交通大學土木工程系所學位論文
國立交通大學,正常發行
選擇卷期
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紙圖出現後，地圖成為人類對於地理資訊的主要來源。隨著電子印刷格式的發布，也逐漸加重了對電子地圖的需要。以列印控制語言（Printer Command Language，PCL）、PostScript（PS）以及可攜式文件格式（Portable Document Format，PDF）為主要電子文件輸出格式。數值印製檔可由網際網路服務傳遞，直接於兩地間傳遞，減少紙圖運送的時間，並可於瀏覽器中了解圖資資訊。利用PDF製作空間資訊數值印製檔如同一般地圖紙圖呈現。在較周延之設計中，PDF地圖文件，除可展示地理資訊外，並可達到與使用者互動，增加地理資訊流通性與教育功能。 本研究利用不同來源與性質的圖資，與不同的輸出印刷軟體，產出PDF數值印製檔。分別針對不同資料性質、檔案大小、處理顏色和列印事項、詮釋資料的處理、使用Acrobat加密選項以及應用Acrobat導航特徵六點考量因素進行探討。進而了解PDF文件輸出之條件、程序及設定。使用之圖資包含太空梭雷達製圖任務（SRTM）臺灣地區DEM、平面空間圖徵、屬性資料和3D立體圖資之CAD圖檔，製作具有空間資訊之數值印製檔針對文件特色進行探討。具有空間資訊之PDF文件，可利用獨立或嵌入式軟體輸出具有多圖層及地理空間位置的數值印製檔，而可在成果中進行若干GIS基礎功能。此外，3D PDF則可提供三維化之視覺。
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台灣河川多具坡陡流急之特性，西部麓山帶河川又屬較為年輕之地層，岩床極易受水流沖蝕。河床面快速降低及地形持續變化，造成河道不穩定且威脅各種水工構造物之安全或使其喪失功能。 岩石河床之沖蝕行為與較為人知的沖積層河床沖蝕行為差異甚巨，岩石河床局部之沖蝕行為因地形或水流條件等差異，產生不同之沖蝕機制。在岩床岩體屬於較為破碎之節理岩體時，岩塊抽離機制（plucking）常成為沖蝕行為之主控機制，其沖蝕速率往往驚人，因此需要特別重視與深入探討。影響岩塊抽離機制之因子則受岩體弱面控制，弱面位態、間距、切割形成之塊體形狀、弱面特性等皆造成不同之沖蝕行為。 數值模擬方法俱備可任意控制變因、可大量進行分析，耗時較短之優點，又不受試體取樣與準備不易之困擾，本研究因而嘗試以數值模擬方法為工具，將數值模擬視為「虛擬沖蝕試驗」，代替實體試驗，針對河段尺度之富含節理岩體的虛擬岩床模型進行沖蝕模擬，以探討不同因子對岩塊抽離沖蝕機制之影響。沖蝕模擬分析相關結果如下： 1. 節理位態對沖蝕啟動剪應力之影響受順水流方向之塊體爬升面坡角控制，爬升面坡角提升造成啟動剪應力相對上升。沖蝕啟動後之沖蝕行為則並非由爬升面坡角控制，而由模型中最平緩之坡面主控。由此可見，沖蝕啟動難易程度與啟動後之行為的影響因子並不完全相同。 2. 節理間距愈大即代表塊體尺寸愈大，沖蝕模擬所得之沖蝕啟動剪應力隨岩體模型之節理間距呈大幅度升高。沖蝕啟動後，應以超額剪應力為基準，比較不同節理間距對平均沖蝕下切速率之影響；剪應力作用於岩床面個別塊體之作用面積越大，平均沖蝕下切速率也因而越高。 3. 藉由改變塊體細長比，探討塊體形狀因素對沖蝕行為之影響時，當塊體為非等邊長之塊體，傾角方向與水流方向可能出現順流抑或逆流兩種情況。順逆流方向影響塊體脫離岩床之運動方式，因此沖蝕啟動難易程度與沖蝕啟動後之行為，皆受順逆流方向之影響。
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此研究分析含邊裂縫矩形功能梯度板之三維自由振動，利用3D 彈性理 論與Ritz 法；並提出一組新的允許函數，其包含完備正交多項式函數和裂 縫函數。所提的裂縫函數滿足跨越裂縫位移不連續之現象，並能正確描述 裂縫尖端局部變形及應力場。為驗證所提解及所發展電腦程式的正確性， 進行收斂性分析，並與文獻中具裂縫均質板及功能梯度板的結果比較。本 文所探討的功能梯度板是由金屬鋁及陶瓷(Al2O3 或ZrO2)組成的，使用簡單 的冪級數與體積分數來描述材料的性質。本文探討不同材料組成、不同邊 界、不同厚度、裂縫長度、角度與位置對板的振動行為之影響，並繪有中 平面及三維變形之模態圖；此些結果均尚未見於文獻。
