海洋科技季刊
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『海洋水下載具與應用』專輯
目  錄 封面
「海洋水下載具與應用」專輯序言
願為海上傳奇─「勵進Legend」研究船
應用海床影像特徵於水下載具位移估算
仿生水下載具利用動壓力迴授控制之方法
遙控水下載具的分類與應用
基於數值最佳化方法之自主式水面載具三角隊形控制策略
海洋地質及地球物理調查於離岸風電場址評估之應用
水下照明之LED光源光譜特性研究
海洋及水下科技季刊一0七年度第二十八卷第四期封面


「海洋水下載具與應用」 專輯序言
(第二十八卷第四期-序言)
摘要

  受益於近來研究能量與企業資金不斷投入,欣見我們在海洋載具的建置上逐漸看齊先進國家水準,而載具運用技術也已日趨純熟並有突破創新之勢。本專輯特邀請了涵蓋研究船、水下載具及自主式船舶的專家,提供讀者們這個領域發展的最新訊息,以下就專輯論文個別介紹:第一篇文章:願為海上傳奇一「勵進Legend」研究船,介紹國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心近期完成建置與營運的研究船「勵進」。「勵進」的主要任務包括工作級深海遙控無人載具探勘與採樣、海洋沉積物與長岩心採樣、高精度與全深度海床測繪、執行水文資料收集與海水採集、協助氣象觀測等,技術先進的「勵進」研究船將大幅提升我國的海洋探測及海洋科學研究的能量。第二篇:應用海床影像特徵於水下載具位移估算,介紹了中山大學海下科技研究所自主開發之深海拖曳式光纖探測系統 FITS (Fiber-optical Instrumentation Towed System) ,以及影像設備及海床影像特徵之水下定位演算法。此設備及演算效能為世界一流,可準確估算載具位移以及紀錄海床特徵。感謝作者們於技術細節上的無私分享。第三篇:仿生水下載具利用動壓力迴授控制之方法,提出仿生水下載具在有邊界的環境中運動導航的新穎思路。機器魚具有低噪音、高操控性等運行的優勢,可依據機器人學的運算法則及環境特徵,產生群集、群游、偵測目標物以及避障等群體行為,是世界無人載具研究社群寄予厚望的題目之一。第四篇:遙控水下載具的分類與應用,其觀點是由於國際間海洋可再生能源行業投入的持續增長,提供了遙控水下載具製造商們持續研發下一代遙控水下載具的強烈動機。鑑於近來政府推展離岸風力發電、洋流發電等再生能源的開發,也會提供台灣在遙控水下載具產業供應鏈成形的機會。此文介紹各類別的遙控水下載具及其運用方式,同時也介紹遙控水下載具在台灣的應用領域和目前的發展狀況。第五篇:基於數值最佳化方法之自主式水面載具三角隊形控制策略,作者以數值最佳化法作為無人船形成隊形之控制策略,計算最佳導航點,求出在最短時間形成三角隊形之條件,為發展無人船隊控制策略之嶄新觀點。

  本期季刊的第六篇文章為:海洋地質及地球物理調查於離岸風電場址評估之應用,作者介紹多頻道反射震測、火花放電與單爆式震測,以及底質聲納等不同海洋地質及地球物理調查技術的原理、資料特性及適用範圍,並將上述調查方式應用在彰濱外海離岸風電場址調查,經由整合不同尺度的地層剖面調查技術,掌握彰濱外海離岸風電潛力場址的沈積與構造特徵。第七篇:水下照明之LED光源光譜特性研究,利用蒙地卡羅光線追跡法,考量海水之鹽度、濃度、溫度、折射率、吸收率等參數,以米氏散射理論建立海水空間模型,模擬可見光光譜於海水中傳遞的能量變化,準確預測白光LED光源於水下照明的光譜變化。本文提供讀者對海水中光傳播的模式及模擬方法的認識,說明對光衰減波段進行補償,方可呈現水下物體真實色彩,有效提升水下作業及攝影品質。

 

 

專輯主編:郭振華/國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系教授

     吳景凱/國立高雄科技大學輪機工程系副教授

     嚴惟果/國立臺灣大學博士後研究員

     黃盛煒/國立臺灣大學博士後研究員

 

 

