雷射掃瞄應用於山區河川三維數位模型資料建構
國立臺灣大學土木工程研究所林彥廷

臺灣形貌豐富，山區占全域總面積約六成(圖1)，平均年降雨量達2,500毫米，山區內河川流量劇烈變化，邊坡常見破碎地質，形成陡坡急流，而使大量土砂淤積河道，921 地震後，部分地區表土鬆弛，加上臺灣位處西北太平洋，周遭海域易生熱帶氣旋，故近十年來遭受颱風極端降雨侵害，易有嚴重複合性災害發生的趨勢。颱風西行襲臺期間受中央山脈陡峭地形所阻，在迎風面受地形抬升而降雨，當登陸臺灣的西行颱風中心脫離臺灣之後，西南氣流便可能會與颱風環流交互作用，提供豐沛水氣並大量降雨，觸發土石崩塌，其中以2009年莫拉克颱風在數日內於南臺灣降下2500公釐豪雨最嚴重。

豐沛雨量使南部山區產生大量地滑及土方崩塌，造成交通道路中斷形成孤島效應，威脅當地居民生活財產，更嚴重地，主流河道淤積使原先河道通水斷面(Cross-Section)容許通水量大幅下降，加上支流沖積扇阻塞了主流河道，而形成堰塞湖(圖2)，因此必須利用快捷的空間量測方法，蒐集劇烈地形地貌變化資料，以作為後續地形監測分析之用。

藉由航空、遙測影像初步辨識崩塌地或災害範圍，又以完整的航空相片資料辨識精度較高(圖3)；遙測衛星影像有別於航照影像，其優勢為能夠於固定週期內獲取大範圍之影像，但相對的受空間解像力(Spatial resolution)限制(圖4)。不過整體而言，影像易局限使用於屬性上辨識與分類，如:輔助災害範圍與保全對像分佈圈畫，而欲實際利用影像分析物像對應三維空間，須藉由多項間接空間資訊輔助解算幾何交會。

另一方面近年所發展之三雷射掃瞄技術（又稱光達LiDAR）漸趨成熟，已成為收集高品質三維空間資訊之另一項利器。該技術以掃描儀器測站為空間系統之原點，量測目標物與原點之距離、測角及雷射光之反射強度(Intensity)，並由空間幾何關係將其轉換為目標物三維點坐標(X,Y,Z)，獲得密集三維坐標點稱之為點雲(Point Cloud)。其中雷射掃描儀(圖5)雖具備高精度、高解析度、機動性佳、能大量快速獲取地形資料等優點，但受限於架設儀器地點與掃描有效距離等因素，因此有效掃描範圍亦受限制，特別是高密度植生覆蓋的地區。 Continue reading →

 

累積雨量的秘密─淺談雨量站分布與地形效應對雨量統計之影響
國立臺灣大學土木工程研究所顏誠緯

“It rains cats and dogs”想必是每個人都有遇過的生活經驗，臺灣地處在亞熱帶屬海島型天氣，春天時有梅雨、夏天時有午後雷陣雨、冬天有東北季風所帶來的季節雨甚至是颱風的豪大雨，“雨”這個字似乎跟我們有著密不可言的關係，加上臺灣地形複雜，從靠海的平原地形一直往內陸轉變為高山地形，如何有效的利用科學方法計算雨量累積，並將雨量資料提供給人民瞭解天氣概況或是政府機關於防災應變之用便是一門值得探討的學問。

我國中央氣象局為了監測各地的天氣狀況，便在全國各地設置氣象站裝置各式儀器以監測地面氣象、高空氣象、臭氧、大氣污染及地震等5大項氣象資訊，其中累積雨量即是屬於地面氣象的一環，一旦遇上雨天時氣象局便利用雨量器來觀測該氣象站之降雨量為何，再結合所有分布各地氣象站之雨量器觀測資訊，就可以得到在氣象播報時的雨量資訊，例如：臺北地區目前累積雨量已達33毫米。

