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運用物聯網技術 提升天然災害防護力

  • 魏淑芳
由國家通訊傳播委員會推動的災防告警系統,可以廣播方式進行傳送警告訊息到特定區域內的4G用戶手機上,讓民眾得以提早因應天災。圖片來源:NCC

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在高雄氣爆恐懼尚未消散之際,台南又於2016年2月發生因地震而導致維冠大樓倒塌的悲劇,儘管前述兩大事件都與人為疏忽有關,若能善用資通訊技術提早發現問題所在,絕對有助於降低損害範圍。

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高雄氣爆雖然肇因於人為疏忽,但若能善用資通訊科技協助,絕對能夠降低石化管線的使用風險。(圖片來源:高雄市政府)

其實根據世界銀行於2005年公布的「天然災害熱點:全球風險分析」(Natural Disaster Hotspots:A Global Risk Analysis)報告指出,台灣是全球最易受天然災害衝擊國家之 一,約有73%人口居住在受3種以上災害衝擊的地區,遭受兩種災害衝擊地區亦涵蓋 90%以上人口。

為此,行政院科技部也在日前舉辦的第十次全國科學技術會議中指出,台灣正面臨氣候變遷的衝擊影響,發生極端降雨淹水事件風險快速增加,自2000年起每年都會發生因極端颱風來襲的豪雨事件。為此,唯有強化國土與環境監測、永續工程技術與遙測技術,改善既有監測設施及整合分析能力,以及建構跨部門的資訊平台,才能才能保護民眾的生命財產安全。

善用衛星影像輔助  有效監控土地變遷

為讓整體國土規劃政策更貼近實務,行政院內政部營建署早在15年前開始,便與國立中央大學太空及遙測中心合作,運用衛星影像進行土地變遷偵測,並以衛星影像光譜樣區資料庫網路查詢管理系統、土地利用變遷偵測系統、變異點網路通報查報系統及數位化地面調查系統等4個系統為核心,全方位整合國土利用變遷資訊,藉此提升國土規劃、經營與管理整體效益。

內政部營建署認為藉由衛星監測系統的嚴密監控,絕對能有效運用與管理土地資源,讓寶貴資源得以永續使用,降低發生天然災害的機率。舉例而言,當國土利用監測計畫完成普查之際,隨即發現全台灣國土地違規使用發現率達20%以上,讓稽查單位得以藉此查緝土地非法使用的狀況,讓違規者逐一現形,避免更多非法土地被濫用。

此外,台灣海岸線長度約1,600公里,沿海地區蘊藏豐富的生物與景觀資源,過去因人們活動、工業生產及經濟發展等因素,導致海岸地區正面臨自然環境遭受嚴重破壞,及過度人工化的問題。現今同樣可透過高解析衛星影像協助,完整掌握各縣市自然海岸線變化情形,並將資料回報給相關單位處理,有助於減少海岸資源再度遭到破壞,減少天然災害的發生機率。

工研院攜手富士通  打造自律型感測網

在缺乏完善水土保持計畫下,近年來台灣受到土石流災害有明顯增加趨勢,在缺乏完善警示機制下,最終發生高雄小林村滅村的慘案。儘管當有颱風豪雨來襲之前,水土保持局都會主動發布土石流紅色警戒區,但在缺乏資通訊技術的協助,多數縣市政府只能被迫採取提早撤離的作法,消極避免再次發生前述的悲劇。

目前市面上常見監測邊坡滑動技術,多半採取將雷射監測方式,或是將高精準度傾斜量測器埋入高警戒區的邊坡之中,只是監測機器價格過於昂貴,以及配線、布建、或電池更換等不易的問題,加上僅能侷限於單一區域使用,較難以做到大範圍資訊收集與監控,也讓整體監測效果大打折扣。

為此,日前工研院宣布富士通研究所攜手開發全新偵測系統,希望能運用多個可自行發電的感測器,透過無線相互串連之後,形成自律型物聯網(M2M)感測網架構,在達成擴大資訊收集範圍的目標外,也能免去傳統人工佈線的之苦。

工研院表示,自律型感測網路技術防災系統以多個無線感測器為核心,透過資料可自動交換而架構成的感測網路,非常適合應用於大範圍面積的監測之用。尤其該系統最大特色之一,即是就算有部分感測器無法使用,仍然不會影響到整套系統的運作,加上感測設備的安裝流程簡便,所以非常適合用於邊坡滑動或土石災害的監控。

在此專案計畫中,工研院將負責感測器、通訊網路、無線軟體及能源控制的研發工作,並且將多個無線感測器布建在易於發生崩塌的實驗場域中,可將收集到的邊坡資訊傳輸給遠端伺服器,方便讓團隊與台灣土木專家團隊共同進行資訊判讀,作為系統改善的參考。

至於富士通則專注在自律管理軟體技術開發的部分,包含遠端控制、克服感測器間通訊障礙相關技術等等,確保在當無線通訊間產生雜訊,或部分一個感測器故障時,整體系統依然能夠正常運作,維持預警通報系統的正常運作。

善用多種感測器協助  保護石化管線安全

為避免氣爆事件再度發生,高雄市政府與當地石化業者合力推動多項安全強化措施,如成立 高雄市既有工業管線管理技術委員會、成立高雄市石化管線管理資訊系統、成立石化管線即時監測系統、要求14家石化公司負責人簽署「管線安全管理」承諾書、公布既有工業管線維運計畫審查結果及監理檢查收費標準。

前述種種作法,都是希望以國際級管理規格要求廠商做好工安維護,對既有管線進行拓展管理與監控,但若要改善石化管線的安全,唯有運用物聯網感測技術,才能主動偵測石化管線使用過程中的安全。

在工研院IEK指出,許多石化大廠確保產業發展的穩定性,正積極開發其管線內、外裝設多種先進的感測器,期望透過建構石化管線數據的方式,讓管線管理更為透明且精準。如Enbridge與TransCanada正在發展蒸氣傳感管、光纖分布式溫度感測系統、烯烴傳感電纜、光纖分布式聲波檢測系統等技術,期望能夠在管線發生問題之前,預先發現且進行修復。

至於PG&E則是投入發展非入侵式的3D偵測技術,該技術訴求可精準辨識並測管道凹痕、裂紋與外表面的腐蝕狀況,並且能將洩漏位置的 GPS 座標和溫度、時間等資料存下來,作為問題修復與後續改善監測、管道配置重要依據,有助於降低石化管線的使用風險。

借鏡日本防災經驗  NCC打造災防告警系統

日本在2011年3月11日受到地震引發海嘯侵襲的當下,許多東日本民眾都受到警告簡訊,使得整體災害衝擊降至最低,也讓全世界都看到日本投注防災系統帶來的效益。

而同樣身為天然災害頻傳的台灣,隨後也仿照日本的制度,由國家通訊傳播委員會推動災防告警系統,其特點為以廣播方式進行傳送,只要幾秒便可針對特定區域內4G用戶手機,發送由災防業務主管機關發布的告警訊息,如大雷雨即時訊息、地震即時警報、地震報告、公路封閉警戒、水庫洩洪警戒、土石流警戒、疫情通知、防空警報等。

台灣災防告警系統是由政府災防警訊端、訊息匯整與派送端、訊息傳送管道端、應用終端等四大單元所組成,台灣五大4G電信業者均已完成細胞廣播控制中心的建置。因此,當電信業者接收到災害訊息廣播平台傳送的警告訊息,會主動將將相關災害訊息傳送至用戶端手機,讓民眾得以提早注意與因應,藉此將天然災害影響程度降至最低。