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科技帶來正能量 智慧防災安全更安心
透過AIoT提高防災意識與警覺

【作者: 季平】   2023年10月26日 星期四

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不少民眾從手機上收過災防告警系統(Public Warning System;PWS)發出的「地震速報」、「強震即時警報」等國家級警報簡訊,這就是「智慧防災」的具體實踐。PWS包含政府災防警訊端、訊息匯整與派送端、訊息傳送管道端、應用終端等四大組成,涉及跨單位協作,以及各類資訊交換與訊息服務。



圖一 : 手機簡訊-地震速報訊息
圖一 : 手機簡訊-地震速報訊息

圖二 : 災防告警系統架構示意圖(source:國家災防科技中心)
圖二 : 災防告警系統架構示意圖(source:國家災防科技中心)

小簡訊大學問!

PWS警報分為國家級警報(Presidential Alert)、緊急警報(Emergency Alert)、警訊通知(Alert Message)及每月測試訊息(Required Monthly Test)。國家級警報警示地震、空襲、飛彈空襲等訊息;緊急警報警示飛彈空襲(或落海)、工業火災、疏散避難等訊息;警訊通知警示大雷雨、公路封閉警戒、萬安演習警報等資訊。


有趣的是,中央氣象局於2014-2018年曾發布314個強震即時警報,由於警報在地震發生後約17.3秒才發出警訊,如果震央在花東地區,西半部民眾較有可能在「天搖地動前」收到警訊,因此有民眾認為「即時警報」並不即時。雖然災害預警系統仍有使用上及技術上的限制及缺點,但隨著技術與程序不斷優化,仍能發揮極佳的智慧防災價值。


如果這類智慧防災機制能夠擴展到更多面向,可以避免諸多遺憾。比方今年9月屏東明揚工廠發生火災爆炸事故,釀9死、逾百人輕重傷的悲劇,如果廠房配備智慧防災系統,也許可以避免或降低損害;2014年高雄氣爆奪走32條人命、造成321人受傷,石化管線埋在地下的高雄或全台所有與管線共存的城市都處於危險之中;美國加州、法國南部等各地區發生過火燒山意外;韓國梨泰院發生人為意外事件,如果能視不同需求建立智慧防災機制或系統,很多意外是不是可以避免?


智慧防災有商機

答案是肯定的!因此,智慧防災有其市場需求與未來發展性。ResearchAndMarkets研究預估,2027年全球意外與緊急事件管理市場規模約達1745億美元,運用AI、5G、GloRa(Global Radio)等新興智慧科技有助消防救災、預防工安意外、造福智慧城市、強化環安管理,有效提升防救災能力,並能大幅降低意外發生率及災損。


看好智慧科技協助救災的重要性與商機,台灣物聯網產業技術協會、台灣全球無線平台策進會、台灣智慧型紡織品協會及臺灣防災產業協會去年底即簽署合作備忘錄,希望透過廠商之間的合作交流,推動智慧防救災解決方案,進一步共創新興科技生意模式。


台灣物聯網產業技術協會理事長黃崇仁指出,如何透過AI、物聯網、感測器等智慧科技提高防災意識與警覺,並降低災害帶來的影響,是智慧防救災的發展重點,建議電子業可以協助跨域應用領域,透過遠距無線通訊加速環境感測數據的傳輸發展,提升防救災能力。



圖三 : 四大協會跨域簽署MOU,共創智慧防救災新興科技生意模式。(source:台灣物聯網產業技術協會)
圖三 : 四大協會跨域簽署MOU,共創智慧防救災新興科技生意模式。(source:台灣物聯網產業技術協會)

和台灣一樣天災頻仍的日本透過每年防災演練與滾動式檢討防災警戒機制等方式,利用AIoT等創新資通訊(ICT)技術、LPWAN(如LoRa、NBIoT、SigFox)無線通訊技術以及地面與地下的IoT 監測設備擷取地面至太空的環境資訊,包含衛星、航照、UAV、CCTV等影像資訊,並累積大數據資料,利用AI技術研發預測及分類模式,帶來多元新穎的防救災應用,同時進一步發展智慧防災資訊加值應用服務。