然而，氣象站並非每處都有，氣象局是如何得知一個區域或是縣市之總累積雨量呢？關鍵就在於“水往低處流”以及“氣象站的分布關係”，其中由於萬物均受到地球重力的影響，雨水從天而降後在地面會順著地勢的起伏，由高往低處流動，利用此物理現象為基礎應用於地理資訊系統(Geographic Information System，GIS)領域中，徐昇式多邊形網是用來估計區域總累積雨量所最常用之方法，一般而言，最常使用Delaunay Triangulation法(Michael F., 2004)來建構徐昇式多邊形網。計算時，首要先劃定一個欲統計累積雨量之區域，且該區域假設現有N個分布均勻之雨量站，將所有相鄰之雨量站以直線兩兩相連，構成多個三角形如圖1。

當各雨量站間均連線成三角網後，緊接著找出各三角形邊上之垂直平分線，這些垂直平分線必在各三角形內交於一點，這些交點即是這些三角形之外心。之後將這些垂直平分線連線至所交之各三角形外心上，其所形成之多邊形即徐昇式多邊形網，如圖2。以圖2為例，徐昇式多邊形網(紅線)與統計範圍線形成了四個多邊形區域，這四個區域即代表各雨量站的影響範圍，如圖2中左上梯形A代表著雨量站1之影響範圍。 Continue reading →

垃圾也能變黑金～生質炭簡介
國立臺灣大學環境工程學研究所石峻豪

自古以來，從祖宗鑽木取火開始，能源便是人類不可或缺的資源，提供熱能和光明。早期燃料僅能用枯草與殘木，隨著智慧的積累，石器時代的人類從陶窯中發現了木炭的存在，自此開始，炭便出現於人類的生活史中。禮記月令篇即有「是月也，草木黃落，乃伐薪為炭」的記載，應用炭的歷史如此久遠，隨時代的進步，此一技術更可利用於再生能源技術，利用生質廢棄物焙燒碳化作為燃料，也就是所謂生質炭。

相較未處理之生質物，因為生質炭在處理過程已將揮發物等低熱值成分去除，因此保存較長久且較節省燃料，加熱方便且持久，是提升生質物性能的方式。若使用農業廢棄物如稻稈、麥稈（也就是所謂第二代生質物）等進行生質炭的製備，應用不同的加熱技術以及結合不同材料，則可同時達到廢棄物回收利用和再製生質燃料之目的，並提升廢棄物之應用價值。 Continue reading →

玻璃裡的節能知識
美國普渡大學(Purdue University) 博士候選人詹瀅潔

玻璃窗一直是建築設計很重要的一環，好的窗戶設計，除了裝飾功能，更提供人們舒適的自然採光，在寒冷氣候環境下，還能利用太陽光所帶來的熱，提高室內溫度。

然而相信許多人都有在玻璃大樓裡感到非常悶熱的經驗，到底傳統的玻璃設計（未經加工處理的單層或雙層清玻璃）有哪些缺點呢？ Continue reading →

災害監測科技 GPS─窮人的原子鐘
國立臺灣大學土木工程研究所林以淳

對處於板塊交界地帶、人口密度高的台灣而言，地震災害所帶來的危害不容小覷，相關的監測、研究工作不勝枚舉，隨著科技進步，使用工具也一直在改進。

以國內外地震測報單位建置的設備為例，全球定位系統(Global Positioning System, GPS)除了以精準的定位作為長期地殼變動監測的主力之外，亦可作為即時地震觀測網之中地震儀的校時設備。透過 GPS 的校時功能，使分布於各地的測站的時間系統與衛星上的原子鍾時間同步，獲取精準且一致的時間系統。 Continue reading →

淺談航空攝影測量技術於空間資訊之防災應用
國立臺灣大學土木工程研究所周君芸

臺灣位處歐亞板塊交界，地震頻仍，而近年全球氣候快速變遷，出現極端氣候問題，使乾、濕季節更為分明，乾季易發生乾旱，濕季亦因豪大雨造成淹水，在自然現象劇烈交互作用下，水災與土石流警戒指數節節高昇，天然災害發生頻率與損失更甚以往。此外，臺灣地窄人稠，土地資源有限，工程建設與開發不斷擴張。為建立人與自然之平衡關係，此時，便需要有效率之監測方法以預防災害或是彌補災害。

