應用倒傳遞類神經網路建置花蓮港碼頭波高預測模式

簡介

花蓮港東臨遼闊的太平洋，因其港型及港口開口方向關係，港內常受長浪（湧浪）影響振盪致使船舶出港避湧，為了解港內波浪情形，本所於花蓮港9號碼頭及17、25號碼頭設置波潮即時監測站，開始蒐集花蓮港內波浪觀測資料並將即時展示於「花蓮港區靜穩展示頁面」，供臺灣港務股份有限公司花蓮港務分公司使用。花蓮港務分公司在船舶進出港管制作業上，已改成觀察內港區、外港區波浪情形，執行內港區、外港區之分區管制方式辦理。
本研究以花蓮港為研究範圍，應用倒傳遞類神經網路，經由學習訓練、驗證及測試階段，建置花蓮港9、17及25號碼頭波高預測模式。期望未來能提供3個碼頭處未來波浪變化情形，協助於花蓮港務分公司執行船舶進出港管制及港區防災應變工作；同時維護「花蓮港區靜穩展示頁面」，其整合花蓮港海象觀測、模擬預測及港內靜穩觀測等資訊，研擬預警指標，以簡單、易懂及客製化網頁設計，提供花蓮港務分公司防災應變、船舶進出管理決策支援。

計畫成果效益與應用情形:
維運「花蓮港區靜穩展示頁面」提供花蓮港務分公司做船舶進出港分區管制之決策依據；以維護船舶出港操航安全、提昇船席機動調配及港埠運作效率。

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目次

目 錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅰ
目錄 Ⅰ
圖目錄 Ⅳ
表目錄 X
第一章 緒論 1-1
1.1計畫緣起 1-1
1.2前期相關計畫 1-1
1.3研究範圍與對象 1-3
1.4 工作項目 1-3
第二章 類神經網路簡介 2-1
2.1 理論介紹 2-1
2.1.1 生物神經元模型 2-1
2.1.2 人工神經元模型 2-2
2.1.3 類神經網路學習推估過程 2-5
2.2 倒傳遞類神經網路（BPNN） 2-6
2.3 文獻回顧 2-11
第三章 花蓮港波浪觀測資料蒐集及分析 3-1
3.1港外波浪觀測資料蒐集及分析 3-3
3.1.1波流儀器簡介 3-3
3.1.2港外波浪觀測資料處理及性質比較 3-3
3.1.3超音波訊號之港外波浪觀測資料統計 3-8
3.1.4超音波訊號之港外長浪分析 3-10
3.2港內波浪觀測資料蒐集及分析 3-19
3.2.1港內碼頭波浪監測站 3-19
3.2.2 花蓮港內碼頭波浪觀測資料蒐集及分析 3-19
第四章 建置花蓮港碼頭波高預測模式 4-1
4.1資料前處理 4-1
4.1.1選取資料參數因子 4-2
4.1.2資料正規化 4-8
4.2碼頭波高類神經網路群訓練、驗證及測試規劃 4-9
4.2.1訓練、驗證及測試集資料 4-10
4.2.2網路架構及學習訓練設定 4-16
4.3以港外波浪觀測資料訓練建置碼頭波高類神經網路群 4-17
4.3.1以觀測資料訓練建置17號碼頭波高類神經網路 4-17
4.3.2以觀測資料訓練建置25號碼頭波高類神經網路 4-27
4.3.3以觀測資料訓練建置9號碼頭波高類神經網路 4-32
4.4花蓮港碼頭波高類神經網路群（obs-train）連續預測 4-40
4.4.1 花蓮港17號碼頭波高類神經網路（obs-train）連續預測結果 4-40
4.4.2 花蓮港25號碼頭波高類神經網路（obs-train）連續預測結果 4-47
4.4.3 花蓮港9號碼頭波高類神經網路（obs-train）連續預測結果 4-51
4.5 以港外波浪模擬資料建置花蓮港碼頭波高類神經網路群 4-58
4.5.1以模擬資料訓練建置17號碼頭波高類神經網路 4-59
4.5.2以模擬資料訓練建置25號碼頭波高類神經網路 4-65
4.5.3以模擬資料訓練建置9號碼頭波高類神經網路 4-68
4.6花蓮港碼頭波高類神經網路群（model-train）連續預測 4-74
4.6.1 花蓮港17號碼頭波高類神經網路（model-train）連續預測結果 4-74
4.6.2 花蓮港25號碼頭波高類神經網路（model-train）連續預測結果 4-79
4.6.3 花蓮港9號碼頭波高類神經網路（model-train）連續預測結果 4-83
第五章 花蓮港區靜穩展示網頁 5-1
5.1網頁簡介 5-1
5.2網頁預警功能展示及網頁維護工作 5-5
5.2.1網頁預警功能展示 5-5
5.2.2網頁維護工作 5-7
第六章 結論與建議 6-1
6.1結論 6-1
6.2建議 6-5
6.3 計畫成果效益及應用 6-6
參考文獻 參-1
附錄一 分析花蓮港109～111年波浪原始觀測資料 附1-1
附錄二 109年至111年北太平洋西部海域颱風分析資料 附2-1
附錄三 花蓮港內109～111年波浪觀測資料統計及分析 附3-1
附錄四 花蓮港109～111年船舶進出港管制相關規定及資料……… 附4-1
附錄五 歷次工作報告會議紀錄 ……………………………………附5-1
附錄六 計畫簡報 .……………………………………附6-1
附錄七 計畫報告審查會議意見及辦理情形說明表…………………....附7-1