第 2 章 研究方法和資料收集
本研究所勘測的區域主要位於金山外海，區域範圍約為離岸 10 公里範圍的 大陸棚水域(圖 2-1)，水深範圍約從 0~120 公尺，測區沿岸長約 5.6 公里，離岸寬 約 3.2 公里。本研究施測時間為 2013 年七月中旬，主要使用的探測儀器為多音 束測深系統及反射震測系統，以地形地貌資料以及震波測勘資料的收集及比對，
找尋金山斷層出海延伸的型態，並利用近岸處，以燭台嶼為中心 1.5 海浬範圍內 的海域側掃聲納資料做一個佐證。
在此特別說明，本次研究因全球測繪公司的人員的大力協助，才能順利圓滿 地完成，感謝他們在這篇論文中所貢獻的一切。
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圖 2-1 本次研究所探測的區域圖，綠色梯形為這次研究所探測的範圍
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2-1 多音束測深系統及資料處理
本研究中為了提高海床中地形變化的辨識能力，使用具有高解析度的多音束 測深系統(Multi-Beam Echo Sounder System，簡稱 MBES)，來收集本研究區域內 的地形資料，以期獲得較完整的地形特徵資訊。
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定位儀器：使用全球衛星定位系統(Global Position System，GPS)，為美國國 防部發展出來，利用 GPS 衛星提供導航、測量及物體追蹤準確的瞬間座標位置。
本研究使用美國 THALE 公司所生產的 Z-Max 型 L1/L2 雙頻 GPS(圖 2-3)作為船 上即時動態衛星接收儀。
姿態記錄儀器：船在海面上航行時會因海上風浪的影響造成船隻不規則地擺 動，所以必須安裝船體運動感應器(Motion Sensor)及電羅經(Gyo-Compass)(圖 2-4)，
以提供船隻在航行時的運動狀態資料，如船體點頭(pitch)、左右舷旋轉(roll)、船
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頭擺向(yaw)及船體隨海浪上下的起伏(heave)，匯整到系統整合單元內，來修正 水深資料的誤差。
聲速測量儀器:聲波在海洋中傳遞，會因深度及海水性質的不同，而使得聲 速值產生變化，導致測量數值產生誤差，因此本研究利用 Lockheed Martin Sippican 公司所生產的 XBT 探測器，來紀錄海水各水層的聲速，以利修正因聲 速變化所產生的水深值誤差。
資料整合單元：將上述單元所得到的資料，整合輸入到電腦裡面，利用 HYPACK 公司所生產的 Hysweep 軟體，經過彙整計算後，即可得到研究區域內 的地形構造資料。
圖 2-3 Z-Max 型 L1/L2 雙頻 GPS 動態衛星接收儀(摘自 Coastal Instrument & Supply Co. 網站)
圖 2-4 電羅經(左)及船體運動感應器(右)
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圖 2-5 XBT 儀器示意圖。上圖為 XBT 發射筒，下圖為 XBT 接收器。將 XBT 的探針頭投入海中時，
可即時算出海水聲速。
2-1-2 施測流程
在海上探勘作業開始時，首要先在船上架設多音束測深系統的音鼓、主機、
船姿態紀錄器、電羅經及定位儀器，音鼓主要設置於船舷，定位天線架設於船頂，
船姿態紀錄器、電羅經及多音束測深系統主機固定於船內，接下來以船重心為原 點(0,0,0)設定座標系，紀錄音鼓、GPS 及各項儀器的相對位置，以便在資料蒐集 過後，能夠進一步的修正誤差。儀器裝置調整完畢後，會先在港內進行初步測試，
監看資料品質及狀況，若發生異常狀況可即時調整。在出海探勘時，同時也會進 行疊合測試(patch test)，找出儀器裝置時的些許誤差量，幫助資料蒐集後的誤差 修正。疊合測試的內容主要包括下列幾項目：
縱搖角偏差量修正(pitch offset)：找一有坡度的地形來回航行同一測線上。
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橫搖角偏差量修正(roll offset)：找一平坦的地形來回航行同一測線上。
航偏角偏差量修正(yaw offset)：找一平坦且有目標物的地形，來回航行其 上。
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層資料，兩種震源依照海域性質的不同都有人在使用，但由於本研究位於淺水區，
為了得到較高解析度的震測圖，於是我們使用較高頻的震源作業。
2-2-1 儀器介紹
