臺灣博碩士論文加值系統

南投縣仁愛鄉力行產業道路(投89線道)，因其地質狀況脆弱，颱風豪雨來臨時易造成此區域大面積之崩塌。加上地勢陡峭造成監測上之困難，以傳統之監測技術無法完成位移之分析，因此使用質點影像測速技術以求得其位移場。
本研究主要是以質點影像測速技術(PIV)求得崩塌地及其周邊區域之水平位移場。利用南投縣投89線道路之五處崩塌地作為研究對象，將2007、2008、2010、2012年之原始航照，利用ERDAS IMAGINE LPS 模組自行產製DTM及正射影像，並配合PIVview2C軟體進行PIV分析。
在研究區域範圍內，其正射影像之位置準確度主要介於0.50-1.50 m之間。而PIV分析結果大多可合理得到其位移場分布，其位移準確度偏差量介於0.14-4.59m之間，並利用地形變異分析(DoD , Difference of DTM)及地形剖面進行判釋，因PIV是採影像特徵相似性判釋位移向量，因此，大多處分析較差之區域（如32.5K）多是崩坍區受植披、日照陰影影響，分析較為不良，利用地形變異分析、地形剖面可驗證PIV分析結果是否合理，也可補足PIV分析不足。經由PIV分析計算崩塌地之移動量和位移區塊，藉此對投89線道崩塌地的現象與成因提出解釋並歸類整理，期望能對往後的改善工程提供參考。

Lixing Industrial Road (89th County Road), which located at Ren’ai Township, Nantou, Taiwan. The geological condition within this region is very broken and fragile. It could easily lead to a large area collapse in this region when typhoon rains comes. Due to the steep terrain leads to difficulties of the monitor system, the traditional monitoring techniques can not satisfy the displacement analysis. Thus, the particle image velocimetry (PIV) is used to obtain the displacement field of five collapsed areas along the road.
This study is to obtain the horizontal displacement field of the collapsed and the surrounding area mainly based on the particle image velocimetry (PIV). Original aerial photographs took in 2007, 2008, 2010 and 2012 of five major collapses of Nantou 89th county road are collected and synthesized. ERDAS IMAGINE LPS modules are used to produce the DTM and orthophotos in order for later analyses. PIVview2C is used to conduct and process PIV analysis.
The position accuracy of the obtained orthophotos are ranging between 0.50 to 1.50 meters with the use of PIV analysis. The displacement accuracy deviation is between 0.14 to 4.59 m. However, PIV is using image characteristics similarity to conduct displacement vector calculation, the analyzed results may be affected by vegetation and shadow areas, e.g., movements at 32.5K. Therefore, the topographic variation analysis (DoD, Difference of DTM) and terrain sectional analysis are used to clarified and to double check if the analyzed results are reasonable. Through the calculation of the amount of collapsed movement and the displacement block via PIV analyses, the active moving zones of the five landslide locations are revealed. The failure processes and mechanisms are recognized. The results of this research can be useful for mitigation and design suggestion for the five collapsed places of the road in the future.

