應用影像智慧化技術判釋海岸公路及防波堤越波研究(3/4)防波堤越波影像判釋(114藍)

目　錄
交通部運輸研究所合作研究計畫出版品摘要表 I
目　錄 IIII
圖目錄 V
表目錄 IX
第一章 緒論 1-1
1.1 計畫緣起 1-1
1.2 計畫目的 1-1
1.3 計畫工作項目 1-1
1.4 工作流程規劃 1-2
1.5 工作執行進度規劃安排 1-5
1.6 前期 (111~112年) 計畫概述 1-6
1.7 本 (113) 年度預期效益及成果 1-9
1.8 環境背景現況說明 1-9
1.8.1 氣象 1-9
1.8.2 海象環境 1-9
1.8.3 地質環境 1-9
1.8.4 海岸災害 1-9
1.8.5 花蓮海岸公路浪襲預警系統概述 1-9
第二章 國內外應用影像判釋於港區防波堤越波相關研究蒐集 2-1
2.1 國內相關研究 2-1
2.2 國外相關研究 2-3
第三章 港區防波堤越波影像判釋方法建立 3-1
3.1 影像資料 3-4
3.2 影像分類 3-5
3.3 日間影像判釋流程 3-6
3.3.1 預處理 3-7
3.3.2 K-means分群法 3-8
3.3.3 提取背景分群 3-8
3.3.4 越波判斷 3-10
3.4 夜間影像判釋流程 3-11
3.4.1 灰階影像 3-11
3.4.2 大津二值化法 3-12
3.4.3 越波判斷 3-13
3.5 影像正確率 3-13
第四章 花蓮港區機器學習越波模型建立 4-1
4.1 數值模式與機器學習模型說明 4-4
4.1.1 數值模式說明 4-4
4.1.2 機器學習模型說明 4-14
4.2 模型建置成果說明 4-17
第五章 光達感測溯升技術可行性評估 5-1
5.1 光達試驗 5-3
5.2 可行性評估 5-12
第六章 海岸公路觀測系統及機器學習模型維運與精進 6-1
6.1 觀測系統維運與精進 6-1
6.2 機器學習模型維運與精進 6-18
第七章 結論與建議 7-1
7.1 結論 7-1
7.2 建議 7-2
7.3 成果效益及應用情形 7-3
參考文獻 參-1
附錄一 期中報告審查意見回覆及辦理情形 附1-1
附錄二 期末報告審查意見回覆及辦理情形 附2-1
附錄三 期末審查簡報 附3-1
附錄四 歷次工作會議記錄 附4-1

 
圖目錄
圖1.1　計畫工作流程與執行架構 1-3
圖1.2　海岸線判釋技術流程圖 1-7
圖1.3　影像分析水線有效性之判釋成果 1-7
圖1.4　影像分析水線有效性通過門檻之局部時間點結果(圖為時序列影像有效性判斷結果，1為通過門檻值；0為未通過門檻值) 1-8
圖1.5　地形高程資料套疊影像之成果 1-8
圖1.6　溯升影像水線之高程判釋成果 1-8
圖1.7　不同情境之影像水線判釋結果 1-9
圖1.8　花蓮氣象站月平均溫度與日照時數分布圖(2021/5~2024/9)
1-10
圖1.9　花蓮氣象站月平均降雨量與降雨日數分布圖(2021/5~2024/9)
1-10
圖1.10　花蓮港歷年四季及全觀測期海流流速機率分佈圖 1-14
圖1.11　花蓮港歷年四季及全觀測期海流流向機率分佈圖 1-14
圖1.12　花蓮海岸聚落於災害徵兆 (Ts) -災害潛勢 (Tp) 二維分
布情形 1-16
圖1.13　浪襲台11線海岸公路事件現場概況 1-18
圖1.14　花蓮海岸公路浪襲預警系統畫面及燈號 1-21
圖2.1　2016年梅姬颱風期間花蓮港大浪越堤實況 2-2
圖2.2　2018年山竹颱風期間花蓮港大浪越堤實況 2-2
圖2.3　2021年利奇馬颱風期間花蓮港大浪越堤實況 2-2
圖2.4　韓國Jumunjin港防波堤CCTV架設位置與影像範例 2-4
圖2.5　影像監測系統 2-4
圖2.6　在不同波浪條件下拍攝到的影像資料 2-5
圖2.7　8字湖 (Figure Eight Pools) 及其沿岸的水深地形分佈 2-5
圖2.8　越波評級方式 2-6
圖2.9　觀測資料與越波評級 2-6
圖3.1　本計畫影像判釋自動化建置之流程圖 3-2
圖3.2　影像判釋越波成果圖 (光學影像) 3-2
圖3.3　自動化影像判釋越波警戒線圖 3-2
圖3.4　花蓮港越波範例影像 3-3
