特-黃轉換）兩個方法來做分析比較;在列車過橋之動態訊號採用HHT方法，利用其時頻分析的特性，作為後續發展列車蛇行診斷之可能性。此外本論文並推導以相對轉角量測值求取撓度曲線之公式，作為以單軸向光纖測彎計研究橋梁的動態撓度之依據。
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本研究運用非破壞檢測方法量測混凝土結構既有應力，首先針對殘餘應力理論作了回顧，並對單軸軸壓應力理論作了一個簡單分析，此一分析結果發現軸應力和波速之間存在一最高階為4次方之關係，為了解混凝土於不同軸壓應力下之力學與聲學性質的變化情形，一共製作了66個不同材料強度之試體進行試驗，每一試體在不同等級之軸壓力作用下，均使用先進之乾點式超音波檢測儀量測各種波傳角度下之穿透縱波、穿透橫波、表面縱波、表面橫波之波速。量測結果顯示穿透縱波量測方式，可較明顯地見到軸壓比和波速比之相關性。將所有實驗結果進行回歸分析，可以得到一條平均之迴歸公式。由實驗結果可以發現當應力比達0.5時，波速開始明顯下降，隨著應力比的遞增，約達0.8時，波速即快速衰減。這個發現剛好與AE量測之結果相互呼應。由音洩量測可以看出當應力比達0.5和0.8時，其混凝土內部因微裂縫之生成，而導致音洩事件數量遞增。本文應用最佳化之和聲搜尋法配合聲彈理論進行既有應力反算，並於文中展示了應用迴歸公式進行現地既有應力量測之流程。
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台灣道路一般以柔性鋪面為主，由材料試驗可知，回彈模數會受到反覆載重的影響，因此本研究採用三維有限元素法來探討柔性鋪面承受反覆載重作用下，鋪面的車轍與疲勞之損傷評估。研究中考慮覆土應力、不同胎壓、軸重與含水量，利用材料試體試驗所得之回彈模數值，配合 AASHTO 2002 鋪面成效回歸式來評估其受反覆載重後，鋪面損傷程度。 研究結果顯示，在鋪面結構分析的部份，路基土壤含水量增加時，對鋪面結構的影響也相對增加；在軸重、胎壓與含水量同時增加的情況下，對鋪面之影響，會比單一增加下影響來的大。在鋪面損傷分析的部份，鋪面的損傷會隨著反覆載重次數、胎壓、軸重及路基土壤含水量的增加而增加。
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近年來，三維形式的影像資料越來越普遍，例如遙測領域的高光譜影像，醫學的核磁共振影像和電腦斷層掃描，地質學的震測資料等，提供進行三維紋理分析的可能性。紋理分析為特徵萃取和影像分析中最重要的方法之ㄧ，然而，傳統的紋理分析方法，大部分都集中在二維的紋理特性，鮮少將其拓展至三維形式以處理三維實體資料。 本研究即拓展傳統二維Grey Level Co-occurrence Matrix (GLCM) 至三維形式 (Grey Level Co-occurrence Matrix for Volumetric Data, GLCMVD)，並將其應用至高光譜影像以萃取有用的紋理特徵。就傳統二維GLCM而言，決定在計算時所需的最佳視窗大小一直是重要的研究課題。先前的研究指出，視窗大小對於分類成果佔百分之九十以上的影響量。其原因在於，在計算時需要夠大的視窗，才能包含足夠的資訊描述資料特性，但在紋理分割時則需要較小的視窗，方可突顯不同紋理區塊之邊界。因此，在GLCMVD計算中，如何決定適合的視窗大小亦是一迫切的問題。為了解決此一問題，本研究提出以半變異元分析於三維資料上之應用，計算在GLCMVD中所需要之最佳視窗大小。 研究成果顯示，將半變異元分析應用至三維資料，確實可以找出最佳視窗大小進行GLCMVD運算。此外本研究之成果亦證實，由三維資料所萃取之紋理特徵較二維紋理在分類上有更佳的識別能力。