目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3研究流程 2
1.4專有名詞解釋 5
1.5研究區域 7
1.5.1地理位置及環境概述 7
1.5.2地質與地形概況 8
1.5.3水文概況 10
1.5.4崩塌地位置與說明 11
第二章 文獻回顧 15
2.1 數值航空攝影測量 15
2.1.1 攝影測量(Photogrammetry) 15
2.1.2 內、外方位參數 17
2.1 正射影像處理 18
2.2.1 空中三角測量 19
2.2.2 影像匹配技術 22
2.2.3 影像金字塔 (Image Pyramid) 25
2.3 Leica Geosystems遙感探測及影像處理系統 26
2.4 PIV之理論與應用 27
2.4.1 PIV之理論 27
2.4.2 PIV之應用 33
第三章 正射影像產製 49
3.1數值航空攝影測量 51
3.1.1建立LPS專案及其相關資訊設定 53
3.1.2加入原始航照 54
3.1.3金字塔階層計算 54
3.1.4輸入航空影像相關參數 54
3.1.5點位量測與點選連接點 54
3.1.6空中三角測量 56
3.1.7建立數值型模型 56
3.1.8產生正射影像 60
3.1.9鑲嵌數值地形模型與正射影像 60
3.2正射影像成果 60
3.3位置準確度探討 66
第四章PIV研究方法 74
4.1 PIV分析過程及方法 74
4.2 PIV初步分析結果 76
4.3 濾波處理 86
五、結果與討論 92
5.1 PIV結果 92
5.2 PIV位移準確度探討 118
5.3地形變化分析(Difference of DTM) 141
5.3刪除法與取代法之結果比較 163
5.4總結 169
5.4.1崩塌地前期變異探討 169
5.4.2崩塌地後期變異分析 180
第六章結論與建議 185
6.1結論 185
6.2建議 186
參考文獻 188

圖目錄
圖1-2研究區域位置圖 8
圖1-3霧社地質圖[22] 10
圖1-4烏溪流域圖 11
圖1-5力行產業道路區域水系圖 [29] 11
圖1-6 研究區域崩塌地位置圖 14
圖2-1 航空攝影測量原理[1] 16
圖2-2 正射影像示意圖[3] 18
圖2-3 航空影像拍攝路徑及影像重疊[3] 20
圖2-4 航空攝影測量三點共線示意圖[3] 20
圖2-5 共軛點與物空間坐標相對關係示意圖[3] 22
圖2-6 影像金字塔階層[3] 25
圖2-7 PIV構成示意圖[11] 28
圖2-8 PIV分析示意圖 29
圖2-9 相關係數平面Rn(s)與交互相關係數(相關係數平面尖峰值)之計算[12] 32
圖2-10 PIV分析流程圖[12] 33
圖2-11用於PIV驗證試驗之影像(坐標為像素值)：(a)隨機影像；(b)隨機影像，2×2‘顆粒大小’；(c) Dog’s Bay砂；(d)人工紋理之高嶺土。[12] 34
圖2-12 PIV精度與視窗大小的關係[12] 35
圖2-13位置和位移準確度[12] 36
圖2-14精度與量測矩陣的關係[12] 36
圖2-15 PIV試驗之土壤:（A）A型粘土（B）B型粘土（C）C型砂[13] 37
圖2-16 試體邊坡之量測網格[13] 37
圖2-17離心加速度與量測步驟之關係[13] 37
圖2-18於離離心測試期間邊坡的位移量測：（a）步驟5（30g）（b）步驟12（40g）（c）步驟20（42.5g）（d）步驟34（45g）之位移向量、輪廓。[13] 38
圖2-19 PIV分析結果: (A) 1998至1999年; (B) 1998至2002年[14] 39
圖2-20貝爾韋代雷冰川[15] 41
圖2-21瑞士石冰川[15] 41
圖2-22阿萊奇地滑[15] 41
圖2-23 1988-2003年PIV改良分析之地表位移場[16] 45
圖2-24 St. Lawrence河利用傳統參考坐標進行正射處理[17] 46
圖2-25 Montmorency河以局部的參考尺寸進行內插得出其坐標[17] 47
圖2-26 PIV分析結果[17] 47
圖3-1投89線道崩塌點位置圖 50
圖3-2數值地形模型與正射影像製作流程圖 52
圖3-3旋轉座標系統 53
圖3-4內縮5%示意圖 57
圖3-5航帶示意圖 58
圖3-6 12.3K正射成果 61
圖3-7 15.85K正射成果 62
圖3-8 22.53K正射成果 63
圖3-9 32.5K正射成果 64
圖3-10 49K正射成果 65
圖3-11 12.3K控制點位置 67
圖3-12 15.85K控制點位置 68
圖 3-13 22.53K控制點位置 69
圖3-14 32.5K控制點位置 71
