指導老師:  莊士賢  副教授

  • 海岸濕地生態服務價值之研究

濕地因具有豐富的生態、經濟、與景觀價值等資源,可提供各式各樣的生態服務功能,例如作為減緩洪水、調節淨水、補充地下水、保護海岸、調節氣候、繁衍魚貝類以提供生物多樣性、及發展生態旅遊等,因此成為全球三大重要支持生命的生態系統之一。近年來隨著工業及科技的快速發展,對自然資源的需求與利用也隨著提高,因此濕地面臨開發利用與保育之間的衝突,然而濕地一旦遭到人為破壞,將無法恢復原狀。台灣重大的濕地多屬於海岸濕地,為了讓國人了解海岸濕地環境的重要性,將生態系統服務劃分為「供給服務」、「調節服務」、「文化服務」及「支持服務」四大類,針對濕地生態系統的服務價值進行評估,希望藉此貨幣化價值的呈現,讓人們更深刻體會到濕地存在所帶給人類的利益,並使政府在追求永續發展及創造人民福祉之施政目標時,讓決策者有更全面的證據以進行政策選擇。

海岸濕地是一個非常重要的自然資源,許多已開發國家為使大眾了解海岸濕地的重要性,莫不積極推廣海岸濕地生態旅遊。濕地發展旅遊除了具有放鬆旅客心情及促進經濟發展之功能外,另一個重要功能便是希望旅客在欣賞自然美景當中,從中了解濕地對環境之重要性,進而發自內心去保護這塊重要的區域。因此,濕地生態旅遊應該如何規劃,實在是一個值得探討的問題。

LZ01生態旅遊的吸引力因子分析

2011年執行之國科會計畫「以系統動力學探討海岸地區的永續發展-海岸濕地生態旅遊發展之價值評估模型建立」提出以「模糊德爾菲法」及「模糊網路程序分析法」分析吸引旅客來到濕地旅遊的主要因素,使用「重要-表現程度分析法」分析三處海岸濕地在各因子重要程度與目前狀態之關係,以了解各景點之優劣點。以其中一個海岸濕地為例,應用聯合國永續發展指標「驅動力─狀態─反應」之架構,將前述所得之吸引力影響因子作為「驅動力」,優劣點分析結果及改善策略作為「狀態」及「反應」,結合「系統動力學」建構海岸濕地的生態旅遊長期發展之數值模式及決策支援系統。藉由這的模式,可以評估不同管理策略對於海岸發展生態旅遊長期的影響變化,以及透過評估其對綠色國民所得帳之貢獻,來凸顯保存海岸濕地的價值。

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台灣海岸濕地生態旅遊價值評估模型

2012年執行之國科會計畫「以系統動力學探討海岸地區的永續發展-應用系統動力學及聯合分析法評估安平水鳥濕地公園生態旅遊之價值」,提出以「系統動力學」建構「安平水鳥濕地公園」生態旅遊的中長期發展之數值模式,以了解旅客的願付價格與相關影響因素之關係,並評估不同管理策略對於生態旅遊價值產生之動態變化。本研究擬建構之模式,包含兩大部分:第一部分是以聯合分析法來評估「安平水鳥濕地公園」的生態旅遊價值,由遊客依照各種模擬情境進行評估,以分析遊客對不同情境之偏好與各屬性之重要度,進而分析各種情境下的願付價格;另一部分,是以視覺評估法評估遊客的擁擠感受與社會遊憩承載力之關係,並評估遊客成長對吸引力及願付價格之影響,藉以考量遊客數量成長所產生之負面衝擊。最後以系統動力學整合上述研究以建立一數值模式,來評估不同管理策略對於海岸濕地之生態旅遊的影響趨勢,並探討生態旅遊價值的動態變化,以提供主管單位之參考。

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安平水鳥濕地公園生態旅遊價值評估系統之整體系統動力模型

研究成果:

