進階搜尋


   電子論文尚未授權公開,紙本請查館藏目錄
(※如查詢不到或館藏狀況顯示「閉架不公開」,表示該本論文不在書庫,無法取用。)
系統識別號 U0026-1208202013553200
論文名稱(中文) ANFIS應用於附著生物組成對港灣結構劣化之評估
論文名稱(英文) Using ANFIS to Examine the Harbor Structure Deterioration Level Based on Fouling organisms Composition
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 水利及海洋工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Hydraulics & Ocean Engineering (on the job class)
學年度 108
學期 2
出版年 109
研究生(中文) 林政憲
研究生(英文) Cheng-Hsien Lin
學號 N87071092
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 70頁
口試委員 指導教授-孫建平
口試委員-邱郁文
口試委員-陳宣汶
口試委員-陳憲宗
中文關鍵字 港灣結構物劣化  附著生物  適應性類神經模糊推論系統 
英文關鍵字 Deterioration of harbor structures  Fouling organisms  ANFIS 
學科別分類
中文摘要 臺灣位屬海島氣候,港灣設施之構件及其基座因海水腐蝕劣化情況嚴重,從碼頭基樁、混凝土壁面及碰墊之固定座到岸邊與水體中的箱網,這些損害都會造成經濟上的損失甚至安全上的疑慮。海洋附著生物已知會導致船體腐蝕性的破壞,然碼頭結構亦可常見其大量附著,雖國內已有初步的港灣設施維護管理制度,但港灣工程施作前評估碼頭結構現況之檢核表並未考量附著生物因素。因此,本研究使用適應性類神經模糊推論系統(Adaptive Network-Based Fuzzy Inference System, ANFIS) 對附著生物種類及其族群分布比例,隨時間推移變化進行八種模型之創建,比較不同考量輸入參數(氣壓、氣溫、濕度、風速、降水量、日照、碼頭面相位角、海浪拍打面、藤壺百分比、牡蠣百分比、貽貝百分比及管蟲百分比)、不同模糊推論系統建立方式及不同學習演算法之訓練效果。結果顯示建立FIS方式而言,減法聚類法比網格分群法更為精簡適當,且混合式學習演算法較倒傳遞學習演算法有較佳的效果。另外,若排除氣候及環境因子,僅使用藤壺、牡蠣、貽貝及管蟲作為輸入參數,對於模型演算之正確率有較好的表現,續基於此模型進行敏感度分析以探討附著生物組成對港區主要結構物劣化影響,發現四種生物均會使龜裂及裂縫有加劇情形,然而,藤壺、牡蠣及貽貝生長對於混凝土腐蝕行為帶來防護效果。本研究盼可提供後續附著生物對於碼頭劣化情形預測評估之參考依據。
英文摘要 Due to the island-type climate in Taiwan, the components of the harbor facilities and their foundations are seriously deteriorated by the seawater corrosion. The fouling organisms are also known to be the major cause of corrosive damage to the hull. This study use the Adaptive Network-Based Fuzzy Inference System (ANFIS) to develop eight models of harbor structure deterioration level over time for comparing three different elements, input parameters, the establishment of Fuzzy Inference Systems and the training effect of learning algorithms. When it comes to establishing FIS, the result shows that Subtractive Clustering is more appropriate and concise than the Grid Partition. On the other hand, the study also shows that the Hybrid Learning Algorithm produces smaller errors and better prediction than the Back-Propagation Learning Algorithm. Furthermore, if climatic and environmental factors are excluded and only considers four fouling organisms, which includes: barnacles, oysters, mussels and worms, as input parameters, it could get a better performance on accuracy of the model calculation. The sensitivity analysis is based on this model to continue exploring the harbor structure deterioration level of fouling organisms’ composition. It is found that all kinds of organisms would aggravate the cracks and rifts. Last but not least, the result also finds that the growth of barnacles, oysters and mussels can avoid the corrosion of concrete. This study aims to provide a methodology to predict and examine the harbor deterioration by fouling organisms.
