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水利署水資源物聯網實現水情管理智慧化

經濟部水利署資訊室主任黃貴麟。

以微軟Azure Stack打造異地備援的混合雲平台,兼顧高速運算及開放資料需求

水資源物聯網是前瞻數位建設的一環,亦是呼應科技部所提出的民生公共物聯網計畫,雲端技術的引進勢在必行。但平台的選擇仍必須符合政府的採購準則、保密規範及資料保存在地化等要求,唯有像Azure Stack這樣的落地型雲端服務平台才能同時滿足所有上述需求。

2019年邁入第二期計畫的水資源物聯網擴大實作,包括以兩部Microsoft Azure Stack打造混合雲模式的平台,這個作法可兼容異地和雲端的備份備援選項,更重要的是區隔內外使用,機敏性資料仍保留在地端,開放資料則放置在雲端。

經濟部水利署資訊室主任黃貴麟表示:「水資源物聯網是前瞻數位建設的一環,亦是呼應科技部所提出的民生公共物聯網計畫,雲端技術的引進勢在必行。但平台的選擇仍必須符合政府的採購準則、保密規範及資料保存在地化等要求,唯有像Azure Stack這樣的落地型雲端服務平台才能同時滿足所有上述需求。」

從治水工程邁向智慧管理

水利署接觸Azure Stack的起點,源於對桃園農田水利會發展智慧灌溉的專案補助,其以Azure開發的應用成果令人驚艷,水利署因而著手評估雲端平台,並成為台灣第一個部署Azure Stack的政府機關。

在此之前的水資源物聯網計畫第一期試作,是由國網中心提供機房與網路,水利署資訊室仍需自行採購及維運軟硬體,並以虛擬機器的形式運作。但第二期計畫的重點之一是佈建感測器,以落實智慧河川、智慧防汛等應用,提供民眾有感的服務,以及扶植水利、物聯網與資安相關產業,因而需要效率更高的雲端平台做基礎。

黃貴麟主任說明,以往的治水手段以工程為主,在目前水庫、水壩、堤防等建設已大致完成的現況下,就必須以管理為重,採取物聯網等智慧管理措施來輔佐既有的工程管理模式,將是水利署的主要對策。

又快又精準的預測演算

水資源物聯網的最大挑戰就是資料量,累積長達四、五十年的水文資料庫,涵蓋全國的雨量、水庫水位、河流量等紀錄,不僅是大數據的基礎,未來也會成為開放資料。為了有效處理龐大的資料量,資訊室決定先以Azure Stack建置水資源物聯網平台,再進行資料的釐清與切分,適合做為開放資料的就上雲端,機敏性資料則留在地端。

除了清理資料,Azure Stack立竿見影的成效就是提供一個強而有力的雲端平台, 以執行強化後的演算法。以淹水演算為例,水利署或學術界、研究界都已經發展出許多演算法,但它們都面臨效率和正確性的兩難,像是降雨的預測演算至少需要6至9小時,如果要精確就必須計算很久,如果要快速得到答案就無法精確。

黃貴麟主任表示,豐富且具親和性的人工智慧服務正是Azure Stack的優勢,也是當初獲選的原因之一。這些以演算法為基礎的預測模式若於Azure Stack處理,不僅能善用先進的人工智慧技術提升精準度,輔以雲端化的分散式資料庫來加快速度,亦可延續過去以SQL Server所打造的類神經網路決策樹,無需從零開始。


相較於第一期的水資源物聯網執行防汛預測模型約需5、6個小時,內部機房則可縮短一半時間的現況,資訊室規劃,需要精確結果的複雜演算,可利用雲端的人工智慧服務來運算地端的資料,採用Azure Stack的演算時間可縮短為半小時至1小時。

推動資料開放與跨域整合

兩部Azure Stack除了用於打造內外區隔的水資訊物聯網平台,同時也做為異地備援機制,水利署的作法在Microsoft大中華區是技術領先的首例。即使兩部Azure Stack分別位於不同地點,仍可由單一介面同時管理兩個環境,而且免除了採購備份備援專用設備的額外負擔。

資訊室在2018年已提供5個開放資料API,2019年的行動更加積極,以提供10個開放資料API為目標,並舉辦一連串工作坊和競賽活動,希望廣納水資源服務的創意和成果,甚或進行技術移轉。

早在2018年底,臺灣防災產業協會所舉辦的水資料應用競賽,就已使用水利署及相關單位的開放水資料清單、政府資料開放平台及Azure公有雲平台,協助參賽隊伍進行開發。這個作法也彰顯了開放資料跨域整合的趨勢,例如:水利資料與農業資料或環境工程的整合,將可催生出許多新服務。

除了建置落地型雲端平台,水利署2019年的另一項重點工作就是由轄下的10個河川局負責佈建感測器,補足邊緣運算(Edge Computing)的缺口。

黃貴麟主任表示:「長期使用經驗讓我們體認到Microsoft對研發的投入與重視,與時俱進的技術成果也為使用者提供了很大的支持。除了產品,部署Azure Stack的過程更有來自國外專家的技術支援和顧問諮詢,為我們雙方建立了雙贏的合作關係。」

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