  • 國科會專題研究計畫:以系統動力學探討海岸地區的永續發展-應用系統動力學及聯合分析法評估安平水鳥濕地公園生態旅遊之價值,2012/08/01-2013/07/31,NSC 101-2221-E-006-281。
  • 國科會專題研究計畫:以系統動力學探討海岸地區的永續發展-海岸濕地生態旅遊發展之價值評估模型建立,2011/08/01-2012/07/31,NSC 100-2221-E-006-017。
  • Lin, Chien-Chi, and Laurence Zsu-Hsin Chuang (2012) “Using Fuzzy Delphi Method and Fuzzy AHP for Evaluation Structure of the Appeal of Taiwan’s Coastal Wetlands Ecotourism,” Advances in Intelligent and Soft Computing (AISC), Vol. 143, pp. 347-358, 2012 Business, Economics, Financial Sciences, and Management, ISBN 9783642279652. (EI)
  • 莊士賢、林千琪* (2013)“以系統動力學探討海岸地區的永續發展-應用系統動力學及聯合分析法評估安平水鳥濕地公園生態旅遊之價值”,第35屆海洋工程研討會論文集,第477-482頁,國立中山大學,高雄。
  • Chuang, Laurence Zsu-Hsin, and Chien-Chi Lin* (2012) “A Method for Group Decision Making Based on IG-TOPSIS and Interval-Valued Fuzzy Numbers,” International Symposium on Computer, Consumer and Control 2012, Taichung, Taiwan, June 4-6, 2012.
  • 莊士賢、林千琪 (2012)“海岸濕地生態旅遊發展之價值評估模型建立”,第34屆海洋工程研討會論文集,第499-504頁,國立成功大學,台南。
  • 莊士賢*、林千琪、黃瓊珠、陳貞如 (2012)“七股海岸濕地海生態系統服務價值評估初探”,第四屆海峽兩岸人工濕地暨第三屆台灣濕地生態系聯合研討會,第66-70頁,中央研究院,台北市。
  • 林千琪、莊士賢、李明靜、余書瑾 (2011)“以不同專家觀點分析台灣海岸濕地生態旅遊吸引力”,2011餐旅、休閒與觀光教育發展與趨勢國際學術研討會,第427-436頁,大仁科技大學,屏東。
  • 林千琪、莊士賢、李明靜 (2011)“應用模糊德爾菲法分析海岸濕地生態旅遊吸引力”,第13屆休閒、遊憩、觀光學術研討會暨國際論壇論文集,第1983-1992頁,世新大學,臺北。
  • 莊士賢、林千琪 (2011)“台灣海岸濕地生態旅遊吸引力因子之研究”,第一屆「STS、海洋、產業」研討會,第4-21頁,國立高雄海洋科技大學,高雄。

  • 以系統動態學探討海域永續管理

近年來,國人對於休閒旅遊的觀念逐漸改變,促使觀光旅遊業隨之蓬勃發展,遊憩活動多樣化發展的趨勢也更加多元,而四面環海的臺灣,海域相關遊憩活動勢必成為觀光旅遊的主流。政府於2006年發表之海洋政策白皮書中指出:現階段我國海域觀光遊憩發展正面臨「公共建設及民間開發對於資源維護、海岸景觀產生極大衝突」的課題,因對海岸地區生態系缺乏正確認識,或因規劃不當、開發規模過大、保育觀念不足、使用目的未盡相容、及管理績效不彰等因素,致使海岸之開發利用不但不能達到預期效益,常導致環境災難,危害國土保安,甚至威脅民眾生命財產安全(海洋政策白皮書,2006)

2010年完成國科會計畫「大鵬灣水質永續管理之系統動態研究」,是以永續發展為前提,應用系統動力學的學理與概念來建立海岸地區的水質永續管理模式與決策支援系統,以探討該地區的觀光遊憩開發對環境水質所造成的因果回饋衝擊與不同管理策略的可能影響,其目的有三:探討大鵬灣地區觀光遊憩開發對環境水質所造成的衝擊;建立簡單操作之大鵬灣水質永續管理的決策支援介面;及找出適合該地區水質永續的管理策略。

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大鵬灣海域水質管理系統動態流圖

研究成果:

  • 國科會專題研究計畫:大鵬灣水質永續管理之系統動態研究,2010/08/01-2011/07/31,NSC 99-2221-E-006-236。
  • 莊士賢、黃瓊珠、鍾易達 (2011)“大鵬灣水質永續管理之系統動態研究”,第33屆海洋工程研討會論文集,第625-630頁,國立高雄海洋科技大學,高雄。

莊士賢、鍾易達、黃瓊珠 (2011)“以系統動態學分析大鵬灣水質永續管理”,2011中華系統動力學學會年會暨研討會,第127-147頁,大葉大學,彰化。

  • 高頻雷達測流系統應用於海面船舶偵測與追蹤

臺灣四面環海,頻繁船舶活動影響了海事安全、國防安全、海洋環境保護及專屬經濟海域監控的管理難度,如何快速有效過濾或識別高危害風險船舶實為一嚴峻且迫切的課題。專屬經濟海域管理(exclusive economic zone, EEZ)和海岸安全的維護皆為世界各國海洋事務執行機構的主要職責,因此應用船舶監控科技以即時掌握船舶動態,不僅是海洋事務管理的重要議題,也是近年來海洋科技的研究課題。由於高頻雷達可以有效監測海洋環境並提供廣闊的偵測範圍,非常適合作為預警系統的一環。

