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應用HHT於水位自動資料檢核系統

為了解決土木工程介紹的問題，作者蕭武賢 這樣論述：

臺灣地區河川水位變化頻繁，由於水位資料需要現地監測取得，但現地可能有各種狀況，如儀器故障、傳輸異常及人為疏失等干擾，皆會影響其數據真實性，因此原始資料必須先執行品管檢核程序，將異常且不合理數據過濾排除，以利提供於水文研究分析較準確之數據使用。本研究所建立之自動化檢核程序利用希爾伯特-黃轉換(Hilbert-Huang ransform, HHT)達到檢核之目標，此方法為黃鍔博士於2009年所提出之時頻分析法，將訊號進行拆解並且分析各自瞬時頻率與振幅能量之相互關係。首先使用整體經驗模態分解法(Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD)進行拆解，瞭解

此訊號之組成要素因子，為有限個本質模態函數(Intrinsic Mode Functions, IMF)以及一個剩餘函數(residual)，為達到辨識出異常值特徵，因此需最大程度表現出水位變化之突波(spike)與異常值的IMF分量，故而僅選擇第一個IMF分量進行希爾博伯特轉換(Hilbert Transform, HT)，轉換後可取得其時間-振幅能量關係圖，觀察該分量之振幅起伏對應真實水位情況，可知道其異常值之振幅數值，當振幅數值越大就可能有異常值出現，反之則為趨向合理情況，藉由觀察各點之振幅數值大小，設定一閥值作為過濾異常值之判斷依據，將超過閥值的點位過濾並排除，而選定閥值大小能控制品管

檢核結果，故可調節不同閥值進一步左右篩選結果，以此達到自動化檢核水位資料之目的。本研究使用傳統人工品管檢核作為標準取得該閥值，利用此閥值完成自動化檢核之最終篩選依據。為降低人工檢核時之人為因子影響結果，故而選定以與人工品管檢核結果約95%相似，若較保守設定其閥值，可盡量避免破壞原始數據之真實物理意義，篩選結束後仍可使用人工檢查確保其數據正確。依據品管檢核的結果得知，可發現自動化檢核可篩選出幾乎全部的異常值，將人工觀察到之明顯突波異常值，能盡量過濾剃除，並且對篩選結果以線性內插進行資料補遺，讓水位資料以連續且完整狀態呈現。自動化檢核程序相比人工檢核程序，能縮短檢核時間且節省檢核人員精力，提供更為

穩定運作之水位品管檢核程序，亦可更為靈活地根據不同篩選需求調整過濾門檻。