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2-1 既有系統之設備與作業概況 2-2 測量儀器及作業概況 2-3 高屏溪水位站之觀測成果 3-1 遠域自動化流量監測系統設置 3-2 資訊系統建立、站網架設，資料庫系統設計

目錄. 2-1 既有系統之設備與作業概況 2-2 測量儀器及作業概況 2-3 高屏溪水位站之觀測成果 3-1 遠域自動化流量監測系統設置 3-2 資訊系統建立、站網架設，資料庫系統設計 3-3 雷達自動化系統之設計與建制. 2-1 既有系統之設備與作業概況. 目前位於大樹鄉高屏溪攔河堰設有影像監測站，並於里嶺大橋設置有水位站 。 另外在旗山溪及荖濃溪交會口，南二高速公路下游四公里的河段，建置相位多點都卜勒微波雷達河川表面流速及流量過程自動化觀測系統。

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2-1 既有系統之設備與作業概況 2-2 測量儀器及作業概況 2-3 高屏溪水位站之觀測成果 3-1 遠域自動化流量監測系統設置 3-2 資訊系統建立、站網架設，資料庫系統設計

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  1. 目錄 • 2-1既有系統之設備與作業概況 • 2-2測量儀器及作業概況 • 2-3高屏溪水位站之觀測成果 • 3-1遠域自動化流量監測系統設置 • 3-2資訊系統建立、站網架設，資料庫系統設計 • 3-3雷達自動化系統之設計與建制

  2. 2-1既有系統之設備與作業概況 • 目前位於大樹鄉高屏溪攔河堰設有影像監測站，並於里嶺大橋設置有水位站 。 • 另外在旗山溪及荖濃溪交會口，南二高速公路下游四公里的河段，建置相位多點都卜勒微波雷達河川表面流速及流量過程自動化觀測系統。 • 基於研究與網路的流通方便性，主監控站目前設於成功大學水利系內，副監控站設於南台科技大學電機系內。測量站透過GSM無線電數位網路將收集的水位資料傳回監控站作進一步的分析，並發佈到網頁上供人瀏覽。 • 另外在旗山溪及荖濃溪交會口，南二高速公路下游四公里的河段，建置相位多點都卜勒微波雷達河川表面流速及流量過程自動化觀測系統。

  3. 2-2測量儀器及作業概況 1.測量儀器 (1)Nikon DTM750全測站光波測距儀 (2)Sokkia B20自動水準儀 (3)AGA Geodimeter 640N全測站光波測距儀 2.作業概況 (1)現場踏勘 :踏勘為測量的首要工作，其作業良否影響測量的精度頗巨，為求對於測量區域之情況能有充分之瞭解，負責本案之同仁於民國89年7月間數度赴觀測站點設置地區，查明施測範圍與瞭解測區之地形，對測區進行全面性之踏勘。

  4. (2)控制測量 A.斜張橋地形測量： 平面控制及高程控制是從高屏溪斷面樁R67、R71經檢測無誤後，引測至測區使用。 B.水位觀測站之控制點及高程： (a)高屏溪新鐵路橋，平面控制從高屏溪斷面樁L39、L40-2 引測；高程從L40-2引測。 (b)高屏溪攔河堰控制中心屋頂陽台平面控制及高程從A1、A2兩個補點引測。

  5. (3)設置控制點 自南二高斜張橋為中心（含）每隔100公尺設置二分帶之控制點含座標及高程，並依各觀測站點地物、地貌之現況，於現場踏勘時選定各控制點最適合之設立位置後，釘以鋼釘為標誌。 (4)控制點高程測量 以Sokkia B20自動水準儀作控制樁點水準引測，觀測站控制點引測之參考水準點(表2-1)。 (5)高屏溪斜張橋下地形測量 自南二高斜張橋為中心，向上游100公尺向下游300公尺，以AGA Geodimeter 640N全測站光波測距儀進行三次元測量地物至測站間之距離與角度，並賦與編碼於各測點，使其產生自動連線，避免人為作業疏失之錯誤。

  6. 點號 高程(m) A1 23.261 A2 23.438 HT5 310.154 HT9 50.773 L15 43.297 L40-2 25.928 L54 130.961 L82 45.029 L85 212.254 L104 53.232 R43 100.838 R49 263.463 R85 212.278 表2-1觀測站控制點引測之參考水準點