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本研究使用T/P及Jason-2測高衛星，研究區域唐古拉山為長江發源地，另赤布張錯位於唐古拉山西邊且為其融化雪水流入的湖泊之一，此二區域恰好皆有TOPEX/Poseidon及Jason-2測高衛星軌道（pass155、pass242）經過，此次研究利用二衛星的觀測資料驗證唐古拉山冰層變化與赤布張錯湖水位變化的關聯性，並進一步印證全球暖化及聖嬰現象等地球物理現象。因唐古拉山表面為冰層，故採用門檻值演算法做波形重定，且因此區較崎嶇，故亦嘗試以坡度改正公式做修正，但改正結果不甚理想，地形梯度改正也嘗試利用測高資料擬和而成的表面做為模型修正之。 此次研究結果顯示，在1993～2001年間，唐古拉山冰層高度平均下降速率約為11.59 m/year；赤布張錯在1993～2001年間，平均上升速率為0.112 m/year，2008～2010年間，平均上升速率為0.47 m/year。推測與全球暖化有關，且兩區域的趨勢變化具有因果關係。另兩測區的跨年變化在1998年有一個極大反轉，唐古拉山冰層變化在1992～1998年，上升速率為5.77 m/year，但1998～2002年，下降速率:21.81 m/year，而赤布張錯的湖水位變化也因此受到影響，在1992～1998年，上升速率：0.33 m/year，1998～2002年，轉為下降，平均速率為0.02 m/year。此變化趨勢亦與傳統監測資料顯示之唐古拉山冬克瑪底冰川末端變化的趨勢符合，推測此現象與聖嬰現象有關。
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本研究針對受軸力與彎矩作用之柱基板，以加勁板位置、加勁板斜率與柱基板厚度作為參數，利用有限元素分析軟體 ANSYS 探討加勁板對柱基板接頭行為之影響。研究結果顯示，斜率較低之加勁板對於柱基板加勁之效果較不明顯，而當加勁板之位置位於柱翼板端點時，可降低柱基板之應力與改善拉力側銲道應力集中之現象。當柱基板經由配置適當之加勁板後，可有效地使鋼柱之塑鉸外移。利用 AISC 設計手冊設計之柱基板，經由配置適當之加勁板後，可使其柱基板厚度作適度之折減。
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河川除受水流侵蝕垂直下切外，水平地貌亦受搬運與堆積作用影響甚劇。本研究使用具時序性之正射影像計算其水平位移，觀察921地震後大安溪蘭勢大橋上游河川行水區的變遷情況。傳統地滑監測藉由歷年航空照片進行人工立體判釋，確立欲調查之範圍後，實際進入研究區域設立GPS控制點施以多時期測量，求得地滑區位移情況。此方法耗費許多時間和金錢，且不同操作者判釋之成果也不一致。利用PIV技術計算影像位移場，可大幅降低進行現地調查所花費之時間、人力與金錢成本。 本研究使用90年~97年共8個年度的大安溪大峽谷河段正射影像，分別以SIFT以及互相關函數法進行影像位移場計算，在90~91年觀察到研究區內行水區靠上游段有往兩岸擴張情形，靠下游段則有縮減情況；91~92年間行水區無明顯移動；92~93年行水區靠上游段仍有往兩岸擴張情形；93~94年行水區有整體往往東北方遷移的趨勢；94~95年靠下游段有整體往西南方移動的趨勢，靠上游段則有往東北東遷移的趨勢；95~96年行水區沒有明顯遷移情況，僅在靠下游段有沙洲堆積情形；96~97年除了靠下游段沙洲往西北西方向移動，行水區有整體往東北方移動的趨勢。
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本研究以垂直水平分離(VHS)演算的方法發展一擬似三維水理模式，探討彎 道流場之水理現象。在水平部份，利用深度平均的控制方程式計算水位與水平 兩方向的水深平均流速值；在垂直部份，先假設任一深度的流速等於水深平均 流速加上一擾動量，帶入三維控制方程式後再扣除深度平均控制方程式即可得 水平兩方向擾動量在垂向(水深方向)的控制方程式；綜合水平與垂直的計算結 果，即可計算不同深度之水平兩方向的流速值。在座標系統上，水平方向與垂 直方向分別採用正交曲線座標與σ 座標系統，使模式能便利處理不規則的渠道 與底床邊界。在計算步驟上，水平部份採用雙階分割操作趨近法，將水理控制 方程式分割成延散步驟(包含移流項與擴散項)和傳播步驟(包含底床剪應力項與 壓力項)求解，增進模式在實用上的彈性。數值差分上，水平與垂直部分皆採用 隱式法求解，使模式可用較大之演算間距。最後，本研究分別採用緩彎、急彎 及連續彎來模擬彎道流場，並與實驗值與水深平均二維模式模擬結果比較，展 示本模式在不同彎道型態、彎道長度、二次流強度及彎道反曲的情況下，皆能 模擬出合理的結果。
