臺灣博碩士論文加值系統

透水混凝土是一種特殊形式的多孔混凝土，具有高透水性；多孔隙性
與表面粗糙的特點。美國環保署Enviromental Protection Aqency（EPA）
認為適當使用透水混凝土是控制初始急流污染及暴雨管理的最佳方式，並
利用訂定區域暴雨逕流量的限制條件，鼓勵使用透水混凝土做為道路面層
材料，但國內外對於透水混凝土在現地性質方面，尤其對透水混凝土表面
受熱所產生的溫度變化缺乏有系統的研究，所以本研究對透水混凝土做溫
度觀測試驗，並利用層集多重分類法進行分析
經過實驗結果顯示，熱影像在經過層集多重分類法後能有效將溫度性
質相近的像元隔成區塊，將溫度區塊邊界區分，進行數據分析，分析結果
顯示在保水層無包含水量下透水混凝土鋪面在日間受到日照及環境溫度影
響，升溫快速，平均溫度也比環境溫度高上許多，但到了夜間溫度差異逐
漸減少，熱輸出量降低與環境溫度達到平衡，而透水混凝土在保水層無含
水量狀態下溫度會略高於瀝青混凝土鋪面。

Pervious concrete is a special type of concrete with a high porosity, high
permeability, high volume of voids and rough surface. US Environmental
Protection Agency (EPA) suggests that an appropriate use of pervious concrete
is the best way to control initial rapid pollution and stormwater management.
The Agency determines limiting conditions of rainstorm runoff of all regions
and encourages the use of pervious concrete as road surface material. But in our
country, there are not enough systematic studies into the nature of pervious
concrete in local regions, especially the temperature changes caused by the
heated surface of pervious concrete. The present study contains therefore a
temperature observation test and an analysis using multi-layer classification.
According to the empirical results, through the multi-layer classification
of thermal imaging, the cells with a similar temperature could be efficiently
classified as a block. The data analysis was obtained on the basis of the
boundaries of temperature blocks. According to the analysis results, when its
water-retention layer contained no water, pervious concrete pavement was
heating up quickly because it was affected by the sunshine and the ambient
temperature during the day and its average temperature was much higher than
the ambient temperature; however, during the night, such difference was
gradually reduced and thermal output was reduced to reach equilibrium with the
ambient temperature. When the water-retention layer of pervious concrete
contained no water, its temperature would be slightly higher than the asphalt
concrete pavement.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 X
第一章、緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究流程 2
1-3 論文架構 3
第二章、文獻回顧 6
2-1 透水混凝土之定義 6
2-2 透水混凝土之配比 7
2-3 透水混凝土應用-沿革 9
2-4 透水混凝土在公路路面之應用 9
2-5 熱島效應 10
2-5-1 熱島效應的定義 10
2-5-2 熱島效應的成因 11
2-6 熱傳導基本理論 13
2-7 熱傳導對鋪面之影響 13
2-8 反照率對鋪面之影響 13
2-9 紅外線之相關理論 15
2-9-1 黑體(Blackbody) 15
2-9-2 普朗克定律(Planck`s Law) 15
2-9-3 史蒂芬-波茲曼定律(Stefan-Boltzmann Law) 16
2-9-4 反射(Reflection)、吸收(Absorption)、透射(Transmission) 17
2-9-5 放射率(Emissivity) 17
2-9-6 大氣中的紅外線 19
2-10多像層集影像切割（Multipase Level Set Image Segementation） 19
第三章、層集多重類法在影像切割之利用 30
第四章、實驗規畫與影像分析 36
4-1 觀測地點與日期 36
4-2 鋪面材料及混凝土配比 37
4-2-1 透水混凝土成分 37
4-3 試驗儀器設備與軟體 38
4-3-1 熱影像分析軟體 38
4-3-2 MATLAB軟體 41
4-4 試驗方法與步驟 41
4-4-1 現地透水量試驗 41
4-4-2 鋪面溫度變化觀測試驗 42
4-5現地透水試驗結果 43
4-6 熱影像分析 44
4-6-1 參數設定 44
4-6-2 層集多重分類運算 44
4-7 分析結果 45
4-7-1 2010年11月25、26日之溫度分析 46
4-7-2 2011年01月19、20日之溫度分析 47
4-7-3 2011年04月14、15日之溫度分析 49
第五章、結論與建議 96
5-1 結論 96
5-2 建議 97
參考文獻 98
表目錄
表2-1 典型透水混凝土鋪面配比的材料範圍【2】……………………… 23
表4-1 透水混凝土配比………………………………………………………52
表4-2 水泥成分與性質……………………………………………………….52
表4-3 粗骨材篩分析結果……………………………………………………53
表4-4 粗骨材之基本性質……………………………………………………53
表4-5現地透水鋪面道路透水試驗 (sec)……………………………………54
表4-6現地透水鋪面道路透水量 ……………………………………………54
表4-7(a) 2010年11月25、26日透水鋪面每小時五分鐘平均溫度............55