  7. 2-3 高屏溪水位站之觀測成果 高屏溪有廣大的洪水平原，土地利用、各種植被、灌木叢、雜草叢等分佈繁雜其間於低水治理線以上之高灘地，高屏兩縣府分別在雙園大橋上游、及鯉魚山堤防內，設置及規劃有林園水濱遊憩及鯉魚山涃濱兩公園，除此之外，高灘地地部份被許可使用或非法佔用，闢為水、旱田或魚池等農漁空間，其他則為種植被、灌木叢、雜草叢等分佈其間、深水槽中亦有沙洲浮生。 這些因素均均需於底床邊界與以考慮。

  8. 高屏溪攔河堰影像站的建立 • 為了達成遠端監看的目標，首先我們要架設影像擷取伺服站，我們必須利用影像擷取裝置，將影像資料儲存於硬碟內。我們利用Linux當作業系統。 • 以64K專線來傳送影像資料，影像資料由CCD攝影機取得，影像擷取伺服站利用影像擷取卡擷取影像。 • 監控端伺服站(網址為140.116.38.47)利用虛擬磁碟的觀念直接將影像擷取伺服站的影像資料Mount為監控端伺服站的儲存裝置，並於每天23:59將影像資料複製到監控端伺服站以做備份，並增進瀏覽的速度。

  9. 監控站伺服端的建立與操作使用 • 本系統乃結合電腦(Computer)、通訊網路(Communication)、以及控制(Control) 技術，使水文觀測設備及資訊傳輸自動化，以減少人員往返的旅途勞累，並在惡劣的環境下仍可自動測量資料以確保人員的安全。 • 利用Linux 架構建立伺服作業系統，主要的考量在於作業系統穩定性高，更重要的我們可以根據個別的需求與使用場合來決定系統的大小，彈性大，非常適合資源不是很充足的量測站上。 • 另外我們使用Apache server來架設WEB伺服網站，提供資料瀏覽。由於我們所完成的是監控的網頁因此需要一些動態的資料顯示，因此我們以PHP工具語言來完成，並利用PostgreSQL建立關連式資料庫。

  10. 透過微軟IE瀏覽器瀏覽網址140.116.38.47，便進入”高效率流量測量示範站網頁”的首頁透過微軟IE瀏覽器瀏覽網址140.116.38.47，便進入”高效率流量測量示範站網頁”的首頁

  11. 水位站資料、影像站資料，必須登錄具有權限的人才可以監控資料水位站資料、影像站資料，必須登錄具有權限的人才可以監控資料

  12. 水位站資料是以長條圖的方式顯示，每天一張圖，我們可以輸入所要瀏覽的日期

  13. 接著顯示該日期的水位站資料為溪洲大橋水位站資料顯示

  14. 圖形式的水位顯示可以幫助我們很快的了解一天水位的變化，至於確切的水位資料可以由圖底下以數字的型式顯示

  15. 影像資料是以單張的方式顯示，我們若要瀏覽即時的影像可以選擇即時影像選項，瀏覽器會以每10秒自動更新一次的方式瀏覽即時影像畫面。

  16. 選擇所要顯示瀏覽的日期，接著出現所要瀏覽的時間(時、分、秒)

  17. 接著畫面出現離選擇時間最接近的日期影像畫面

  18. 3-1遠域自動化流量監測系統設置

  19. 今年新增的設備與測量站 今年我們會再增加兩個監測站，一個在淡水河另一個在濁水溪，所以資料在處理上會更為複雜，但是資料卻更為豊富，可以調出四個站的水位變化來進行資料上的交叉比對，以利於長期的追蹤和研究，可以分析出北中南的水位變化，並且將得到的資料量用於建檔，讓研究人員可以觀看到水位的即時資料，亦可以得到過去的資料，所以在瀏灠器上的設計就必須更為注意。用高效率測量示範網站，以分兩個部份說明:水位資料和影像瀏覽。