圖3.5　花蓮港無越波範例影像 3-3
圖3.6　花蓮港夜間越波範例影像 3-3
圖3.7　花蓮港夜間無越波範例影像 3-4
圖3.8　花蓮港影像分類過程 3-5
圖3.9　花蓮港影像分析區域 3-6
圖3.10　日間越波影像判釋流程圖 3-6
圖3.11　花蓮港日間越波之分群結果 (感興趣區域) 3-9
圖3.12　花蓮港日間無越波之分群結果 (感興趣區域) 3-9
圖3.13　花蓮港日間越波之二值影像 (感興趣區域) 3-9
圖3.14　花蓮港日間無越波之二值影像 (感興趣區域) 3-9
圖3.15　花蓮港日間越波範例影像之判釋結果 3-10
圖3.16　花蓮港日間無越波範例影像之判釋結果 3-10
圖3.17　夜間越波影像判釋流程圖 3-11
圖3.18　花蓮港夜間越波之灰階影像 (感興趣區域) 3-11
圖3.19　花蓮港夜間無越波之灰階影像 (感興趣區域) 3-11
圖3.20　花蓮港夜間越波之二值影像 (感興趣區域) 3-12
圖3.21　花蓮港夜間無越波之二值影像 (感興趣區域) 3-12
圖3.22　花蓮港夜間越波之更改後二值影像 (感興趣區域) 3-12
圖3.23　花蓮港夜間無越波之更改後二值影像 (感興趣區域) 3-12
圖3.24　花蓮港夜間越波範例影像之判釋結果 3-13
圖3.25　花蓮港夜間無越波範例影像之判釋結果 3-13
圖3.26　判釋錯誤之日間影像 (一) 3-15
圖3.27　判釋錯誤之夜間影像 (一) 3-15
圖3.28　判釋錯誤之日間影像 (二) 3-15
圖3.29　判釋錯誤之夜間影像 (二) 3-15
圖4.1　花蓮港外廓防波堤示意圖 (影像擷取自Google 地球) 4-2
圖4.2　花蓮港東防波堤及開放垂釣區域圖 4-2
圖4.3　SCHISM模式架構圖 4-5
圖4.4　SCHISM-WWM-III 耦合示意圖 (Chen et al., 2019) 4-9
圖4.5　臺灣周圍水深地形與網格分布 4-9
圖4.6　花蓮港地形量測點位資料 (民國113年5月) 4-11
圖4.7　花蓮港模擬範圍與水深地形分布 (Case A) 4-12
圖4.8　花蓮港模擬範圍與水深地形分布 (Case B) 4-13
圖4.9　示性波高和最大2%溯升高高斯過程的機器學習流程
示意圖 4-16
圖4.10　混合風場圖 (以2016年梅姬颱風事件為例) 4-18
圖4.11　颱風事件追算模擬與量測資料時序列比較(以2016年
莫蘭蒂、馬勒卡、梅姬颱風事件為例) 4-19
圖4.12　花蓮港周圍潮位測站與波浪測站位置圖 4-19
圖4.13　花蓮港近岸波場模擬結果(1/4) 4-20
圖4.13(續)花蓮港近岸波場模擬結果(2/4) 4-20
圖4.13(續)花蓮港近岸波場模擬結果(3/4) 4-21
圖4.13(續)花蓮港近岸波場模擬結果(4/4) 4-21
圖4.14　2023年海葵颱風事件越波記錄資料 4-22
圖4.15　花蓮港防波堤越波機器學習模型的訓練集樣本分布 4-22
圖4.16　花蓮港防波堤越波機器學習模型之(a)訓練集、(b)驗證
集和(c)測試集………………………………………………4-23
圖4.17　花蓮港防波堤越波機器學習模型於不同越波誤差值的累
積分佈 4-23
圖5.1　光達量測範圍示意圖 5-1
圖5.2　現地光達之部署(a)英國Saltburn海灘碼頭(b)光達部署位
置位於碼頭前三分之一的區域，架設距離碼頭2.5米遠(c)
三台光達設置示意圖……………………………………….. 5-2
圖5.3　國立成功大學潰壩水槽 5-4
圖5.4　斜坡水槽配置 5-4
圖5.5　光達試驗攝影機 5-4
圖5.6　光達 5-4
圖5.7　實驗配置圖 5-5
圖5.8　空水槽量測結果 5-6
圖5.9　碎波量測結果 (清水且無障礙物) 5-8
圖5.10　溯升量測結果 (清水且無障礙物) 5-8
圖5.11　水面線量測結果 (清水且無障礙物) 5-8
圖5.12　碎波量測結果 (清水且有障礙物) 5-9
圖5.13　溯升量測結果 (清水且有障礙物) 5-9
圖5.14　水面線量測結果 (清水且有障礙物) 5-9
圖5.15　碎波量測結果 (濁水且無障礙物) 5-10