表4-7(b) 2011年01月19、20日透水鋪面每小時五分鐘平均溫度…..…..56
表4-7(c) 2011年04月24、25日透水鋪面每小時五分鐘平均溫度….………57
表4-8(a) 2011年01月19、20日瀝青鋪面每小時五分鐘平均溫度………….58
表4-8(b) 2011年04月24、25日瀝青鋪面每小時五分鐘平均溫度................59
表4-9(a) 2010年11月25、26日透水溫度與環境溫度之關係…….………60
表4-9(b) 2011年11月25、26日透水溫度與環境溫度之關係……….……61
表4-9(c) 2011年11月25、26日透水溫度與環境溫度之關係….........….…62
表4-10(a) 2011年01月19、20日透水溫度與環境溫度之關係………...……63
表4-10(b) 2011年01月19、20日號透水溫度與環境溫度之關係…………...64
表4-10(c) 2011年01月19、20日透水溫度與環境溫度之關係.......................65
表4-11(a) 2011年04月14、15日透水溫度與環境溫度之關係.......................66
表4-11(b) 2011年04月14、15日透水溫度與環境溫度之關係......................67
表4-11(c) 2011年04月14、15日透水溫度與環境溫度之關係…….........….68
表4-12(a) 2011年01月19、20日瀝青溫度與環境溫度之關係…….........….69
表4-12(b) 2011年01月19、20日瀝青溫度與環境溫度之關係…….........….70
表4-12(c) 2011年01月19、20日瀝青溫度與環境溫度之關係…….........….71
表4-13(a) 2011年04月14、15日瀝青溫度與環境溫度之關係……..........….72
表4-13(b) 2011年04月14、15日瀝青溫度與環境溫度之關係…….........….73
表4-13(c) 2011年04月14、15日瀝青溫度與環境溫度之關係…….........….74
表4-14 2010年11月25、26日透水鋪面最高溫度與環境溫度之關係............75
表4-15 2011 年01 月19、2 日透水鋪面與瀝青鋪面最高溫度與環境溫度之關係.....................................................................................................................76
表4-16 2011 年04 月14、15 日透水鋪面與瀝青鋪面最高溫度與環境溫度之關係.....................................................................................................................77





圖目錄
圖1-1 研究流程圖……………………………………………………………...5
圖2-1台中市及鄰近郊區Landsat 5 TM6紅外線衛星影像圖【7】……….23
圖2-2炎熱夏日樹木草皮、瀝青混凝土路面與水泥混凝土鋪面三者溫度差異【7】……………………………………………………………………………24
圖2-3朝陽科技大學校園冬天中午樹木草皮、瀝青路面與紅磚鋪面三者溫度差異【7】...........................................................................................................24
圖2-4不同種類鋪面熱輸出趨勢圖(固定因子)【10】……………………....25
圖2-5不同種類鋪面預估表面溫度【10】......................................................25
圖2-6 都市中常見材質之反照率示意圖【11】.............................................26
圖2-7 反射率與溫度關係圖【15】.................................................................26
圖2-8 模擬黑體【8】……………………………………………..………….27
圖2-9 黑體幅射強度圖【13】.........................................................................27
圖2-10 黑體與實體表面放射量【13】...........................................................28
圖2-11 大氣透射率【13】...............................................................................28
圖2-12(a) 兩個二維起始曲線 及 ..............................................................29
圖2-12(b) 起始曲線 及 的三維圖形顯示...................................................29
圖2-13 兩條起始曲線( 與 )切割整個影像成4個區域情形......................29
圖3-1 分割子區域，事前定義的層集與 與 間之關係.............................35
圖3-2 Heaviside函數圖形…………………...………………………………..35
圖4-1 透水混凝土道路.....................................................................................78
圖4-2 瀝青混凝土道路.....................................................................................78
圖 4-3 瀝青混凝土道路....................................................................................78
圖4-4 水泥.........................................................................................................78
圖4-5 粗骨材.....................................................................................................79
圖4-6 強塑劑.....................................................................................................79
圖4-7 紅外線攝影機.........................................................................................80
