海洋科技季刊
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『水下載具及影像應用專輯』
目  錄 封面
「水下載具及影像應用」專輯序言
方向波浪譜於解析東部海域颱風波浪特性之研究
遙控操作載具在深海搜索及打撈之應用
智慧型自主式水下載具之研發
A Novel DOA Estimation Based on Signal Subspace Structure of Uniform Linear Array
海底土石流對海底管線所產生危害之回顧
日本研究船「地球號」的海洋鑽探技術
水下探測技術在水下文化資產探勘之應用
海洋及水下科技季刊九十八年度第十九卷第四期封面

「水下載具及影像應用」 專輯序言
(第十九卷第四期-序言)
摘要

 馬道心先生之“遙控操作載具在深海搜索及打撈上之應用”乙文,介紹遙控操作載具在深海搜索及打撈作業上之應用技術。說明遙控操作載具執行深海搜索及打撈之基本應用技術,以供國內商業、科學、軍事和救難等各領域作為深海作業之計畫、執行、與未來研究發展上的參考。方銘川教授及王舜民先生以“智慧型自主式水下載具之研發”,採用即時控制(Real-Time control)及現場可程式邏輯閘陣列(Field programmable gateway array, FPGA)為系統開發架構,並搭配NI–CompactRIO即時控制器硬體及NI LabVIEW圖形化程式設計工具軟體,使能夠快速系統部署與整合,並實現完成了AUV原型實機之開發。

  張麗娜教授、唐再興先生及張順雄教授等利用均勻線性陣列天線(Uniform Linear Array,ULA)之訊號子空間結構特性,提出一高解析度的方位估測法。針對訊號子空間所組成的方陣矩陣進行特徵分解,其中矩陣維度為訊號源數目,故可大量減少多項式解根的計算複雜度。李汴軍教授等提供“方向波浪譜於解析東部海域颱風波浪特性之研究”,分析近三年於東部海岸登陸之颱風資料,探討該海域之波浪特徵,作為防災預警之基礎。分析結果顯示颱風期間之實測波浪譜形較常用之理論譜形更為尖銳,波浪之能量更集中於特定之波譜頻帶;主頻波浪之方向分佈特徵則有多峰形狀之特徵。

  邱瑞焜先生等介紹“海底土石流對海底管線所產生危害之回顧”,從海底土石流的成因,回顧國內外海底管線受破壞的重大事件,並說明相關的預防之道,讓大家可對海底土石流所造成的損害有更進一步的認識。另邱先生為本刊撰寫"日本研究船「地球號」的海洋鑽探技術”, 簡單介紹海洋鑽井計畫的源由及鑽探設備的基本原理。 最後,羅聖宗先生“水下探測技術在水下文化資產探勘之應用”,包括以高科技探勘設備由海面上進行目標物搜尋,以及由水下進行目標物驗證。前者海面搜尋應用全球定位導航系統、水深量測系統、掃聲納、地層剖面與磁力儀等;後者則應用遙控水下載具進行。 

作者:邱逢琛/台灣大學工程科學及海洋工程學系 教授

   方銘川/成功大學系統及船舶機電工程學系 教授   


方向波浪譜於解析東部海域颱風波浪特性之研究
(第十九卷第四期-水下載具及影像應用)
摘要

 颱風為台灣海域最具威脅的天氣系統之一,東部海域因直接面對開闊之大洋海域,為颱風頻繁侵襲之區域。本文透過分析近三年於東部海岸登陸之颱風資料,探討該海域之波浪特徵,作為防災預警之基礎。分析結果顯示颱風期間之實測波浪譜形較常用之理論譜形更為尖銳,波浪之能量更集中於特定之波譜頻帶;主頻波浪之方向分佈特徵則有多峰形狀之特徵。現有之頻譜以及波向分佈函數雖能描述大部分之颱風波浪特徵,但欲完整掌握颱風波浪之特徵,海上實測數據仍有其不可取代之必要性。

 

作者:李汴軍/華梵大學環境與防災設計學系 副教授

   吳立中/國立成功大學近海水文中心 專案助理研究員

   董東璟/國立臺灣海洋大學海洋環境資訊系 助理教授

   榺春慈/中央氣象局海象測報中心 主任

   陳肇成/水利署水文技術組 組長


遙控操作載具在深海搜索及打撈上之應用
(第十九卷第四期-水下載具及影像應用)
摘要

 本文旨在介紹遙控操作載具在深海搜索及打撈作業上之應用技術。遙控操作載具是一種無人、高機動性的潛水器,隨著科技的發展,其功能與設計日益進步。基於人員水下安全的考量,可使用遙控操作載具取代潛水員、載人潛水艇和一大氣壓潛水衣的部份功能與角色,從事深海搜索、辨識及打撈作業。文中說明遙控操作載具執行深海搜索及打撈之基本應用技術,以供國內商業、科學、軍事和救難等各領域作為深海作業之計畫、執行、與未來研究發展上的參考。

