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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 土木工程學系
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor曾惠斌zh_TW
dc.contributor.advisorHui-Ping Tserngen
dc.contributor.author吳彬瑞zh_TW
dc.contributor.authorPing-Jui Wuen
dc.date.accessioned2023-08-15T16:39:30Z-
dc.date.available2023-11-09-
dc.date.copyright2023-08-15-
dc.date.issued2023-
dc.date.submitted2023-08-01-
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/88518-
dc.description.abstract台灣的河流大多為東西走向,但台灣的東西向僅142公里,加上中央山脈地勢高聳,導致溪流大多坡陡流急,造成河床沖刷劇烈,以及河道變化等水文現象,進而引發橋梁基礎沖刷的問題,橋梁檢測需要耗費大量的人力物力,而且為一年一度的規畫,每個年度地方政府都需要撥出大量經費來支持橋梁檢測,另外在橋梁檢測時,水面下的損傷例如基礎淘刷較不易進行目視檢測,近年來交通部運輸研究所致力於開發AI影像辨識結合無人機空拍的技術,但目前無人機僅針對水上的構件進行拍攝缺陷辨識,本研究將使用無人機去檢測橋梁基礎的淘刷深度,期望未來能夠使用無人機去代人力目視橋梁檢測。
由結構動力方程式推導可以發現,淘刷深度與自然頻率有關係,本研究將以自製的加速度量測器放置在橋梁端,並且透過無線傳輸的方式將在橋梁上量測到的資料傳輸到無人機上,無人機再將資料帶回研究室分析出自然頻率,最後與SAP2000有限元素模擬出的自然頻率與淘刷深度關係圖進行內插,得出現地的淘刷深度。除了分析以外,開發軟硬體亦為本研究的內容,目前市面上的自然頻率量測儀器雖然能力強大,但是價錢十分昂貴、儀器巨大而且需要人為操作,本研究將使用ESP32、nRF52832開發板加上加速度感測器來組成量測儀器,使用樹梅派放在無人機上來接收資料,並且達成量測自動化,使採集加速度資料時不須人為操作。
本研究在進行室內驗證時發現本研究的設備與市面上的儀器量測出的結果相近,推論本研究自行開發的設備具有一定的可信度,另外取得一壽橋完整竣工圖進行SAP2000建模,分析比對出一壽橋尚未出現基礎淘刷的現象,整體樁帽尚埋在土壤中,驗證本研究之可行性。
zh_TW
dc.description.abstractTaiwan's rugged terrain and fast-flowing rivers result in severe riverbed scouring, leading to bridge foundation erosion. Bridge inspections require significant human and material resources. Moreover, visually inspecting foundation scouring during bridge inspections is challenging. In recent years, the Ministry of Transportation's Transportation Research Institute has been dedicated to developing AI image recognition combined with unmanned aerial vehicle (UAV) aerial photography technology. However, current UAVs only focus on capturing defects on water-based components. This study aims to use UAVs to detect the scour depth of bridge foundations, with the expectation of replacing manual visual inspections with UAV inspections.
In addition to analysis, software and hardware development are also essential components of this study. Although existing natural frequency measurement instruments on the market are powerful, they are expensive, bulky, and require manual operation. This study utilizes ESP32 and nRF52832 development boards along with acceleration sensors to create a measurement instrument. A Raspberry Pi is placed on the UAV to receive the data.
During indoor verification, the study found that the developed equipment yielded measurement results similar to those obtained by instruments available on the market, indicating a certain level of credibility. Furthermore, the study obtained the complete as-built drawing of Yishou Bridge for SAP2000 modeling. Analysis and comparison revealed that the bridge's foundation has not experienced scouring, with the overall pile cap still buried in the soil, thereby validating the feasibility of this research.