論文目次 摘要 I
Extended Abstract II
謝誌 VIII
目錄 IX
表目錄 XII
圖目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 3
1.4 研究限制 4
1.5 研究流程 5
第二章 文獻探討 6
2.1 碼頭劣化 6
2.1.1 腐蝕機制 7
2.1.2 附著生物引起之劣化 8
2.2 港灣構造物之檢測標準 9
2.2.1 目視檢測 10
2.2.2 非破壞性檢測 11
2.2.3 破壞性檢測 11
2.3 模糊理論與類神經網路於水利工程及生物之應用 11
第三章 研究方法 13
3.1 立論基礎 13
3.1.1 模糊理論 13
3.1.2 模糊推論系統 14
3.1.3 類神經網路 16
3.1.4 模糊理論與類神經網路之結合 20
3.1.5 常見之類神經模糊系統 21
3.1.6 適應性類神經模糊推論系統(ANFIS) 22
3.2 ANFIS應用說明 24
3.3 ANFIS建模程序 24
3.3.1 建模流程 24
3.3.2 建模步驟 26
3.4 衡量指標 30
3.5 敏感度分析法 31
第四章 實證與結果分析 32
4.1 參數選定及來源說明 32
4.1.1 標的選擇 32
4.1.2 氣候因子 33
4.1.3 環境因子 36
4.1.4 附著生物因子 37
4.1.5 劣化D值 39
4.2 ANFIS執行步驟 42
4.2.1 照片判讀 42
4.2.2 參數導入 43
4.2.3 設定網路模型 45
4.3 ANFIS模型操作(12項輸入參數) 49
4.3.1 龜裂 49
4.3.2 腐蝕 51
4.3.3 裂縫 51
4.3.4 剝落 52
4.4 ANFIS模型操作(僅以生物為輸入參數) 52
4.4.1 龜裂 52
4.4.2 腐蝕 53
4.4.3 裂縫 53
4.4.4 剝落 53
4.5 結果分析 54
4.6 敏感度分析 58
4.7 討論 59
第五章 結論與建議 62
5.1 結論 62
5.2 建議及未來方向 63
第六章 參考文獻 64

參考文獻 【英文】
Anderson, M., & Underwood, A. (1994). Effects of substratum on the recruitment and development of an intertidal estuarine fouling assemblage. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 184(2), 217-236.
Aveldaño, R. R., & Ortega, N. F. (2011). Characterization of concrete cracking due to corrosion of reinforcements in different environments. Construction and Building Materials, 25(2), 630-637.
Bellman, R., Kalaba, R., & Zadeh, L. (1966). Abstraction and pattern classification. Journal of Mathematical Analysis and Applications, 13(1), 1-7.
Buckley, J. J. (1992). Theory of the fuzzy controller: An introduction. Fuzzy sets and systems, 51(3), 249-258.
Buckley, J. J., Hayashi, Y., & Czogała, E. (1993). On the equivalence of neural nets and fuzzy expert systems. Fuzzy sets and systems, 53(2), 129-134.
Costa, A., & Appleton, J. (2002). Case studies of concrete deterioration in a marine environment in Portugal. Cement and Concrete Composites, 24(1), 169-179.
Freeman, J. (1978). Marine fouling of fixed offshore installations. Corrosion Prevention and Control, 25(6).
Han, S. H., Chae, J. W., Park, W.-S., & Yi, J.-H. (2006). Numerical modelling of deterioration in marine concrete structures. Paper presented at the Proc of the 16 th int offshore and polar engineering conference, San Francisco, California, USA, May.
Heaf, N. (1979). The effect of marine growth on the performance of fixed offshore platforms in the North Sea. Paper presented at the Offshore Technology Conference.
Hu, Chen, & Tzeng. (2003). Finding fuzzy classification rules using data mining techniques. Pattern Recognition Letters, 24(1-3), 509-519.
