摘 要 I

目 錄 III

圖目錄 V

表目錄 VIII

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 工作項目與內容 1-2

1.4 工作流程規劃 1-2

1.5 工作執行進度規劃安排 1-4

1.6 第一年度(111年)計畫成果摘要 1-5

1.7 本(112)年度預期效益及成果 1-10

1.8 後續年度計畫執行之前置作業 1-10

1.9 環境背景現況說明 1-11

1.9.1 氣象 1-12

1.9.2 海象環境 1-15

1.9.3 地質環境 1-19

1.9.4 海岸災害 1-19

1.9.5 花蓮海岸公路浪襲預警系統概述 1-25

第二章 溯升與越波資料蒐集 2-1

2.1 溯升計觀測資料蒐集 2-1

2.1.1 溯升觀測站建置 2-2

2.1.2 溯升觀測站建置溯升計觀測資料蒐集與分析 2-3

2.2 影像觀測資料蒐集 2-4

第三章 溯升與越波觀測資料分析 3-1

3.1 影像判釋技術精進 3-1

3.1.1 影像預處理 3-3

3.1.2 第一次影像辨識 3-10

3.1.3 第二次影像辨識 3-18

3.1.4 熱成像 3-22

3.1.5 影像描述 3-23

3.2 影像分析驗證 3-33

3.2.1 人為判釋驗證 3-33

3.2.2 溯升計驗證 3-39

3.3 情境分析 3-40

第四章 自動化影像判釋系統建立 4-1

第五章 機器學習溯升模型發展 5-1

5.1 數值模式與機器學習模型說明 5-4

5.1.1 數值模式說明 5-4

5.1.2 機器學習模型說明 5-10

5.2 模型建置成果說明 5-12

5.2.1 颱風事件追算模擬 5-13

5.2.2 溯升模擬分析 5-14

5.2.3 機器學習模型建置與分析 5-17

第六章 結論與建議 6-1

6.1 結論 6-1

6.2 建議 6-2

6.3 成果效益及應用情形 6-3

參考文獻 參-1

附錄一 期末報告審查意見回覆及辦理情形 附1-1

附錄二 期末報告簡報 附2-1

附錄三 期中報告審查意見回覆及辦理情形 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 海岸公路原始影像 1-7

圖1.3 RGB色彩空間及其經對比度調整強化後的影像 1-7

圖1.4 HSV色彩空間及其經對比度調整強化後的影像 1-7

圖1.5 YUV色彩空間及其經對比度調整強化後的影像 1-8

圖1.6 YUV色彩空間統計分析結果 1-9

圖1.7 U色彩空間(紅框表示白沫區) 1-9

圖1.8 水線擷取之成果 1-10

圖1.10 計畫區與花蓮沿海鄉鎮測站分布圖 1-13

圖1.11 花蓮沿海地區月平均溫度與日照時數分布圖(2019/10~2023/9)

