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『水下聲景與海域監控』專輯
目  錄 封面
「水下聲景與海域監控」專輯序言
離岸風電場水下噪音傳遞研究
臺灣西部風場水下聲景初探
南化水庫環境噪音與船舶噪音分析
臺灣西部海域生物活動之被動聲學調查與分析技術發展
拖曳式聲學陣列應用於海洋哺乳類之監測
運用資料浮標長期即時觀測水中環境噪音
水下滑翔機關鍵組件開發與應用
以水下滑翔機觀測海洋紊流:系統整合與現場實驗
水下遙控無人載具(ROV)操作人員職能分析研究
水面自動化航行平台於波浪與海流量測-以風帆型浮台為例
海洋及水下科技季刊一一二年度第三十三卷第二期封面


「水下聲景與海域監控」 專輯序言
(第三十三卷第二期-序言)
摘要

   地球約有75%表面積被海洋覆蓋,水面下的世界廣漠無垠、遼遠而無邊際。在這廣闊的海洋世界中,人類藉由使用聲學儀器主動探尋或被動聆聽海洋的聲音,試著取得其中環境棲地、氣候變遷、生態演化、人為活動等音訊片段,層層疊疊,織就成所謂「水下聲景(Soundscape)」的篇幅。

臺灣海域離岸風場開發,伴隨而來的即是海事工程的水下噪音以及離岸風機長期運轉的人為噪音,使得該海域之水下聲景丕變,進而影響對聲音敏感之物種行為模式,故本期專輯以「水下聲景與海域監控」 (Underwater soundscapes and acoustic monitoring) 為主題,共邀集十篇文章。本期專輯的第一篇至第六篇對於「水下聲景」介紹詳列如下。

文字方塊: 2
  第一篇由邱永盛、許世霖、張元櫻撰寫之「離岸風電場水下噪音傳遞研究」主要蒐集臺灣西部離岸風力發電場的周圍環境噪音資料,針對2021年於彰化風場外航道及白海豚保護區外設置兩個量測站進行水下聲景量測,另蒐集環境參數進行聲音傳播模型模擬,討論離岸風電場噪音傳遞的可能影響。第二篇由吳誌豪、胡惟鈞、Shashidhar Siddagangaiah、許立雙、呂秉豪、郭介文、劉睿丞、陳琪芳撰寫之「臺灣西部海域水下聲景初探」著重於臺灣西部離岸風場海域之水下環境聲景的資料,彙整各類工作船隻的低頻噪音、間歇性高強度的打樁噪音,以及營運期間離岸風機所產生的長期水下噪音,對比風場開發地區之水下聲景因人為、生物、地理環境等因素而改變的狀況,同時描繪出水下聲景作為日後水下噪音評估之參考。第三篇由方銀營、施辰佑、劉家毓撰寫之「南化水庫環境噪音與船舶噪音分析」進而了解陸基工程對水下噪音之影響,量測南化水庫上之湖上抽沙平台水下噪音、巡庫遊艇船舶噪音、舢舨船噪音、隧道工程之打樁噪音及環境噪音,分析水下不同噪音之特性。第四篇由邱永盛、張元櫻撰寫之「臺灣西部海域生物活動之被動聲學調查與分析技術發展」為建立海洋生物被動聲學調查與分析技術,研究內容包含運用極低噪水下聲學紀錄器於臺灣西部海域進行連續被動監測,發展機器學習自動辨識技術以辨識、標註、與擷取生物聲訊,最後針對生物聲訊進行動態分析。第五篇由蔡孟汎、王雅盈、翁仕賢、彭巧明、陳琪芳撰寫之「拖曳式聲學陣列應用於海洋哺乳類之監測」概述拖曳式陣列進行被動式聲學監測之方法。臺灣目前採用的調查方式仍以目視及聲學定點監測為主,目視進行穿越線調查使調查範圍遼闊,但受限於時間和環境因子;聲學定點監測持續時間長,但範圍侷限於附近地區;拖曳式聲學陣列調查範圍遼闊又不受限於時間及環境因子,雖然易受船舶噪音影響的問題仍需克服,但期望能在臺灣發展更多的應用。第六篇由劉冠汶、林演斌、黃清哲撰寫之「運用資料浮標長期即時觀測水中環境噪音」近海水文中心開發具競爭力且能夠長期作業的水中聲音監測系統(USMS),並將USMS整合於資料浮標上,研發出水聲浮標,即時回傳所量得的水中環境噪音頻譜,來進行水下聲景觀察。透過現場觀測成果,分析波高與水中環境噪音,建立水中環境噪音聲壓級(SPL)與波高之關係,並證實水聲浮標之實用性與所觀測水中噪音資料的合理性。

