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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
3-3雷達自動化系統之設計與建制
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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。
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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。
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(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。
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(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。
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表2-1觀測站控制點引測之參考水準點
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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
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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。
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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。
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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。
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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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)
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接著畫面出現離選擇時間最接近的日期影像畫面
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3-1遠域自動化流量監測系統設置
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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超音波水面偵測架構圖
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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:
(1)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。
(2)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。
(3)用電話控制訊號來啟動：希望立即得到監浿狀況的資料
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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。
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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。
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資訊系統建立、站網架設，資料庫系統設的選擇
a. 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。
b. 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。
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監控系統架構圖
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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:
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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。
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3-3雷達自動化系統之設計與建制
架構圖：
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「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
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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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