  20. 水位的瀏灠: 目前當我們進入水位資料站的水位站資料庫，欲查詢某個時間點的資料時，例如:2001年6月28日進入時，我們作一天且也只有一個監測站的資料(如圖一所示)且尚無多重選擇，所以無法同時得到其它監測站，就無法作資料的交叉比對資料，而且只針對一天的的資料量來作處理，這樣無法得知一個星期或是一個月的資料變化，所以今年我們增加了，同時可以觀看其它的站的水位變化情形，並且也可以看一個星期或是一個月的所有監控點的水位變化，來了解北、中、南的水位情形。

  21. 影像瀏覽: 目前當進入時卻只看到長長的時間表(如圖二所示)，而且隨著時間的增加時間表會越長變得較為龐大而且尋找也沒有那麼容易，沒有辨法作下拉式選單，只能先選要的年、月、日進入後才有時、分、秒的下拉式選單(如圖三所示)，針對這個缺點，現在將時間表也改成下拉式選單使得搜尋畫面單純化，另外當目前進入影像瀏覽時，若此時不是我們的時間點時，只能用上一頁或是下一頁來尋找，如此搜尋較困難尚無作多重選擇，所以亦改成多重選也就是把上一頁或是下一頁改成上/下一分鐘、十分鐘或是一個小時等的選項，這可以達到快速瀏灠的功效。

  22. 在超音波水位站資料收集方面，我們可採用單晶片微電腦和工業電腦來執行，但今年將採用工業電腦來執行。 • 工業電腦(Industrial PC；IPC)最早是應用在工廠自動化領域中，例如CNC控制器、CNC車床或銑床等機器設備，而現在，舉凡ATM、POS、高速公路上的跑馬燈、國防以及導航系統等都是工業電腦的應用領域 。 • 基本上，工業電腦的目的即在控制機械裝置，因此，在硬體等級上不必太高階，穩定性反倒是最重要的一環，相對地產品生命週期也較長。 • 電腦系統是相當需要呵護的，必須待在溫濕度控制得相當好的機房中，但是有的工業電腦就必須在各種機惡劣的環境下運作的相當好，(且updata容昜，又可以選擇接收間隔)，是故需要更豐富的技術以及售後服務支援，由於使用的族群所定在特殊領域，因此無法像消費性PC一樣大量生產，甚至必須朝向量身訂作。

  23. 超音波液位計 特點: 1．非接觸。 2．不受物料特影響，如壓力、黏度、比重。 3．集中式安鍵並有保護程式之密碼。 4．安裝容易，可節省費用，應用範圍廣泛，免維修。 5．簡易的程式設定，適合一般工作人員操作。 6．發射頭與控制器相隔距離可達300M，全隔離類比輸出。 7．惡劣環境下精確度及穩定性佳，內部有溫度補償，可提高量測精確度。

  24. 超音波水面偵測架構圖

  25. 水位站的資料由單晶片電腦(或由工業電腦由)透過RS232與Data logger取得水位資料，並由監控站透過GSM數據傳輸將資料取回。至於水位資料收集的時間由底下來決定: • 一般天氣狀況：水位資料的變化只受季節性的影響，而水位站每隔15分鐘收集一次。並於離峰時間利用GSM(註1和如圖五)傳輸系統及檔案傳輸協定(FTP)，將水位資料傳回監控端伺服站上。 • 特殊的天氣狀況：若水位計感測到天氣異常(水位達一警界高度，由CONTROLLER發出ALARM通知相關單位)，水位測量站將記錄時間間隔由原先15分鐘一筆資料更改成1分鐘一筆資料，若水位達警界值立刻將資料傳回監控端伺服站電腦，並啟動電話呼叫通知相關的操作人員處理，此為特殊狀況的處理，屬於隨機的操作模式。 • 用電話控制訊號來啟動：希望立即得到監浿狀況的資料

  26. 3-2資訊系統建立、站網架設，資料庫系統設計 • 資料之建檔分析 : • 超音波水位測量站所傳回來的資料格式為： • 第1行狀態的辨別，0表示底下的資料正確，否則資料有誤。 第2行以後為資料本身，其資料格式為：年、月、日、時、分、水位資料，例如：200009010805+00003.64，表示西元2000年9月1日8點5分水位資料為3.64m。 • CCD 影像監視資料的擷取方面，連續的影片資料是首先被考慮的，但是動態的影片檔需要很大的硬碟儲存空間，而且電腦的硬體配備也要相當好才能發揮效果，另外要透過網路監視也會佔據相當大的網路頻寬。 • 水位資料的影像觀察屬於研究性質，動態影片資訊反而不適合研究，因此我們將影像以畫格(frame)的方式來儲存，為了方便瀏覽器的瀏覽，我們把收集到的影像資料以擷取的日期、時間為檔名的命名基礎，並分別以年、月、日建立檔案目錄，方便查詢與瀏覽。

