臺灣博碩士論文加值系統

行政院農委會水保局在梨山地滑區設置了兩處橫向式的排水廊道，用以排除深層的地下水，降低梨山地區的地下水位以及減少發生地滑的可能性，由於廊道施工中曾發生多次抽心破壞導致廊道變形，應用電腦視覺監測排水廊道之變形。
研究方法利用Raspberry Pi 連接攝影機與使用Open CV 函數庫及Chessboard 棋盤格最為覘標，進行電腦視覺判讀覘標之中心點座標，經由試驗之成果分析比較，進行可行性評估並得出最佳化設置。希望能夠提供較便利、立即且準確的非接觸式量測方法。
可行性試驗中分別試驗測距17、20、23、25公尺的精度與穩定性，最後在將最佳化設置於梨山G1排水廊道0k+190~0k+250公尺處，每組中間間隔20公尺設置3組進行長時間監測廊道變形。4月開始監測排水廊道至今有2個月時間，從監測測結果中廊道無明顯變化，本系統應可作為長期監測之用。

Soil and Water Conservation Bureau, Council of Agriculture, Executive Yuan has set up two horizontal drainage corridors in the landslide area of Li Shan area to drain deep groundwater, reduce the groundwater level of Li Shan area and reduce the possibility of landslide. During the drainage gallery construction, several damages led to drainage gallery deformation, thereby Executive Yuan applies computer vision to monitor it.
Using Raspberry Pi to connect the camera and setting the function library of Open CV and Chessboard as beacons, the research method calculated the center point coordinates of the beacons by using computer vision; through analysis and comparison of the test results, it can assess feasibility and get the optimal, in the hope of providing an immediate accurate non-contact and more convenient measurement method.
In the feasibility tests, the accuracy and stability were tested at 17, 20, 23 and 25 meters respectively. Finally, the optimal was set at 0k + 190-0k + 250m, and in every interval of 20 meters three groups were set up for a long-time monitoring of the drainage gallery deformation. It has been two months since the monitoring began in April, and there are no significant changes from the monitoring results; the system could be in long-term use.

總目錄
摘要 i
Abstract ii
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究流程 3
第二章 研究原理 5
2.1 文獻回顧 5
2.2 排水廊道的破壞機制 7
2.3 電腦視覺 11
2.3.1 單眼視覺應用 11
2.4 Open CV 12
2.4.1 概述 12
2.4.2 攝影機校正 12
2.4.3 灰階處理 14
2.4.4 二值化處理 15
2.4.5 色彩模型轉換 16
2.4.6角點與邊緣偵測 18
第三章 研究方法 20
3.1 試驗相關儀器 20
3.1.1 Raspberry Pi 20
3.1.2 攝影機 23
3.1.3 覘標 24
3.1.4 光源 25
3.1.5 STAGE手動微調平台 29
3.1.6 5V繼電器 30
3.2 可行性試驗 31
3.2.1 試驗設置 31
3.2.2 電腦視覺判讀的失敗率改進試驗 34
3.2.3 不同距離下覘標中心點的靜態試驗 37
3.2.4 不同距離下覘標中心點二維位移試驗 37
3.2.5 最佳化室外試驗 38
3.3 現地試驗 39
3.3.1 排水廊道概況 39
3.3.2 安裝區段選擇 41
3.3.3 安裝流程 42
3.3.4 安裝成果 45
第四章 數據統計分析 49
4.1 可行性試驗 49
4.1.1電腦視覺判讀的失敗率改進試驗 49
4.1.2 不同距離下覘標中心點的靜態試驗 50
4.1.3 不同距離下覘標中心點二維位移試驗 52
4.1.4 最佳化室外試驗 56
4.2 現地試驗 57
4.2.1 4/1~4/19監測數據 57
4.2.2 4/19~4/30監測數據 60
4.2.3 5/1~5/31監測數據 63
第五章 成果討論 66
5.1 可行性試驗 66
5.1.1 電腦視覺判讀的失敗率改進試驗 66
5.1.2 不同距離下覘標中心點的靜態試驗 67
5.1.3 不同距離下覘標中心點二維位移試驗 67
5.1.4 最佳化室外試驗 72
5.2 現地試驗 73
5.2.1監測數據 73
第六章 結論與建議 76
6.1 結論 76
6.2 建議 77
參考文獻 78
 