  臺灣身處太平洋島鏈中樞,「海域監控」除了使用被動式聲學監測系統收音紀錄分析外,近十年來更蓬勃發展出聲學資料浮標、水下滑翔機(Seaglider)、水下遙控無人載具(ROV)、風帆型浮台(Sailbuoy)等水面載具,其具備全天候24小時作業能力,並可執行遠距離、深水域之危險任務,為有效監控臺灣海域内的自然環境及聲學動靜之軟硬體系統研發,只要與陸海空兵力布防搭配合宜,相信對於國家安全(Security)、海事安危(Safety)、水文探勘皆有高度的掌握與加乘效果,海域監控載具篇幅列於本期專輯的第七篇至第十篇中敘明。

  第七篇由吳瑋軒撰寫之「水下滑翔機關鍵組件開發與應用」提出水下滑翔機所需關鍵技術,例如浮力引擎與抗壓內艙設計,並以完整的水下滑翔機機電系統於台灣外海成功完成單一潛浮及連續潛浮測試任務。在實驗驗證結果方面,本文所研發水下滑翔機,電力至少可維持120天,並於2018年成功完成海測任務,同時締造台灣第一台自製水下滑翔機下潛深度紀錄。第八篇由楊凱絜、王釋虹、謝祥志、張明輝、詹森撰寫之「以水下滑翔機觀測海洋紊流:系統整合與現場實驗」介紹國立臺灣大學海洋研究所及理學院貴重儀器中心在國科會的補助下,引進酬載紊流探針的水下滑翔機(Seaglider),在既有的水下滑翔機運作及紊流觀測基礎上,進一步發展水下滑翔機紊流觀測技術。同時也探討利用自走式水下滑翔機酬載紊流探針系統進行海洋紊流觀測的技術、面臨的挑戰及初步觀測結果。第九篇由張珮錡、謝馥蔓撰寫之「水下遙控無人載具(ROV)操作人員職能分析研究」以IPO職能發展模式為基礎,採用訪談法、次級資料分析法、專家焦點團體會議法等分析方法,進行水下遙控無人載具(ROV)操作人員之職能分析研究。考量ROV操作員(ROV Pilot)人力需求量最大,需於第一線進行定期維護工作以及較複雜的技術性工作,本研究最終產出「水下遙控無人載具(ROV)技術工程師」職能基準,內容包括職業基本資料、工作內涵以及能力內涵,其中共計產出5項主要工作職責,9項工作任務、10個工作產出、29項行為指標、31項知識、23項技能和4個態度,以此供學校、培訓機構及企業等作為培育與選用人才之依據。第十篇由挪威Aanderaa/Xylem公司的Dr. Anders Tengberg, Inger Graves & Harald Tholo 撰寫之「 Current and Wave Measurements from Autonomous Surface Platforms – The Sailbuoy」(水面自動化航行平台於波浪與海流量測-以風帆型浮台為例) 文中將介紹如何從受波浪影響的小型移動平台上,獲得高品質資料所需考慮的因素。為了得到足夠的有效資訊,都普勒聲波流速儀被設定以窄頻方式測量,並且每筆發射聲波都要補償傾斜角和方向角的變化。方向波的量測以加速度計為基礎,可以有效透過機械和電子濾波器的結合,成功地過濾測量干擾。小型移動平台上的都普勒流速儀測量結果將與底碇朝上量測的流速儀進行比較。

  綜整以專輯論文論述,皆為真實切入臺灣周邊海域現況及水下載具之應用於海洋聲景監測,無論是對國土安全以及民生需求,都是極為重要的指標,水下聲景與海域監測技術及應用措施,在此提出供國內相關單位借鏡參考。

 

 

 

 