IAEA, V., Austria. (2002). Guidebook on non-destructive testing of concrete structures. Vienna: International Atomic Energy Agency (IAEA).
Jang, J. S. (1993). ANFIS: adaptive-network-based fuzzy inference system. IEEE transactions on systems, man, and cybernetics, 23(3), 665-685.
Kosko, B., & Burgess, J. C. (1998). Neural networks and fuzzy systems. In: Acoustical Society of America.
Kwon, S. J., & Park, S.-S. (2007). A study on estimation for chloride diffusivity in cracked concrete in harbor structures through field survey. Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 27(5A), 745-752.
Lam, N. W., Huang, R., & Chan, B. K. (2009). Variations in intertidal assemblages and zonation patterns between vertical artificial seawalls and natural rocky shores: a case study from Victoria Harbour, Hong Kong. Zoological Studies, 48(2), 184-195.
Lin, T. C., Jeng, C. H., Wang, C. Y. & Jou,T. H. (2012). Repair of corroded prestressed concrete piles of harbor landing stages. ACI Structural Journal, 109(5), 715.
Lin, H. J.& Shao, K. T. (2002). The development of subtidal fouling assemblages on artificial structures in Keelung Harbor, Northern Taiwan. Zoological Studies, 41(2), 170-182.
Mehta, P. K. (1980). Durability of concrete in marine environment--A review. Special Publication, 65, 1-20.
Negoita, C. (1981). The current interest in fuzzy optimization. Fuzzy sets and systems, 6(3), 261-269.
Ricciardi, A. (1998). Global range expansion of the Asian mussel Limnoperna fortunei (Mytilidae): another fouling threat to freshwater systems. Biofouling, 13(2), 97-106.
Saricimen, H., Al-Tayyib, A., Maslehuddin, M., & Shamim, M. (1991). Concrete Deterioration in High Cl/SO 4 Environment and Repair Strategies. Special Publication, 128, 19-34.
Seki, H. (1975). Deterioration of Concrete of Coastal Structures of Japan. Special Publication, 47, 293-316.
Sugeno, M. (1985). An introductory survey of fuzzy control. Information sciences, 36(1-2), 59-83.
Sun, H., Ma, S., Hou, B., Zhang, J., Huang, G., & Zhu, X. (2003). Mathematical analysis of long term fouling corrosion in sea water. Corrosion engineering, science and technology, 38(3), 223-227.
Vennesland, Ø. (2009). Workshop on “Critical Chloride Content in Reinforced Concrete”. Materials and Corrosion, 60(8), 577-577.
Wang, H. W., Kuo, W. C., & Kuo, S. L. (2017). Establishment and Application of Evaluation Procedure of Dam Removal for Decision Support in Taiwan. Journal of Chinese Soil and Water Conservation, 48(9), 27-35.
Wang, G. L., Ye, Z. M., & Wu, W. (2014). The change of stress on marine concrete covered with barnacles. Paper presented at the Applied Mechanics and Materials.1031-1034
Wei, S., Sanchez, M., Trejo, D., & Gillis, C. (2010). Microbial mediated deterioration of reinforced concrete structures. International Biodeterioration & Biodegradation, 64(8), 748-754.
Yan, T., Yan, W., Dong, Y., Wang, H., Yan, Y., & Liang, G. (2006). Marine fouling of offshore installations in the northern Beibu Gulf of China. International Biodeterioration & Biodegradation, 58(2), 99-105.
Yang, M.-S. (1993). A survey of fuzzy clustering. Mathematical and Computer modelling, 18(11), 1-16.
Yao, G.-Y., Xu, M.-Z., & An, X.-H. (2017). Concrete deterioration caused by freshwater mussel Limnoperna fortunei fouling. International Biodeterioration & Biodegradation, 121, 55-65.
Ye, H., Jin, X., Fu, C., Jin, N., Xu, Y., & Huang, T. (2016). Chloride penetration in concrete exposed to cyclic drying-wetting and carbonation. Construction and Building Materials, 112, 457-463.
