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系統識別號 U0026-3008201522582700
論文名稱(中文) 建立低成本高時空解析度遙測水質平台
論文名稱(英文) Towards a low-cost and high-spatiotemporal resolution platform of remote sensing of water quality
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 地球科學系
系所名稱(英) Department of Earth Sciences
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生(中文) 連聖凱
研究生(英文) Sheng-Kai Lien
學號 l46021183
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 63頁
口試委員 指導教授-劉正千
口試委員-羅衛
口試委員-陳炳志
中文關鍵字 遙測  水質  葉綠素 
英文關鍵字 remote sensing  water quality  chlorophyll 
學科別分類
中文摘要 臺灣雖然屬於高年降雨量的島嶼,但因為山高平原短的特性使然,雨水不易保留,所以水庫成了台灣主要民生及工業的重要用水來源,所以監測水庫水質參數以利維持水庫運作就顯得特別重要。但是現有的監測方式,如傳統方法的架設水質測站,雖然已經有高時間解析度的自動水質測站,但是在空間分布上仍明顯不足以反應快速變化的水質;以及遙測方法的水色衛星,對於時間及空間解析度上均顯不足,而利用飛機遙測的成本太高,不適合長期使用。
為了克服現有平台對於水庫水質即時監測需求的不足,本研究以一般消費型數位相機為基礎,藉由加裝特殊光學濾鏡,並在取像範圍中舖設已知反射率之標準色板,建置一套低成本、高時空解析度之遙測水質平台,可從水庫集水區合適之制高點位置,持續穩定地拍攝水庫重點區域之多頻譜彩色(紅、綠、藍)影像。並利用本研究所發展的程式進行一系列的校正及處理,分別為;1.各波段影像重新合成。2.修正影像邊緣因為光線衰退所造成的失真。3.修正不同波段影像間的偏移。4.修正因為環境光源改變而造成輻射值比例的改變。5.修正因為大氣成分改變而造成對光線不同程度的干擾。
本研究以石門水庫大壩附近,裝設了自動水質檢測儀的測站為實驗區域。分別於104 年5 月27 日到5 月29 日,使用所建置之遙測平台,以對應自動水質測站的時間間隔拍攝自動水質測站附近的影像。再以本研究所提出之一系列影像處理方式,將這些時間序列的影像完成輻射校正處理,最後與自動水質測站同步記錄的葉綠素a濃度進行迴歸分析,建立水庫水質反算關係式,平均相對誤差為13.24%。
英文摘要 SUMMERY

In order to overcome the lack of existing platforms for real-time monitoring of water quality needs, this study uses consumer digital cameras to been based, with the installation of special optical filters and laying targets of color plank which are known reflectance in the image-taking range. Construction set a low-cost, high temporal and spatial resolution of the remote sensing of water quality platform, which can be installed on the commanding heights appropriate for reservoir catchment area, steady shooting color (red, green, blue) images which contain key areas in the reservoir. And use a series of correction and processing program which developmented in the study. In this study, near the Shihmen Reservoir dam, installation of automatic water quality sensor of the station for the experimental area. Respectively in 2015 years May 27 to May 29, using the build of remote sensing platform to correspond to the time interval with automatic water quality stations shoot images which’s range contains area near the automatic water quality stations. Then deal with a series of image processing mode of this study. Then these time-series images radiometric correction process is completed, the final water quality parameters and automatic water quality stations were simultaneously recorded regression analysis, reservoir water quality inverse relationship between the average relative error 13.24%.
論文目次 摘要 i
Abstract ii
誌謝 v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xii
第 1 章 序論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 2
1.3 論文架構 4
第 2 章 文獻回顧 6
2.1 海洋水色遙測 6
2.2 數位相機運用在水質估算 8
2.3 暈影現象 11
2.4 歸一化輻射校正 14
第 3 章 研究方法 17
3.1 研究區域 17
3.1.1 石門水庫 17
3.1.2 拍攝區域 18
3.1.3 數據收集 20
3.2 多頻譜成像儀 21
3.2.1 平台源起 21
3.2.2 平台結構 22
3.3 影像拍攝流程 29
3.3.1 相機拍攝設定 30
3.4 影像處理流程 30
3.4.1 影像格式轉換 30
3.4.2 建立暈影校正參考影像 30
3.4.3 影像重組 31
3.4.4 暈影校正 32
3.4.5 錯位修正 33
3.4.6 環境光場校正 33
3.4.7 大氣校正 36
3.4.8 迴歸分析 41
第 4 章 研究結果 42
4.1 暈影校正 43
4.2 錯位修正 46
4.3 光場校正 47
4.4 大氣校正 51
4.5 迴歸分析 56
第 5 章 結論與建議 58
5.1 影像品質 58
5.2 校正 59
5.3 建議 60
參考文獻 61
附錄一 水質感測器規格 63
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