淺層崩塌降雨警戒基準與檢監測技術評估研究－子計畫:降雨引發淺層崩 塌之可犧牲式監測元件研發(II)

本計畫根據2015 坡地災害領域徵求課題2-2（大規模淺/深崩塌地調查、評估、分析、監測、及警戒基準）之第三項研究內容（坡地崩塌災害個案調查、水文地質分析及破壞機制探討、潛勢及規模評估），提出本子計畫第二年度與第三年度申請。總計畫鑑於淺層崩塌研究須結合由上到下的降雨、邊坡表面檢監測與地下條件來進行整體評估分析，藉由蒐集與分析大數據崩塌資料（子計畫一），並發展高精度降雨引發淺層崩塌模擬機制（子計畫二）與區域性降雨情境模擬機制（子計畫五），再結合淺層崩塌之非破壞檢測技術（子計畫三）與本子計畫監測技術（子計畫四），企圖提出淺層崩塌降雨警戒基準評估方法之建立與應用，以期能降低坡地災害衝擊。國內土石流相關監測研發已有一定基礎可供淺層崩塌監測參考，從依循Open GeospatialConsortium (OGC)各項標準規範建置之資訊平台，以及現場無線感測網路（Wireless Sensor Network,WSN），包含感測平台以及對應之感測器，但如何取得有效監測數據以供淺層崩塌研究，還需後續驗證。近來基於Arduino 的單晶片微電腦有其開放原始碼、價格優惠，以及易於操作等優勢，配合以微機電(MEMS)之感測元件，已可大量應用於自動控制領域，但於實務坡地災害應用有待探討；另外單頻Global Positioning System (GPS) 定位晶片也因為價格優勢，國外研究以短基線測站比對方式，將其位移量測精度提升以適用於坡地滑動監測；時域反射法(Time Domain Reflectometry, TDR)可用於地滑以及坡地含水量自動化監測使用，目前相關研究正開發低成本之TDR 單晶片主機，搭配低工耗長距離無線傳輸技術如LoRa，應可達到可犧牲式監測建構，因此本研究預計可基於低成本TDR 主機以及現有TDR 分層坡地含水量貫入器之成果，修訂為以WSN 基礎之TDR 單一坡地含水量剖面貫入器，藉以降低既有TDR 建置成本。綜合上述限制與需求，本研究於第一年度開發以Arduino 為基礎之監測主機，除可延伸以往土石流相關監測方法之外，並進行單頻GPS 定位精度評析；第二年度建構可犧牲式TDR 坡地含水量剖面貫入器，並進行示範場址實地評估，配合坡地質點影像分析(Particle TrackingVelocimetry, PTV)或數位影像相關係數法（Digital Image Correlation, DIC）驗證測試，然後再進行示範場址實地評估測試。基於設備安裝簡易、低成本之優勢下，作為降雨引發淺層崩塌之可犧牲式監測技術與系統，最後收集相關監測成果，提出包含非線性(non-linear)、時間序列(time series)或機器學習(machine learning)之預測方法，與其他子計畫結合之預警通報模式。