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良好的醫療物資訂購與內部配送排程規劃，可幫助醫療業者有效地降低營運成本，並提升醫療服務品質。目前國內醫療院所對於醫療物資訂購/配送頻率、訂購量及安全存量等重要參數值的決策，仍依靠人工的經驗來制定，此作法不具系統性分析。此外，在實際的營運中，醫療物資需求常會隨著許多不確實因素產生擾動變化，可能導致原先規劃的結果失去其最佳性，造成營運成本大幅增加。緣此，本研究以醫院之立場，系統性考量醫院部門各時點的物資需求、存貨容量限制及其他相關限制，探討物資在時間面與空間面上的存貨與配送整合作業，構建確定性與隨機性醫療物資訂購與輸配送排程模式，以幫助醫療院所在實際營運中有效地規劃醫療物資訂購及配送作業，增進醫療資源使用效率。 本研究利用時空網路流動技巧，以系統最佳化的觀點構建模式。在求解上，利用問題分解策略，並結合CPLEX數學規劃軟體，發展啟發解法，以有效地求解模式。為評估確定性與隨機性模式所求得之排程結果，在隨機營運環境中的績效優劣，本研究發展一評估方法。最後，為測試模式與求解演算法於實務營運之績效，本研究以國內某家大型醫療院所的營運資料為例，進行實例測試與分析。
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良好的醫療物資輸配送作業規劃，可幫助醫療系統於緊急疫情爆發時，有效率地服務突然大增的病患物資需求，以確保醫療系統物資資源有效率地應用與維持一定的醫療服務品質。目前實務上醫療院所之物資訂購作業上，係由醫療系統成立之聯合決策中心搭配決策支援系統進行規劃，但對於醫療物資訂購/配送頻率、訂購量及安全存量等重要參數值的決策，仍依靠人工的經驗來制定。此作法不具系統性分析，且相當依賴相關作業人員的主觀判斷，因此常可能導致不佳的決策。尤其，在疫情爆發時，物資需求可能突然大量增加，可能導致原先規劃的物資配送結果難以運用於實際作業中，且現有的決策作法不易有效地調整現有的資源以因應擾動事件。另外，在實際的營運中，醫療物資需求常會隨著的許多隨機事件產生擾動變化，而可能導致原先規劃的結果失去其最佳性，進而降低整體醫療系統物資的應用成效，造成醫療系統成本的大幅增加。有鑑於此，本研究考量疫情發生時預期各時點的物資需求、各醫療院所各時點的存貨容量限制、物資運送量及其他相關限制，並探討物資在時間面與空間面之整合及相互支援作業，建構一確定性醫療物資輸配送模式。再進一步針對於營運時，醫療物資需求量產生的隨機擾動現象，構建一隨機性醫療物資輸配送模式。本研究模式期能在未來實務的應用上，提供醫療系統在緊急疫情爆發時，有效地規劃醫療物資訂購及輸配送作業。 本研究利用時空網路流動技巧構建確定性模式，此模式含有多個時空網路，以定式不同類醫療物資在時空中的流動情況，可定式為一整數多重貨物網路流動問題，屬NP-hard問題。本研究進一步修正確定性模式中之固定需求值為隨機需求值，建立隨機性模式。注意，由於此隨機性模式之問題規模與隨機事件數相關，因此其規模將遠大於確定性模式規模，為更有效求解此隨機性問題，本研究進而發展一以問題分解策略為基礎之啟發解法，以有效地求解隨機性模式。此外，為比較確定性與隨機性模式所求得之結果，在隨機營運環境中的績效優劣，本研究發展一評估方法。最後，為測試模式與求解演算法於實務營運之績效，本研究以國內一大型醫療系統的營運資料為例，進行實例測試與分析，結果甚佳，顯示本研究所建構之模式與求解方法應可為未來實務醫療管理當局之參考。
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將磁化水用於混凝土工程，目前仍無價廉且有效監測磁化水磁化程度的方法，因此難以掌握混凝土品質的改善程度。本研究嘗試利用水磁化過程中產生的霍爾電壓，作為即時監測水磁化的指標。研究初期尋求能穩定量測霍爾電壓的方法，再探討水流量和流速對霍爾電壓的影響，最後並觀察磁化水的基本性質，及霍爾電壓與水泥砂漿抗壓強度、流度值及凝結時間的關係。 研究結果發現若使用導電管、長電極、外加電容和循環水可量測到相對穩定的霍爾電壓，但其再現性則不令人滿意。加大水流量和流速會增加霍爾電壓，但不易建立有意義的統計關係。使用磁化水可縮短水泥漿的凝結時間，增加砂漿的抗壓強度及降低砂漿的流度值。