無線感測網路 與智慧建築

分析居住行為與建立模型需要詳盡客觀的資訊，這些資訊的收集有賴於各式各樣的感測裝置，如動作感測器、溫濕度計、電量計及水量計等等。透過分析這些感測資料可以形容出居住者的生活行為，使建築設備提供出相對應的動作，來提升居住的生活品質。但這些感測器必須隱密地裝設在居住環境中，這樣才能降低使用者的不舒適感，同時也需降低配線與裝設的難度，如此才能降低建構感測環境的門檻與減少不便。也就是說，在建構感測環境時，感測器必須要體積小，安裝方便，通訊效能穩定，以現有技術來看，佈建無線感測網路來收集行為資訊可以說是最佳的方法。無線感測網路最早是由美國國防部資助的一項研究計畫，目的是在戰場中偵測環境及敵軍的動態，後來發展在民生用途上。由於無線感測網路的優點就是體積小、佈建快速及省電穩定，所以極為適合用於收集居住行為的資訊上。

配備了無線感測網路的建築體，就像是具有感知神經的身體，能夠知道建築內外發生的事情。對於傳統的建築，並不具備有這樣的感知能力，所以隨著使用年限的增加及居住者的便多，建築會慢慢老化，也慢慢的變得無法再提供良好的居住空間。在配備無線感測網路的建築，能夠感知居住環境的變化，透過智慧系統的分析及判斷，能適時提出警告及驅動相關的設備動作，這樣的建築稱為智慧建築。而智慧建築可以確保居住環境的安全、照顧居住者的健康、提供生活便利性與舒適的室內環境，達到環保、省能及人性化優質的居住空間目標。

傳統建築升級之虞 也應顧慮隱私

建築體與感測網路的結合是屬於建築資通訊領域的技術。這樣技術需要有建築與資通訊的領域相結合才能有正確的發展。而在智慧建築裡的智慧感控系統也需要各方面不同的領域的知識。不僅要提供方便的科技，也要兼顧使用者的觀感。居住者的行為資訊可以拿來用在許多地方，但需要注意這些資訊的安全性與居住者的隱私權。如何能廣泛地取得感測資料，有效的利用在居住空間效能的提升，同時確保居住者的隱私，正是能推動傳統建築升級的關鍵。

在智慧建築中，居環境調控需要有智慧的分析收集到的感測資訊。過去在分析資訊與最對應的設備調控，通常相互都是同性質的。舉例來說，溫度、濕度感測器用來控制空調，水量計與電量計分別表示用水及用電量。但除此之外，這些資訊其實隱含著居住者的行為習慣。這些習慣中，有的能反映出居住者的健康狀態，有的能找出節省電力的方法。有此可知，若是有效分析這 些資訊，能加以利用的地方相當的廣泛。

居家行為分析

得知居家行為可以增加居住環境的效益，但需要在環境中裝設哪些種的感測器才能分析行為呢？其實這些需要的感測器大部分都以經常見於家庭環境中了。如溫度感測器，水電瓦斯錶等等。但這些感測的資訊的取得並不方便，需要將無線感測網路的技術加進來，透過即時快速的收集資料，才能做出有關居住行為的分析。接下來，就來針對不同的感測資訊來作介紹。

水錶、電錶

水錶提供了居住環境的用水狀態，最簡單的提供了用水設備的狀態，當漏水發生或不正常使用時，可以很快的從水錶發現。而使用的水量 也表示了居住者身體及環境對於水的需求。這些水量的需求在正常的情況下應該是穩定較少變動。相對於水錶，電錶資訊則隱含了更多意義。透過用電量與判斷使用者使用何種電器，系統可以更明確的描述出居住者正在作什麼。

《圖一　含 Zigbee 無線傳輸模組之電表》

溫度、濕度

溫濕度感測器最常應用於控制控調。而空調的耗能也是建築中佔最大的一部份，透過室內外氣候感測器的資訊，可以建構一套較為節能的溫度調控策略。而環境溫度的變化，也可以反應居住空間人數的多寡，進一步可以利用 這些資訊調整環境的策略依據。