圖4-8 棒式玻璃溫度計.....................................................................................80
圖4-8 棒式玻璃溫度計.....................................................................................81
圖4-10 MATLAB介面.......................................................................................81
圖4-11 現場透水試驗儀器...............................................................................82
圖4-12 紅外線攝影機架設位子.......................................................................82
圖4-13 觀測位置關係圖...................................................................................83
圖4-14 溫度觀測實驗流程圖...........................................................................83
圖4-15 現地透水試驗施測點位圖...................................................................84
圖4-16 熱影像圖溫度輸出資料.......................................................................84
圖4-17 層級參數選擇.......................................................................................85
圖4-18(a) μ=0.015............................................................................................85
圖4-18(b) μ=0.0095..........................................................................................85
圖4-18(c) μ=0.005............................................................................................85
圖4-18(b) μ=0.001............................................................................................85
圖4-19 層級多重分類法...................................................................................86
圖4-20(a) 疊代次數1次...................................................................................87
圖4-20(b) 疊代次數5次..................................................................................87
圖4-20(c) 疊代次數10次.................................................................................87
圖4-20(d) 疊代次數50次................................................................................87
圖4-20(e) 疊代次數100次..............................................................................87
圖4-20(f) 疊代次數500次...............................................................................87
圖4-20(g) 疊代次數1000 次............................................................................88
圖4-20(h) 疊代次數2000 次...........................................................................88
圖4-20(i) 疊代次數2500次.............................................................................88
圖4-21 能量收斂圖...........................................................................................88
圖4-22(a) 疊代次數1次..................................................................................89
圖4-22(b)疊代次數5次....................................................................................89
圖4-22(c) 疊代次數10次................................................................................89
圖4-22(d) 疊代次數50次................................................................................89
圖4-22(e)疊代次數100次................................................................................89
圖4-22(f) 疊代次數500次...............................................................................89
圖4-22(g)疊代次數1000 次.............................................................................90
圖4-22(h) 疊代次數2000 次...........................................................................90
圖4-22(i)疊代次數2500次...............................................................................90
