中央大學土木工程學系學位論文
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莫拉克颱風之豪雨誘發山崩，使小林村遭到滅村的慘劇。本研究針對小林村鄰近區域進行莫拉克颱風下之山崩分析，研究內容包括山崩特性統計、最佳化參數逆分析及即時動態分析介面開發。運用莫拉克颱風災前、災後之數值高程模型(Digital Elevation Model, DEM)、山崩目錄(Collapse Inventory)及各山崩潛勢因子圖層(地形因子、地質因子、水系因子及坡型因子)結合地理資訊系統進行空間分析、人工判釋及校正山崩目錄，了解各潛勢因子對小林村鄰近區域山崩之影響程度及自然邊坡特性。在最佳化參數逆分析之部分則採用遺傳演算法之最佳化技術結合暫態降雨入滲與網格式廣域邊坡穩定分析模式(Transient Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional Slope-Stability Model, TRIGRS)進行最佳化參數逆分析。並參考山崩特性統計之成果、邊坡特性、水文參數關係及山崩臨界雨量觀念進行優化原始最佳化模組，使參數逆分析之結果較符合實際情形。最後考量TRIGRS成果圖層展示之不便性，開發即時動態分析介面，供防救災工作參考。 山崩特性統計部分顯示水系為影響邊坡穩定最重要之因子；順向坡及地質構造線較可能觸發大規模之邊坡滑動。逐步改善最佳化分析模組之結果顯示，雖使山崩預測正確率從未改良前之95%下降至60~75%，但相關係數從0.238上升至0.998，且山崩歷程較符合實際之降雨情形，結果有一定之合理性，但未來仍有許多改善的空間。
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邇來企業發展過程中，績效評估對於企業經營管理為重要的一環。過去學術上常使用資料包絡分析法(Data Envelopment Analysis, DEA) 針對產業實例進行績效評估。而資料包絡分析法主要是採用實際投入、產出之數據，利用生產邊界之概念進行效率分析。故其使用之數據需相當精確才能進而評估出具有可靠性之評估結果。而蒐集數據的過程產生之誤差可進一步分為隨機誤差與系統誤差兩大類。過去學術研究中，誤差來源往往排除人為誤差只考慮隨機誤差。而資料包絡分析對於不精確性資料之求解僅提出模糊資料包絡分析法與不精確性資料包絡分析法，此類評估方法所評估出之效率值仍為模糊或僅為區間值，對於誤差數據所造成之評估影響程度並無深入研究。因此，本研究以資料包絡分析法為基礎，於CCR模式與BCC模式下，使用國際貨櫃港埠實例設計一系列誤差方案進行測試，並利用生產邊界示意圖呈現其誤差影響程度。在求解方法上，利用C++程式語言配合數學規劃軟體CPLEX進行模式求解，縮短使用DEA軟體之求解時間。 評估結果顯示，效率值等於1之效率良好受評單位受誤差影響下，其影響結果可分為不受任何誤差影響之相對穩定型效率單位、於誤差影響較大時始受影響之效率單位及誤差存在即受影響之效率單位，此三種效率單位可利用A&P模式進一步驗證。而效率值落於0.4~0.7間之效率單位屬於相對敏感之效率單位，其中包含特殊型效率單位，即其誤差程度遠超過於其他受評單位。此種受評單位可利用本研究之測試方式進行篩選，並進一步針對此類特殊型效率單位及相對敏感之效率單位投入更多人力與成本進行數據比對以確保評估結果之準確性。本研究之研究成果可供後續使用資料包絡分析法之研究學者做為參考。
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航照影像與光達點雲所含的幾何資訊具有互補性質，空載影像具有良好的地物邊界線但高程資訊較內隱，反之，光達點雲含有準確的高程資訊但地物邊界較不明確。本篇研究提出利用空載光達資料及單張航照影像重建三維房屋模型。由於多數房屋具規則幾何外型，本研究以重建由平面所組成的房屋為主。 本研究工作包含五個部分: (1)屋頂面組成，(2)屋頂面分類，(3)結構線定位，(4)二維線段組成以及(5)三維房屋模型重建。