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建設智慧城市—從頭做起
 

【作者: Gordon Lunn、Pin Tsailin】   2018年07月05日 星期四

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隨著居住在城市人口的比例不斷的增加,預計2050年前,全球將會有三分之二人口居住在城市裡。這對社會功能的影響肯定會很深遠。隨著全球城市規模不斷擴大,居民也將面臨新的巨大壓力。因此,需要採用先進的技術,以確保居民生活條件不會受到太大的影響。以下文章,我們將看看如何在簡易型應用進行實作,協助實現後產生顯著差異。


近年來,我們看到「智慧城市」這個名詞的出現,很多爭論和討論也圍繞著這個議題。雖然涵蓋不同技術和各式各樣的基本概念,但是它們都以改善現代大都市居民生活品質為首要目標。範圍包括改善空氣污染、減少交通堵塞、提高公共交通效率、妥善的利用停車設施、打擊犯罪、有效地廢物處理、防止流行性疾病傳播以及加速對緊急事務的反應,更完善地分配可使用的水和能源。


新加坡是目前在眾多城市擁抱智慧城市理念,排名首位。當地政府利用多種數位科技,已經實行多種方案。在4年期間,花費20億新加坡幣政府資金在當地建立具前瞻的專案。從廣泛部署光纖主幹開始,然後附加無線連接網路。接下來開始安裝智能監控攝影機,以便監控反社會行為和犯罪活動情況,並將運動感測器置於年長者家中,以便了解他們的行動狀況,如果出現任何問題可立即通知他人。


公共運輸現在也裝有精密追?功能,使提供服務可以跟通勤量結合,更加符合需求,道路收費和停車費可以自動支付(市民不需要隨身攜帶現金),也可利用交通監控來緩解道路擁塞的問題。利用最新虛擬實境的創新技術,城市規劃人員可提前了解新建案的開發對周遭環境的影響(例如 : 氣流、移動通訊覆蓋範圍干擾、對其他建築物或植物光線阻擋情形、對水源 / 污水系統所需增加額外的應變 … 等等)。


雖然必須認同,目前推動智慧家庭大部份都仰賴當地政府、政府機構、公用事業和運輸供應商大規模的投資,但也有其他方式可在家庭、辦公室和其他地方去推行。當這些全部結合一起,就可能產生顯著的效果。如此一來,城市居民與技術支持之間的直接互動將會處於最佳狀況(此時,要如何操作互動就顯得不那麼重要,一些抽象層次都可以)。因此,人機介面(HMI)元件在這些較簡易型的應用,顯然足以滿足需求。


智慧城市生活的觀點是為居住房屋與公寓,提供高度自動化。這意味著,只在必要時才會使用照明和暖氣,從而解決能源浪費的問題。另外,隨著人口密度的不斷上升,注定會帶來越來越多的問題,也為我們提供更可靠的安全性。同樣的,工作場所也需要能夠提供安全和節能的環境。


預計未來30年全球人口總數將超越95億,糧食生產注定將成為另一項重大挑戰。因此,智慧城市每個人都必須在周遭建置商業溫室,溫室裡可利用人造光源種植農作物,以滿足市民的需求。在這種商業溫室方案中,通訊網路可建立在CAN或乙太網路協議作為傳輸重要數據用途(譬如空氣溫度、土壤溫度、土壤鹼度、光線強度與濕度水平等)。透過分佈於整個溫室的各項感測器設備就可獲得這些數據,然後將資料整合。接下來,可對數據進行分析後,採取適當的措施 - 例如 : 如果獲知溫度過高,則啟動馬達並打開通風口,或改變光的頻率 / 強度以增加農作物產量。這全仰賴可用的正確網路連接,並透過有效與直接的人機介面技術完成。


如何因應人口老化問題,將會是歐洲智慧城市面臨的挑戰之一,採用更多的自動化是頗具價值。可讓老年人留在自己家中,不需要監控式護理—個人就可透過平板電腦或語音控制來控制照明 / 暖氣 / 多媒體功能,無需起床(造成壓力或增加摔倒的可能性)。


此外,這種設施也可用於護理站或醫院,使護理人員 / 醫務人員可以查詢顯示設備,獲得輪班過程中的所有任何變化。藉由記錄所有發生的事件,管理員也可以根據回應時間,以及評估患者 / 居民的行為和人員配置模式,以便實施操作改進。