1-13

圖1.12 花蓮沿海地區月平均降雨量與降雨日數分布圖(2019/10~2023/9) 1-13

圖1.13 歷年花蓮港測站風玫瑰圖(2002/12~2021/11) 1-14

圖1.14 花蓮港每月潮位統計圖(2002~2021) 1-16

圖1.15 石梯港每月潮位統計圖(2002~2021) 1-16

圖1.16 花蓮港歷年四季及全觀測期海流流速機率分佈圖 1-18

圖1.17 花蓮港歷年四季及全觀測期海流流向機率分佈圖 1-18

圖1.18 花蓮地區海岸聚落於災害徵兆(Ts)-災害潛勢(Tp)二維分布情形

1-20

圖1.19 浪襲台11線海岸公路事件現場概況 1-23

圖1.20 花蓮海岸公路浪襲預警系統畫面及燈號 1-26

圖2.1 台11線人定勝天路段海岸斷面現況(攝於112/05/26) 2-2

圖2.2 花蓮縣台11線人定勝天段溯升感測器安裝完工圖 2-3

圖2.3 花蓮縣台11線人定勝天段溯升觀測站之訊號中繼站位置圖 2-3

圖2.4 建置FTP站接收溯升觀測站回傳之逐時觀測資料 2-4

圖2.5 北側斷面感測器因不可抗拒因素毀損 (左圖)，並以備品支應，

恢復觀測 (右圖) 2-4

圖2.6 颱風期間日間(a)光學影像和(b)熱成像影像（無雨） 2-7

圖2.7 颱風期間日間(a)光學影像和(b)熱成像影像（有雨） 2-8

圖2.8 颱風期間夜間(a)光學影像和(b)熱成像影像（無雨） 2-9

圖2.9 颱風期間夜間(a)光學影像和(b)熱成像影像（有雨） 2-10

圖3.1 海岸線判釋技術流程圖 3-1

圖3.2 陰晴且小浪之範例影像 3-2

圖3.3 下雨且大浪之範例影像 3-2

圖3.4 濾波器運算規則示意圖 3-4

圖3.5 影像邊界鏡射示意圖 3-4

圖3.6 本計畫使用之高斯濾波器 3-5

圖3.7 高斯濾波器使用前之影像判釋結果 3-5

圖3.8 高斯濾波器使用後之影像判釋結果 3-5

圖3.9 非等向性擴散濾波器處理前後之範例影像 3-6

圖3.10 CIE 1931 色度圖 3-7

圖3.11 色彩空間轉換流程圖 3-10

圖3.12 感興趣區域於影像中之相對位置 3-11

圖3.13 陰晴且小浪(左)及下雨且大浪(右)之感興趣區域 3-11

圖3.14 陰晴且小浪之感興趣區域影像分割結果 3-13

圖3.15 下雨且大浪之感興趣區域影像分割結果 3-13

圖3.16 陰晴且小浪之群心數值統計圖 3-14

圖3.17 下雨且大浪之群心數值統計圖 3-15

圖3.18 陰晴且小浪(左)及下雨且大浪(右)之二值影像 3-15

圖3.19 形態學運算使用之結構元素 3-16

圖3.20 形態學閉運算之概念圖 3-16

圖3.21 陰晴且小浪(左)及下雨且大浪(右)經閉運算之二值影像 3-16

圖3.22 經陰晴且小浪(左)及下雨且大浪(右)經後處理之二值影像 3-16

圖3.23 陰晴且小浪範例影像第一次影像辨識之海岸線 3-17

圖3.24 下雨且大浪範例影像第一次影像辨識之海岸線 3-17

圖3.25 以前次辨識結果劃分海岸線區域 3-19

圖3.26 第二子區域 3-20

圖3.27 第二子區域影像分割結果 3-20

圖3.28 第二子區域各分群群心數值統計分析圖 3-20

圖3.29 第二子區域後處理前之二值影像 3-21

圖3.30 第二子區域後處理後之二值影像 3-21

圖3.31 陰晴且小浪範例影像第二次影像辨識之海岸線 3-21

圖3.32 熱成像範例影像 3-22

圖3.33 熱成像之K-means分群法結果 3-22

圖3.34 後處理後之熱成像二值影像 3-23

圖3.35 熱成像範例影像之影像判釋結果 3-23

圖3.36 針孔相機模型 3-24

圖3.37 現場量測及量測工具 3-26

圖3.38 共線方程計算水平誤差分析（光學影像） 3-26

圖3.39 共線方程計算高程誤差分析（光學影像） 3-27

圖3.40 共線方程計算水平誤差分析（熱成像影像） 3-27

圖3.41 共線方程計算高程誤差分析（熱成像影像） 3-28

圖3.42 地形高程資料套疊影像之成果（光學影像） 3-28

圖3.43 地形高程資料套疊影像之成果（熱成像影像） 3-28

圖3.44 花蓮人定勝天路段預報斷面於影像位置圖(111/4/15) 3-30

圖3.45 花蓮人定勝天夜間影像分析測試 3-31

圖3.46 車輛通過影像分析測試 3-32

圖3.47 影像水線判釋誤差於(a)陰晴(小浪)之分析結果 3-35

圖3.48 影像水線判釋誤差於(b)下雨(小浪)之分析結果 3-36

圖3.49 影像水線判釋誤差於(c)陰晴(大浪)之分析結果 3-37

圖3.50 影像水線判釋誤差於(d)下雨(大浪)之分析結果 3-38

圖3.51 光學影像之溯升計驗證 3-39

圖3.52 熱成像之溯升計驗證 3-39

圖3.53 晴天且大浪之影像判釋結果 3-40

圖3.54 晴天且中浪之影像判釋結果 3-40

圖3.55 晴天且小浪之影像判釋結果 3-40

圖3.56 陰天且大浪之影像判釋結果 3-41

圖3.57 陰天且中浪之影像判釋結果 3-41

圖3.58 陰天且小浪之影像判釋結果 3-41

圖3.59 雨天且大浪之影像判釋結果 3-42

圖3.60 雨天且中浪之影像判釋結果 3-42

圖3.61 雨天且小浪之影像判釋結果 3-42

圖4.1 影像分析水線有效性之判釋成果 4-2

圖4.2 影像分析水線有效性通過門檻之局部時間點結果 4-2

圖4.3 影像判釋自動化之流程圖 4-2

圖4.5 自動化影像判釋越波警戒線圖 4-4

圖5.1 SCHISM模式架構圖 5-5

圖5.2 臺灣周圍水深地形與網格分布 5-8

圖5.3 人定勝天路段陸海域地形資料與溯升模擬範圍與網格資料 5-10

圖5.4 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 5-12

圖5.5 混合風場圖(以2016年梅姬颱風事件為例) 5-13

圖5.6 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) 5-14

圖5.7 FUNWAVE第一層範圍模擬結果(紅框為人定勝天路段) 5-15

圖5.8 FUNWAVE第二層範圍模擬結果 5-16

圖5.9 影像分析與溯升追算比對結果 5-17

圖5.10 值比較像分析與溯升追算比對結果 5-17

圖5.11 溯升預報、感測器觀測值與影像分析高程之比較結果

(2023瑪娃颱風事件) 5-18

圖5.12 溯升預報、感測器觀測值與影像分析高程之比較結果

(2023海葵颱風事件) 5-18



表目錄

表1 1 本年度(112年)計畫分項工作進度規劃 1-4

表1 2 花蓮沿海鄉鎮氣象站資料概況 1-12

表1 3 花蓮浮標每月波高統計表(2003-2022) 1-15

表1 4 花蓮沿海潮位統計 1-16

表1 5 花蓮港測站分季流速分佈統計表(2003~2020) 1-17

表1 6 花蓮港測站利年分季流向分佈統計表 1-17

表1 7 相關浪襲台11線海岸公路事件新聞蒐集 1-24

表2 1 花蓮縣台11線人定勝天段溯升計安裝位置 2-2

表3 1 sRGB色彩空間三原色及白點色度值 3-8

表3 2 陰晴且小浪之感興趣區域各分群群心數值 3-14

表3 3 下雨且大浪之感興趣區域各分群群心數值 3-14

表3 4 範例影像之最大值指數與平均值指數 3-18

表3 5 第二子區域各分群群心數值 3-20

表3 6 蘇拉颱風期間溯升計與影像判釋結果比對 3-39

表4 1 不同來源影像規格 4-3

表5 1 以機器學習進行溯升預測之相關研究 5-3