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佳作

土石流不流-從清水溪土石流成因踏查、雨量計改良到簡易預警裝置的研究

夏天常見土石流,想研究成因及預警裝置,以減少災害。 我們發現該區具下列特徵:坡度陡,土質主為砂岩,植物以草本及淺根木本為主,離斷層帶五公里內,常有人為施作,雨量集中。 把雨量計的儲水筒改良成儲水、雨量兩用筒,設計兩半圓保麗龍夾磁鐵成浮標置於筒內;指標磁鐵置於筒外,當收集雨水後,指標磁鐵會指在某刻線上,使測雨水方式更簡便精準,頗具創意。 簡易土石流警報裝置,精算調控漏水面積,使儲雨量加調控漏雨量等於警戒雨量,利用常見的臉盆加蜂鳴器及校正過的規律漏水設計,若水位達警戒值時,導電浮板碰觸上緣導絕導板、雙半圓導線即形成通路,使蜂鳴器鳴叫,達到預警效果,其中第三代最優,可推廣到好發土石流區一般家庭使用。

「蕨」處逢生-探討台灣山蘇花的孢子彈射機制與附生的歷程

從好奇台灣山蘇花(Asplenium nidus L.)生長高度為起點,了解它為鐵角蕨屬 (Asplenium)巢蕨群,能提供其他生物生長空間和營養。孢子囊細胞中環帶細胞平均19.4個,唇細胞平均3.2個,具長柄,分類上為較進化薄囊蕨類。孢子囊開啟角度達180度,甚至達225度,可反轉後彈回。一次彈回氣泡幾乎充滿環帶細胞,二次彈回氣泡數較少,符合第一和三類型槓桿,以費力省時方式進行孢子彈射。室內外生長箱測量孢子彈出時平均角度33.4度,推測加上風力可將孢子彈得更高遠,已測得附生高度達5公尺。孢子彈出後,僅附生植物莖0.1-0.2公分並容易掉落,顯微觀察對附生植物影響小。這些適應環境和利他的方法和智慧,值得效法和學習。

拉丁「圍」機

每行每列恰有m個格子填入1,其他的格子皆填入0的方陣,稱為m–(1,0)拉丁方陣。本研究要探討以下問題:求最小的非負整數a,使得所有n階的m–(1,0)拉丁方陣中,都存在一個k×k正方形,其內數字和不超過a。 藉由程式得到答案之後,再針對不同的n,k值討論。k整除n時可經由簡單的估計和構造得到答案,但k不整除n時,經由估計得到的上界,和構造得到的答案卻不盡相同,因此必須再配合壓界的方式得到最後的精確值。目前解決了m=1和m=2的情形,未來將繼續著手處理更一般化的結果,也就是當給定任意n,m,k時,都能得到答案。

城式尋堡

本作品旨在研究一道塗色問題:在一個m×n的棋盤中對任意格子塗上黑色,相鄰方格(有共同邊)不同時塗色的所有方法數。過程中,我們運用二維的城堡多項式的概念來進行研究。首先,我們推出1×n、2×n 單色及1×n多色的方法數及公式。再來,我們嘗試估計m×n 單色及多色著色方法數的上界及下界。接著,我們針對它的一些性質做討論。最後,我們用程式跑出答案,並印證我們的推論。

無人機SLAM自主飛行與立體建模運用於橋樑劣化檢測之研究

本研究運用無人機透過自主飛行及SLAM技術,輔助維護人員進行安全而穩定橋樑劣化檢測機制。透過飛行穩定、姿態資訊明確的自主飛行無人機,運用Python撰寫UDP連線程式,即時接收並判讀無人機回傳的影像及姿態資訊,再傳送飛行命令給無人機以順利在橋樑間巡行,而接收的影像則提供目視判斷損害狀況及LSD-SLAM建立強梁的3D模型自動標示測量損害處的尺寸。最終結果證實無人機可取得符合橋梁優選指標 (PI) 的必要資訊,以安全、效率的方式,取代目前必須多人爬上爬下,分工目視及測量方式。

