第四章 結論與建議
4.2 建議
。其中，Y 為計算水位，U1為鏡頭成像與光軸間之距離。
4. 解析度 640×480 靜水位試驗之平均誤差範圍量 0.316±0.04cm；動 水位平均誤差範圍量 0.507±0.04cm。解析度 1280×960 靜水位試驗之 平 均 誤 差 範 圍 量 0.187±0.0263cm ； 動 水 位 平 均 誤 差 範 圍 量 0.275±0.039cm。因此，提高擷取影像之解析度，能有效降低計算之 誤差範圍及提升精確度。
4.2 建議
1. 本研究最大誤差及設備費用來自於壓克力製外殼，本研究選用壓 克力外殼主要為了遮蔽外在光源干擾其計算結果，卻導致內外水高度 不同及提高製作成本。因此，建議製作一固定鐵架將鏡頭固定於測試 區域，外殼可使用大型水管等遮光良好材質掩蔽，以達到節省成本及 降低干擾內部水體流動之情形。
2. 程式開發部分建議全使用 Java 語法寫成，本次試驗擷取及計算之 影像圖片僅為 20Kb，因此，現地僅需使用影像擷取與回傳設備，將 擷取之圖片傳送回雲端主電腦即可立即進行水位計算即發佈警訊。
3. 本次試驗使用三個 LED 燈光源，係為了增加 U1之準確度，但相 對其計算量，較兩個光源計算時間為長，未來建議進行最佳光源個數
41
與精確度之關係，以提升精確度及降低計算時間。
4. 提升解析度為可行之精確度提升方式，但其計算時間相對也會因 此增加，未來應建立最佳解析度與計算時間之關係，以達到即時記錄 及發佈警戒等功能。
5. 浮板傾斜與擾動為影響本試驗及未來研究之重要問題，若能將浮 板設計加以改良，如：使用上升軌道或改變形狀等方式；及使用程式 自動較正浮板傾斜與擾動之問題，如：連接正三角形光源形心計算其 面積變化、探討各邊長之變形與角度變化，將可有效提升其精確度，
以利於未來之儀器開發。
6. 未來建議將改良設計後之水位儀器，進行現地水位測試，以瞭解 及改進資料傳輸、量測誤差、耐用性等實務問題。
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類型 型式 構造及說明
非自記水位計 Non-Recording Gage
直接讀記水標尺 Direct reading gage
標竿水尺
Staff gage 刻度通常為琺瑯質銅板，可分段用螺絲釘於垂直之木樁或壁岩上。
斜標水尺 Incline staff gage
其適用於傾斜岸坡之處，用水準測量就地刻劃分度，藉此刻度所示者極 Electric tape gage
鋼尺繞於軸上，軸上附裝計數器，利用電池操縱鋼尺上下，讀取水位高 度。
懸重水尺 Wire weight gage
其為金屬繩或小索繞於轉筒上，轉筒上有刻度或計數器，用於測量金屬
47 Ultrasonic type gage
利用至於井口或水下之超音波轉換器(探頭)定時發出音波，
由音波接觸水面反射的時間推算水位深度。
造價昂貴，溫度變化是主要的誤差來 源。
電容式自記水位計 Capacitance type gage
實驗室使用之水位計，利用電極點與水位接觸發生靜電容量 之原理，電容大小隨水位變化而找出二只間之固定關係。
造價不斐，因為實驗室專用，因此量 測範圍以及限制較多。
電極觸針式自記水位計 Electrode needle type
gage Bubble type gage
將氣體導送至水中之細管，由於細管中的氣泡不斷放
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51
52
53
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註：平均絕對 U1 偏差量 0.00028Pixels 約 0.0106cm
55
註：平均絕對 U1 偏差量 0.000284Pixels 約 0.0107cm 表 3- 4 靜水位試驗 1280x960，U1 誤差表
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58
設備名稱 PR-36XW、WLS-2109e W761
量測方式 壓力式 電子浮筒式
規格說明
1. 量測範圍：30psi(21.1m)。 1. 量測範圍：0 至 50m(含)以上。
2. 量測精度：≦±0.1%FS(全尺寸)。
3. 總誤差≦3 公分
2. 量測精度：≦±1cm。
4. 電纜線：40m。 3. 浮筒纜線：地下水位深度加 20 公尺。
5. 電纜線需內建壓力平衡管 4. 浮筒∮≦4”。
6. 感測器溫度補償範圍：0 至 40℃。 5. 重錘∮≦2”。
7. 電源：8 至 28VDC。 6. 工作溫度範圍：0 至 40℃，相對濕度小於 85%。
8. 輸出：具有類比 4 至 20mA 及數位 RS485 輸出 7. 電源：資料及記憶器電源供應獨立之直流電。
9. 過壓力可達觀測壓力 2 倍 8. 滑輪：安裝應調為垂直水位面。
10. 感測器直徑＜23mm。
12.感測器元件聚抗腐蝕保護。
13.纜線可防水質汙染及抗腐蝕，可適用於海水。
表 3- 7 水位計規格說明(經濟部水利署 2005)
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設備名稱