圖3-15 49K控制點位置 72
圖4-1不同相關係數計算法之計算結果(15.85K 2009-2010)[19] 75
圖4-2 12.3K正射影像PIV初步分析結果 77
圖4-3 15.85K正射影像PIV初步分析結果 79
圖4-4 22.53K正射影像PIV初步分析結果 81
圖4-5 32.5K正射影像PIV初步分析結果 83
圖4-6 49K正射影像PIV初步分析結果 85
圖4-7 12.3K正射影像PIV濾波處理前後比較圖 88
圖4-8 15.85K正射影像PIV濾波處理前後比較圖 89
圖4-9 22.53K正射影像PIV濾波處理前後比較圖 89
圖4-10 32.5K正射影像PIV濾波處理前後比較圖 90
圖4-11 49K正射影像PIV濾波處理前後比較圖 91
圖5-1 12.3 K崩塌區域PIV分析結果及輪廓圖 97
圖5-2 15.85 K崩塌區域PIV分析結果及輪廓圖 102
圖5-3 22.53 K崩塌區域PIV分析結果及輪廓圖 107
圖5-4 32.5 K崩塌區域PIV分析結果及輪廓圖 112
圖5-5 49 K崩塌區域PIV分析結果及輪廓圖 117
圖5-6 12.3K正射影像特徵點分佈圖 119
圖5-7 12.3K正射影像特徵點位移與PIV分析結果比較圖(2008-2010) 120
圖5-812.3K正射影像特徵點位移與PIV分析結果比較圖(2010-2012) 121
圖5-9 15.85K正射影像特徵點分佈圖 123
圖5-11 15.85K正射影像特徵點位移與PIV分析結果比較圖(2010-2012) 126
圖5-12 22.53K正射影像特徵點分佈圖 128
圖5-13 22.53K正射影像特徵點位移與PIV分析結果比較圖(2008-2010) 129
圖5-14 22.53K正射影像特徵點位移與PIV分析結果比較圖(2010-2012) 130
圖5-15 32K正射影像特徵點分佈圖 132
圖5-16 32.5K正射影像特徵點位移與PIV分析結果比較圖(2007-2010) 133
圖5-17 32.5K正射影像特徵點位移與PIV分析結果比較圖(2010-2012) 135
圖5-18 49K正射影像特徵點分佈圖 137
圖5-19 49K正射影像特徵點位移與PIV分析結果比較圖(2007-2012) 138
圖5-20 49K正射影像特徵點位移與PIV分析結果比較圖(2010-2012) 139
圖5-21 12.3K崩塌區域2008-2010年間地形變化圖 142
圖5-22 12.3K崩塌區域2008-2010年間剖面位置[底圖:2008.08] 143
圖5-23 12.3K崩塌區域2008-2010年間地形剖面圖 143
圖5-24 12.3K崩塌區域2010-2012年間地形變化圖 144
圖5-25 12.3K崩塌區域2010-2012年間剖面位置[底圖:2010.06] 145
圖5-26 12.3K崩塌區域2010-2012年間地形剖面圖 145
圖5-27 15.85K崩塌區域2008-2010年間地形變化圖 146
圖5-28 15.85K崩塌區域2008-2010年間剖面位置[底圖:2008.08] 147
圖5-29 15.85K崩塌區域2008-2010年間地形剖面圖 147
圖5-30 15.85K崩塌區域2010-2012年間地形變化圖 148
圖5-31 15.85K崩塌區域2010-2012年間剖面位置[底圖:2010.06] 149
圖5-32 15.85K崩塌區域2010-2012年間地形剖面圖 149
圖5-33 22.53K崩塌區域2008-2010年間地形變化圖 150
圖5-34 22.53K崩塌區域2008-2010年間剖面位置[底圖:2008.08] 151
圖5-35 22.53K崩塌區域2008-2010年間地形剖面 151
圖5-36 22.53K崩塌區域2010-2012年間地形變化圖 152
圖5-37 22.53K崩塌區域2010-2012年間剖面位置[底圖:2010.06] 153
圖5-38 22.53K崩塌區域2010-2012年間地形剖面 154
圖5-39 32.5K崩塌區域2007-2010年間地形變化圖 155
圖5-40 32.5K崩塌區域2007-2010年間剖面位置圖[底圖:2007.10] 156
圖5-41 32.5K崩塌區域2007-2010年間地形剖面 156
圖5-42 32.5K崩塌區域2010-2012年間地形變化圖 157
圖5-43 32.5K崩塌區域2010-2012年間剖面位置圖[底圖:2010.06] 158
圖5-44 32.5K崩塌區域2010-2012年間地形剖面圖 158
圖5-45 49K崩塌區域2007-2010年間地形變化圖 159