Yokota, H., Iwanami, M., Hamada, H., & Komure, K. (2003). Lifecycle management of harbor and coastal concrete structures. Paper presented at the 1st International Conference on Structural Health Monitoring and Intelligent Infrastructure, SHMII-1'2003.
Zadeh, L. A. (1965). Fuzzy sets. Information and control, 8(3), 338-353.
Zadeh, L. A. (1978). Fuzzy sets as a basis for a theory of possibility. Fuzzy sets and systems, 1(1), 3-28.
Zimmermann, H.-J. (1975). Description and optimization of fuzzy systems. International Journal of General System, 2(1), 209-215.

【中文】
中興工程顧問股份有限公司. (2014). 臺中港棧橋碼頭檢測評估暨維修整建工程設計.
亢良伊, 王建飞, 刘杰, & 叶丹. (2018). 可扩展机器学习的并行与分布式优化算法综述. Journal of Software, 1, 109-130.
王文派, & 邱俊智. (2010). 自適應性類神經模糊推論系統於客製化生產環境之預測應用 2010年資訊科技國際研討會 論文集
王甲春, & 阎培渝. (2009). 海洋混凝土污损生物腐蚀机理的研究进展. 混凝土, 10, 24-26.
王志刚, 李鑫, & 刘数华. (2013). 紫外线辐射对水工混凝土耐久性影响研究与展望. 水力发电, 39(5), 46-47.
王和源, & 鐘志仁. (2005). 港灣高性能混凝土耐久性設計與檢測之研究. 防蝕工程, 19(1), 1-11.
王显利, 佟天华, & 张宏民. (2006). 基于 ANFIS 的混凝土碳化预测模型. 東北林業大學學報, 34(4), 76-77.
史航, & 王鲁民. (2006). 海洋污损生物藤壶的附着机理及防除. 广东农业科学, 33(6), 72-73.
石育宸. (2015). 感潮帶受蝕損鋼筋混凝土梁補強研究. 國立中興大學土木工程研究所碩士論文, 1-149. 取自https://hdl.handle.net/11296/99c489
交通部運輸研究所. (2001). 棧橋式碼頭面版腐蝕劣損調查與維護.
交通部運輸研究所. (2012). 港灣構造物安全檢查評估之研究.
交通部運輸研究所. (2016). 港灣碼頭及防波堤現況調查與維護管理之研究.
孙丙香, 高科, 姜久春, 罗敏, 何婷婷, 郑方丹, 郭宏榆. (2015). 基于 ANFIS 和减法聚类的动力电池放电峰值功率预测. 电工技术学报, 30(4), 272-280.
庆宜, 马春风, & 张广照. (2017). 海洋防污材料. 科学, 1, 10.
吳琮璠, & 謝清佳. (2000). 資訊管理理論與實務. 勝智文化出版社.
吳德輝. (2015). 銀鱸養殖餵食控制決策模式之研究. 國立中興大學生物產業機電工程學系碩士論文, 1-91.
吴泽斌. (2005). 水利工程生态环境影响评价研究. 武汉大学碩士論文.
张明明, 赵文, & 于世超. (2008). 我国海洋污损生物的研究概况. 水产科学, 27(10), 545-549.
李润祥, 高抒, 王丹丹, 赵秧秧, 朱冬, 许振, 左平. (2014). 2012 年秋季白脊管藤壶在江苏如东互花米草盐沼的附着及分布. 海洋学研究, 32(3), 26-35.
林維明, & 陳冠宇. (1998). 高性能矽灰混凝土在海洋工程上應用之探討. 防蝕工程, 12(3), 21-42.
柯正龍, 陳桂清, & 饒正. (2005). 台灣地區鋼板 (管) 樁碼頭腐蝕現況調查研究. 防蝕工程, 19(3), 329-340.
陈达, 东培华, & 廖迎娣. (2007). 海洋环境中受腐蚀混凝土的力学研究现状和展望. 腐蚀与防护, 28(12), 630.