專輯主編:陳琪芳/國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系特聘教授

     彭巧明/洋聲股份有限公司總經理

離岸風電場水下噪音傳遞研究
(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要
   本研究主要目為蒐集臺灣西部離岸風力發電場的周圍環境噪音資料。風力發電被認為是綠色能源之一,具有利用風可發電且無空汙等優點。但在風機打樁施工及運轉會產生噪音,這可能對海洋生態產生潛在的影響。本研究於2021年於彰化風場外航道及白海豚保護區外設置兩個量測站進行水下聲景量測,另蒐集環境參數進行聲音傳播模型模擬,討論離岸風電場噪音傳遞的可能影響。打樁聲場模擬採用有限元素法和拋物線方程式模型來計算聲源項和場的傳播。在建立聲源項時,考慮到打樁的直徑、材料、功率和風格等因素。預測數據通過在打樁期間收集的原位數據進行驗證,顯示出與測量數據良好的一致性。本研究經由聲學量測分析、噪音模擬,可對此海域之聲景與打樁噪音傳播特性有較深入的探討,未來也可將此模擬技術應於其他海域,以達到海洋保育及離岸風電場雙贏之目標。

關鍵字:離岸風電、水下噪音傳遞、打樁施工、生態保育

 

 

作者:邱永盛/國立中山大學海下科技研究所 

   許世霖/國家海洋研究院海洋生態及保育研究中心

       國立中山大學海洋科學與科技全英語博士學位學程

   張元櫻/國立中山大學海下科技研究所

 

臺灣西部風場水下聲景初探
(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要

  近年來我國政策不斷推動著綠色能源之開發,然而離岸風場於開發過程中各類工作船隻的低頻噪音、間歇性高強度的打樁噪音,以及營運期間離岸風機所產生的長期水下噪音,均可能對水中生物產生暫時性或永久性的聽力損失。本團隊自2005年即在臺灣周邊海域進行使用被動式水下監測(Passive Acoustic Monitoring, PAM),本研究將著重於臺灣西部離岸風場海域之水下環境聲景的資料彙整,對比臺灣西部風場開發地區之水下聲景因人為、生物、地理環境等因素而改變的狀況,同時描繪出水下聲景作為日後水下噪音評估之參考。

 

 

 

作者:吳誌豪/國立臺灣大學工程及海洋工程學系

   胡惟鈞/國立臺灣大學工程及海洋工程學系

   Shashidhar Siddagangaiah/國立臺灣大學工程及海洋工程學系

   許立雙/國立臺灣大學工程及海洋工程學系

   呂秉豪/國立臺灣大學工程及海洋工程學系

   郭介文/國立臺灣大學工程及海洋工程學系

   劉睿丞/國立臺灣大學工程及海洋工程學系

   陳琪芳/國立臺灣大學工程及海洋工程學系

 

南化水庫環境噪音與船舶噪音分析

(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要
   南化水庫肩負台南與支援高雄之水源供給,因颱風土石流入造成水庫淤積問題,經濟部水利署南區水資源局執行南化水庫防淤隧道工程及曾文南化聯通管工程。本研究為了解陸基工程對水下噪音之影響,量測南化水庫上之湖上抽沙平台水下噪音、巡庫遊艇船舶噪音、舢舨船噪音、隧道工程之打樁噪音及環境噪音,分析水下不同噪音之特性。結果顯示陸基打樁工程會影響水下噪音中高頻帶(約150-8kHz間)。然而,最大噪音源為船舶噪音,在高轉速時有較大的船舶輻射噪音,若要有效掌握船舶噪音影響頻帶,需系統性了解船舶之主機轉數、齒輪減速比、主機缸數、螺槳葉片數及重複出現之倍頻信號等資訊。

關鍵詞:水下環境噪音,船舶噪音,打樁噪音

 

 

作者:方銀營/國家中山科學研究院資訊通信研究所亢龍計畫系統工程組

   施辰佑/國家中山科學研究院資訊通信研究所水下科技組

   劉家毓/海軍造船發展中心構型資訊管理科中校科長

臺灣西部海域生物活動之被動聲學調查與分析技術發展
(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要

  臺灣西部淺水海域為中華白海豚的重要棲息地,同時也是大規模的離岸風場建置之目標區域,因此建立環境噪音與生物聲訊監測技術與系統,掌握海洋生物動態與空間分佈的變異等基線資料,將是長期監測的關鍵任務,未來可以提供為工程開發衝擊的驗證基礎。本研究之目的為建立海洋生物被動聲學調查與分析技術,研究內容包含運用極低噪水下聲學紀錄器於臺灣西部海域進行連續被動監測,發展機器學習自動辨識技術以辨識、標註、與擷取生物聲訊,最後針對生物聲訊進行動態分析。本技術之發展可做為水下聲景及海域生物活動監測之有效工具,未來搭配各式被動量測系統各逐步建立水下聲訊辨識感測網絡。