將屋頂上的光達點雲萃取出並利用共面分析組成屋頂面，再使屋頂面分類成，平頂屋頂、多斜面屋頂以及單斜面屋頂。然而，光達點雲具有誤差，對於由緩斜面組成的多斜面屋頂，緩斜面難以偵測。因此，本篇利用漸進式的搜取法分析光達點雲求得最佳的斜面。之後，利用屋頂面的資訊獲得初始邊界線以及屋頂結構線的區間。將物空間所求得的初始邊界線反投影至像空間建立工作區，於工作區中進行直線偵測並組成屋頂結構線段以及候選邊界線段。精確的邊界線段萃取後再將組成的線段投影回物空間以重建三維房屋模型。 以實際量測之房屋模型與研究結果所產生的模型比較以驗證成果的精確度。測試資料包括: (1)航照DMC 影像，空間解析度為16 公分以及(2) 空載光達掃描系統：Leica ALS 50 之光達點雲資料，點雲密度為10 points/m²。所得成果品質之誤差於X方向為±0.242公尺、Y方向為±0.246公尺以及Z方向為±0.260公尺。
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大規模劇烈物理現象如核爆、地震等，在現象產生過程中皆會產生次聲（即頻率低於人類聽覺下限(20Hz)的聲波）。次聲因其低頻而含有下面兩種特性：1.能量衰減速率對比於高頻波較低 2.穿透性較高頻波高。土石流之次聲波與土石流組成特性以及運動型態有關，而土層中之地聲相對於空氣中之聲波而言，其環境噪音極低，但因快速遞減使其觀測位置必須緊靠土石流流經地點。鑒於近年來全球氣候變遷，極端雨量出現機率增加，土石流發生機率因而提高，經由地聲及次聲監測系統來收集現地資料是降低坡地災害之可行方法。本研究經由空氣傳播之次聲波和土層傳播之地聲來分析瞭解土石流之音頻特性與其地聲波傳遞特性，並對比實驗及現場量測資料來分析土石流運行時之次聲特性。本研究以土石流現地之雨量分析與事件前後之地形變化來佐證土石流的發生，冀望能求取現地土石流啟動之雨量門檻值與運行形態機制。 一般現地低頻噪音成因為風、雨聲、雷聲、地震等因素，實驗及現地資料顯示其特徵頻率皆在5Hz以下。2006年六月之暴雨事件苗栗火炎山土石流音波與地聲資料中，濾去5Hz以下噪音後音波與地聲資料時域與頻率域皆具有相似特性，若以HHT求取解析度更高之特徵頻率約為5-15Hz。而地聲所收集到之樣本數較多，通常其頻率特性概括於10~50Hz間。而在奧地利及火炎山所收集到之部份音波及地聲資料顯示其在事件開頭有特徵頻率下降及事件尾端特徵頻率升高之情形。 火炎山現地雨量則由距離反比法推算並非為最近距離之雨量站所得資料最接近，在當地所設置雨量計所得資料顯示，2006~2007年間其土石流雨量門檻值主要為67 mm有效降雨量，之後則超過3mm/hr之強度皆有可能發生土石流。
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土壤含水量在地表水循環中扮演關鍵角色，其含量是用來推估水循環之重要機制，如地表蒸發、植物蒸散以及區域降雨變率等能量交換作用，也影響當地之農業條件、環境保育與氣候變遷等議題。利用遙測技術可以大量而廣泛的獲得地表土壤含水量資訊，以進行長時期的地表含水量監測，目前遙測衛星AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS）提供的全球土壤含水量產品影像，空間解析度為25公里，是最便捷的土壤含水量資訊，但解析度較差而無法滿足農業規劃或乾旱監測等需求。而使用MODIS（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer）衛星影像產生乾旱指數（Drought Index）以評估土壤溼度的方法已被證實可行，其空間解析度較高，但乾旱指數不具有物理單位，只能得到土壤相對溼度情形。 本研究是以MODIS衛星影像推估中美洲地區2010年與2011年的乾季土壤含水量。使用1公里解析度的MODIS多光譜影像，以近紅外光波段（Near Infrared, NIR）及短波紅外光波段（Short Wave Infrared, SWIR）計算常態化多波段乾旱指數（Normalized Multi-band Drought Index, NMDI），再以統計方法將NMDI指數與AMSR-E土壤含水量產品迴歸分析至1公里解析度，推估具有高空間解析度及物理單位的土壤含水量，以期能增加資料的應用層面與價值。 