迄今臺灣已建立環臺岸基高頻雷達測流系統網絡,主要以海洋表面流速量測為主要運作模式,而該系統具低成本、主動偵測及接近即時等諸多優點,具有成為海域監控工具的優勢與條件,如能利用此雷達網發展船舶偵測與追踪技術,將可提供現有海域監控系統一項新選擇工具,並與原有監控工具產生互補之效。未來並可應用於導航、救援、海洋環境保護或漁業管理等領域,這將大幅增加環臺岸基高頻雷達網絡的附加應用價值。因此本研究的目的是:在不影響現有流場量測前提下,開發適當的分析流程與技術,以增加高頻雷達測流系統的船舶偵測與追蹤之附加應用價值。

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臺灣周邊海域船舶動態圖 (資料來源:港灣研究中心AIS船舶動態資料
觀測時間:2013年7月4日00-01時)

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環臺高頻雷達測流系統網絡圖(資料來源:臺灣海洋科技研究中心)

研究成果:

  • Chung, Yu-Jen, Laurence Z.H. Chuang, and Wen-Chang Yang (2013) “Feasibility Studies of Ship Detections using SeaSonde HF Radar,” Proceedings of 2013 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS 2013), Melbourne, Australia, July 21-25, 2013.
  • Chung, Yu-Jen, Laurence Z.H. Chuang, Ya-Ting Hu, and Wen-Chang Yang (2013) “The Doppler Signal of High-Frequency Radar for Vessel Detection,” Proceedings of 2013 International Conference on Earth Observations and Societal Impacts (ICEO&SI 2013), Tainan, Taiwan, June 23-25, 2013.
  • 鍾育仁、莊士賢、楊文昌、梁恩昱 (2012)“應用高頻雷達進行海面目標偵測可行性研究”,第34屆海洋工程研討會論文集,第583-588頁,國立成功大學,台南。

 

  • 海洋遙測科技之研究

對海洋及海岸工程設計、海域災害救援以及其他相關近岸海域活動而言,波浪與海流等海洋環境資訊缺一不可。然而受到海底以及陸域地形之影響,近岸波流等海洋特徵往往具有強烈的非均勻(inhomogeneous)特徵。波浪與流場受到非均勻地形之影響,這兩種海洋外力已呈現出明顯的非均勻特徵,再加上波浪與流場之間的相互作用,致使海域中的海象特徵更趨複雜,如此之現象對於海域環境資訊的解析將更為困難。遙測技術具有「廣景覽要」之特性,能對海面進行大範圍之觀測,透過對海域進行影像光學攝取或是以量測電磁回波特性之方式隔空偵測觀測區域之特性。利用所取得之影像,搭配適當的影像處理方法,即能從中求取所需資訊,是獲取非均勻海洋環境資訊的極具潛力方法。

海洋遙測科技為波浪遙測之相關研究,係利用二維小波轉換理論應用於波場影像分析,發展出來改善傳統使用之二維傅利葉轉換理論所導致的諸多問題,除了解決非均勻分佈之波場的分析限制,更得以求得近岸海域中更具代表性的波浪特性。

以二維空間影像分析的研究成果為基礎,再將二維小波轉換(註:單張影像)擴展至三個維度的“影像序列"之轉換分析,以發展出真正能夠解析近岸X-band 雷達取得之“非均勻"及“非定常"性“波場影像序列"的分析方法,在雷達遥测上取得領先的創新成果。

但在利用此技術推求波速、群波速、流速、或水深變化時仍受限於分散關係式的假設,因此於2007年提出之國科會計畫「時空合域連續小波轉換應用於波流場影像分析—(I)波場影像序列的波速與群波速分析」,擴展三維小波轉換為高維小波轉換,並在小波母函數中加入速度轉換因子,成功地研發出「時空合域小波轉換理論」應用於數值模擬波場之分析,並探討該分析理論應用於波速及群波速解析之可行性。

後於2008年提出之國科會計畫「時空合域連續小波轉換應用於波流場影像分析—非均勻性波流作用場之解析」持續此一研究,並將研究焦點集中在波場與流場之分離,使波流場的觀測能由單一遙測儀器同步取得,從受水深變化及波流交互作用影響的海面影像序列中有效地分離出波場與流場。

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不規則模擬波場及其對應之水深

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不同空間解析度所呈現出相同波浪條件之波場

研究成果:

  • 國科會專題研究計畫:時空合域連續小波轉換應用於波流場影像分析-時空合域連續小波轉換應用於岸基雷達觀測近岸波流場之可行性研究,2009/08/01-2010/07/31,NSC 98-2221-E-006-251。
  • 國科會專題研究計畫:時空合域連續小波轉換應用於波流場影像分析-非均勻性波流作用場之解析,2008/08/01-2009/11/30,NSC 97-2221-E-006-258。
  • 國科會專題研究計畫:時空合域連續小波轉換應用於波流場影像分析-(I)波場影像序列的波速與群波速分析,2008/01/01-2008/07/31,NSC 97-2218-E-006-010。
  • Chuang, Laurence Zsu-Hsin, and Li-Chung Wu (Published online 2013) “Study of Wave Group Velocity Estimation from Inhomogeneous Sea-Surface Image Sequences by Spatiotemporal Continuous Wavelet Transform,” IEEE Journal of Oceanic Engineering. (SCI) (Accepted in 2013)
  • Chuang, Laurence Zsu-Hsin, Li-Chung Wu*, and Jong-Hao Wang (2013) “Continuous Wavelet Transform Analysis of Acceleration Signals Measured from a Wave Buoy,” Sensors, Vol. 13, Issue 8, pp.10908-10930. (SCI)
  • Bau, Hsiang-Yu, Li-Chung Wu, and Laurence Zsu-Hsin Chuang (2013) “Detection of Thermal Effluent Discharge Using Sea Surface Nautical Radar Images,” IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, Vol. 10, No. 3, pp. 612-616. (SCI, EI)
  • 莊士賢*、吳立中、董東璟、高家俊 (2011)“時空合域連續小波轉換應用於近海波場影像的波速與群波速度分析”,中國土木水利工程學刊,第23卷,第4期,第417-427頁。(EI) (中國土木水利工程學會101年度論文獎)
  • 吳立中、莊士賢、許朝敏、王仲豪、高家俊 (2011)“時空合域影像於求取海面波流資訊之應用”,海洋及水下科技季刊,第21卷,第1期,第29-33頁。
  • Wu, L.C., L.Z.H. Chuang*, D.J. Doong, and C.C. Kao (2011) “Quantification of Non-homogeneity from Ocean Remote-Sensing Images Using Two-dimensional Continuous Wavelet Transforms,” International Journal of Remote Sensing, Vol. 32, No. 5, pp. 1303-1318. (EI, SCI)

  • 海洋資訊管理與應用

海洋對於全球氣候調節、水文地理分佈,乃至於生態環境演化亦或是觀光休閒產業,其對人類生存環境的影響深遠且重要。臺灣四面環海,屬於海島型國家,因土地資源有限,發展上有其先天上的侷限,海洋蘊藏資源遠比陸地豐富,為取得更多的資源,唯有向海洋方面擴展。

近年來,隨著海洋活動廣泛的推廣,參與海上遊憩活動之人口日益增加,無論學術研究或海象預報等,皆需利用海洋觀測之數據加以分析,以提供參與海域活動者運用。此外,由於國內陸域自然資源有限,為有效利用海洋資源、整合海洋研究發展及落實海洋生態環境保護,海洋資訊系統化管理與服務已刻不容緩。

教學課程除了持續長久以來所專注的“海洋科技"外,更需進一步與“海洋事務"做整合,以 “資訊管理"研發工作為基礎,開設了一系列以“海洋資訊管理"為主軸的課程。其中「海洋資訊動態系統分析」即是本研究的理論主軸,亦將是未來幾年內個人研究和指導博碩士論文研究的最主要理論基礎。

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研究成果:

  • Wu, Hsing-Ti, Chuang, Laurence Zsu-Hsin, Wu, Li-Chung (2013) ” Spatial-Temporal Analysis of Sea States for Sailing Activities in Dapeng Bay National Scenic Area, Taiwan,” International Journal of Developmental Sport Management, Vol.2, No.2, pp. 1-14.
  • 吳行悌、莊士賢、吳立中 (2012) “帆船活動的氣象條件評估:以大鵬灣國家風景區為例”,島嶼觀光期刊,第5卷,第2期,第1-17頁。
  • 吳行悌、莊士賢、吳立中 (2012)“帆船活動的氣象條件評估:以大鵬灣國家風景區為例”,2012第一屆海洋觀光暨運動休閒產業國際學術研討會,I-海洋事務相關之議題-003,第1-14頁,國立澎湖科技大學,澎湖縣。
  • 鍾育仁、薄祥裕、張資凰、莊士賢 (2012)“以科技管理觀點探討海洋資訊整合”,2012第一屆海洋觀光暨運動休閒產業國際學術研討會,I-海洋事務相關之議題-004,第1-14頁,國立澎湖科技大學,澎湖縣。
  • 鍾育仁、莊士賢、陳慶芳、陳仁郁 (2012)“從國際綠色拆船趨勢探討船舶全壽期管理”,第二十四屆中國造船暨輪機工程研討會暨國科會成果發表會,第091-1~091-7頁,長榮海事博物館,臺北市。