  27. Flash簡介: 這是 Marcromedia 所開發出來的一種技術，利用其 Flash 軟體，可以製作出融合動畫，音效，圖形的檔案，並放到網頁中。 Flash 與 DHTML（動態網頁）、Java 相同之處在於他們都能強化網頁的互動性，但與 DHTML或Java 的最大不同是，使用 Flash 完全不需要任何程式背景；同時它又可以製作非常強大的電影動畫放在網頁上。製作動畫必須以「格」為單位（frame），一般電影是每秒24格，video 每秒30格，網頁上的動畫約為每秒12格就夠了。雖然如此，一支30秒的動畫還是得作上 360 個 frame 的圖檔。而有了 Flash 的協助，製作網頁動畫則變得輕而易舉。看看 Nokia 與 The Control Group 的效果。

  28. 資訊系統建立、站網架設，資料庫系統設的選擇 • 水位遠端監控自動化量測:水位站的資料由超音波水位計加以偵測，記錄於Data logger中，單晶片電腦透過RS232與Data logger取得水位資料，並由監控站透過GSM數據傳輸將資料取回。 • 影像遠端監控自動化量測:目前位於大樹鄉高屏溪攔河堰設有影像監測站，我們的目標為架設影像擷取伺服站。我們利用Linux當作業系統，擷取影像的時間間隔與操作模式類似水位遠端監控自動化量測系統，而監測站位於台南區，直接連線時長途電話費用高，因此在平時是以數據機透過電話線與ISP(網際網路服務業)連線再將影像資料傳輸到監控站內(如圖監控系統架構圖)。已裝有64K的數據專線，用專線來傳送影像資料。

  29. 監控系統架構圖

  30. 今年我們也將瀏覽畫面新增為動態網頁的方式來呈現，以flash的方式來實現:

  31. 站網及資料庫瀏覽 站網目前仍繼續在修正與測試中，透過微軟IE瀏覽器瀏覽的首頁畫面。

  32. 3-3雷達自動化系統之設計與建制 架構圖：

  33. 「旋轉台」的使用時機：可在遠處遙控雷達系統上下左右移動「旋轉台」的使用時機：可在遠處遙控雷達系統上下左右移動 ．旋轉台規格 只有左右迴轉的轉台：可用左右型的控制器遙控其水平迴轉可上下左右四個方向迴轉台：可用萬用型的控制器遙控其上下左右迴轉 旋轉角度：水平355上下角度：±60度水平速度：每秒6度垂直速度：每秒4度最大負載：7Kg 使用電壓：AC24V．117V．220V（電壓不同為選配品）消耗功率：4.5W電纜接頭：6pin　空中接頭材質：鋁合金&塑膠工作溫度：攝氏-5~60度重量：2.2kg體積：133X162X178mm

  34. 在Linux下使用I/O Port，必須注意權限的問題，且Linux使用的是標準的ANSI。 • 單晶片控制器的製作 用8051單晶片作為旋轉台的控制器，由RS-232介面與電腦連接。 8051的UART所用的電氣信號是TTL準位（〝0〝 0V ，〝1〝 5V），而RS-232的電氣信號是〝0〝 -3V 〜 -12V ，〝1〝 3V 〜 12V ，因此8051的UART與RS-232連接時必須作準位轉換才行。而問前現成的轉換IC有多種，底下我們介紹的RS-232介面IC有SN75188及SN75189或MC1488及MC1489等。MC1488及MC1489雖然用法簡單，但由於使用時必須換用12V的電源，這點對TTL電路設計者而言， 將是一大困擾。為了解決此一缺點，下面我們再為您介紹一個更方便的IC，編號是ICL232，這個IC的產生是為了要解決須使用12V的缺點，因為ICL232內部有電源升降為10V 的電源轉換電路，因此外部只需提5V電源即可。

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