善用物聯網架構 打造國土安全架構
- DIGITIMES企劃
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物聯網在國土安全領域的應用相當早，不過過去多僅有底層的感測網路架構，近年來物聯網逐漸為各界熟知後，上層的資料倉儲、分析、應用等功能，也開始被應用於國土環境監測系統。
早在物聯網名詞未出現前，環境監測系統就已使用感測技術架構出感測網路，用以監測環境中如溫度、光線、粉塵…等各項數據，不過過去的環境監控所使用的感測網路，多以底層的數據擷取為主，數據儲存與後端的分析、應用等部分，建置相對較少，近年來物聯網概念逐漸成熟，環境監控開始援引其架構，建立起資料倉儲、分析等部分。
環境監控目前可分為私領域與公領域2類應用，私領域主要是以企業營業場所、工廠為主，公領域則為國土安全防災，前者由於監測區域較小，因此其架構也相對單純，多使用有線模式的感測網路，這幾年崛起的Beacon也被應用於此，與手持式行動裝置結合，提升管理人員的巡查效率，國土安全防災則是相對複雜的設計，由於監測地域廣，且環境嚴苛，各點的感測器與連線方式，都需經特殊設計。
物聯網國土監測 效益顯而易見
先從國土監測談起，台灣環境特殊，在3萬6千平方公里中，擁有東北亞第一高峰，且位於菲律賓海板塊和歐亞大陸板塊的聚合邊界，再加上緊鄰太平洋，因此長期以來天災繁多，颱風、豪雨、土石流等幾乎年年侵襲，在此態勢下，防救災向來是是台灣國土政策中相當重要的一環，近年來IT技術精進，作為全球IT重鎮的台灣，除了參考國外的相關機制外，也將IT技術大量導入防救災系統。
這幾年大家在談的物聯網概念，在防救災應用已經開始，不過台灣仍有成長空間，相較之下大陸方面的進展相當快，以農業應用為例，現在大陸部分鄉鎮以感測網路監控農地的水流泵浦，由於灌溉用水是農作物耕種的命脈，再加上大陸多數地區夏天常受旱災之苦，因此農地用水必須謹慎掌握，透過物聯網架構可長期監測水量，累積為歷史資訊，進而作為用水決策的依據，而大陸地廣田多，所設置的水泵浦數量龐大，容易累積為大數據，系統設置的效益容易顯現。
從架構面來看，物聯網可分為感測、網路、應用等3層，目前台灣廠商的產品主要為感測與網路兩部分，至於應用層近年已開始有廠商嘗試了解其商業模式，並評估未來投入可能，憑借過去長期在M2M的經驗，台灣廠商切入物聯網領域的速度相對較快，不過這2類技術看來類似，其精神仍不同，M2M屬於1對1的傳輸架構，不涉及Big Data，物聯網的是多點同時擷取信號，其型態相當不同，M2M僅為單點對單點的監控，資訊的儲存累積不被重視，物聯網則非常強調這點，物聯網的感測點眾多，但不能一視同仁毫無分別的視為一體，系統必須有判別各感測點獨特ID的能力，如此才能監控兼具。
應用在國土監測也是一樣，國土監測與其他應用不同，防救災系統的感測佈點相當廣泛，且各點所代表感測意義不同，以地層監控為例，當大雨來襲，有土石流發生可能時，系統必須分辨各地點感測器IP，才能判別各地地質的不同變化，而設置感測點也需要專業經驗。
國土監測系統所使用的感測器都設至於戶外，其封裝設計有其強固要求，尤其是台灣，台灣為島嶼地形，濕氣相當重，因此防潮設計相對重要，而如果是海岸線的水文監測，則還要加上防鹽蝕，除強固性要求外，電源也是重點，戶外的感測器不可能隨時更換電池，因此電源供應設計非常重要，目前感測器的電池選擇，目前仍以鉛酸電池為主，不過鉛酸電池壽命用盡後的處理容易造成環境污染，因此簡單的太陽能蓄電與燃料電池是此類感測器未來的趨勢。
國土檢測的通訊考量
至於在傳輸方面，感測器常見的通訊技術是Zigbee與Wi-Fi，不過Zigbee有其缺點，包括頻寬有限、各廠商間相容性不佳、少量架構成本偏高等問題，Wi-Fi則是耗電高，對設置於戶外的感測器來說問題相當大，Zigbee與Wi-Fi的另一個問題是頻段，這兩者都是走2.4GHz，此一頻段所使用的設備多，訊號容易受到干擾，Wi-Fi陣營推出走5GHz的 IEEE 802.11ac，雖然解決了干擾問題，不過頻段高，穿透力就會變弱，常設於戶外環境的感測器，通訊傳輸容易受到樹木、高山阻隔，對此國外常用的433MHz、900MHz等射頻技術，反而是較佳選擇，不過這受限於各國法令，無法一體適用。
防救災體系的感測器擷取訊息後，會將訊息傳送至此一區域的記錄器，記錄器再將匯集的訊號傳回後端，至於紀錄器的訊號傳送則為複合式，端視當地狀況選擇，一般而言若當地佈有線路，則當然以有線傳送效能最高，若沒有佈線，則以3G技術傳送，目前台灣的3G基地台涵蓋率已接近100%，因此問題不大，主要考量在於3G使用所產生的費率。
在上層系統方面，國土監測系統不同，所需要的系統功能也就相異，因此防救災系統會有一定程度的客製化需求，目前系統整合廠商在這方面都有提供相關服務，由於各單位的防救災系統需求不同，由於這類系統的資料判斷，取決於前端感測器訊號累積，防災系統的訊號感測，通常有其時間間隔，記錄器紀錄當區每一段時間的感測器數據，再行回送，後端系統再依據部這些資料進行判別與決策依據，而不同領域的資料量有不同特性，因此需要一定的客製化設計。
防災機關整合才是重點
由於現在台灣的國土監測系統並沒有統一整合，中央與各地方政府各有其系統，且系統之間不易整合，對此，系統廠商多以整合與服務導向架構設計平台，，目前看來Web仍是最開放的架構，因此透過Web架構，將有效提升政府各局處系統的串連問題。
雲端平台的建立，可讓資料的附加價值變得更高，以台灣為例，目前台灣各縣市政府都已導入防災雲端平台，利用其所匯集的歷史資訊，模擬豪大雨發生時各地的淹水狀況，除雨量監測外，新竹縣尖石鄉的大鹿林道也已使用相關紀錄器與雲端平台，其作法是在邊坡遍設地錨，地錨與地錨之間則以光纖互聯，當土質滑動，該處的光纖就會地形凹折，藉由凹折位置來判端各點的地層走向與位置。
就防救災系統建置現況來看，台灣相關建設已算完全，目前的問題是各縣市政府之間的系統建置各行其事，系統之間整合不易，甚至單一縣市之下各局處也有此問題，這種情況不但會使資訊無法最佳化使用，也常會出現設備重複購置的資源浪擲問題，因此台灣的防救災政策首要之務，應是設置專責機關，整合全國相關資源，方能讓防救災系統步上軌道。
