Tuesday, May 08, 2007

透地雷達運用於穀倉內異物之偵測

‧農機中心、台大生物機電系 楊宗淇 盧福明‧
‧農糧署 曹紹徽 蘇德明‧

一、前言

國內每年經收公糧約八十萬公噸，這些稻穀均存放在三百餘家農會或民間之公糧倉庫內保管，其保管期間長達一至二年。近幾年來有些委託倉庫業者藉著糧價飆高時，有從中盜賣之不法情事發生。為了解各個倉庫公糧儲存管理之情形，確保公糧保管之安全，農委會農糧署人員必須定期檢查公糧儲存狀況。由於糧倉空間寬敞，因此很難以外觀之形貌來判別稻穀堆內部是否藏有架空鐵箱、木箱或稻穀等異物。農委會農糧暑黃有才署長指示研擬對策，積極探討應用透地雷達偵測榖層中異物之可行性。圖一為稽查出埋有鐵架之委託倉庫現場。



本研究透過在試驗倉庫所進行的探測試驗，分析不同材質異物及其排列方式在倉庫中所表現的雷達圖像特徵，作為日後實地探測時之依據，並由此建立一套正確的透地雷達使用觀念及判斷原則，以供稽查人員進行快速、非破壞性之例行查核之用。

二、透地雷達原理

本研究所使用的透地雷達為美國GSSI(Geophysical Survey System，Inc)公司所生產的SIR-3000系統，其運作之流程如圖二所示。機體主要分為五大部分:主機、雷達天線、螢幕顯示器、電源供應器(鉛蓄電池)和傳輸線，其功能如下所述:




  • (1)主機功能包括控制天線發射和接收訊號之時機、及設定介電常數、施測軌跡的間隔、訊號的增益大小、濾波範圍和取樣速度等。
  • (2)雷達天線經由傳輸線與主機連接，收、發電磁波訊號都是透過主機本身設定賦予其功用。
  • (3)螢幕顯示器為附著於主機上之8.4吋彩色液晶螢幕顯示器，可從螢幕顯示器上及時觀察天線所接收到之訊號，其解析度為800 600。
  • (4)電源供應器使用10.8伏特的可充式鉛蓄電池。每顆電池大約可供應透地雷達機組運轉2小時。
  • (5)傳輸線連接著雷達主機和天線，是主機和天線之間的訊號連絡橋樑。



本研究之試驗地點有桃園縣蘆竹鄉農會倉庫(圖三)和南投縣草屯鎮農會兩處。在試驗用倉庫稻穀堆中放入異物，其中蘆竹鄉農會測試之稻穀堆長22公尺、寬4公尺、高4公尺，由外觀無法判讀倉內己含有鐵櫃和木箱(圖四)等異物;草屯鎮農會之稻穀堆長5公尺、寬4公尺、高5公尺，於稻穀堆中置入4公尺高之鐵架(圖五)。本試驗所使用之雷達天線頻率為350MHz，探測時將天線平放在稻穀堆表面做來回偵測，雷達電磁波從稻穀堆頂部向下傳遞遇到不同異物材質時，由於介電常數不同，因而產生反射訊號，當二物質之介電常數相差越大時，其反射訊號之強度就越大。本研究藉由接受天線所接收到的連續反射訊號之強弱，判斷稻穀堆中鐵櫃、木箱和稻殼堆等異物的位置。試驗時先在施測路線起點設定主機參數(介電常數、增益、接收時間、濾波頻率等)如圖六所示，使其符合現場之探測，並利用人力拖曳雷達天線向前行進(圖七)，以平常步行之速度沿著穀層之表面做直線行進，進行連續性之訊號收集。雷達接收天線所接收到的稻穀堆電磁波反射訊號，經由分析處理軟體做訊號亮度、顏色分佈分析即可判別倉內是否存有異物。





三、結果與討論

圖八是雷達天線經過蘆竹鄉農會無異物之穀倉所接收到之訊號圖。圖中縱軸為穀層深度，橫軸為雷達天線行走距離。由於雷達天線沒有經過異物上方，所以雷達訊號呈現出弱反應之黑紅色。圖九是雷達天線經過蘆竹鄉農會有異物之穀倉所接收到之訊號圖。當電磁波穿透到鐵櫃6-8公尺和木箱10-16公尺上方時，由於鐵櫃與木箱之材質跟稻穀差異性很大，所以介電常數也就不同，因此電磁波在此就會產生明顯之反射。藉由接受天線所接收到之連續訊號，即可探測出異物之位置。由圖中可看出鐵櫃之反射訊號最明顯，呈現出較強之白色訊號;木箱的反射訊號則呈現出黃色之反應訊號。圖十為雷達天線經過草屯鎮農會之穀倉訊號圖，從圖中可看出在深度1公尺處有一明顯之白色訊號，此為電磁波經過鐵架所產生之強烈反射訊號。







四、結論

由於國外目前並無在穀倉內掩藏異物混充稻穀之現象，因之不易查詢此等資料。本研究算是首次將透地雷達電磁波探測技術運用於穀倉內異物之檢測，經過現場之試驗結果，證實透地雷達運用於穀倉內異物之偵測方法是可行的。藉由雷達天線所接收到之反射訊號圖，可以清楚的看出穀倉內是否藏有異物。如穀倉內藏有異物，經由定位分析當可精確的找出異物之位置。目前傳統查核方法採用明挖方式，此種方法所需之人力、財力和時間甚多，因此如能藉由快速、有效率、非破壞性之透地雷達探測法來獲取稻穀堆之相關反射訊號資料，將可協助公糧稽查人員有效執行穀倉稽查工作。(作者連絡電話:02-3366-5323)
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