關鍵字:遙控操作載具、深海搜索、深海打撈


作者:馬道心/三軍總醫院基隆分院潛水醫學科   


智慧型自主式水下載具之研發
(第十九卷第四期-水下載具及影像應用)
摘要
 隨著海洋科技的進步與發展,水下載具已成為海洋開發與探索的重要工具,世界各國亦已紛紛投資大筆經費從事研究,其中以自主式水下載(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)為水下載具技術發展趨勢之一,有鑑於此,故本研究針對智慧型自主式水下載具為研究開發之目的,採用即時控制(Real-Time control)及現場可程式邏輯閘陣列(Field programmable gateway array, FPGA)為系統開發架構,並搭配NI–CompactRIO即時控制器硬體及NI LabVIEW圖形化程式設計工具軟體,使能夠快速系統部署與整合,並實現完成了AUV原型實機之開發,經由大水槽中進行實測結果證實,此智慧型AUV可依照路徑規劃執行穩定可靠,準確路徑追蹤與導航。

關鍵詞:自主式水下載具、即時控制、現場可程式邏輯閘陣列、LabVIEW


作者:王舜民/國立成功大學系統及船舶機電工程學系博士班研究生

   方銘川/國立成功大學系統及船舶機電工程學系教授


A Novel DOA Estimation Based on Signal Subspace Structure of Uniform Linear Array
(第十九卷第四期-水下載具及影像應用)
摘要

 本論文利用均勻線性陣列天線(Uniform Linear Array, ULA)之訊號子空間結構特性,提出一高解析度的方位估測法。為了減少訊號方位估測時所需進行的頻譜搜尋(如MUSIC)或多項式解根時階數過多的計算量(如Root-MUSIC),我們提出一高效的方位估測法,此法乃利用方向向量(steering vector)與訊號子空間座落於同一空間內,可將方向向量視為訊號子空間的線性組合,而後將方向向量分為兩個子向量,利用訊號號子空間組成之子向量間的線性關係進行特徵分解,以估測訊號源方位。本論文針對訊號子空間所組成的方陣矩陣進行特徵分解,其中矩陣維度為訊號源數目,故可大量減少多項式解根的計算複雜度。最後,電腦模擬驗證本論文提出之方法不僅可於低計算複雜度下提高方位估測的解析度,並可達到快速收斂之效能。

關鍵字:方位估測(Directions of Arrival, DOA)、訊號子空間、均勻線性

    陣列天線(Uniform Linear Array, ULA)、方向向量(Steering

     Vector)


作者:張麗娜/國立台灣海洋大學通訊與導航工程學系

   唐再興/國立高雄海洋科技大學微電子工程學系

   張順雄/國立高雄海洋科技大學微電子工程學系


海底土石流對海底管線所產生危害之回顧
(第十九卷第四期-水下載具及影像應用)
摘要

 海底電纜是人類社會中通訊與網路的重要媒介,外海的油氣管則是能源傳輸的重要通道。這些管線若被破壞會造成生活上相當大的不便,而海底土石流常常是影響海底管線正常運作的危險因子。本文將從海底土石流的成因做為開端,回顧國內外海底管線受破壞的重大事件,並說明相關的預防之道,讓大家對海底土石流所造成的損害有更進一步的認識。


作者:邱瑞焜/國研院台灣海洋科技研究中心

   郭芳旭/國研院台灣海洋科技研究中心

   黃俊傑/國研院台灣海洋科技研究中心

   劉祖乾/國立中山大學海地化所   


日本研究船「地球號」的海洋鑽探技術
(第十九卷第四期-水下載具及影像應用)
摘要

 日本「獨立行政法人海洋研究開發機構(JAMSTEC)」所屬的研究船「地球號(CHIKYU)」擁有目前全世界最先進的海洋鑽探設備,其目的就是要鑽到海床下五到六公里的孕震帶,以瞭解其發生的機制,希望能有助於降低大地震所帶來的傷害。本文簡單介紹這項鑽井計畫的源由及鑽探設備的基本原理。

關鍵詞:地球號、孕震帶、海洋災防

作者:邱瑞焜/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心 助理研究員   

↑回目錄

 

水下探測技術在水下文化資產探勘之應用
(第十九卷第四期-水下載具及影像應用)
摘要

  水下考古學(underwater archaeology)係整合考古、海洋、海事、地質、氣象及工程等不同領域學門。也由於水下探測技術的日新月異,重啟了人類所依存賴以為生的海洋「時空膠囊」,窺見並重建水下文化資產,使水下資產探勘由業餘潛水探險進入專業海洋科技應用領域。

水下探測技術在水下文化資產探勘應用,包括以高科技探勘設備由海面上進行目標物搜尋,以及由水下進行目標物驗證。前者海面搜尋應用全球定位導航系統、水深量測系統、側掃聲納、地層剖面與磁力儀等;後者則應用遙控水下載具進行。

 本文亦以民國84-87年國立歷史博物館所主持澎湖海域古沉船初勘、實勘與挖掘計畫水下探測技術應用介紹,以期開啟台灣附近海域水下文化資產探勘新里程。


作者:羅聖宗/財團法人工業技術研究院能源與環境研究所

       資源應用技術組海洋科技研究室 研究員兼經理   

 

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