不僅如此,還可以應用於超市和百貨公司,幫助提升整體購物體驗。感測器可以檢測商店走道上購物者,並啟動顯示系統,然後顯示系統播放短暫醒目廣告在數位看板,可獲取購物者對此區域產品的關注。而附近人機介面在鄰近的相關商品,也可提供不可或缺的訊息,這些訊息可以啟發顧客的想像,進而鼓勵他們購買商品。


所以,這些人機介面背後的通訊硬體性質應當如何呢?有線設施有其優勢,因具有良好的電力性能與強大的數據完整性。使用乙太網路供電(PoE),只需使用一組電纜就可提供數據傳輸與電源,整個過程省去過多資金與空間。有線傳輸方式,也意味著可減少維修的機率(也無需更換電池)。


無線當然有其吸引人之處。非常適用於翻新 / 改造案,當電纜運行很煩瑣且成本昂貴(儘管有線設施應用到新建築物,可如期望般問題較少)。假設無線是必須的需求(即使系統要添加更多節點,可相對簡單),那就需要無線策略有助於網路擴展。靈活性是至關重要,因此,單獨使用有線或者無線遠非理想。智慧技術將需要兩者兼具。可說這是機會,同時也是障礙。


負責裝設的工程師們希望能使用絕佳的通訊技術(依賴各種標準,如範圍、抗干擾能力、SNR、功耗與成本效益等)。在許多情況下,許多子系統需要實現同步控制,可同時使用無線與有線協議,達成最大使用效益。令人驚訝的是,直到目前還是不容易實現的。


透過PanL技術應用,Bridgetek(恰好總部也位於新加坡)開發整合的智慧自動化方式,透過所提供的完整性人機介面平台,可讓系統進行無障礙互動(如上所述),可容易應用於各種不同特殊需求。對使用者而言,具有高度直觀的操作方式,觸控功能的人機介面控制所有的子系統,而不是獨立去控制與處理每個裝置(所有獨立控制裝置,通常都會其有特定佈局方式,並且缺乏一致整體性)。


其核心裝置是PanL Hub,支援多種不同的無線和有線連接選項—包含RS485、Wi-Fi(802.11 b / g / n)、Z-Wave、Zigbee、低功耗藍牙(BLE)和乙太網路(包括PoE)以及專屬通訊協議,如此可與各種硬體連接。關於家庭或大樓自動化方面,用戶可以透過操作連接到PanL Hub的PanL70人機介面設備,可對照明或暖氣進行調整。使用者也可用來查看門外訪客狀況,然後電磁鎖可根據要求解開門鎖。透過家中的PanL RELAY控制器(也可連接到PanL Hub),就可以打開 / 關閉交流或直流的裝置。這意味風扇可以被打開或啟動馬達來開 / 關窗簾等。



圖1 : Bridgtek PanL Hub
圖1 : Bridgtek PanL Hub

在溫室環境下使用PanL,可根據前述討論的各種參數建立與關鍵數據整合。從感測器獲取數據,透過中央監控系統(連接到PanL Hub)或透過位於溫室內許多小型的PanL35人機介面設備進行詳細檢查。換句話說,這些檢測可透過手持設備,很簡單連接到系統就可操作(應用程式與使用固定位置的人機介面設備,均使用相同的介面與操作感)。透過以上任意方式,都可視需求調整燈光,或由感測器數據得知需更多水的地區,進行開啟噴水器。


回到前述的零售案例,若是對PanL 人機介面的初始廣告撥放內容感到興趣,購物者可使用觸控顯示螢幕,得知最新產品的更多細節。也可以查看售價,可吸引常駐觀看更詳細的宣傳廣告,也可查看其他搭配購買商品建議。此功能可讓購買者體驗線上購物,並增加此實體產品的附加優勢。所有,這些都顯示出零售商店發覺現今競爭壓力日益加劇,需要這些新技術,提高顧客在商店中的消費潛力。



圖2 : PanL70 HMI設備
圖2 : PanL70 HMI設備

以上內容,只是一些預見的應用場景,未來無線和有線的資料整合,可將所有資料內容顯示於人機介面,可為真實世界所需的應用目的,可帶來許多好處。現狀的核心技術是為了實現未來智慧城市,而我們正處於相關不同技術的整合階段。


(本文作者Gordon Lunn、Pin Tsailin任職於Bridgetek公司)


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