願為海上傳奇─「勵進Legend」研究船
(第二十八卷第四期-海洋水下載具與應用 )
摘要
 國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心完成建置並營運一艘2,629噸級、能連續航行30天的海洋研究船「勵進 Legend」。其雙層船殼、五道水密門設計給船舶加上了額外的保障,貫徹安全第一的營運原則。「勵進」的主要任務包括工作級深海遙控無人載具探勘與採樣、海洋沉積物與長岩心採樣、高精度與全深度海床測繪。其他任務包括執行水文資料收集與海水採集、收放氣象浮標與錨碇串列等等。「勵進」冀能提供國家、學界以及產業界所需的海上工作探測載台與設施,強化國內海洋科學及海下探測的能量。

作者:雷漢杰/台灣海洋科技研究中心副研究員兼關鍵技術組副組長、

國立中山大學海洋科學系合聘助理教授

   郭芳旭/台灣海洋科技研究中心正工程師兼探測長

   劉紹勇/台灣海洋科技研究中心正工程師兼探測長以及大洋探測組組長

   黃俊傑/台灣海洋科技研究中心副工程師兼探測長

 

應用海床影像特徵於水下載具位移估算
(第二十八卷第四期-海洋水下載具與應用 )
摘要

  攝影機幾乎已成為水下載具標準配備,應用於攝取水下目標物的光學影像。利用攝影機高解析度、高幀率的優勢,若能由其所拍攝的海床表面影像中擷取特徵點,便有機會進行特徵點匹配來估算水下載具位移。本研究發展海床影像特徵擷取與匹配的水下定位演算法,由影像校正技術著手,包括影像徑向扭曲校正、影像平面姿態校正。接著使用尺度不變特徵轉換 (Scale Invariant Feature Transform; SIFT) 演算法萃取連續影像中的特徵點並進行匹配,求得相鄰兩幀影像特徵點的位移,並將影像位移轉換成真實世界的尺度,以估算水下載具相對位移。最後,將影像位移量由像素單位轉換成真實世界的尺度 (公尺或公分),以估算水下載具實際位移。本研究採用中山大學海下科技研究所自主開發之深海拖曳式光纖探測系統 FITS (Fiber-optical Instrumentation Towed System) 拍攝海床影像,並利用開發之演算法進行載具位移估算,其估算結果與FITS 所搭載的都卜勒速度儀(Doppler velocity log; DL)之定位軌跡進行比較,以評估海床影像特徵演算法之水下定位效能。

 

 

作者:陳信宏/國立中山大學海下科技研究所 教授

   王兆璋/國立中山大學海下科技研究所 教授

   周佑誠/國立中山大學海下科技研究所 助理教授

   許登超/國立中山大學海下科技研究所 碩士

   林原禾/國立中山大學海下科技研究所 研究助理

 

仿生水下載具利用動壓力迴授控制之方法

(第二十八卷第四期-海洋水下載具與應用 )
摘要
  魚類可以藉由偵測周遭水域的水動壓變化來獲得鄰近的訊息,而此概念亦可用於仿照魚類游動而設計的仿生型水下載具。本文描述了藉由回饋水動壓變化以控制魚型載具的方法,包含控制一台機器魚沿著直壁游動,以及控制一機器魚的尾部運動以跟隨鄰近振源的振動。藉由量測壁面效應的大小可得機器魚相對於牆壁的位置,而這些得到的訊息將用於控制機器魚的方向。機器魚尾部跟隨控制則利用同步兩組振動(尾部振動與源振動)的方法來達成相位跟隨,而兩者之間的動作相位差可自量測到的壓力值推估,並將用來決定驅動尾部的轉矩大小。實驗結果呈現以水動壓迴授控制仿生水下載具的成效,以及將此概念運用在載具群游控制的可能性。

 

作者:嚴惟果/國立臺灣大學博士後研究

   郭振華/國立臺灣大學教授

 