台灣也由政府部門或產業協會帶動智慧防災發展,主要應用於建立防救災制度及分析模擬技術,以ICT為技術基礎,涵蓋行動通訊技術(如4G/5G/6G)、大數據(Big Data)、人工智慧(AI)、工業物聯網(IoT)、智慧聯網(AIoT)、雲端運算(Cloud Computing)等領域,同時結合手機App應用程式、無人機等新興載具,使智慧防災系統可以在災情發生前發揮預示及警示作用,災情發生後在最短時間內正確有效地提供災情資訊並評估災損及判斷救災決策,將損失與傷亡降至最低。


各級政府單位陸續建置智慧防災系統,如「新北市智能防災整合平台」即運用防災創新科技整合中央與地方防救災系統及監測資料,整合全災型智慧指揮監控平臺(EDP)、新北災訊E點通及防救災Data Center。


已開發功能包含「淹水預警模式」整合二維淹水模式與易淹水災點;「在地化氣象整合圖台」整合氣象圖資與該市電子地圖,預報降雨量時段與地區;「動態資料視覺化」將所有即時災情供指揮官辨別受災嚴重度及掌握災情分布,還可即時比對單一災點現場與受災前照片;「新北災訊E點通」一站式整合防災、救災及避難資訊,主動向市民推播即時災訊,並提供鄰近避難收容所詳細資訊及路線導引;E-map災防圖資提供如停水停電範圍、臨時供水站及交通管制區域等即時資訊。



圖四 : 建置短延時強降雨智能預警模組。(source:新北市政府)
圖四 : 建置短延時強降雨智能預警模組。(source:新北市政府)

廠房與製造業防災系統的建置也相當重要,目前國內科學園區3大管理局竹科、中科、南科已設置完整的防災SOP,建立「智慧防災系統」,將地理資訊(GIS)系統、廠商建築整合成可視化角度或工廠樓層3D圖,內容顯示化學品位置、存量及控管等資訊,並同步分享地方消防、環保單位以評估相關風險,也會不定期和當地消防隊進行演練,或由勞動局進行安檢。國科會南部科學園區管理局長蘇振鋼指出,未來「智慧防災系統」將朝導入生成式AI邁進。


多面向智慧防災科技應用

過去十餘年間,隨著新興科技崛起,智慧防災技術與應用也蓬勃發展,除了前面提到的強震預警系統或縣市政府建置的防災系統所使用的新興科技,其他如衛星影像或航照圖在區域性災害發生時,可以提供大尺度影像紀錄,精準掌握各地區災情,如2016年已除役的福衛二號就非常適合用於災害監測,觀測與預防森林大火與海冰融化等嚴重災害。


無人機也廣泛應用於災害防制,如前述高雄氣爆發生後即透過無人飛行載具進行災情拍攝,透過影像鑲嵌技術整合即時災情地圖,以利救災單位做出正確判斷並展開後續救災工作。至於監測火情資訊的感測器需具備極高的靈敏度和準確性,將火災監測感測器安裝在移動無人載具上,可以有效解決火災地點溫度高、煙霧濃、火勢猛烈及蔓延快速等特性,實現火災監測無人化並提高預測準確性。


AI機器人也為智慧防災出一分力!紐約市消防局早在2014年購入Super Droid地面機器人,配備類似軍用坦克履帶,可於障礙物上向前或向後推進;2022年紐約市消防局又向波士頓動力公司購入Spot機器人,用於協助困難度高的搜救行動以及傳輸重要數據。Spot機器人可以在蒸氣洩漏後深入地下,持續蒐集圖像和數據,也可以在建築物倒塌後測量結構完整性或一氧化碳等有毒易燃氣體的濃度,大幅降低救災人員的工作風險。台灣力中國際研發的滅火機器人,可用於消防人員無法接近的火災場域,底盤採用履帶系統,配備直線射水、水霧射及泡沫滅火功能,自行配選輔助設備後還可以擴增五用氣體探測器、熱影像儀系統及夜視等功能。