生物分解新主張,污水處理有一套

本研究以自行設計的滴濾池培養厭氧污泥,提供厭氧菌硝酸鹽將其脫氮氨後,再回流至上流式厭氧污泥床(UASB),結合三相分離器,利用回收沼氣,增加污泥浮除效果,並結合喜氧設備與生物膜分解方式,改善污水出流 COD、BOD 、TKN(總凱氏氮)、氨氮等問題。本研究實驗分兩階段,探討不同種類污水對系統之影響。第一段實驗配置廢水主要添加丙烯晴當氨氮及有機氮來源,因具有生物毒性,在未經丙烯晴馴化的厭氧污泥處理時,COD去除能力只維持20-21%,第二段實驗配製廢水主要添加尿素當氨氮及有機氮來源,因尿素為生物營養源,對生物增生具有加值效果,經馴化後UASB槽出流COD為420-400PPM去除率已達60%-62%,經固定床處理後廢水COD明顯下降80PPM以下系統COD總去除率92-95%,TKN(總凱氏氮)去除率74%。

百「稈」交「姬」-簷下姬鬼蛛群體結網空間分布及卵囊中稈蠅蛹之研究

本研究的主角為簷下姬鬼蛛(Neoscona nautica)及稈蠅(Chloropidae)。只要環境擁有長時間照明,蛛網整天都會在。冬天姬鬼蛛體型大於春夏體型,數量也少於春夏的姬鬼蛛。體型小的姬鬼蛛離地面和變電箱較近,而體型大的蜘蛛離地面和變電箱較遠。單獨結網蛛網較大,群體結網的姬鬼蛛網面較小。姬鬼蛛分布的碎形維度D接近1,為不均勻的分布。牠們有三種避敵的行為模式:直接避敵模式、折返避敵模式以及同側移動避敵模式。本研究中有48個卵囊的分布都以變電箱為中心,顯示變電箱周圍為牠們繁殖區域。單體生活的姬鬼蛛會在屋簷下產卵囊。54個卵囊中有蟲蛹的比例佔57.4%,沒有蟲蛹的比例為42.6%。稈蠅蟲蛹在卵囊中幾乎為中心對稱分布。

電雙層電容器電極碳材性質之探討

本研究主要探討咖啡渣、甘蔗渣、竹幹、竹葉等天然材料,透過簡易的步驟,將其轉成碳材,再製成電雙層電容器,並且比較不同原料所轉成之碳材之物理、化學性質及其電容效能。在與其他文獻提出之碳材合成法與其電容效能作比較,發現以甘蔗渣為前驅物所合成之碳材相當具有研究潛力,碳材具有質輕且組裝成電容器後具有不錯的電性測試結果。

有其母不有其子─探討虎尾蘭彩斑遺傳

無性繁殖在農業和園藝上廣泛使用,因此繁殖法可以大量繁殖且保留母株的性狀。在本次研究中,我們以常見的觀葉植物-金邊虎尾蘭(Sansevieria trifasciata var. laurentii)為實驗材料,並以其常用的無性繁殖法(地下莖繁殖、葉插繁殖以及組織培養)進行繁殖,結果顯示當以葉插為實驗組時,子株性狀竟與母株不同,不帶有金邊的性狀(如圖四)。另外也發現,由芽點處長出的子株(定芽)會與母株性狀完全相同。而進行葉錠浮沉實驗、葉肉組織切片觀察以及光合色素色層析實驗之後,我們推論,金邊葉肉組織因為不具有葉綠素,故養分供給不足,再生能力差,而造成葉插繁殖時,金邊斑葉性狀消失的情形。

「烯」手「銅」心-自製儀器偵測氧化石墨烯複合物對銅離子的吸附探討

本實驗首先探討製備氧化石墨烯的最佳條件,及其氧化後的表面官能基的含量及特徵。為了有效增加水中銅離子的吸附效果,我們利用幾丁聚醣進行複合並製成試劑,經實驗得知本試劑其最佳複合比例,氧化石墨烯與幾丁聚醣的含量比為3:2,複合後吸附銅離子效能為同質量活性碳的8-9倍。本試劑在重覆測試10次反應後,其吸脫附後的再生率為78.1%,表示本試劑有良好回收再利用效果。最後我們利用自製儀器有效即時偵測銅離子的吸附情形,其吸附率可達93.8%。