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智慧国土监控 防灾更精准
创新思维 整合系统
[作者 王明德]   2016年12月05日 星期一 浏览人次: [13720]

近年来全球天灾频传,所造成的损失越来越大,各国政府开始重视因环境及气候变迁所产生的严重影响,各IT大厂也纷纷援用近年来快速进展的IT技术,用以侦测国土环境的变化,不过随着气候的变迁,天灾的规模越来越大,在此态势下,国土监测系统必须精确掌握因环境的变迁,在灾害发生时可即时反应环境监测、灾害预警及灾情状况,同时整合中央与地方各部会灾害防救资源,并透过环境灾害的趋势分析进行研判,协助决策者掌握即时灾害预警空间的分布状况,以及辅助灾害应变指挥官进行预警操作及资源调度的完整系统,尤其在台湾环境灾害的快速变化的情况下,就更形显示出其重要性,一个可以整合各单位资讯的「灾害应变决策辅助系统」(decision support system)提供决策者应变方针的支援系统,就成为灾害防救的重点。


灾害应变决策辅助系统

此外,由于环境灾害的资料量庞杂,透过云端系统整合巨量资料的需求也跟着提升,以国研院灾防中心所设计的「灾害应变决策辅助系统」来看,必须整合超过20个单位近120项防灾资料,除各项基本资料与即时监测数据外,更必须结合研究单为历年防灾研究成果与社会经济资料,以提供更完整之防灾决策参考资讯。


由于台湾环境存在高度的破坏性与不确定性,这样的环境分析必须存在高资讯需求与跨专业领域,对于防救灾资讯需求的整合与提升,将扮演更重要与关键的角色。


透过云端技术与其他单位进行资料交换与分享,并透过图像化与GIS整合,可协助灾防主管进行更全方位的决策。

尤其在台湾,包括愈来愈多的复合性灾害议题,对于资讯整合的要求,更需要重视,这类系统的需求,主要在于结构化的分析所有地理、灾害及人文自然资讯,透过云端技术与其他单位进行资料交换与分享,并透过图像化与GIS整合,可协助灾防主管进行更全方位的决策;此外,透过包括气候模式降雨分析、雨量系集预报模式、淹水潜势分析、坡地灾害潜势分析及土石流灾害潜势分析等,也可整合比对资讯,并针对灾害潜势进行预判。


如此的系统,需要整合杂乱的资讯,具象表达时空分布,以外也要能透过即时情资的比对,来提供决策调度的依据,资讯的全面揭露,才能透过展开后的各种视角,进行有效而全面性的决策,此外由于即时性需求,这样的系统必须具备「操作简易」、「可随时更新」以及可视需求将不同性质情资「套叠」的全面防救灾系统,具备快速反应、有效串接,以及中央与地方资讯可扩展共享的涵盖历史经验的完整系统,这样的「灾害病历」才是防救单位最需要的。


这套系统在平时,即可针对淹水、土石流相关资讯进行分析,作为地方各类设施于仿简灾的规划参考;而在灾害应变阶段,可针对各类预警通知及作为进行整合,快速掌握情资研判结果以寻求更完整的决策分析。


但要达成如此目标,资讯的搜集与整合即成为重要因素,当在建置防灾预警系统时,必须先思考建置一个系统所需要的元素必须存在哪些要件,才能达成最完整的目标,虽然市场上这类产品的种类繁多,但多是以单一产品的方式销售,并未从整体系统设计角度出发。


感测+分析 建构完整预警模型


图1 : 环境资讯的前端感测是建立整体监测系统的初步。 (Source: NASA)
图1 : 环境资讯的前端感测是建立整体监测系统的初步。 (Source: NASA)

一个能够全方位提供防灾预警的系统,有几个面向需要注意。第一个部分,就是如何稳定而正确的搜集资讯,在稳定的要件上,必须让包括计数器、电力即通讯及等元件均能稳定运作;至于正确性的面向,则必须包括合监测物理量的数位滤波,现场资讯传输的补遗机制,以及现场与资料库资讯同步等要素,虽然这一个部分的确相当基本,但很多政府机构或同业却并未确实达成这项要求,业主也忽略或有效认证这个部分。


第二层次,则是解释与分析所收到的监测资料,并建立相关预警数学模型,以雨量来说,资料可能显示在1小时内下了200mm的雨量,但这200mm是平均在一个小时内下的,还是在集中在一个小时内的十分钟下的,这对灾变的预测及判断就产生很多不同的可能性,透过资讯的整合,才能依此建立防灾的环境模型;此外,「即时测知」与「即时预警」在架构上就有明显差异,预警的时间间隔愈长,其误报的可能性就愈大;如何在适当的时间间隔,取得适当的正确率,这就涉及救灾及防灾机制的需求取舍。


最后一个部分,由于灾害的预测及预警,需要整合多种的物理量进行运算,此时一个功能完整的单一平台,透过M2M的模式整合资讯而后进行综合判断,才能够进行较完整的整合性分析作为灾害预警的基础。要达成前述的目标,必须藉由开放性的资讯整合介面,接收来自各类不同规格的集录设备进行资料搜集、传输与整理从而进行分析完成灾害预警的模型;之后再针对预测结果,整合资料库进行交叉比对与验证,以增加预警模型的正确性,如此,即可透过云端运算架构,分享搜集、分析及比对的相关结果,从而建立更完整且全方位的预警架构。


稳定而完整的预警模型

如何在适当的时间间隔,取得适当的正确率,这就涉及救灾及防灾机制的需求取舍。


图2 : 气候巨变,天灾所造成的损失越来越大,各国政府开始重视因环境及气候变迁所产生的严重影响。 (Source: DEVIANT ART)
图2 : 气候巨变,天灾所造成的损失越来越大,各国政府开始重视因环境及气候变迁所产生的严重影响。 (Source: DEVIANT ART)

对于监测系统未来的发展,由于环境感测种类的不同,许多不同类型的监测物理量如地震资料、大地电场或应用时域反射技术测量应变,其庞大的监测资料量受限于频宽无法直接传送至云端系统进行运算,前端集录传输设备必须配合适当的处理器及数学分析软体进行初步演算,再将浓缩后的资讯送至云端系统进行分析运算,以减轻通讯的负担,但仍不可脱离现场设备需省电、小体积、等特性的基本原则,前端如果可以负担更多的模型演算分析工作,通讯与云端的运算压力就可下降,更多的资源就可以放在比对模型进行环境预警分析。


从环境预警到气候变迁,在环境资讯的前端感测、整合,到中间的通讯与后端的资料分析及运算,均是不可或缺的一部分,作为系统预警及支援防灾需求的智慧系统,建力稳定及完整的预警模型,提供更全面的预测协助防灾救灾决策,在科技的逐步进步下,的确可以建构更完整的防灾系统,但重点仍在于,智慧化的决策系统前端更有效率的决策与行动,才是因应气候变迁所造成灾变的最有效控制


**刊头图片(Source: ESA)


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