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系統識別號 U0026-1801201712022100
論文名稱(中文) 應用GIS空間分析估算X-band雷達回波影像內的浮筏式蚵架數量
論文名稱(英文) GIS Spatial Analysis of X-band Radar Echo Images on the Reckoning of Offshore Floating Oyster Rafts
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 海洋科技與事務研究所
系所名稱(英) Institute of Ocean Technology and Marine Affairs
學年度 105
學期 1
出版年 105
研究生(中文) 張維音
研究生(英文) Wei-Yin Chang
學號 NA6021024
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 154頁
口試委員 指導教授-莊士賢
召集委員-吳立中
口試委員-張懿
中文關鍵字 空間分析  非監督式分類  ISODATA  蚵架  X-band雷達 
英文關鍵字 spatial analysis  unsupervised classification  ISODATA  oyster raft  X-band radar 
學科別分類
中文摘要 本研究的主要目的是利用X-band雷達獲取近海牡蠣養殖區域的海面回波影像,再經由ArcGIS的影像分類及空間分析工具,估算蚵架數量。雷達回波影像之處理與分析是以蚵架回波強弱度做為辨識依據,先以非監督式分類中的ISODATA分析獲得影像內的分類群集,再以腳本編成建立屬於計算X-band雷達回波內蚵架數目的句法模型,然後進行空間分析運算得到統計量,最後與無人載具飛行器的航空照之實際數量進行比對與誤差分析。

蚵架的雷達回波強度會因蚵架與雷達架設地點之距離不同而顯現差異,距離近的回波影像較強、辨識率較佳;較遠的則回波較弱、辨識率較差。為了降低距離效應對影像聚類分析造成影響,所以將研究總區域依距離遠近切分成獨立的五個辨識區,越靠近雷達觀測架設點所得到的蚵架影像辨識成效及數量統計會越接近空照圖內的蚵架實際分布狀況。距離最近一區(225公尺範圍內)的蚵架數估算吻合度達94%;超過1000公尺外的蚵架則會因回波能量太弱,使得本研究建立的影像辨識技術所估測的蚵架數量只有空拍照所顯示數量的6成以上。

以X-band雷達進行淺海蚵架的數量監測之優勢是能進行即時且連續地觀測,即使在天候不佳狀況下,也能提供遠端監控服務,因此能長期、持續地自動監測近海的蚵架布放狀況,以有效地管理近海牡蠣養殖,並能更精確地掌握產量與產值及評估災後的經濟損失,也能夠據以評估該產業對環境造成的影響,或天然災害後做為補償金發放之依據。
英文摘要 The main purpose of this study is to estimate offshore floating oyster raft numbers by analyzing the sea surface images that are acquired with nautical X-band radar. The softwares provided by ArcGIS were applied to identifying radar echoes of oyster rafts with an image classification tool, and then to estimating amount of oyster rafts with a spatical analysis tool. Finally, statistics were compared against and used for error analysis for the information derived from the aerial photographs, which were obtained by an unmanned aerial vehicle.

The strength of the radar echo that bounces back from oyster rafts fluctuated when the distance between the oyster rafts and the radar station changed. The shorter the distance, the stronger the echo and the better recognizability became; the further the distance, the weaker the echo and the worse recognizability became. In order to reduce the effect of distance on image clustering analysis, we divided the total area into five independent identification zones based on the distances between the oyster rafts and the radar station. The images of the oyster rafts closest to the radar station were recognized more efficiently, and the estimated number and distribution of these oyster rafts then became closer to how they were shown on the aerial photograph. The estimated number of oyster rafts located in the nearest area (within 225 meters), was 94 percent matched with the number shown in the aerial photograph. The estimated number of 1000-meter-away oyster rafts only reached more than 60 percent of the number shown on the aerial photograph because the radar echoes became too weak from there.

The advantage of using X-band radars for the quantitative monitoring of oyster rafts located in the shallow sea area is that real-time and uninterrupted monitoring can be conducted despite bad weather.Therefore, the placement of oyster rafts can be automatically monitered in a long-term and continuous manner in order to efficiently manage offshore oyster farming. This study has potential expected results on providing more precise estimation of oyster yield, assessment of economic loss after disasters, and evaluation of the impact of the oyster farming on the marintime environment, as well as serving as a basis for the aid payments issued after natural disasters.
論文目次 摘 要 i
Abstract ii
誌 謝 x
目 錄 xii
表目錄 xv
圖目錄 xvii

第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 研究對象與範圍 2
1.4 研究架構與流程 3
1.5 論文組織 5

第二章 文獻回顧 7
2.1 牡蠣養殖之發展與管理 7
2.1.1 牡蠣的生態習性與養殖概況 7
2.1.2 牡蠣養殖方式 8
2.1.3 牡蠣養殖之監控與管理 9
2.2 影像分類技術 13
2.2.1 監督式分類 14
2.2.2 非監督式分類 14
2.2.3 影像分類的相關研究 16
2.2.4 分類法的選擇 22

第三章 研究工具、材料、與方法 23
3.1 研究工具 24
3.1.1 X-band雷達 24
3.1.2 無人飛行載具 26
3.1.3 GIS空間分析處理工具 29
3.2 資料來源 31
3.2.1 雷達回波影像 31
3.2.2 空照圖 33
3.3 研究方法 36
3.3.1 影像分類前的預先處理 38
3.3.2 影像分類與辨識 40
3.3.3 空間分析之蚵架篩選與計數 48
3.3.4 蚵架數計算流程與句法說明 51
3.3.5 雷達影像估算蚵架數之合計與確認 61

第四章 研究結果 63
4.1 雷達回波之預先處理 63
4.1.1 雷達回波影像分類辨識 65
4.1.2 提取各分層與向量化濾波 71
4.2 第一分區蚵架數估算 91
4.3 第二分區蚵架數估算 102
4.4 第三分區蚵架數估算 111
4.5 第四分區蚵架數估算 119
4.6 第五分區蚵架數估算 128
4.7 各分區蚵架數量驗證與綜合結果 137

第五章 結論與建議 147
5.1 結論 147
5.2 建議 148

參考文獻 149
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