研究成果顯示，在植被密度較低的區域，NMDI指數與AMSR-E土壤含水量資料間具有明顯的相關性。利用NMDI指數估計土壤含水量時，成果與AMSR-E土壤含水量資料相比，其殘差在空間中具有規律分布，且殘差之RMSE大於AMSR-E資料本身的RMSE平均值，因此本研究利用最小二乘配置法的概念，利用Kriging方法計算局部系統誤差，成果顯示此方法可以有效降低檢核點的土壤含水量估計誤差，將誤差降至AMSR-E資料本身的最小誤差。而高解析度的土壤含水量推估成果與AMSR-E土壤含水量資料的乾溼分布情形非常相似，但仍需其他來源或地面監測站的資料才能進一步分析驗證。
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我國自民國78年起，陸續推動多項鐵路立體化計畫之建設，鐵路立體化預期可帶來的效益龐大，主要來自於因鐵路阻隔造成的交通壅塞得以舒緩，並進一步導致二氧化碳排放的降低；然而，鐵路高架化可能對於部份區域的交通排放造成負面影響，再加上鐵路高架化的交通改善造成土地使用以及旅運行為的改善，預期將形成整體運輸需求的上昇，長時間下來高架化的興建是否能維持節能減碳之效益，需要更進一步的相關研究。 本研究透過運輸規劃模式與排放汙染推估模式的整合，推估區域公路系統產生的二氧化碳污染排放量，進一步評估分析高架化興建對桃園地區汙染排放之影響。交通指派與排放推估的結果顯示，高架化的興建後，短期的觀察對桃園地區整體公路的總排放量有減少之效果，但由於旅次的重新分配造成部分區域增加與部分區域減少的汙染排放分佈改變之情況，其中以高架化橋下新增之廊帶道路周圍增加最為劇烈，因此本研究亦建立移除與改變廊帶道路之其他情境，以比較廊帶道路設計對地區交通的污染排放之影響。另外，考量到交通改善建設計劃對於土地使用以及運輸需求有長遠的影響，本研究假設不同的需求成長率並予以分析，以觀察鐵路高架化建設造成之旅次總量改變對於交通汙染排放之影響。
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台鐵桃園段高架化計畫可減少因鐵路阻隔所造成的交通擁塞，該計畫另外規畫在鐵路高架化下新設道路並與既有的道路合併。雖然鐵路高架化設施的改善預期可以減少桃園縣整體的交通壅塞和廢氣排放量，但當有新的道路新增時，其他地區的交通有可能會轉移到附近，因此高架化建設後的新增道路可能導致鐵路鄰近地區的情況惡化，使得附近的廢棄排氣量變得更多，因此，鐵路高架化計畫伴隨著新的道路建設與道路運輸所產生的二氧化碳排氣量有需要進一步研究。 本研究以整合交通規劃模型和排氣量估算模型來估計鐵路高架化計畫實施的二氧化碳排放量影響，並進一步顯示道路路網的排放空間分佈，本研究可觀察桃園縣鐵路高架化計畫民國100年和民國120所影響的區域和面積，本研究也依短期和長期來分析這兩個地區，其中，以民國100年來評估短期的影響，而以民國120年來探討長期的影響，經短期和長期分析，結果證實鐵路高架化計畫的實施將造成桃園縣整體的排放下降但鐵路週邊的排放上升，另外，區域間的排放分配將視高架化下道路建設方案而有明顯差異。
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本文探討混凝土產生延遲性鈣礬石形成與鹼-骨材反應的劣化機制，不論延遲性鈣礬石形成或鹼-骨材反應都會使混凝土產生明顯膨脹， 自行設計膨脹量試驗，並使用掃描式電子顯微鏡與維區元素分析儀觀察延遲性鈣礬石形成、鹼-骨材反應與兩者並存之試體反應機制。膨脹量試驗使用砂漿棒試體，砂漿棒分別使用標準砂與水泥製作，另一組砂漿棒使用安山岩與水泥製作，並使用不同的實驗條件，如硫含量(0%和5%)與養護溫度(20℃、70℃和85℃)。結果顯示硫含量與養護溫度對於延遲性鈣礬石形成有重大影響，砂漿棒試體在晚期會產生包圍骨材的裂縫引致明顯膨脹，砂漿棒試體同時存在鹼含量、水及反應性骨材會產生鹼-骨材反應。此外，延遲性鈣礬石形成晶體與鹼-骨材反應膠體可以使用掃描式電子顯微鏡與維區元素分析儀進行微觀形貌與化學成分的觀測。