赵万宏, 梁志刚, & 王永波. (2007). 模糊集合理论在水库建设规模优化设计中的应用.
俞勝昌, 陳宇芃, 林豐政. (2018). 蘇澳港觀光暨轉運專區對貨物裝卸之影響研究. 運輸學刊30(4), 247-271.
張志新, et al. (2015). 2015年蘇迪勒颱風災害調查彙整報告. 新北市: 國家災害防救科技中心.
張桓旋. (2014). 應用個體生態矩陣及類神經網路模擬溪流棲息地之概況. 國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文, 1-84. 取自 https://hdl.handle.net/11296/d5ws8k
張斐章, 張麗秋, & 黃浩倫. (2003). 類神經網路理論與實務, 臺灣東華書局股份有限公司.
張睿昇. (2005). 附著生物在海岸淺灘的生態效果分析研究-以安平漁港為例. 第 26 屆海洋工程研討會論文集.
張麗秋, & 張斐章. (1999). 智慧型水庫即時操作控制系統. 農業工程學報 45, 18-30.
許弘莒, 李孟學, 林敬樺, 許城榕, 郭平巧, & 江朕榮. (2016). 港灣結構物受異常波浪影響分析(3/3). 交通部運輸研究所.
陳俊安, 鍾子程, & 王毓翎. (2013). 臺灣貨櫃海運業競爭策略之研究. 中華管理評論國際學報, 16(2), 73-86.
陳艷星. (2007). 倒傳遞類神經網路法於烏山頭水庫壩體滲流量觀測值分析之研究. 國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文, 1-63. 取自https://hdl.handle.net/11296/3685gs
黄云, 胡其高, & 张硕云. (2018). 南海海洋环境对岛礁工程结构与设施影响研究. 国防, 39(3).
黄英, 柯才焕, & 周时强. (2001). 国外对藤壶幼体附着的研究进展. 海洋科學(3), 30-32.
龚秀美, 邹先杰, 刘道斌, 郭泽平, 付光辉, & 沈卫国. (2014). 海洋环境下混凝土耐久性研究进展. 新世纪水泥导报(3), 21-24.
彭立, 苏春江, 徐云, & 满正闯. (2007). 模糊模式识别模型在流域生态安全评价中的应用.四川林業科技, 5, 1-5.
彭泓文. (2014). 結合混合式學習的自構式旋轉相似度演算法用於分類與回歸問題. 國立中山大學電機工程學系研究所碩士論文, 1-64. 取自https://hdl.handle.net/11296/46q82p
黃建霖, 徐年盛, & 魏志強. (2012). 智慧型都市排水抽水站即時操作系統之研發. 農業工程學報, 58(3), 64-79.
黃瑞傑. (1983). 布袋灣附著性無脊椎動物之附著研究. 國立中山大學海洋生物研究所碩士論文, 1-56. 取自https://hdl.handle.net/11296/hb8sbt
劉育昌. (2006). 類神經網路快速學習之研究探討. 義守大學電機工程研究所碩士論文, 1-66. 取自https://hdl.handle.net/11296/x8778b
蔡天澤. (2017). 建築物結構及耐震補強對策研究案例探討. 朝陽科技大學營建工程系碩士論文, 1-75. 取自https://hdl.handle.net/11296/w5v42g
賴瑞應, 邱永芳, & 簡臣佑. (2017). 港灣構造物維護管理制度介紹. 港灣季刊(107), 30-68.
薛焕, 金祖权, & 王晓杰. (2015). 混凝土在海洋暴露过程中的氯离子渗透研究. 海洋工程, 33(5), 60.
蘇木春, & 張孝德. (2004). 機器學習: 類神經網路, 模糊系統以及基因演算法則. 全華科技圖書股份有限公司.
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2025-07-01起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2025-07-01起公開。


  • 如您有疑問,請聯絡圖書館
    聯絡電話:(06)2757575#65773
    聯絡E-mail:etds@email.ncku.edu.tw