圖4-22(i)疊代次數2500次...............................................................................90
圖4-23 能量收斂圖..........................................................................................90
圖4-24 透水鋪面2010年11月25日10點3D熱影像圖............................91
圖4-25 透水鋪面2010年11月25日10點3D層集顯示圖........................91
圖4-26 透水鋪面2011年01月19日10點3D熱影像圖............................92
圖4-27 瀝青鋪面201年01月19日10點3D層集顯示圖..........................92
圖4-28(a) 選取之透水鋪面範圍圖...................................................................93
圖4-28(b) 選取之溫度變化區域.......................................................................93
圖4-29(a) 選取之瀝青鋪面範圍.......................................................................93
圖4-29(b) 選取之溫度變化區域......................................................................93
圖4-30 透水鋪面最高平均溫度與環境溫度之關係圖...................................94
圖4-31 透水鋪面與瀝青鋪面最高平均溫度與環境溫度之關係圖...............94
圖4-32 透水鋪面與瀝青鋪面最高平均溫度與環境溫度之關係圖...............95

中文部分
【1】邱永芳、朱金元、張道光、黃然、張建智葉為忠，「透水混凝土應用於交通工程之研究(1/2) 」，交通部運輸研究所研究計畫成果報告(計畫主持人黃然教授)，MOTC-IOT-95-H1DB007，2006。
【2】邱永芳、張道光、李明君、顏聰、邱垂德，「透水混凝土應用於交通工程之研究(2/2) 」，交通部運輸研究所研究計畫成果報告(計畫主持人李明君)，MOTC-IOT-96-H1DB004，2007。
【3】林志棟，「透水性鋪面」，台灣鋪面(Taipave)之設計與應用實務(六)，中華鋪面工程學會，2007。
【4】何廷祥，「透水混凝土應用在灌排水路之初步研究」，碩士論文，逢甲大學水利工程學系，2005。
【5】韓乃斌，「透水混凝土配比試驗及應用之研究」，碩士論文，逢甲大學水利工程學系，2006。
【6】潘昌林、丘惠生，「可滲透式人行鋪面材料(無細骨材混凝土)及施工方法研究」，內政部建築研究所研究計畫成果報告，MOIS891005，10 月23 日，2000。
【7】土木水利第三十八卷第一期-綠色營建材料與熱島效應金文森、李明君/朝陽科技大學營建工程系教授
【8】藍棟彥，「利用紅外線熱影像探討建築物缺陷的溫度變化-使用層集多重分類法」，碩士論文，朝陽科技大學營建工程系，2009。
【9】謝曉星，「基本熱傳學」，東華書局，1990。
【10】徐震宇，「不同透水性鋪面材料對鋪面溫度影響之探討」，碩士論文，中央大學土木工程學系，2008。
【11】張簡士彥，「都市熱島效應改善之基礎研究-熱物理性質對表面溫度之影響」，碩士論文，義守大學土木與生態工程學系,2009
【12】林鐵雄，「高反照率涼鋪面與都市熱島效應」，義守大學土木與生態工程學系技術報告，2006
【13】鄭子揚，「建築物之紅外線熱影像法檢測」，碩士論文，朝陽科技大學營建工程系，2005。
【14】ACI Committee 522 (ACI 522R-06), Pervious Concrete, 2006
【15】Pomerantz, M., Akbari, H., Chang, S.C., Levinson, R., and Pon, B., “Examples of Cooler Reflective Streets for Urban Heat-Island Mitigation: Portland Cement Concrete and ChipSeals,” Lawrence Berkeley National Laboratory, Publication No. LBNL-49283, 2002.
【16】Asaeda, T., Ca, V. T. “Characteristics of permeable pavement during hot summer weather and impact on the thermal environment”, Building and Environment, Vol. 35, pp. 363-375, 2000.
【17】Kass, M., Witkin, A., and Terzopoulos, D., “Snake: Active Contour Model, ” International Journal of Computer Vision, Vol. 1, pp. 321-331, 1988.
【18】Osher,S.andSethian,J.,“Fronts propagationing with curvature-dependent speed - algorithms based on Hamilton-Jacobi formulations,” Journal of Computational Physics, 79, pp. 12-49, 1988.
【19】Mumford, D. and Shah, J., “Optimal approximation by piecewise smooth functions and associated variational problems,” Communications on Pure and Applied Mathematics, 42:577-685, 1989.
【20】Vese, L. and Chan, T., “A Multiphase Level Set Framework for Image Segmentation Using the Mumford and Shah Model,” International Journal of Computer Vision 50(3), 271–293, 2002.
【21】Chung G and Vese LA., “Image segementation using a multilayer level-set approach,” Computing and Visualization in Science, Springer, 2008.
【22】Yishuo huang, Jer-wei wu(2010),Infrad thermal image segmentations employing the multilayer level set method for non-destructive evaluation of layered structures, NDT&;E internation.