 

 

 

 

作者:張元櫻/國立中山大學海下科技研究所

   邱永盛/國立中山大學海下科技研究所

 

拖曳式聲學陣列應用於海洋哺乳類之監測
(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要

   海洋工程在進行時會產生巨大的噪音,而這些噪音深深影響海洋哺乳類,為研究人為噪音帶來的影響以及保護海洋哺乳類,相關的海洋研究逐漸開展,也出現許多不同的調查方法。聲學調查在數十年來逐漸受到重視,國外調查方法除使用定點式的聲學監測外,也開始利用拖曳式聲學陣列搭配海洋哺乳類目視調查一同進行,拖曳式陣列為被動式聲學監測的一種方法,可拖行在船隻後方進行聲學監測。臺灣目前採用的調查方式仍以目視及聲學定點監測為主,目視進行穿越線調查使調查範圍遼闊,但受限於時間和環境因子;聲學定點監測持續時間長,但範圍侷限於附近地區;拖曳式聲學陣列調查範圍遼闊又不受限於時間及環境因子,雖然易受船舶噪音影響的問題仍需克服,但期望能在台灣發展更多的應用。

 


 

 

作者:蔡孟汎/洋聲股份有限公司、國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系

   王雅盈/洋聲股份有限公司

   翁仕賢/洋聲股份有限公司、國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系

   彭巧明/洋聲股份有限公司

   陳琪芳/國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系

 

 

 

 

 

運用資料浮標長期即時觀測水中環境噪音
(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要

  臺灣四周環海且海域環境複雜,加上頻繁的海上活動,水中環境噪音多變。水中環境噪音是影響聲納偵蒐效能的重要指標,現今臺灣地理戰略位置越顯重要,水中環境噪音之蒐集勢在必行。雖然可以在海底布放水中麥克風和電纜等方式進行水中環境噪音之蒐集,然而所費不貲,且儀器不易維護。因此,近海水文中心開發具競爭力且能夠長期作業的水中聲音監測系統(USMS),並將USMS整合於資料浮標上,研發出水聲浮標,即時回傳所量得的水中環境噪音頻譜,來進行水下聲景觀察。透過現場觀測成果,分析波高與水中環境噪音,建立水中環境噪音聲壓級(SPL)與波高之關係,並證實水聲浮標之實用性與所觀測水中噪音資料的合理性。

 

 

作者:劉冠汶/國立成功大學近海水文中心

   林演斌/國立成功大學近海水文中心

   黃清哲/國立成功大學近海水文中心、

       國立成功大學水利及海洋工程學系

↑回目錄

 

水下滑翔機關鍵組件開發與應用
(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要

   水下滑翔機具有長時間、大範圍及低成本等優勢,因此世界各國使用水下滑翔機作為水下感測器酬載平台,進行海洋科學探勘及研究,故水下滑翔機是海洋環境資訊調查的主流工具之一。本文提出水下滑翔機所需關鍵技術,例如浮力引擎與抗壓內艙設計,並以完整的水下滑翔機機電系統於台灣外海成功完成單一潛浮及連續潛浮測試任務。在實驗驗證結果方面,本文所研發水下滑翔機,電力至少可維持120天,並於2018年成功完成海測任務,同時締造台灣第一台自製水下滑翔機下潛深度紀錄。本論文所開發的關鍵技術與其系統整合相關配套零主件,不僅可提昇水下滑翔機之科學技術、實作與操作功能,亦可提高國內相關供應鏈之品質與產品附加價值。此外,所提及之技術對於從事水下載具的研究者而言,可提供實用有效的參考價值。

 

 

 

作者:吳瑋軒/貫閎科技股份有限公司總經理

↑回目錄

 