生理資訊

透過配戴生理資訊感測器，可以直接得知人體的生理資訊。這些資訊包含了，心跳，體溫及腦波等等。這些資訊常用於健康照顧及醫療行為上。這些資訊如果和其他資訊關連起來，就可以提供更多的行為訊息。但在這一方面，如何降低使用者穿戴的不舒適感仍是待解決的重要課題。

聲音、動作感測器

簡單的聲音與紅外線感測器，可以描述出居住者外在的行為表現，如移動的頻率，說話的大小聲等等。加上對於聲音情緒或異常的偵測，可以查驗居住者的身心狀態，甚至察覺重要的安全事件。聲音感測器的部分需要注意個人隱私，通常需要知道感測聲音的頻率及音量的大小，對於聲音的詳細內容則需忽略。

門窗狀態

門窗的狀態可以用簡單的磁簧開關作為回報。這類的資訊可以用作為人員進出時間或氣候調控的參考。在居住者外出時，也能直接拿來用作居家安全的基本配備。

居住者的行為能透過這些感測資料描述出來，但不同的感測資料如何融合成為一種行為，目前仍須依賴大量前置訓練與分析。而分析的種類可以由多種感測器來判斷一種行為特性，例如獨居老人的身心狀態。當聲音感測器已經很久沒有發現人的聲音，水的使用量較平日減少許多，加上從門窗狀態的感測器發現，居住者外出的次數減少，便可以判斷居住者的身心狀態需要關心。相對於用多種感測資料判斷一種行為，另一型態是利用一種類型的感測資料判斷多種狀態。舉電錶為例，即時電錶的資訊可以透露，什麼電器在什麼時間被啟動，而啟動後的狀態又是什麼。若是在一個電錶所連接的迴路中，掛載兩個以上的電器，則這些判斷會更多樣而複雜。根據電器在迴路中的辨識結果，能更完善的描述居住者行為。舉例來說，從辦公室的電腦電錶資訊，便可以大致判斷使用者是否在位子上，因為電腦的用電量會因為工作的不同而有變化，所以監控電腦的用電量可以作為使用者行為狀態的參考。圖二為電腦實際使用的電量紀錄與分析。

《圖二　電力資料分析》 - BigPic:699x466

居住者行為分析的功用

居住者行為經過分析後得到的結果，可以應用在許多地方，在這邊列舉幾項。這些應用也正是發展智慧建築所期望達到的目的。

節能

近年來石油危機與地球暖化現象，使得大家持續關心節能減碳的相關議題。在用電行為上，居住行為分析可以提供平日省電的策略依據。例如晚 上經過分析電器用電狀態後，發現燈具已經關閉，而且透過溫度與生理資訊感測器，可以確定居住者已經休息就寢，這是便可以完全關閉一些不要用的電器來節省電 力。也可以透過電力計監控電器設備，及早發現電器的效率變低的情況。

舒適

一般來說，舒適的環境需要耗費電能來達成，但在有些時候，空調設備與通風裝置可以根據天然的環境來提供舒適條件。例如經由感測器察覺室內外的氣候狀態，調整空調使之能花最少功，即達到居住者人員舒適的程度。而透過動作感測器及電量耗費計算，能推測使用者需要的氣候環境為何，在盡量節省能源的情況，達到環境舒適的目的。

安全

建築最大的功能之一，便是提供安全的居住環境。在建築裡，用電安全是大家常注意的。透過電錶對電器使用的監控，可以預先發現電器的狀態而事先提出警告，甚至採取預先斷電等措施。另外透過用電行為分析，也能提供安全用電建議，降低事故發生的機率。

健康照顧

人體健康的狀態包括身體健康與心理健康。透過收集居住行為，可以發現異常的情況。在經過授權條件下，可做為醫生診斷的依據。而聲音資訊，出入及動作感測資訊，可以判斷居住者的社交生活是否正常，進而判斷心理狀態是否健康。

總結

智慧建築之所以稱為智慧，便是指建築具備判斷分析與控制的能力。在配備有無線感測網路的建築中，可以快速即時的收集環境與居住者的各種資訊，分析判斷出居住者的行為。這些行為有些可以作為節能策略的依據，有些可以與其他資訊結合，增加居住環境的品質。發展具居家行為分析能力的智慧建築已成為資通訊領域重要的發展方向。