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本研究探討新車運送裝載與路線規劃問題 (Auto-Carrier Transportation Problem, ACTP)，ACT中問題中包含三個求解難度高的子問題：(1) 新車選擇與分群問題、(2) 新車裝載規劃問題 (Auto-Carrier Loading Problem, ACLP) 與 (3) 拖車途程規劃問題。ACTP相關文獻較少，且過去探討新車運送之相關文獻皆只針對其中一個子問題處理，即使有文獻同時處理同時考慮上述子問題，但仍對該問題有許多簡化以降低求解困難度。 Agbegha et al. (1998) 曾探討ACTP問題中的第二個子問題：ACLP問題，該文獻將ACLP問題建構為幾何指派問題，並針對該問題提出一分枝界限求解演算法。但該研究中未考慮進出口車位重覆計算的問題與空車位問題，且其分枝求解概念複雜不易執行。在第三章，本研究重新建構ACLP整數規劃模型並提出ACLP啟發式演算法。ACLP演算法搭配預先設定的新車指派策略與裝載成本下限計算，經9題範例測試，ACLP演算法在其中6題範例求解效果優於Agbegha et al. (1998)，另3題結果與之相同。 第四章進一步討論循序性新車裝載規劃問題 (Sequential Auto-Carrier Loading Problem, SACLP)，此問題主要概念為放寬“重裝載新車必須放置回原車位”假設，本研究建構一循序式混合整數規劃模型，其目標式為最小化拖車在路線內各交車中心中產生之重裝載成本。此外本研究亦提出SACLP求解演算法，其主要概念與ACLP演算法相同，但考慮拖車在運送過程中產生之空車位，在拖車卸下需求新車後，允許重裝載新車放置於較佳車位。根據4個例題測試結果，SACLP演算法可進一步改善ACLP的重裝載成本。 本研究於第五章整合所有子問題，提出ACTP整數規劃模型，其目標式為最大化新車急迫指標與利潤，並最小化新車重裝載成本與拖車路線旅行成本，本研究發展出兩階段ACTP啟發式演算法求解該問題。在演算法第一階段利用新車指派策略與節點插入法將需運送新車指派到拖車車位中，並建構初始拖車路線，第二階段再採用ACLP演算法改善初始解裝載成本。經測試8題新車運送範例測試發現，兩階段ACTP演算法之運算結果優於ILOG數學最佳化軟體，顯示該演算法具有實務應用價值。
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高降雨強度及高降雨延時事件帶來山洪及相伴而生之岩屑崩滑、坡體 失穩、土石流及洪流等事件，對居民及交通建設造成災害損失甚鉅。台灣 東澳台九線 115.9K 及 116.1K 於 2010 年受梅姬颱風強降雨影響，引發土石 流直接溢淹蘇花公路至太平洋海岸線而形成沖積扇(alluvial fan)，本研究以 此案例探討山洪濁流形成沖積扇之動態過程與堆積機制。 本研究進行小尺度二維渠槽實驗，搭配高速攝影機，對顆粒流堆積歷 程、前積層(foreset)及頂積層(topset)堆積角度、水深及流動層速度分佈作分 析與討論。並使用不同顆粒粒徑(D)、水入流量(Q w )及顆粒入流量(Q s )作為實 驗主要控制因素，後兩項之比值為本研究重要的無因次參數，初始水砂排 放比(n 0 )；而藉由簡單推算頂積層顆粒流量得到實際水砂排放比(n)，以此無 因次參數探討頂積層坡度變化關係，研究結果顯示頂積層坡度與水砂排放 比成反比關係。 本研究使用質點影像測速法(Particle Image Velocimetry, PIV)探討顆粒 流動層速度分佈情形。研究結果顯示，在自由水面等同或略高於顆粒流表 面時，受邊壁效應(wall effect)影響，流動層速度剖面遵循超穩態流變學 (super-stable heap rheology, SSH)之指數分佈；而自由水面高於顆粒流表面許 多時，流動層底部仍遵循 SSH 之指數分佈，但流動層頂部接近自由表面處 受水流影響甚鉅，速度分佈較遵循 Bagnold 流變特性。