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機械工程系
學生專題報告
水門智慧化
學生： 4060H229王嘉宏 4060H223黃振豪 4060H210莊竣宇 4060H213林家維 4060H168王毓謙 指導教授： 陳恕行 老師水門智慧化
王嘉宏 黃振豪 莊竣宇 林家維 王毓謙崑山科技大學
機械工程系
摘要
本專題使用EXAEL進行數據分析，將得出的數據反復運 算，製成一個簡單的機械學習，讓這技術運用在水產養 殖，以此目標作為主旨。目錄
頁數 摘要...A 目錄...B 一．前言...1 1-1 研究動機...1 1-2 研究目的...1 二．方法...2 2-1 如何3D協助捲繩式水門...2 2-1-1 水閘門介紹...2 2-1-2 3D捲繩式水門初步設計...4 2-2 人工智慧預測沿岸鹽度...5 2-2-1 機械學習初探...5 三．結果...11 3-1 如何3D協助捲繩式水門操作...11 3-1-1 操作時的問題及改善....
11 3-1-2 操作體驗...12 3-2 人工智慧預測沿岸鹽度...13 四．結論...14 參考文獻...15一．前言
1-1 研究動機
近期因為氣候影響，臺灣各地均有陣雨或雷 雨，特別在西半部地區有局部豪雨等級以上的狀 況。水門應用在養殖業上對於不同物種需求會有 淡、海水養殖環境之分，養殖池的深度也有所不 同，瞬時強降雨可能造成的影響，包括水體鹽度變 化過快造成養殖物反應不良、池內病原菌因水質和 氣溫變化讓養殖物生病，水門對於控制水位高度， 在下豪大雨時適時地排除過多的雨水，來維持養殖 池內的鹽度，水門是一個非常關鍵的存在。1-2 研究目的
本專題分成兩部分 1. 如何以3D列印協助捲繩式水門的操作 2. 人工智慧預測沿海鹽度二．方法
2-1 如何3D協助捲繩式水門
2-1-1 水閘門介紹 捲繩式 優點: 水泥構成無機械結構，成本 較低。擋板可從上取出，以 利各項作業, 如冬天時可取 出幾塊擋板，以便將魚移入 溝中。 缺點: 操作人員需訓練，若水位高 低差大，磨擦會跟著增加。 圖(一)螺桿式: 成本高, 常用溝渠 優點: 螺桿和螺母有自鎖作用,閘 門能夠停留在任何位置而不 自行滑落，所以比較安全。 缺點: 螺桿式啟閉機易因設計不 周、安裝不準確或操作不當 而將螺桿壓彎，影響閘門的 啟閉，因機座及啟閉台大梁 錨固不牢，在閉門力過大 時，容易將機體本身甚至將 啟閉台大梁整個抬起。 圖(二)
2-1-2 3D捲繩式水門初步設計
2-2 人工智慧預測沿岸鹽度
2-2-1 機械學習初探 使用EXCEL 進行最小平方法 利用預估的數值來做數學運算求得參考的數 據，並使得求得的數據與期望值之間誤差越來越 小。 最小平方法是機械學習最常用的一種方法， 用這方法來學機械學習的觀念，但是我們的數據 有太多複雜的函數，無法適用這方法去運算，還 需要去改良。 a_0 record=參考數值1 a_1 record=參考數值2 a_2 record=參考數值3 J record=參考誤差值 alpha =學習速度a_0 record、a_1 record、a_2 record分別能代表 雨量、潮汐、河流流量等……數據。
將a_1 record、a_0 record、a_2 record假 設參考數值輸入到下圖紅框位置，假設學習速度 沒變，出現J值的誤差會跟橘框J record一樣，之 後綠框位置會出現新的一組數值，再把新的數值 再貼在紅框處進行反覆學習。若反覆學習，J的誤 差值則會趨近於0，透過改變學習速度能讓誤差值 更快將數值變得更精確。 由於鹽度預測極為複雜, 其中有很多非線性 關係，很難用最小平方法來進行學習，所以將用 較少的資料來建立模型。 圖(六)
雨量對鹽度影響
豪雨後幾天河流對沿海的鹽度持續影響，2019 七、八兩個月在台南地區下了超過1300毫米的雨， 文蛤池水深為450~540毫米。
潮汐對鹽度影響
月球及太陽的角度造成每14.5天的周期,對於鹽 度有很大影響
圖(九)農曆初八、二十三號，當太陽、月亮與地球呈現90度潮差較小。 初一、十五，太陽、月亮與地球呈一直線造引力呈集中潮差較大。
河流流量對鹽度影響
豪雨後幾天河流對沿海的鹽度持續影響
閉殼存活時間 池溫鹽度及溫度 由於每年颱風或熱帶低氣壓經常帶來豪雨，池 子水位變高，水池鹽度急遽下降，文蛤是利用閉 殼方式躲避惡劣環境。因為池子水位過高導致底 部照不到陽光沒有充足的氧氣，只能進行無氧代 謝獲得能量。 文蛤對於低鹽度的忍受力也與健康情形有關,有 時超過十天, 這期間利用已儲存能量生存。文蛤 對環境變化的調解能力較差，但忍受無氧時間其 限度，在15、20、26、31、34°C的無氧環境下， 半致死時間分別為15.7、8.2、3.8、2.8、2.5天 顯示當水溫越高時，可忍受無氧時間就越短，存 活率越低。
三．結果
3-1 如何3D協助捲繩式水門操作
3-1-1 操作時的問題及改善 初步操作此裝置時，發現的第 一個問題是圓 桿在捲動繩子時因支桿重量過輕而導致支桿掉下 來，所以另外多加設計一項用來固定支桿的卡榫 ，實際上用在魚塭那邊裝置的圓桿材質是採用鐵 製的，因為重量足夠而不需要固定圓桿的裝置。 而第二個問題是圓桿過粗，以至於捲繩時兩邊繩 子長短不一，使水閘門傾向一邊而導致無法作動 ，這方面我們把圓桿及支桿直徑縮小來解決。3-1-2 操作體驗 將第一塊(底部)閘門兩端事先綁好繩子，透過 裝置的高度保留繩子的長度，再把事先綁好繩子 的閘門放置在底座內槽中，而另外兩塊閘門放置 第一塊閘門上方，再將閘門後方內槽放置過濾網 ，最後圓桿繞著以綁好的繩子幾圈放置在底座上 方凹槽處，再以圓桿固定蓋固定，組裝就完成了 。找根細桿穿過繩子之間，繩子會呈現一前一後 的狀態，再將前面繩子纏繞細桿一圈，再來把細 桿及繩子繞著支桿一圈，利用槓桿原理讓細桿拉 動繩子的把閘門往上提。
