5-1 結論
本文參考德國學者 A. Pleskachevsky 等(2011),將快速傅立葉轉換運用 於光學衛星影像來獲得波浪資料及海底地形資料。因衛星影像對比度不高,
本文運用直方圖均化法來提高影像對比度,並使用 Butter Worth 高通濾波器 將波浪反射或交疊所產生的細紋濾除,最後為了能夠推算近岸波長,使用 常態化水指數標準差(NDWI)找出陸域範圍並將其取為海域影像資料的平均 值。
首先決定起始中心點與方框大小後對此部分進行二維快速傅立葉轉換,
起始方框經二維快速傅立葉轉換後計算出波長及波浪入射角,將方框沿入 射角往 x 方向及 y 方向移動 1/4 倍的波長後做為第二個起始點,並依上述方 法推算至近岸,每一次推算出的入射角與前一次所推算的入射角相差不能 大於 5◦,若大於 5◦則進行角度修正。
方框接觸到陸地後將其縮減並繼續推算,若方框中陸地面積占總面積 的 1/3 時則停止計算,並移動至第二個波向推算系統。由以上所述方式即可 推算出一範圍的波向線。
在龜山島繞射區部份,因地形較為曲折,故波浪在繞射區入射角度偏 折大,而本文方法在修正角度時會將其修正掉,以至於無法判斷出繞射區 的部份,故本文並無說明繞射部份。
本文將每個方框所計算出的波長進行內插後可繪出波長等值線圖,假 設水深為平緩變化,根據波浪理論中相對水深與相對波長的對應關係,波 長會隨水深變淺而變小,並藉由波浪折射理論將波長做修正。本文再以修 正後的波長,根據波浪理論中的分散關係式及中央氣象局海洋浮標實測的 週期資料來估算水深。
本文選取 9 個水深剖面進行精確度評估,但本方法近岸水深僅能推算
至水深-4m 處,故僅列出水深-4m 以下的部份來探討。
由原始波長所推算的水深值大部分皆低於實測水深,而經折射理論修 正後推算的水深皆高於實測水深;於是本文將其取平均值做為新的估算水 深,而估算結果 9 個剖面 RMSE 的平均值為 0.49m,其中剖面 4 至 6 的 RMSE 值較高,觀察後發現此區波紋線較凌亂造成波長判斷誤差,故若使此方法 時,影像解析度為優先考量的重點。
由水深剖面中可看出,於-4m 至-10m 之間的估算水深較實測水深高,
而-10m 至-12m 之間較為吻合,-12m 以下的情況則略低於實測水深,顯示 本方法估算水深精確度的可靠性佳。
5-2 建議
本文透過遙測技術及快速傅立葉運用於影像的技術,進而由影像 中的特性來推算波向及水深資料,期望能在海岸工程事前規劃上提供 所需的資料。由於涉及的範圍廣泛,針對目前研究的成果提出可改進 及修正的部份,以利後續研究方向,簡述如下。
1. 在影像前置處理部份,若能使用郭(2013)所使用的形態學技巧先擷取主 要波紋,並將波紋連線成完整的波峰線,並重疊到原影像圖上,在做快 速傅立葉轉換時更能精確的推算出波長及入射角。
2. 因快速傅立葉轉換主要是由頻譜圖中分析影像的特性,故若能取得更高 解析度的影像則可提高水深辨識的精確度。
3.
可選用同一區域不同時間之多張衛星影像圖去推估水深,並由一合理的 統計方法決定出此區域合理之水深。參考文獻
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