以水下滑翔機觀測海洋紊流:系統整合與現場實驗
(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要

  海洋紊流為偶發性、混亂紛紜的水體運動,此現象遍及全球各海域,紊流造成海水混合,會改變溫鹽特性、形塑海流分布,影響海洋物質散布、熱量傳輸、能量交換、海氣作用等機制,並進一步影響生態環境與全球變遷。傳統紊流觀測方式大多採用定點或是船測,缺乏長時間且大範圍地觀測,因此很難完整了解紊流的時間或空間變化。近年來,隨著自走式水下觀測載具的發展,其機動性、持續性、近即時傳輸等優勢,加上酬載探針的整合,越來越多研究利用自走式水下載具(如水下滑翔機)進行紊流觀測。有鑒於此,國立臺灣大學海洋研究所及理學院貴重儀器中心在國科會的補助下,引進酬載紊流探針的水下滑翔機(Seaglider),在既有的水下滑翔機運作及紊流觀測基礎上,進一步發展水下滑翔機紊流觀測技術。本文探討利用自走式水下滑翔機酬載紊流探針系統進行海洋紊流觀測的技術、面臨的挑戰及初步觀測結果。

 

 

 

 

作者:楊凱絜/國立臺灣大學海洋研究所及理學院貴重儀器中心海洋探勘組技術員

   王釋虹/國立臺灣大學海洋研究所及理學院貴重儀器中心海洋探勘組技術員

   謝祥志/國立臺灣大學海洋研究所及理學院貴重儀器中心海洋探勘組技術員

   張明輝/國立臺灣大學海洋研究所教授

   詹 森/國立臺灣大學海洋研究所教授

 

 

↑回目錄

 

水下遙控無人載具(ROV)操作人員職能分析研究
(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要

  海域作業環境複雜,以人力方式進行海洋水下作業風險極高,使用水下無人載具(ROV)替代潛水等人工作業已逐漸被各方所要求,水下無人載具(ROV)成為水下觀測、檢查、施工及維修等水下作業之重要工具,且為減少可能之危害發生,亦規定水下無人載具應由專業的操作人員來執行。

  為優化職業訓練內涵,因應技術本土化趨勢,且補足國內海洋產業相關的人力缺口,本研究以IPO職能發展模式為基礎,採用訪談法、次級資料分析法、專家焦點團體會議法等分析方法,進行水下遙控無人載具(ROV)操作人員之職能分析研究。

  考量ROV操作員(ROV Pilot)人力需求量最大,需於第一線進行定期維護工作以及較複雜的技術性工作,本研究最終產出「水下遙控無人載具(ROV)技術工程師」職能基準,內容包括職業基本資料、工作內涵以及能力內涵,其中共計產出5項主要工作職責,9項工作任務、10個工作產出、29項行為指標、31項知識、23項技能和4個態度,以此供學校、培訓機構及企業等作為培育與選用人才之依據。

 

 

 

 

作者:張珮錡/國家海洋研究院綜合規劃及人力培訓中心副研究員

   謝馥蔓/文藻外語大學國際企業管理系教授

 

 

↑回目錄

 

水面自動化航行平台於波浪與海流量測-以風帆型浮台為例
(第三十三卷第二期-水下聲景與海域監控)
摘要

  從移動的浮標和系泊設備上測量波浪和海流是一項具有挑戰性的任務。本文介紹了如何從受波浪影響的小型移動平台上,獲得高品質資料所需考慮的因素。為了得到足夠的有效資訊,都普勒聲波流速儀被設定以窄頻方式測量,並且每筆發射聲波都要補償傾斜角和方向角的變化。方向波的量測以加速度計為基礎,可以有效透過機械和電子濾波器的結合,成功地過濾測量干擾。小型移動平台上的都普勒流速儀測量結果將與底碇朝上量測的流速儀進行比較。此外,本研究提出的不同大小、形狀平台,以加速度計為基礎的波浪量測實例。本研究的結果可以在其他已發表的科學刊物中找到更詳細的介紹。

 

 

 

 

 

作者:Anders Tengberg/Aanderaa Data Instruments/Xylem, Bergen, Norway

   Inger Graves/Aanderaa Data Instruments/Xylem, Bergen, Norway

   Harald Tholo/Aanderaa Data Instruments/Xylem, Bergen, Norway

 

 

↑回目錄

 

 

 

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