本次所使用的儀器為 Applied Acoustics 公司所生產的 aa301 boomer，其作動 原理是利用電磁推動金屬板產生震動，頻率範圍約 100-4kHz，穿透力在 25-50m，
解析能力在 0.5~1m 之間，接收器是由 12 個 hydrophone 所串連起來，目的是為 了接收二維的震測頗面，並使用 CodaOctopus 公司所生產的 Octopus 360+資料蒐 集紀錄器來接收並儲存，而衛星定位及船姿態紀錄器及電羅經與多音束測深系統 使用同一套儀器，在本章節就不多做贅述。
圖 2-7 Applied Acoustics 公司所生產的 aa301 boomer(摘自 Applied Acoustics)
17 研發的 SB-Interpreter，處理流程如下(圖 2-9)：
編輯 SGY 檔：海上作業時，常會因環境因素或是人為因素的影響，造成船
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有過多的雜訊殘留；若選定的波段太小，則可能把原本的訊號濾掉，因此需要不 停地作測試，挑選到最適合的波段。
增益(gain) ：震波發出時，能量會因傳播距離的增加而減少，使得我們所接 收到的能量減弱，因此必須將減少的能量補回，才能得到較清晰的深部影像。一 般所使用的方法除了自動增益控制(automatic gain control，AGC)和時域變化增益 (Time varying gain，TVG)外，我們還可以利用平整增益(flat gain)，讓觀察者選定 更細微的的部分作為整體的加強或減弱。
濾波(filter) 增益(gain)
震測剖面圖
圖 2-9 反射震測資料處理流程
2-3 側掃聲納系統與資料處理
側掃聲納系統(Side-scan Sonar System)是一種高頻率高解析度的主動式聲納 搜尋系統。最早發展於五零年代末期，主要用於搜索水雷與潛艇探測等軍事目的。
直到六零年代初期以後，才慢慢應用在民生用途，如尋找沈船等。側掃聲納的施 測方法為在測量船的後方拖行拖魚，利用其左右舷的線形音鼓陣列發射扇形波，
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探測儀器：本研究所使用的側掃聲納為美國 EdgeTech 公司所生產的 4200 型 拖 魚 ( 圖 2-10) ， 可 使 用 三 種 頻 率 在 不 同 的 深 度 做 探 測 ， 100khz/500m 、 300khz/230m、400khz/150m、600khz/120m、900khz/75m，解析度隨頻率增加而 增高，視探測區域水深而定。
定位儀器：與前面多音束系統的定位儀器相同。
控制儀器：用同為 EdgeTech 公司所生產的 Analogue Control Interface(ACI) 做拖魚及電腦間的硬體介面，將電腦數位訊號轉換成控制訊號來控制拖魚並接收 由拖魚傳回來的類比資料。
圖 2-10 美國 EdgeTech 4200 型拖魚(摘自 EdgeTech 網站)
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2-3-2 施測流程
除了先前所敘述的定位儀器及船姿態儀器的裝置外，側掃聲納的拖魚在接上 電纜時，還需綁上繩索才能施放，以防在施測過程中電纜承受的拉力太大而因此 斷裂。在施測時，還要隨時注意水中的拖魚與海床的距離，側掃聲納的資料品質 跟海床與拖魚的垂直距離(altitude)及斜距(slant range)比值有關，最理想的比值為 8%~25%之間，此時所得到的資料品質為最好。
2-3-3資料處理流程
資料處理是利用 OceanStar System 公司研發的 Seasone Hunter 和 Mapper。處 理步驟如下：
時域變化增益修正(TVG)：把音傳播距離而減弱的能量補償回來，以利我們 做辨識。
海床位置鎖定：因為音鼓到海床之間有一段水層，在影像中是空白的部分，
用數化的方式將它去除之後影像會結合的較密。
斜距修正(slant range correction)：斜距修正基本上是以”海床為平面的狀態為 前提”，利用拖魚高度，水中聲速及斜距換算拖魚到目標物的水平距離。經過斜 距修正才可以得到正確的座標位置。(圖 2-11)
併圖：利用 Mapper 軟體經側線依座標合併，成為一個區域的側掃聲納影像。
對於底質的分布及目標物的位置都能更具體的了解。
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圖 2-11 側掃聲納影像和地形之關係圖。最上層為海床地形，中間層是依時間序列排序所接收到 的訊號，最下層是斜距修正後的訊號。(摘自劉佩琨，2007)
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