圖5.16　溯升量測結果 (濁水且無障礙物) 5-10
圖5.17　水面線量測結果 (濁水且無障礙物) 5-10
圖5.18　碎波量測結果 (濁水且有障礙物) 5-11
圖5.19　溯升量測結果 (濁水且有障礙物) 5-11
圖5.20　水面線量測結果 (濁水且有障礙物) 5-11
圖5.21　光達量測結果誤差分析(1/3) 5-13
圖5.21(續)光達量測結果誤差分析(2/3) 5-13
圖5.21(續)光達量測結果誤差分析(3/3) 5-14
圖6.1　台11線人定勝天路段海岸斷面現況 (攝於2023/5/26) 6-1
圖6.2　花蓮縣台11線人定勝天段溯升感測器安裝完工圖 6-2
圖6.3　花蓮縣台11線人定勝天段溯升觀測站訊號中繼站位置圖6-2
圖6.4　本年度感測器運作情況 6-3
圖6.5　人定勝天路段日間影像判釋結果圖 (光學影像) 6-5
圖6.6　人定勝天路段日間影像判釋結果圖 (熱成像) 6-5
圖6.7　前期計畫之影像判釋自動化建置之流程圖 6-6
圖6.8　本年度計畫影像判釋自動化建置之流程圖 6-6
圖6.9　本年度計畫溯升/越波預報自動化建置之流程圖 6-7
圖6.10　攝影機更換作業 6-10
圖6.11　現場量測及量測工具 6-10
圖6.12　針孔相機模型 6-11
圖6.13　共線方程計算水平誤差分析 (光學影像) 6-11
圖6.14　共線方程計算高程誤差分析 (光學影像) 6-11
圖6.15　共線方程計算水平誤差分析 (熱成像) 6-12
圖6.16　共線方程計算高程誤差分析 (熱成像) 6-12
圖6.17　地形高程資料套疊影像之成果 (光學影像) 6-13
圖6.18　地形高程資料套疊影像之成果 (熱成像) 6-13
圖6.19　人定勝天路段於凱米颱風期間的外海海象預報、溯升預
報、溯升計觀測和影像判釋 6-14
圖6.20　人定勝天路段於山陀兒颱風期間的外海海象預報、溯升
預報、溯升計觀測和影像判釋 6-15
圖6.21　人定勝天路段於凱米颱風期間的浪襲影像判釋資料(溯升
預報達8 m以上) 6-16
圖6.22　人定勝天路段於山陀兒颱風期間的浪襲影像判釋資料(溯
升預報達8 m以上) 6-16
圖6.23　人定勝天路段於凱米颱風期間的浪襲影像判釋資料(溯
升預報未達8 m) 6-17
圖6.24　人定勝天路段於山陀兒颱風期間的浪襲影像判釋資料(溯
升預報未達8 m) 6-17
圖6.25　溯升/越波機器學習模型建置流程圖 6-18
圖6.26　前期計畫及本年度計畫於溯升/越波機器學習模型自動化
建置之流程圖 6-19

表目錄
表1 1　本年度(113年)計畫分項工作進度規劃 1-5
表1 2　花蓮浮標每月波高統計表 (2004-2023) 1-11
表1 3　花蓮潮位站逐月潮位統計表 (2004-2023) 1-12
表1 4　石梯潮位站逐月潮位統計表 (2004-2023) 1-12
表1 5　花蓮港測站分季流速分佈統計表 (2003~2020) 1-13
表1 6　花蓮港測站利年分季流向分佈統計表 1-13
表1 7　相關浪襲台11線海岸公路事件新聞蒐集 1-19
表3 1　本計畫海岸公路與防波堤越波影像判釋方法比較 3-14
表4 1　以機器學習進行溯升/越波預測之相關研究 4-4
表6 1　自動化影像判釋維運作業項目 6-8

目　錄
交通部運輸研究所合作研究計畫出版品摘要表 I
目　錄 IIII
圖目錄 V
表目錄 IX
第一章 緒論 1-1
1.1 計畫緣起 1-1
1.2 計畫目的 1-1
1.3 計畫工作項目 1-1
1.4 工作流程規劃 1-2
1.5 工作執行進度規劃安排 1-5
1.6 前期 (111~112年) 計畫概述 1-6
1.7 本 (113) 年度預期效益及成果 1-9
1.8 環境背景現況說明 1-9
1.8.1 氣象 1-9
1.8.2 海象環境 1-9
1.8.3 地質環境 1-9
1.8.4 海岸災害 1-9
1.8.5 花蓮海岸公路浪襲預警系統概述 1-9
第二章 國內外應用影像判釋於港區防波堤越波相關研究蒐集 2-1
2.1 國內相關研究 2-1
2.2 國外相關研究...