三角光學式 測距水位計 解析度 1280X960
WLS-2109e (壓力式)
Keller PR-36XW (壓力式)
W761 (電子浮筒式)
平均絕對誤差量 1.5% 1.92% 0.32% 2.01%
最大絕對誤差量 3.7% 8.09% 0.76% 15.68%
最大誤差量(cm) 0.51 73.9 5.2 78.4
平均誤差量(cm) 0.28 22.9 3.36 25.74
全尺寸誤差(FS) 0.92% 1.09% 0.16% 0.51%
最大全尺寸誤差 (FS)
1.70% 3.50% 0.25% 1.57%
表 3- 8 試驗儀器與市售水位計之誤差比較(經濟部水利署 2005)
60
圖 1- 2 電極觸針自記式水位計 圖 1- 1 觸針式水位測深尺
圖 1- 3 電子浮筒式水位計 位計
圖 1- 4 機械式浮筒水電子浮筒式水位計
61
圖 1- 5 壓力式水位計(探頭) 圖 1- 6 超音波式水位計(探頭)
圖 1- 7 雷射式水位計 圖 1- 8 雷達式水位計(探頭)
62
圖 1- 9 聚焦成像原理 (Pereira and Gharib， 2002)
圖 1- 10 非聚焦原理(Pereira and Gharib，2002)
圖 1- 11 非距焦參數示意圖(修改及參考 Pereira and Gharib，2002)
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圖 1- 12 等腰三角形光罩非聚焦系統(Pereira et al.，2000)
圖 1- 13 三角測距示意圖
64
圖 1- 14 光源亮度呈現高斯分佈
65
圖 2- 1 系統運作簡介
圖 2- 2 試驗儀器配置圖
66
圖 2- 3 影像擷取程式介面圖
圖 2- 4 原始成像(壁面反光等干擾)
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圖 2- 5 亮度值轉換原始圖
圖 2- 6 亮度值轉換濾光門檻處理後圖
68
圖 2- 7 亮度值轉換原始圖(立體表示)
圖 2- 8 亮度值轉換濾光門檻處理後圖(立體表示)
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圖 2- 9 已知像點距離之計算結果
0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 0.001
1 2 3 4 5 6 7 8 9
誤差量(Pixles)
計算組數
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圖 2- 10 水深為 0cm 解析度 1280X960 之擷取影像
圖 2- 11 水深為 45.5cm 解析度 1280X960 之擷取影像
(554.37,536.65)
(500.04,442.91) (612.56,440.72)
(557.38,598.51)
(523.27,366.44) (701.54,364.68)
71
72
圖 2- 13 可傾式水槽及相關配置圖
73
圖 2- 14 靜水位試驗架設圖
圖 2- 15 蜂巢結構整流裝置
74
圖 2- 16 可傾式水槽流量率定曲線
圖 2- 17 可傾式水槽尾水板
Q = 0.0003x - 0.0012 R² = 0.98
0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
流量(cms)
馬達頻率(Hz)
75
圖 2- 18 水槽試驗架設圖
76
圖 3- 1 靜水位解析度 640X480 試驗圖
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
實際水位(cm)
U1(Pixels)
640X480
實際量測(水尺) 儀器量測水位 計算公式 Y =75.6-(73.239/U1)
77
圖 3- 2 靜水位解析度 1280X960 試驗圖
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 165
實際水位(cm)
U1(Pixels)
1280X960
實際量測(水尺) 儀器量測水位 計算公式 Y=75.6-(127.81/U1)
78
圖 3- 3 動態靜水位解析度 640X480 試驗圖
0 5 10 15 20 25 30 35
37.5 42.5 47.5 52.5 57.5 62.5
實際水位(cm)
U1(Pixels)
640X480
實際量測(游標尺) 儀器量測水位 計算公式 Y =75.6-(73.239/U1)
79
圖 3- 4 動態靜水位解析度 640X480 試驗圖
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 27.5 30 32.5
65 70 75 80 85 90 95 100 105 110
實際水位(cm)
U1(Pixels)
1280X960
實際量測(游標尺) 儀器量測水位 計算公式 Y=75.6-(127.81/U1)