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全面監控環境訊息 國土防災走向智慧化

台灣長期受各種天災侵襲,防災技術向來屬於全球領先地位之一,近年來物聯網概念逐漸成熟,台灣的救災體系也大量導入相關技術,透過廣佈的感測網路與雲端平台,打耖出更據智慧的防救災系統。

台灣的地形特殊,長年受風災與地震侵襲,逼使台灣戮力研發防災科技,臺大土木工程學系(前內政部長)李鴻源就指出,相對於其他國家,台灣在防災技術仍屬領先,從這幾年風災都僅有財產損失,未有因災死亡等績效就可看出,之所以會有此佳績,原因於台灣相關單位大量將IT技術應用於防災系統,透過感測、通訊、資料處理等設計,充分掌握國土環境訊息,不過李鴻源也指出,台灣一直未能成立救災總署,對台灣未來的國土監測與防災相當不利。

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臺大土木工程學系李鴻源指出,台灣地理環境特殊,天然災害頻繁,因此政府發展防災技術不遺餘力,台灣在此領域技術已居全球領先地位。DIDITIMES

整合大量資訊 打造災害應變系統

在環境監控領域中,國土是最龐大、複雜的體系,必須透過完整而長期的監控,方能在災害發生時有能力應變,也因此需要一個常態性的救災總署,平時可以偵測國土環境,災害發生時可即時掌握各地災情,進行災害預警與整合中央與地方各部會的防災救援工作,同時透過災害的趨勢分析進行研判,提供決策者預警操作與資源調度,由此類架構作法來看,國土安全是物聯網概念的最佳具體實現者,平時感測器等設備擷取資訊並儲存累積為歷史資料,透過分析後進行應用,事實上台灣的類似架構也已上線,國家研究院的災防中心之前就設計了「災害應變決策輔助系統」。

此系統整合超過20個單位將近120項防災資料,除各項基本資料與即時監測數據外,還結合研究單位歷年防災成果與社會經濟資料,可提供完整防災決策參考,由於台灣國土環境的濫墾濫伐等破壞性相當高,高破壞性又導致不確定性,因此環境監測必須相當即時,方能準確掌握所有狀況。

台灣國土監測的另一個問題是災害的多為複合型,也就是風災往往不只是風災,還會引起土石流等,複合型災害對於資訊的整合更需重視,這類系統的需求主要在於結構化分析所有地理、災害及人文自然資訊,透過雲端運算技術與其她單位進行資料交換與分享,並利用圖像化與GIS整合,可讓防災決策更全面,此外包括氣候模式降雨分析、雨量預報模式、淹水潛勢分析、坡地災害潛勢分析等,都加以整合比對資訊,預判災害潛勢。

這類系統在平時即可針對淹水、土石流等相關資訊進行分析,作為地方政府在防災的規劃參考,災害應變階段,則可整合各類預警通知及作為,快速掌握情資,以進行更完整的決策分析。

防災預警系統架構重點

不過要完成此一目標,資訊的搜與整合相當重要,在建置防災預警系統時,必須先思考系統功能需求的先後次序,台灣的IT技術發達,相關應用產品種類繁多,不過多已單一產品方式銷售,並未以整體系統設計為出發點。

一個能夠全方位提供防災預警的系統,必須注意幾個面向。
1. 如何穩定而正確的蒐集資訊:包括計數器、電力與通訊元件都須穩定運作,在正確性方面,包括監測物理量的數位濾波、現場資訊傳輸的補遺機制,以及現場與資料庫資訊同步傳輸等要素,這些動作在環境監控中雖然基本,不過多數政府機關在整合時,易因各單位的本位主義,而難以達成要求。
2. 解釋與分析所擷取的監測資料,並建立相關預警數學模型:以雨量為例,資料可能顯示1小時內下了200毫米的雨量,但這200毫米是平均1小時下,或是集中在1小時中的某10分鐘下?這對災害的預測與判斷會產生不同結果,透過資訊的整合,才能依此建立防災的環境模型,此外「即時測知」與「即時預警」在架構上有明顯差異,預警時間區隔越長,其誤報的可能性就越大,如何決定適當的時間區隔,取得高正確率,涉及救災與防的需求取捨。
3. 開放性整合介面:由於災害的預測與預警,需要整合多種物理量進行運算,此時需要功能完整的單一平台,透過M2M模式整合資訊,才能有完整的整合性分析作為災害預警基礎,要達成此一目標,必須藉由開放性資訊整合介面,接收來自不同規格的設備蒐集、傳輸、整理資料,進而打造災害預警模型,最後再將預測結果交叉比,讓預警模型的正確性更高。
4. 公共資料的開放:藉由長期資料感測所擷取的環境資訊,將累積為國土環境的大數據(Big Data),這些大數據必須有一定程度的資料開放(Open Data),所謂的Open Data並不是全新的概念與詞彙,「Open」不僅是公開而已,更重要的部分仍是「開放」使用,近期之所以最近較受到注目,主要仍是因為網際網路的普及,讓人們較容易接收到相關理念思維,以台灣為例,目前台灣已整合交通路網、衛星攝像、水利資源、地質調查等圖資,並與警政、戶政、防災地圖、實價登錄等五百多種地理資訊整合,打造全國地理資訊系統「圖資雲」(TGOS Cloud),由於救災最重要的是防災的準備,因此台灣在圖資雲的的建構上,也特別重視整備部分,透過開放資訊的標準化及套疊,將地理資訊整合民政、戶政等相關資訊,甚至將警力、兵力等人利分派,以及車輛、器材的資訊整併,即可初步建立救災資源的決策系統,讓地方及中央政府得以整備相關資源,以待行動的整體掌握

國土監測設備需求大不同

相較於大樓或工廠端的監控環境,這類系統的穩定性與可靠性要求更高,前者的系統對穩定性的容許較低,也因為這類應用多有人為管理,在除錯與備援方面,可有人員直接介入,另外室內環境較佳,無論通訊或電力都更穩定,可以提供更好的設備維護,國土監控除環境惡劣外,也無法即時得知設備狀態,當軟體有誤,更無法介入除錯,因此系統的可靠度要求會更加嚴格,除了穩定性外,開放性也是國土環境監控的重點,在環境預警系統建構時,對於不同設備的資料格式,也有所不同要求,不過萬變不離其宗的是,前端現地系統與後端雲端運算平台的整合,必須要連貫而密不可分。

對於國土環境監控系統的未來發展,由於環境感測種類的不同,許多不同類型的監測物理量如地震資料、大地電場或應用時域反射技術測量應變,其龐大的監測資料量受限於頻寬,無法直接傳送到雲端系統運算,前端集錄傳輸設備必須配合適當的處理器與數學分析軟體進行初步演算,再將濃縮後的資訊送至雲端系分析運算,以減輕通訊的負擔,但仍不可脫離現場設備需省電、小體積等特性的基本原則,前端如可負擔更多模型演算分析工作,通訊與雲端的運算壓力就可下降,更多運算資源就可用於比對模型進行環境預警分析。

從環境預警到氣候變遷,在環境資訊的前端感測、整合,到中間的通訊與後端的資料分析及運算,均是不可或缺的一部分,作為系統預警及支援防災需求智慧系統,建立穩定與完整的預警模型,可提供更全面的預測協助防災救災決策,這幾年物聯網技術進展快速,透過物聯網架構,國土環境監控將更即時而準確。

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