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中文摘要 遙感探測以非接觸的方式進行觀測，感測器主要分為被動式光學感測器和主動式雷達感測器，光學影像的成像原理為角度投影，並接收物體反射太陽的電磁波；雷達影像則使用距離投影成像，主動發射能量並接收地表反射的電磁波。兩種影像擁有不同的資訊，因此整合這些影像有利後續之應用，例如災害監控、地物分類、影像融合和變遷偵測等，然而影像整合的首要工作為影像套合。本研究以互訊息匹配 (Mutual Information Matching)、面特徵匹配(Patch-based Matching)及線特徵匹配(Edge-based Matching)三種方法進行異質影像套合，其中互訊息匹配利用移動視窗的熵 (Entropy)計算影像間的互訊息資訊量，互訊息資訊量最高者為相似性最高的區域；面特徵匹配是以分水嶺影像分割法進行面特徵萃取，並以成本函數(Cost Function)計算面特徵的相似度進行匹配；線特徵匹配是先以Canny萃取線特徵，再最小化兩組影像間邊緣線的距離，並以影像金字塔由解析度粗到細進行匹配。 本研究分別使用兩組AVNIR-2光學影像及PALSAR雷達影像，第一組資料位於日本東京灣，光學及雷達影像的影像等級分別為Level 1A和Level 1.1，第二組資料位於台灣北部，光學及雷達影像的影像等級分別為正射影像及Level 1.5，並就不同地表覆蓋物、地形起伏及影像品質衛星影像擷取測試區，分別使用上述三種匹配方法進行套合，最後以人工量測的檢核點作為精度評估的依據。實驗成果顯示，初步套合誤差約為25個像元的測試區一，互訊息匹配成果的均方根誤差約為4.27個像元，面特徵匹配為23.38個像元，線特徵匹配為3.41個像元；於山區地形的測試區二，初步套合誤差約為5.3個像元，互訊息匹配成果的均方根誤差值約為4.65個像元，面特徵匹配為4.51個像元，線特徵匹配為2.15個像元；於地表覆蓋物複雜的測試區三，初步套合誤差約為2.92個像元，互訊息匹配的成果的RMSE值約為2.38個像元，面特徵匹配為2.69個像元，線特徵匹配為2.62個像元；於河道區域的測試區四，初步套合誤差約為3.72個像元，互訊息匹配的成果的RMSE值約為3.76個像元，面特徵匹配為3.25個像元，線特徵匹配為3.21個像元，成果顯示三種方法均能有效提升異質影像之套全精度。
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建物模型為數碼城市中重要的元素之一，建物模型在細節上，可由粗略的方型模型，逐漸以屋頂、牆面、室內結構加以細化，以提升將建物模型的細節。細緻的建物模型，除視覺上更貼近其真實樣貌，並能使用於較精細的應用，以利後續決策程序。為了將建物的細節等級提升，本研究發展一自動化牆面線型結構重建程序。主要項目為自動化多重疊近景影像的方位重建、多影像的牆面線型結構匹配與線段重建。自動化方位重建中，利用加速強健特徵點演算法，於多影像中萃取大量特徵點，配合少量地面控制點，以光束法平差方式重建影像外方位。匹配時，以建物中的線型特徵做為匹配目標，利用物空間匹配搭配多視窗，降低近景影像中的尺度、旋轉以及高差移位的影像。完成匹配後，物空間線型結構點群以RANSAC方式，計算三維線段參數，重建三維線型結構。成果顯示，自動化方位重建方面，檢核點差值為3~5公分；物空間匹配方面，精度平均為2公分；而線段重建方面，精度平均為10公分。
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增進營建工地之施工效率與安全，一直是研究人員所追求的目標。其中施工動線配置之優劣，悠關建築工地之施工效率及施工安全，找出施工工地當前動線潛在之問題，為本研究最主要之目的。本研究利用主動式無線射頻辨識（Active Radio Frequency Identification，簡稱Active RFID）技術所提供施工人員之所在位置及移動記錄，透過視覺化技術（Visualization）與A*最佳路徑演算法（A-Star path-finding），建置工地施工人員動線評估系統，用以找出施工工地中可能存在物料配置或動線規劃之問題所在，以供管理人員瞭解與改善施工環境。 本研究以模擬交通大學基礎大樓興建工程為範例，假設現場工作人員各配帶搭載主動式RFID之識別證，內存其基本資料及負責工作，工地並已架設適當之訊號讀取器，藉由讀取器所接受RFID之識別證之訊號強弱，定位該佩帶人員之所在位置，透過本系統找出施工中是否存在不良動線，並評估是否有員工施工效率不彰之現象。