科技與時俱進，不斷突破傳統藉由人力進行地面調查與測量之限制，即使道路崩塌、受土石掩埋或崩塌範圍廣大等，可藉由航空攝影測量收集到第一手之災害資訊。如圖1所示，為航空拍攝崩塌地影像三期示意，(a)為崩塌前影像，(b)為崩塌後影像，(c)為災後整治之恢復影像，而由拍攝影像清楚可知崩塌範圍涵蓋以及實地重建狀況，使人無須親臨現場而身歷其境，其亦是航空攝影測量方法優點之一，然而，這並非航空攝影測量最大優點，嚴格來說，圖1之三期影像為一般攝影結果，因該圖尚不具幾何關係，因此尚且不能稱之為航空攝影測量影像。

航空攝影測量顧名思義便是在空中拍攝地面影像，經空間資訊分析處理之後，稱為「正射影像」，如圖2所示，於其上加上比例尺，便是另一種形式之地圖，具幾何意義，圖上長度可換算為實際長度，藉以換算圖面與對照實際範圍之距離與面積，而不同時期之同一區像片應能具體描述相同地物之變化，因此廣泛應用在河川地變遷、崩塌地範圍界定等災害防治與重建工作。 Continue reading →

高空的眼睛
國立臺灣大學土木工程研究所蔡孟儒

人類的感官能力原本就極其有限，嗅覺不如狗、視覺不如鷹、聽覺不如大多數的動物等等。而感官能力不如其他生物的人類，依憑著智慧才得以彌補不足而能夠傲視世界。當我們看不到太小的物體，便發明了放大鏡及顯微鏡；當我們看不到太遠的物體，便發明了望遠鏡，也就是人工千里眼。而隨著飛行載具快速的發展，遙感探測技術突破以往受到高度的影響，且能以更多元的感測器獲取並記錄更豐富的資訊，因此現在的遙感探測技術即成為「高空的眼睛」。

廣義來說，遙測泛指「不需要與目標物接觸」即可獲取與量測該目標之測量方法，與平常使用儀器量度物體的方式不同。其實我們天天都在使用遙測，例如人類的眼睛就好比是遙測的感測器，可透過眼睛看到東西而不需與目標物接觸；照相機是另一個常見的例子，在獲取資料的同時，目標物和照相機絕對會保持一段距離。上述是遙測廣泛定義的例子。而從應用的角度而言，遙測是專指利用特定感測器來獲取有關地球環境、自然資源資料，以利於有效的監測、探勘與管理。圖一為NASA(美國太空總署)與NOAA(美國國家海洋和大氣管理局)合作將衛星在夜間對地球所拍攝的照片放在Google Earth上，從此遙感探測影像中可清楚了解台灣在夜間時有較多人類活動的區域多為西半部。

另一方面，由於臺灣位居在板塊間相互運動、碰撞、擠壓十分活躍的交界上，因此全島不僅高山峻嶺多，大小地震更是頻繁。在這樣的地質結構下，復又面臨多雨、多颱的氣候環境，導致崩塌與土石流災情成為臺灣山坡地最常見的天然災害。傳統的勘查方式透過現場調查，儘管直接投入人力深入災區所得資訊較為準確，然而災害發生之初，通往災區之交通路線往往殘破不堪，沿線土石崩塌嚴重，勘查人員不易深入，加上受地形地物的影響，局部區域的災情調查難有效執行，導致調查作業難免曠日廢時。不過隨著空間資訊技術的蓬勃發展，相較於現場實勘，藉由航遙測空間資料之蒐集、分析，足可於災害應變的不同階段提供必要之空間圖資，發揮災害管理與環境監測的功能(如圖二)。此外遙測技術也廣泛應用於生態環境當中。利用遙測技術，可以了解整片樹林的碳吸存淨量，並計算出這片樹林一年可以吸收多少碳。 Continue reading →

環保新尖兵—二氧化鈦光觸媒之簡介
國立臺灣大學環境工程學研究所楊政憲

前言

科技日新月異，人人追求著高品質的生活方式，但卻也帶來了一連串的環境污染問題。在環保意識抬頭的今日，我們不僅意識到要有高品質的生活環境，更重要的是如何使環境得以永續發展。近年來新研發的光觸媒 (photocatalysts)技術，是一種透過光產生化學作用，可將有害化學物質分解，得以淨化環境並防止污染。光觸媒是一種必須受到光照才能產生作用的觸媒，其吸收光能後形成高能量狀態，再將能量傳遞給反應物而觸發反應發生。光觸媒所需之能量為光能，而光能與波長成反比，計算方式如下:

Continue reading →