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研究生: 朱劭謹
Chu, Shao-Chin
論文名稱: 山區公路擋土牆裂縫分布特徵與邊坡活動關聯性之研究
A Study on the Distribution Characteristics of Retaining Wall Cracks along Mountain Highways and Their Relationship with Slope Activity
指導教授: 林冠瑋
Lin, Guan- Wei
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 地球科學系
Department of Earth Sciences
論文出版年: 2026
畢業學年度: 114
語文別: 中文
論文頁數: 123
中文關鍵詞: 裂縫擋土牆邊坡活動性大規模崩塌
外文關鍵詞: crack, retaining wall, slope activity, large-scale landslide
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近年來,臺灣山區道路、邊坡與擋土牆受到強降雨、風化作用及地形地質構造等條件影響,常於地表及結構物留下裂縫。裂縫之分布位置、型態與聚集情形,可能反映坡體狀態、地質條件及潛在活動程度。然而,傳統裂縫調查多仰賴人工巡查與現地判釋,耗費大量人力與時間,亦難以進行大範圍且系統性的盤查。
本研究以中部山區公路沿線環景影像為基礎,建立結合深度學習與地理資訊系統之裂縫辨識及空間分析流程。首先載入既有之YOLO v12m擋土牆辨識模型,定位影像中的擋土牆範圍,再由本研究建置之RF-DETR Segmentation模型進行裂縫分割,自大量影像中擷取擋土牆裂縫資訊並建立裂縫分布資料庫,進一步與地質構造、地形條件及邊坡活動相關圖資進行疊圖分析。
研究結果顯示,本研究建立之兩階段流程可有效自大量環景影像中篩選擋土牆並萃取裂縫資訊。其中,既有YOLO v12m擋土牆辨識模型可作為大量環景影像之初步篩選工具,而本研究建置之RF-DETR Segmentation模型對於細長、斷續且背景複雜之裂縫具有較完整的分割成果。裂縫沿道路之分布並不均勻,而是集中於數個局部路段,顯示裂縫發育可能受到局部地質、地形及坡體活動條件影響。
裂縫密集區與部分潛在大規模崩塌範圍具有一定空間關聯,且部分區域位於主要斷層上盤側或褶皺構造附近。然而,部分裂縫密集區與既有圈繪之潛在大規模崩塌範圍並未完全重疊,顯示裂縫分布除可能反映已知潛在大規模崩塌外,亦可提供現有地質判釋範圍之外的輔助資訊。研究成果可作為山區裂縫快速盤查、重點區域篩選及後續坡體活動性追蹤之參考。

Mountain roads and retaining walls in Taiwan are continually affected by rainfall, weathering, geological structures, and topographic conditions. Although a single crack cannot directly indicate slope instability, the location and concentration of cracks may provide useful information about local geological conditions and potential slope activity. This study used panoramic images collected along a mountain highway in central Taiwan to establish a crack identification and spatial analysis workflow integrating deep learning and a geographic information system. Existing YOLO v12m retaining wall detection model was first used to locate retaining walls, followed by an RF-DETR Segmentation model developed in this study to segment cracks. The detected crack locations were converted into spatial data and compared with terrain, geological structures, and potential large-scale landslide areas. The results show that the workflow can efficiently screen large image datasets and identify several local crack concentration areas. Some areas corresponded with mapped geological or slope activity conditions, while others were located outside existing interpretation boundaries. The workflow may therefore support rapid crack surveys, priority-area screening, and subsequent field verification.

口試合格證明書 i 摘要 ii 英文摘要 iii 誌謝 xi 目錄 xv 表目錄 xviii 圖目錄 xix 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機 2 1.3 研究目的 2 1.4 研究區域 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 擋土牆與裂縫表現相關文獻 5 2.1.1 擋土牆功能與形式 5 2.1.2 擋土牆裂縫類型與判釋限制相關文獻 7 2.2 擋土牆損壞機制相關文獻 8 2.2.1 材料收縮與溫度裂縫 8 2.2.2 化學劣化裂縫 9 2.2.3 結構受力裂縫 9 2.2.4 地盤變形與邊坡位移裂縫 9 2.3 邊坡活動與潛在大規模崩塌相關文獻 10 2.3.1 邊坡活動分類相關文獻 10 2.3.2 裂縫分布與邊坡活動之關聯相關文獻 11 2.3.3 潛在大規模崩塌相關文獻 13 2.4 影像辨識與深度學習方法相關文獻 14 2.4.1 裂縫影像辨識之特性與限制 14 2.4.2 影像處理與增強相關文獻 15 2.4.3 YOLO深度學習模型相關文獻 17 2.4.4 RF-DETR深度學習模型相關文獻 18 2.5 小結 20 第三章 研究資料與影像來源 21 3.1 裂縫資料來源 21 3.2 環景影像資料來源 22 3.3 GIS分析資料來源 23 第四章 研究方法 25 4.1 整體研究架構 25 4.1.1 研究流程 25 4.1.2 系統架構 26 4.2 影像前處理 28 4.2.1 自適應影像增強方法 28 4.2.2 CLAHE影像增強 29 4.3 YOLO v12擋土牆辨識模型 30 4.4 RF-DETR裂縫辨識模型 31 4.4.1 RF-DETR模型架構 31 4.4.2 裂縫資料集建置 33 4.4.3 模型訓練設定 35 4.4.4 模型效能評估 37 4.5 裂縫過濾與黑白二值化後處理 42 4.5.1 結合擋土牆辨識過濾裂縫 42 4.5.2 裂縫遮罩二值化處理 43 4.6 裂縫型態分類 44 4.6.1 縱向裂縫(Longitudinal Crack) 45 4.6.2 橫向裂縫(Transverse Crack) 46 4.6.3 斜向裂縫(Diagonal Crack) 46 4.6.4 複合型裂縫(Complex Crack) 46 4.7 GIS空間分析方法 47 4.7.1 裂縫空間分布圖建置 47 4.7.2 地質圖疊圖分析 47 4.7.3 潛在大規模崩塌地形特徵分析 48 4.7.4 潛在大規模崩塌範圍套疊分析 49 第五章 結果與討論 50 5.1 YOLO v12 Segmentation與RF-DETR Segmentation裂縫分割比較 50 5.1.1 YOLO v12 Segmentation與RF-DETR Segmentation原理與架構比較 50 5.1.2 YOLO v12 Segmentation與RF-DETR Segmentation分割成果比較 53 5.2 裂縫型態與可能成因討論 55 5.3 擋土牆型式與裂縫表現差異 58 5.4 裂縫辨識空間分布結果 62 5.4.1 研究區域裂縫位置分布 62 5.4.2 研究區域裂縫密集分布之熱區 63 5.5 裂縫分布與地質條件之比較 65 5.6 代表性裂縫熱區案例討論 67 5.6.1 路段1:鄰近潛在大規模崩塌範圍與斷層之裂縫熱區 68 5.6.2 路段2:未與既有潛在大規模崩塌明顯重疊之裂縫熱區 74 5.6.3 路段3:位於潛在大規模崩塌範圍內之高密度裂縫熱區 81 5.7 代表性路段裂縫分布與環境條件比較 91 第六章 結論與建議 94 6.1 結論 94 6.2 建議 95 參考文獻 97

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