遙控水下載具的分類與應用
(第二十八卷第四期-海洋水下載具與應用 )
摘要

  在過去的幾年中隨著海洋油氣業的低迷,造成全球遙控水下載具(Remotely Operated Vehicles,ROVs)使用需求的下降。然而,由於全球海洋可再生能源行業投入的持續增長,提供了遙控水下載具製造商們繼續研發下一代遙控水下載具系統機會。近年來台灣政府也大力推展海洋可再生能源,如:離岸風力發電、洋流發電等再生能源,伴隨著離岸風力發電機的建造和維護營運需求提供了台灣遙控水下載具產業供應鏈成形的機會,本文介紹了不同類別的遙控水下載具及其典型運用,同時也介紹了遙控水下載具在台灣目前可能的應用領域和目前的成果。

 

 

作者:黃盛煒/國立臺灣大學工程科學及海洋工程系博士後研究

 

 

基於數值最佳化方法之自主式水面載具三角隊形控制策略
(第二十八卷第四期-海洋水下載具與應用 )
摘要

  自主式水面載具(Autonomous surface vehicles, ASV)已廣泛應用於海洋科學研究上。然而當任務困難度提升時,必須以多載具協同作業,而隊形控制技術能提升多載具系統之作業效率與穩定性。在ASV具備自主航行的條件下,本研究以數值最佳化方法作為ASV三角隊形之控制策略,計算出最佳導航點,以滿足ASV在最短時間形成三角隊形之條件。為驗證控制策略之可行性,本研究結合ASV運動方程式以模擬ASV形成三角隊形之過程。模擬結果初步驗證控制策略之可行性,成為後續發展ASV船隊控制策略之參考。

 

 

 

作者:侯天恩/國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系博士生

   陳霂華/國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系碩士生

   張理源/國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系碩士生

   黃盛煒/國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系博士後研究

   郭振華/國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系教授

 

 

 

海洋地質及地球物理調查於離岸風電場址評估之應用
(第二十八卷第四期-海洋水下載具與應用 )
摘要

  本文介紹多頻道反射震測、火花放電與單爆式震測,以及底質聲納等不同海洋地質及地球物理調查調查技術,說明其技術原理、資料特性及適用範圍,並介紹其應用在彰濱外海離岸風電場址調查的工作成果。彰濱外海風電場址屬於前陸盆地系統的地質架構,震測剖面可辨識出上新世-更新世地層界面、頭嵙山-卓蘭層地層界面、末次冰期不整合面以及最後一次海水升降循環的最大海漫面,同時也發現了斷層、火成岩入侵以及流體活動構造特徵。透過整合不同尺度的地層剖面調查技術,對於彰濱外海離岸風電潛力場址的沈積與構造特徵也有了進一步的掌握。

 

 

 

作者:謝欣崧/國立臺灣大學理學院貴重儀器中心

許鶴瀚/國立臺灣大學海洋研究所、國立臺灣大學海洋中心

楊懿丞/國立臺灣大學海洋研究所

盧翊維/國立臺灣大學海洋研究所、

工業技術研究院綠能與環境研究所

陳姿婷/國立臺灣大學海洋研究所

張日新/國立臺灣大學海洋研究所

林哲銓/國立臺灣大學海洋研究所

邱協棟/國立臺灣大學海洋研究所

劉家瑄/國立臺灣大學海洋研究所、國立臺灣大學海洋中心

↑回目錄

 

水下照明之LED光源光譜特性研究
(第二十八卷第四期-海洋水下載具與應用 )
摘要

  本研究係利用蒙地卡羅光線追跡法,通盤考量海水之鹽度、濃度、溫度、折射率、吸收率等參數,以米氏散射理論建立海水空間模型,透過模型模擬可見光光譜於海水中傳遞時的能量變化,目的即希望能夠準確預測白光LED光源於水下照明的光譜變化。經數據分析結果可知,不同波段之光譜能量會因海水的消光係數及水中粒子散射而有不同程度的衰減,進而造成在不同水下深度會有色偏之現象。因此,水下照明所使用之光源若能預先考慮海水所造成的光譜能量衰減,進而針對衰減波段進行補償,方可呈現水下物體真實色彩,有效提升水下作業及攝影品質。

 

作者:沈劍瑀/國立臺灣科技大學色彩與照明科技研究所碩士班研究生

   李宗憲/國立臺灣科技大學色彩與照明科技研究所副教授

   崔智宣/財團法人工業技術研究院綠能所研究員

   饒智昇/財團法人工業技術研究院綠能所研究員

↑回目錄

 

 

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