機動高重量輕 台大開南商工破傳統探勘方式
【記者吳曼嘉台北報導】現有監測地下物質的儀器體積龐大、不好攜帶，且成本高昂。台北市私立開南高級商工職業學校研發組組長張丕白和電機科學生製作「物體透視監測儀」，國立台灣大學地理環境資源學系教授朱子豪則帶領研究員進行地層分析，將現有的地層狀況，建成資料庫，改善現有儀器機動性低的問題，並於9月28日的「2019年台灣創新技術博覽會發明競賽」獲得銀牌及大會特別獎。 台北市私立開南高級商工職業學校研發團隊與獎牌合影留念，由左至右為楊川毅、張丕白及丁竹沅。 圖／張丕白提供地下物質的變動會改變地下的電場，該團隊研發之物體透視監測儀感受到電場變化，產生人耳聽不見的超低頻電磁波，而因其訊號非常微弱，需要把電磁波放大100萬倍，濾掉不要的雜訊後轉成音波至電腦或手機。「聲音還要透過傅立葉轉換（註1），變成我們需要的地電阻（註2）和地應力（註3）。」研究員張少湧表示，將兩者的數值輸入資料庫，即可得知地下物質狀態。 註1：傅立葉轉換（Fourier transform），是數學公式的一種，用以處理電磁波的轉換。註2：不同物質的導電特性皆有差異，透過地電阻可判斷地層的岩性及含水狀況。註3：地應力是岩石各方壓力的組合，用來判斷地層結構。 左邊的小塑膠盒裡是電路板，裝在大塑膠盒裡，接上線路及天線後，可以架在無人機飛上天。 圖／吳曼嘉攝物體透視監測儀重約300公克，因其重量極輕，便可讓無人機承載它探測礦脈，突破傳統儀器易受地形限制的缺陷，或貼於地表監測地層下陷。物體透視監測儀擷取自然界的電磁波使用，使得它對於自身裝備的電池耗電量低，人員的負重得以減輕，機動性高，對於實際探勘來說非常方便。傳統用於探測地下管線的透地雷達（註4），會主動發射高頻但能量不大的雷達波，因此在地下會快速衰減，導致它可探測的地下深度僅3公尺。「監測儀改以靜態接收，把頻率用得很寬廣，所以它能收到地下幾千公尺的東西。」張丕白說明，相較於監測井，每往下挖1公尺，需耗費新台幣1萬元，該非破壞性的物體透視監測儀在成本上也具優勢。 註4：透地雷達（Ground-Penetrating Radar, GPR）發射高頻率的雷達波，因為物體材質的不同會影響雷達波的通過率，一旦發現異常訊號，便代表偵測到管線。 無人機裝上物體透視監測儀，準備起飛探測新北市瑞芳區的金瓜石礦脈。 圖／朱子豪提供目前物體透視監測儀正在彰化縣溪州鄉監測地層下陷狀況，傳統方式為先打造一口井，再於井中放入磁環（註5）和深層重力樁（註6），透過它們直接量測距離，得知當地是否有地層下陷的問題。「物體透視監測儀則是靠物理量（地應力）的換算，判斷出重力變小，地應力變小，以得知地層下陷的狀況。」朱子豪表示，新儀器不需破壞地表，即可接收地層下陷的相關數據，使得成本大幅降低。 註5：磁環可以感應物體的沉降。註6：深層重力樁有兩個端點，如果端點之間的距離縮短，就代表地層下陷。 「現有儀器可監測地表的距離變化，而物體透視監測儀能夠了解地下的狀態。」國立政治大學地政學系副教授林士淵提到，地上和地下資料若能整合，便能檢視或解釋地層下陷的機制，更為全面地觀察地層下陷的情形。