圖5-46 49K崩塌區域2007-2010年間剖面位置[底圖:2007.10] 160
圖5-47 49K崩塌區域2007-2010年間地形剖面圖 160
圖5-48 49K崩塌區域2010-2012年間地形變化圖 161
圖5-49 49K崩塌區域2010-2012年間剖面位置[底圖:2010.06] 162
圖5-50 49K崩塌區域2010-2012年間地形剖面圖 162
圖5-51 12.3K崩塌區域位移等值對比圖 164
圖5-52 15.85K崩塌區域位移等值對比圖 165
圖5-53 22.53K崩塌區域位移等值對比圖 166
圖5-54 32.5K崩塌區域位移等值對比圖 167
圖5-55 49K崩塌區域位移等值對比圖 168
圖5-56 12.3K崩塌區域2008-2010年間結果統整圖 169
圖5-57 12.3K崩塌區域2010-2012年間結果統整圖 170
圖5-59 15.85K崩塌區域2010-2012年間結果統整圖 172
圖5-60 22.53K崩塌區域2008-2010年間結果統整圖 174
圖5-61 22.53K崩塌區域2010-2012年間結果統整圖 174
圖5-62 32.5K崩塌區域2007-2010年間結果統整圖 176
圖5-63 32.5K崩塌區域2010-2012年間結果統整圖 176
圖5-64 49K崩塌區域2007-2010年間結果統整圖 178
圖5-65 49K崩塌區域2010-2012年間結果統整圖 178
圖5-66 12.3K崩塌地未來移動趨勢判斷圖 180
圖5-67 15.85K崩塌地未來移動趨勢判斷圖 181
圖5-68 22.53K崩塌地未來移動趨勢判斷圖 182
圖5-69 32.5K崩塌地未來移動趨勢判斷圖 183
圖5-70 49K崩塌地未來移動趨勢判斷圖 184

 
表目錄
表1-1 投89線道近十五年災害一覽表 12
表3-1原始航照之涵蓋範圍及拍攝日期 49
表3-1各年份數值地形模型精度檢核之結果(單位:公尺) 59
表3-2 12.3K控制點位移向量差值與位置準確度（單位：公尺） 67
表3-3 15.85K控制點位移向量差值與位置準確度（單位：公尺） 68
表3-4 22.53K控制點位移向量差值與位置準確度（單位：公尺） 70
表3-5 32.5K控制點位移向量差值與位置準確度（單位：公尺） 71
表3-6 49K控制點位移向量差值與位置準確度（單位：公尺） 73
表3-7 各崩塌區域於不同年間之位置準確度比較 73
表4-1各組PIV分析之最大差值濾波及最小相關係數濾波值 87
表5-1 12.3K崩塌區域不同年限期間PIV分析結果 94
表5-2 15.85K崩塌區域不同年限期間PIV分析結果 99
表5-3 22.53K崩塌區域不同年限期間PIV分析結果 104
表5-4 32.5K崩塌區域不同年限期間PIV分析結果 109
表5-5 49K崩塌區域不同年限期間PIV分析結果 114
表5-6 12.3K特徵點與PIV分析結果之位移向量差異(2008-2010) 121
表5-7　12.3K特徵點與PIV分析結果之位移向量差異(2010-2012) 122
表5-8　15.85K特徵點與PIV分析結果之位移向量差異(2008-2010) 125
表5-9 15.85K特徵點與PIV分析結果之位移向量差異(2010-2012) 126
表5-10 22.53K特徵點與PIV分析結果之位移向量差異(2008-2010) 129
表5-11 22.53K特徵點與PIV分析結果之位移向量差異(2010-2012) 131
表5-12 32.5K特徵點與PIV分析結果之位移向量差異(2007-2010) 134
表5-13 32.5K特徵點與PIV分析結果之位移向量差異(2010-2012) 135
（單位：公尺） 138
表5-15 49K特徵點與PIV分析結果之位移向量差異(2010-2012) 140
表5-16各崩塌區域於不同年間之位移準確度比較 140
表5-17 12.3K分析結果彙整 170
表5-18 15.85K分析結果彙整 173
表5-19 22.53K分析結果彙整 175
表5-20 32.5K分析結果彙整 177
表5-21 49K分析結果彙整 179
表5-22 12.3K崩塌地未來移動趨勢判斷表 180
表5-23 15.85K崩塌地未來移動趨勢判斷表 181
表5-24 22.53K崩塌地未來移動趨勢判斷表 182
表5-25 32.5K崩塌地未來移動趨勢判斷表 183
表5-26 49K崩塌地未來移動趨勢判斷表 184

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