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科技带来正能量 智慧防灾安全更安心
透过AIoT提高防灾意识与警觉

【作者: 季平】2023年10月26日 星期四

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不少民众从手机上收过灾防告警系统(Public Warning System;PWS)发出的「地震速报」、「强震即时警报」等国家级警报简讯,这就是「智慧防灾」的具体实践。PWS包含政府灾防警讯端、讯息汇整与派送端、讯息传送管道端、应用终端等四大组成,涉及跨单位协作,以及各类资讯交换与讯息服务。



图一 : 手机简讯-地震速报讯息
图一 : 手机简讯-地震速报讯息

图二 : 灾防告警系统架构示意图(source:国家灾防科技中心)
图二 : 灾防告警系统架构示意图(source:国家灾防科技中心)

小简讯大学问!

PWS警报分为国家级警报(Presidential Alert)、紧急警报(Emergency Alert)、警讯通知(Alert Message)及每月测试讯息(Required Monthly Test)。国家级警报警示地震、空袭、飞弹空袭等讯息;紧急警报警示飞弹空袭(或落海)、工业火灾、疏散避难等讯息;警讯通知警示大雷雨、公路封闭警戒、万安演习警报等资讯。


有趣的是,中央气象局於2014-2018年曾发布314个强震即时警报,由於警报在地震发生後约17.3秒才发出警讯,如果震央在花东地区,西半部民众较有可能在「天摇地动前」收到警讯,因此有民众认为「即时警报」并不即时。虽然灾害预警系统仍有使用上及技术上的限制及缺点,但随着技术与程序不断优化,仍能发挥极隹的智慧防灾价值。


如果这类智慧防灾机制能够扩展到更多面向,可以避免诸多遗憾。比方今年9月屏东明扬工厂发生火灾爆炸事故,酿9死、逾百人轻重伤的悲剧,如果厂房配备智慧防灾系统,也许可以避免或降低损害;2014年高雄气爆夺走32条人命、造成321人受伤,石化管线埋在地下的高雄或全台所有与管线共存的城市都处於危险之中;美国加州、法国南部等各地区发生过火烧山意外;韩国梨泰院发生人为意外事件,如果能视不同需求建立智慧防灾机制或系统,很多意外是不是可以避免?


智慧防灾有商机

答案是肯定的!因此,智慧防灾有其市场需求与未来发展性。ResearchAndMarkets研究预估,2027年全球意外与紧急事件管理市场规模约达1745亿美元,运用AI、5G、GloRa(Global Radio)等新兴智慧科技有助消防救灾、预防工安意外、造福智慧城市、强化环安管理,有效提升防救灾能力,并能大幅降低意外发生率及灾损。


看好智慧科技协助救灾的重要性与商机,台湾物联网产业技术协会、台湾全球无线平台策进会、台湾智慧型纺织品协会及台湾防灾产业协会去年底即签署合作备忘录,希??透过厂商之间的合作交流,推动智慧防救灾解决方案,进一步共创新兴科技生意模式。


台湾物联网产业技术协会理事长黄崇仁指出,如何透过AI、物联网、感测器等智慧科技提高防灾意识与警觉,并降低灾害带来的影响,是智慧防救灾的发展重点,建议电子业可以协助跨域应用领域,透过远距无线通讯加速环境感测数据的传输发展,提升防救灾能力。



图三 : 四大协会跨域签署MOU,共创智慧防救灾新兴科技生意模式。(source:台湾物联网产业技术协会)
图三 : 四大协会跨域签署MOU,共创智慧防救灾新兴科技生意模式。(source:台湾物联网产业技术协会)

和台湾一样天灾频仍的日本透过每年防灾演练与滚动式检讨防灾警戒机制等方式,利用AIoT等创新资通讯(ICT)技术、LPWAN(如LoRa、NBIoT、SigFox)无线通讯技术以及地面与地下的IoT 监测设备撷取地面至太空的环境资讯,包含卫星、航照、UAV、CCTV等影像资讯,并累积大数据资料,利用AI技术研发预测及分类模式,带来多元新颖的防救灾应用,同时进一步发展智慧防灾资讯加值应用服务。


