台大生物產業機電工程學系　盧福明

農糧署　蘇德明

一、前言

　　國內庫存公糧稻穀約在70~100萬噸間，目前均存放在3百餘家農會或民營碾米廠保管，其保管期間部分長達2至3年。而為掌握公糧稻穀安全，防範不法情事發生，目前之管理係由農糧署稽查人員不定期前往各公糧委託倉庫查核公糧儲存狀況，但由於糧倉空間寬敞，很難以外觀之形貌來判別稻穀堆內部是否藏有架空鐵箱、木箱或稻殼等異物，為嚇阻架空等不法之行為，有必要採用快速精準的量測設備來偵測穀堆的虛實。因此本署乃在93年度補助農業機械化研究發展中心、台灣大學等機構研提「公糧委託倉庫穀倉內異物偵測技術之研發」計畫，探討應用透地雷達偵測榖層中異物之可行性。本研究係在農會試驗倉庫進行探測試驗，分析不同材質異物及其排列方式在倉庫中所表現的雷達圖像特徵，俾作為日後於穀倉實地探測之依據，並由此建立一套正確的透地雷達使用觀念及判斷原則，以供稽查人員進行快速、非破壞性之例行查核之用。

二、透地雷達原理

　　本研究所使用的透地雷達為美國GSSI(Geophysical Survey System，Inc)公司所生產的SIR-3000系統，其運作之流程如圖1pdf DOCX所示。

　　機體主要分為五大部分:主機、雷達天線、螢幕顯示器、電源供應器(鉛蓄電池)和傳輸線，其功能如下所述:

(一)主機功能包括控制天線發射和接收訊號之時機、及設定介電常數、施測軌跡的間隔、訊號的增益大小、濾波範圍和取樣速度等。

(二)雷達天線經由傳輸線與主機連接，收、發電磁波訊號都是透過主機本身設定賦予其功用。

(三)螢幕顯示器為附著於主機上之8.4吋彩色液晶螢幕顯示器，可從螢幕顯示器上及時看出天線所接收到之訊號，其解析度為800 600。

(四)電源供應器使用10.8伏特的可充式鉛蓄電池。每顆電池大約可供應透地雷達機組運轉2小時。

(五)傳輸線連接雷達主機和天線，是主機和天線之間的訊號連絡橋樑。

　　本項研究之試驗地點有桃園縣蘆竹鄉農會和南投縣草屯鎮農會兩處。在試驗用倉庫稻穀堆中放入異物，其中蘆竹鄉農會測試之稻穀堆長22公尺、寬4公尺、高4公尺，由外觀無法判讀倉內已含有鐵櫃和木箱等異物;草屯鎮農會之稻穀堆長5公尺、寬4公尺、高5公尺，於稻穀堆中置入4公尺高之鐵架。本試驗所使用之雷達天線頻率為350MHz，探測時將天線平放在稻穀堆表面做來回偵測，雷達電磁波從稻穀堆頂部向下傳遞遇到不同異物材質時，由於介電常數不同，因而產生反射訊號，當二物質之介電常數相差越大時，其反射訊號之強度就越大。本研究藉由接受天線所接收到的連續反射訊號之強弱，判斷稻穀堆中鐵櫃、木箱和稻殼堆等異物的位置。試驗時先在施測路線起點設定主機參數(介電常數、增益、接收時間、濾波頻率等)，使其符合現場之探測，並利用人力拖曳雷達天線，以平常步行之速度沿著穀層之表面做直線行進，進行連續性之訊號收集。

　　雷達接收天線所接收到的稻穀堆電磁波反射訊號，經由分析處理軟體做訊號亮度、顏色分布分析後，即可判別倉內是否存有異物。

三、結果與討論

　　雷達天線測試無異物之穀堆所接收到之訊號圖如圖2pdf DOCX，圖中縱軸為穀層深度，橫軸為雷達天線行走距離，由於雷達天線經過處無異物，所以雷達訊號呈現出弱反應之黑紅色。圖3是雷達天線經過蘆竹鄉農會存放有異物之試驗穀倉所接收到之訊號圖，當電磁波穿透到鐵櫃pdf DOCX(A區)和木箱(B區)上方時，由於鐵櫃與木箱之材質跟稻穀差異性很大，所以介電常數也就不同，因此電磁波在此就會產生明顯之反射；藉由接受天線所接收到之連續訊號，即可探測出異物之位置。由圖中可看出鐵櫃之反射訊號最明顯，呈現出較強之白色訊號;木箱的反射訊號則呈現出黃色之反應訊號。

　　圖4pdf  DOCX為雷達天線經過草屯鎮農會之穀倉訊號圖，由於稻穀堆中置入4公尺高之鐵架，故從圖中可看出在深度1公尺處有一明顯之白色訊號，此為電磁波經過鐵架所產生之強烈反射訊號。

四、結論

　　由於國外目前並無在穀倉內掩藏異物混充稻穀之紀錄或報導，因之不易查詢此等資料。本研究算是首次將透地雷達電磁波探測技術運用於穀倉內異物之偵測，經過現場之試驗結果，證實透地雷達運用於穀倉內異物之偵測方法是可行。且藉由雷達天線所接收到之反射訊號圖，可以清楚看出穀倉內是否含有異物，如穀倉內藏有異物，經由定位分析當可精確的找出異物之位置。而目前傳統查核方法是先選定一定點位置再採用人工搬移方式，此種方法所需之人力、財力和時間甚多，因此如能藉由經濟、快速、有效率、非破壞性之透地雷達探測法來獲取稻穀堆之相關反射訊號資料，將可協助公糧稽查人員更有效執行穀倉查核工作。