創新移動載具聲層析技術重建海灣環流

大多數的海洋探測儀器屬於點量測,受限於儀器設備數量,無法於有效時間內大規模且密集取樣以重現整體的海洋結構。本所黃千芬老師與其研究生陳冠宇,以及台大工科海洋系郭振華教授、淡江大學電機系劉金源教授所組成的研究團隊,創新發展移動載具聲層析技術,藉由蒐集移動載具測站間聲波受流速影響所造成的來回走時差(線量測),以擴展探測範圍、增加聲線密度,進行流場分佈的綜觀測繪。研究團隊於基隆望海巷海灣進行實驗,利用三個聲層析儀分別安裝在自主式水下載具、漁船及錨碇浮標,進行雙向聲波信號傳輸。

由於載具的運動亦影響來回走時差,而都普勒頻移僅可量測載具間之相對速度,若兩載具同時移動,則需藉由其他方法獲得速度量測;以水下載具而言,則可用輔助導航的都普勒速度儀,對水面載具而言,則可用全球定位系統,來獲得載具的各別速度,以估測投影在兩載具測線上的平均速度,進行載具運動效應對來回走時差的偏移修正。

實驗結果顯示,利用分散式感測法,由單一時間三測站間的來回走時差資料,可即時獲得路徑平均流,進而估算局部區域流速,其與ADCP量測值有良好的一致性。另外,利用廣義最小平方法,以所有時間蒐集到的高信雜比來回走時差資料,成功地重建望海巷灣之環流結構(圖一)。本研究可以發展成為一套自動化海洋流場及溫度場即時量測系統,應用於海洋環境及海域防衛監測上。(撰稿:陳冠宇,2020/11/25)

 

延伸閱讀:

K.-Y. Chen, C.-F. Huang, S.-W. Huang, J.-Y. Liu, J. Guo. Mapping coastal circulations using moving vehicle acoustic tomography. J. Acoust. Soc. Am., 148(4): EL353 − EL358, 2020.

 

Available at: https://asa.scitation.org/doi/10.1121/1.5090496

 

圖一、利用廣義最小平方法所重現的望海巷海灣環流結構。白色線為實驗聲線分佈,紅色箭頭表示估測的流場,其不確定性由背景顏色深淺示之。