en
dc.description.provenanceSubmitted by admin ntu (admin@lib.ntu.edu.tw) on 2023-08-15T16:39:30Z
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en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2023-08-15T16:39:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0en
dc.description.tableofcontents口試委員會審定書 #
誌謝 i
中文摘要 ii
ABSTRACT iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xii
Chapter 1 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究範圍與限制 2
1.4 研究架構與流程 2
Chapter 2 文獻回顧 4
2.1 橋梁自然頻率 4
2.1.1 橋梁動力試驗方法 4
2.1.2 結構自然頻率 6
2.1.3 淘刷深度與自然頻率的關係 8
2.2 橋梁淘刷深度 9
2.3 橋梁檢測評定 10
2.3.1 到達構件方法 12
2.3.2 定期檢測頻率 14
2.3.3 評定準則 16
2.4 量測訊號處理 16
2.4.1 快速傅立葉轉換 16
2.4.2 有限脈衝數位濾波器 18
2.5 有限元素模擬 21
2.6 無線感測網路 22
2.6.1 無線感測網路系統架構 22
2.6.2 網路協議 23
2.6.3 安全性 24
2.6.4 無線感測網路於建築結構上應用 25
2.7 小結 26
Chapter 3 無人機接收橋梁資料模式之建置與使用 27
3.1 無線傳輸橋梁淘刷監測系統架構 27
3.2 橋梁端儀器構件介紹 28
3.2.1 無線傳輸技術 28
3.2.2 ESP32開發板 30
3.2.3 nRF52832開發板 33
3.2.4 SD card儲存模組 36
3.2.5 ADC類比數位轉換器 36
3.2.6 加速度計 38
3.2.7 電源供應 40
3.3 無人機端儀器構件介紹 41
3.3.1 DJI Inspire 2無人機 41
3.3.2 Raspberry Pi Zero 2 W 43
3.4 儀器設定 45
3.4.1 儀器間訊號傳輸邏輯 45
3.4.2 ADC採樣率設定 45
3.4.3 橋梁端加速度資料儲存 46
3.4.4 Raspberry Pi Zero 2 W AP mode 47
3.4.5 FileZilla FTP server 47
3.4.6 加速度資料分析 48
3.5 儀器使用限制 49
3.5.1 單次量測時間 49
3.5.2 無線傳輸距離 50
3.6 小結 51
Chapter 4 無線感測儀器之驗證與橋梁實測分析 52
4.1 振動台正確性試驗 52
4.2 台大土木研究大樓頻率實測 53
4.3 待測橋梁之選取與介紹 55
4.3.1 橋梁選取限制 55
4.3.2 一壽橋介紹 56
4.4 橋梁頻率實測 57
4.4.1 儀器放置點位 57
4.4.2 操作流程 59
4.4.3 數據分析 61
4.5 小結 62
Chapter 5 橋梁 SAP2000 模型建置與實測數據探討 63
5.1 有線元素分析軟體 63
5.2 一壽橋模型 63
5.2.1 墩柱建置 63
5.2.2 帽梁建置 64
5.2.3 樁帽建置 65
5.2.4 梁建置 66
5.2.5 橋面板建置 67
5.2.6 基樁建置 68
5.2.7 等值土壤彈簧模擬 69
5.2.8 鄰跨等值載重 75
5.2.9 分析結果 77
5.3 目前淘刷深度推算 79
5.4 小結 81
Chapter 6 結論與建議 82
6.1 結論 82
6.2 後續研究建議 83
參考文獻 85
附錄A 90
-
dc.language.isozh_TW-
dc.subject微振試驗zh_TW
dc.subject橋梁淘刷zh_TW
dc.subject有限元素分析zh_TW
dc.subject無線傳輸zh_TW
dc.subject自然頻率zh_TW
dc.subject無人機zh_TW
dc.subjectunmanned aerial vehicle (UAV)en
dc.subjectnatural frequencyen
dc.subjectfinite element analysisen
dc.subjectbridge scouringen
dc.subjectambient vibration testen
dc.subjectwireless transmissionen
dc.title應用無人機傳輸橋梁振動頻率於推估淘刷深度之研究zh_TW
dc.titleUsing UAV Wireless Transmission Integrated with Bridge Vibration Frequency For Estimating Scouring Depthen
dc.typeThesis-
dc.date.schoolyear111-2-
dc.description.degree碩士-
dc.contributor.oralexamcommittee鄭明淵;黃榮堯;郭斯傑zh_TW
dc.contributor.oralexamcommitteeMin-Yuan Cheng;Rong-Yao Huang;Sy-Jye Guoen
dc.subject.keyword微振試驗,橋梁淘刷,無線傳輸,自然頻率,有限元素分析,無人機,zh_TW
dc.subject.keywordambient vibration test,bridge scouring,wireless transmission,natural frequency,finite element analysis,unmanned aerial vehicle (UAV),en
dc.relation.page108-
dc.identifier.doi10.6342/NTU202302335-
dc.rights.note同意授權(全球公開)-
dc.date.accepted2023-08-04-
dc.contributor.author-college工學院-
dc.contributor.author-dept土木工程學系-
dc.date.embargo-lift2028-07-28-
顯示於系所單位:土木工程學系

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