圖目錄
圖1-1 研究總流程圖 4
圖2-1 梨山排水廊道及滑動土體位置圖 9
圖2-2 排水廊道位置示意圖及所在地質剖面圖 10
圖2-3 物體變形前後影像之相對位置示意圖(Chu et al) 11
圖2-4 徑向形變 13
圖2-5 切向形變 13
圖2-6 影像灰階處理 14
圖2-7 影像二值化處理 15
圖2-8 RGB 色彩模型 17
圖2-9 HSL色彩模型 17
圖2-10 色彩模型轉換 17
圖2-11 角點偵測 19
圖2-12 邊緣偵測 19
圖3-1 Raspberry Pi 主機 21
圖3-2 Raspberry Pi外接孔 21
圖3-3 GPIO PINS 22
圖3-4 攝影機 23
圖3-5 15公分級覘標 24
圖3-6 LED燈條模型 25
圖3-7 光源試驗-LED燈條 26
圖3-8 光源試驗-投射燈 26
圖3-9 LED防水燈條 27
圖3-10 防水投射燈 28
圖3-11 STAGE手動微調平台 29
圖3-12 5v繼電器 30
圖3-13 可行性試驗流程圖 32
圖3-14 試驗儀器 33
圖3-15 試驗設置 33
圖3-16 影像處理流程圖 35
圖3-17 實際影像處理流程圖 36
圖3-18 位移試驗示意圖 37
圖3-19 最佳化室外試驗 38
圖3-20 G1排水廊道斷面圖 40
圖3-21 G1排水廊道斷面圖 40
圖3-22 透地雷達掃描圖 41
圖3-23 現地架設流程圖 42
圖3-24 監測設備示意圖 45
圖3-25 照明示意圖 45
圖3-26 D1站監測設備 46
圖3-27 D1站監測數據 46
圖3-28 D2站監測設備 47
圖3-29 D2站監測數據 47
圖3-30 D3站監測設備 48
圖3-31 D3站監測數據 48
圖4-1 原版灰階散佈圖 49
圖4-2 改進版散佈圖 49
圖4-3 17m常態分佈圖 50
圖4-4 20m常態分佈圖 50
圖4-5 23m常態分佈圖 51
圖4-6 25m常態分佈圖 51
圖4-7 室外試驗2/11~2/14 56
圖4-9 D1站監測數據4/1~4/18 57
圖4-10 D2站監測數據4/2~4/19 58
圖4-11 D3站監測數據4/1~4/19 59
圖4-12 D1站監測數據4/19~4/30 60
圖4-13 D2站監測數據4/19~4/30 61
圖4-14 D3站監測數據4/19~4/30 62
圖4-15 D1站監測數據5/1~5/31 63
圖4-16 D2站監測數據5/1~5/31 64
圖4-17 D3站監測數據5/1~5/31 65
圖5-1 測距17m位移折線圖 68
圖5-2 測距17m誤差圖 68
圖5-3 測距20m位移折線圖 69
圖5-4 測距20m誤差圖 69
圖5-5 測距23m位移折線圖 70
圖5-6 測距23m誤差圖 70
圖5-7 測距25m位移折線圖 71
圖5-8 測距25m誤差圖 71
圖5-9 2/11~2/14 新社區氣溫 72
圖5-10造成過應力的L型角鐵 74
圖5-11其他應力釋放點 74
圖5-12 B5監測站 地表傾斜儀 75
 
表目錄
表3-1 Raspberry Pi 3 Model B 基本規格表 22
表3-2 攝影機基本規格表 23
表3-3 LED防水燈條規格表 27
表3-4 防水投射燈規格表 28
表3-5 STAGE手動微調平台規格表 29
表4-1 第一次17m二維位移試驗 52
表4-2 第二次17m二維位移試驗 52
表4-3 第一次20m二維位移試驗 53
表4-4 第二次20m二維位移試驗 53
表4-5 第一次23m二維位移試驗 54
表4-6 第二次23m二維位移試驗 54
表4-7 第一次25m二維位移試驗 55
表4-8 第二次25m二維位移試驗 55
表5-1 靜態試驗 67

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