2022年工研院即針對《智慧防火防災科技關鍵技術及應用規劃》進行研究,研究指出,火災現場出現閃燃(Flashover)非常危險,目前已有研究單位透過新的AI系統,在最短時間內讓消防員收到閃燃即將發生的警告。美國國家標準與技術研究院(NIST)設計的P-Flash閃燃預測模型就是利用機器學習算法(ML),讓4033個計算機模擬燃燒的三居室,由算法學會預測屋內溫度大約何時會達到593℃,而P-Flash在預測閃燃發生前一分鐘的準確率高達86%。


此外,為提高救援效率,美國Qwake Tech公司藉助AR技術,研發一款C-THRU 超級消防帽,經測試,能讓消防員的作業速度提高3倍!C-THRU為封閉式頭盔,搭載熱成像攝影鏡頭、毒性傳感器、邊緣檢測器及AR顯示屏,透過Tegra 移動傳感器,可針對濃煙籠罩的地區進行即時掃描,觀察濃煙效果遠高於傳統紅外透視。


屏東明揚工廠火災爆炸事故,負責搶救的屏東縣消防局屏二分隊4名勇消在救災過程中不幸殉職,另有11名警義消輕重傷,突顯救災人員在執行工作時的安全性問題值得重視。除了衛星影像、無人機、機器人,不同救災人員配備的安全裝備也急需智慧升級。工研院指出,消防員可以配戴多種感應器、全球定位系統(GPS)設備、氣壓計等,自動蒐集消防員的各項生理數據、氧氣剩餘量,以及準確位置、高度、溫度、煙霧情?等資訊,透過聲、光、電等多重警告方式,保障救災人員的人身安全。


產業界的智慧防災多以提升安全、維持產線稼動與能源管理為主,以避免或降低財損。宇瞻智慧聯網(Apacer)提出主動式安全防災ESG機聯網系統,歸納十種解決方案,包含安全防災及確保產線稼動的瓦斯洩漏偵測、排煙系統監控、馬達預警診斷等,如三軸震動感測器能即時監控馬達運轉狀態,系統採用AI演算引擎,避免馬達臨時故障停機,還能提供即時故障診斷訊息。


機聯網是利用設備產出的IO接點或安裝感應器,即時數位化紀錄實際產量計數、實際CT計算、生產閒置判斷、異常停機判斷、稼動率演算、產能效率演算等資訊。透過物聯網串聯工廠內獨立機台,將設備數據數位化,以電子看板、Line或網站等平台實現可視化與透明化,進一步預測趨勢並主動控制,實現智慧高效管理。



圖五 : 機聯網透過物聯網串聯工廠內獨立機台,實現智慧高效管理。(source:Apacer)
圖五 : 機聯網透過物聯網串聯工廠內獨立機台,實現智慧高效管理。(source:Apacer)

興創知能則是提供智慧防災解決方案,如全災型智慧化指揮監控中心EDP、坡地智慧防災監測雲端服務及高精度即時位移監測雲端服務。EDP系統會根據各災害預估模式提供預警,預測災害隨時間變化的影響程度及影響區域,協助救災單位超前部署,合理分配各項因應物資;各程度災害潛勢等級提供對應的示警作為,可以提醒各單位關注及避免災情擴大。


興創知能的AI影像辨識(Tron Eye)技術以CNN卷積神經網路演算法為核心,發展各類影像判釋技術,應用於崩塌地判釋、土地分類、道路設施檢測;精準農業作物分類、農業損失評估及農產量預測;智慧監控包含疏濬工區探勘與監控取締、交通運輸物流、智慧工廠;商圈分析包含監視器人流分析、消費行為分析等。合成孔徑雷達近即時解算系統(Tron NRT-SAR)則提供雲端衛星分析,利用合成孔徑雷達影像搭配GNSS物聯網設備、光學衛星影像波段資訊及高解析度高精度測繪技術,可應用於地表變形、人造結構變形、坡地災害監測、河道變遷與淹水、農業生長管理等領域。


「智能科技」一日千里,不只製造、城市、交通、醫療、生活SMART起來,「智慧防災」亦然,透過科技力提高防災力,未來世界勢必更安全,讓人更安心。


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