台湾也由政府部门或产业协会带动智慧防灾发展,主要应用於建立防救灾制度及分析模拟技术,以ICT为技术基础,涵盖行动通讯技术(如4G/5G/6G)、大数据(Big Data)、人工智慧(AI)、工业物联网(IoT)、智慧联网(AIoT)、云端运算(Cloud Computing)等领域,同时结合手机App应用程式、无人机等新兴载具,使智慧防灾系统可以在灾情发生前发挥预示及警示作用,灾情发生後在最短时间内正确有效地提供灾情资讯并评估灾损及判断救灾决策,将损失与伤亡降至最低。


各级政府单位陆续建置智慧防灾系统,如「新北市智能防灾整合平台」即运用防灾创新科技整合中央与地方防救灾系统及监测资料,整合全灾型智慧指挥监控平台(EDP)、新北灾讯E点通及防救灾Data Center。


已开发功能包含「淹水预警模式」整合二维淹水模式与易淹水灾点;「在地化气象整合图台」整合气象图资与该市电子地图,预报降雨量时段与地区;「动态资料视觉化」将所有即时灾情供指挥官辨别受灾严重度及掌握灾情分布,还可即时比对单一灾点现场与受灾前照片;「新北灾讯E点通」一站式整合防灾、救灾及避难资讯,主动向市民推播即时灾讯,并提供邻近避难收容所详细资讯及路线导引;E-map灾防图资提供如停水停电范围、临时供水站及交通管制区域等即时资讯。



图四 : 建置短延时强降雨智能预警模组。(source:新北市政府)
图四 : 建置短延时强降雨智能预警模组。(source:新北市政府)

厂房与制造业防灾系统的建置也相当重要,目前国内科学园区3大管理局竹科、中科、南科已设置完整的防灾SOP,建立「智慧防灾系统」,将地理资讯(GIS)系统、厂商建筑整合成可视化角度或工厂楼层3D图,内容显示化学品位置、存量及控管等资讯,并同步分享地方消防、环保单位以评估相关风险,也会不定期和当地消防队进行演练,或由劳动局进行安检。国科会南部科学园区管理局长苏振钢指出,未来「智慧防灾系统」将朝导入生成式AI迈进。


多面向智慧防灾科技应用

过去十馀年间,随着新兴科技崛起,智慧防灾技术与应用也蓬勃发展,除了前面提到的强震预警系统或县市政府建置的防灾系统所使用的新兴科技,其他如卫星影像或航照图在区域性灾害发生时,可以提供大尺度影像纪录,精准掌握各地区灾情,如2016年已除役的福卫二号就非常适合用於灾害监测,观测与预防森林大火与海冰融化等严重灾害。


无人机也广泛应用於灾害防制,如前述高雄气爆发生後即透过无人飞行载具进行灾情拍摄,透过影像镶嵌技术整合即时灾情地图,以利救灾单位做出正确判断并展开後续救灾工作。至於监测火情资讯的感测器需具备极高的灵敏度和准确性,将火灾监测感测器安装在移动无人载具上,可以有效解决火灾地点温度高、烟雾浓、火势猛烈及蔓延快速等特性,实现火灾监测无人化并提高预测准确性。


AI机器人也为智慧防灾出一分力!纽约市消防局早在2014年购入Super Droid地面机器人,配备类似军用坦克履带,可於障碍物上向前或向後推进;2022年纽约市消防局又向波士顿动力公司购入Spot机器人,用於协助困难度高的搜救行动以及传输重要数据。Spot机器人可以在蒸气泄漏後深入地下,持续搜集图像和数据,也可以在建筑物倒塌後测量结构完整性或一氧化碳等有毒易燃气体的浓度,大幅降低救灾人员的工作风险。台湾力中国际研发的灭火机器人,可用於消防人员无法接近的火灾场域,底盘采用履带系统,配备直线射水、水雾射及泡沫灭火功能,自行配选辅助设备後还可以扩增五用气体探测器、热影像仪系统及夜视等功能。


2022年工研院即针对《智慧防火防灾科技关键技术及应用规划》进行研究,研究指出,火灾现场出现闪燃(Flashover)非常危险,目前已有研究单位透过新的AI系统,在最短时间内让消防员收到闪燃即将发生的警告。美国国家标准与技术研究院(NIST)设计的P-Flash闪燃预测模型就是利用机器学习算法(ML),让4033个计算机模拟燃烧的三居室,由算法学会预测屋内温度大约何时会达到593℃,而P-Flash在预测闪燃发生前一分钟的准确率高达86%。


此外,为提高救援效率,美国Qwake Tech公司藉助AR技术,研发一款C-THRU 超级消防帽,经测试,能让消防员的作业速度提高3倍!C-THRU为封闭式头盔,搭载热成像摄影镜头、毒性传感器、边缘检测器及AR显示屏,透过Tegra 移动传感器,可针对浓烟笼罩的地区进行即时扫描,观察浓烟效果远高於传统红外透视。


屏东明扬工厂火灾爆炸事故,负责抢救的屏东县消防局屏二分队4名勇消在救灾过程中不幸殉职,另有11名警义消轻重伤,突显救灾人员在执行工作时的安全性问题值得重视。除了卫星影像、无人机、机器人,不同救灾人员配备的安全装备也急需智慧升级。工研院指出,消防员可以配戴多种感应器、全球定位系统(GPS)设备、气压计等,自动搜集消防员的各项生理数据、氧气剩馀量,以及准确位置、高度、温度、烟雾情?等资讯,透过声、光、电等多重警告方式,保障救灾人员的人身安全。


产业界的智慧防灾多以提升安全、维持产线稼动与能源管理为主,以避免或降低财损。宇瞻智慧联网(Apacer)提出主动式安全防灾ESG机联网系统,归纳十种解决方案,包含安全防灾及确保产线稼动的瓦斯泄漏侦测、排烟系统监控、马达预警诊断等,如三轴震动感测器能即时监控马达运转状态,系统采用AI演算引擎,避免马达临时故障停机,还能提供即时故障诊断讯息。


机联网是利用设备产出的IO接点或安装感应器,即时数位化纪录实际产量计数、实际CT计算、生产闲置判断、异常停机判断、稼动率演算、产能效率演算等资讯。透过物联网串联工厂内独立机台,将设备数据数位化,以电子看板、Line或网站等平台实现可视化与透明化,进一步预测趋势并主动控制,实现智慧高效管理。



图五 : 机联网透过物联网串联工厂内独立机台,实现智慧高效管理。(Source:Apacer)
图五 : 机联网透过物联网串联工厂内独立机台,实现智慧高效管理。(Source:Apacer)

兴创知能则是提供智慧防灾解决方案,如全灾型智慧化指挥监控中心EDP、坡地智慧防灾监测云端服务及高精度即时位移监测云端服务。EDP系统会根据各灾害预估模式提供预警,预测灾害随时间变化的影响程度及影响区域,协助救灾单位超前部署,合理分配各项因应物资;各程度灾害潜势等级提供对应的示警作为,可以提醒各单位关注及避免灾情扩大。


兴创知能的AI影像辨识(Tron Eye)技术以CNN卷积神经网路演算法为核心,发展各类影像判释技术,应用於崩塌地判释、土地分类、道路设施检测;精准农业作物分类、农业损失评估及农产量预测;智慧监控包含疏浚工区探勘与监控取缔、交通运输物流、智慧工厂;商圈分析包含监视器人流分析、消费行为分析等。合成孔径雷达近即时解算系统(Tron NRT-SAR)则提供云端卫星分析,利用合成孔径雷达影像搭配GNSS物联网设备、光学卫星影像波段资讯及高解析度高精度测绘技术,可应用於地表变形、人造结构变形、坡地灾害监测、河道变迁与淹水、农业生长管理等领域。


「智能科技」一日千里,不只制造、城市、交通、医疗、生活SMART起来,「智慧防灾」亦然,透过科技力提高防灾力,未来世界势必更安全,让人更安心。


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