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宇宙通讯技术完美国土监测需求
由外而内的监测

【作者: 邱倢芯】2016年12月06日 星期二

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近年来气候快速异常,天灾总是来的又急又快,所造成的损害也越来越大,在此情况下,「国土监测」成为台湾的重要政策议题,尤其是每逢台风季或者是地震等灾害来临之时,常常会让民众迷惘─为什么会这样?我该怎么做?家园毁了我要怎么重建?


诸多的疑问与不安都在在显示为何国土监控是如此的重要。其除了可确保国民的生命财产安全,也保障国家的基础建设可以让人民所信任,当然除了做好安全监控之外,不时地提供安全讯息也是相当重要的;但是在提供监控与资讯服务的过程中也是面临了相当大的挑战。


「国土监测」成为台湾的重要政策议题,尤其是每逢台风季或者是地震等灾害来临之时,常常会让民众迷惘─为什么会这样?我该怎么做?家园毁了我要怎么重建?

「目前,大部分灾害发生时,人们大多利用网路串连灾害资讯;然而,当真正灾害发生时,基础建设往往首当其冲,网路有可能无法使用,即便得到了资讯往往也都是片段的。 」台湾NEC总经理李柏亨表示,灾害发生时,即便在当地早已埋设感测器,其传送出来的讯息也可能不具连续性;而就算亲自至现场勘查,当地也可能早已道路不通,为防止与解决此类状况,国土监测应该要能达到灾害的事先判断与预防,方能确实发挥其作用。


因此李柏亨建议,在进行国土监控时,必须考量到三项重点:第一,发生问题的时候网路与交通使否能正常使用;其二,发生灾害时,相关人员能否判断发生地点的危险程度高低;最后,提供的资讯是否精准度准确,因为对一般人民来说,若是得到的资讯不够精准,只会造成国民心理的恐慌,所以如何监控以及提供正确的资讯就会显得相当重要。



图1 : 台湾NEC总经理李柏亨表示,当真正灾害发生时,基础建设往往首当其冲,网路有可能无法使用,即便得到了资讯往往也都是片段的。 (摄影/邱倢芯)
图1 : 台湾NEC总经理李柏亨表示,当真正灾害发生时,基础建设往往首当其冲,网路有可能无法使用,即便得到了资讯往往也都是片段的。 (摄影/邱倢芯)

为此,在国土监测方面,NEC提出了与以往不同的监测方案─宇宙通讯技术,李柏亨指出,此一技术是利用物联网的概念,使用人造卫星上的感测器收集地面资料,并透过大数据分析灾害发生前后的对比,再回传资讯给相关人员加以处理与因应;此项技术在日本以实之有年,希望未来也可导入台湾,协助政府可在自然灾害发生前可以事先预防,或者是帮助灾民可在灾后快速重建。


「国土监测该公司首重的是影像取得/处理的技术,若是缺少了这一部份的支援,无法在往后的防范与重建上做延伸。」台湾NEC Solution Platform事业群协理王方茗进一步表示,除此之外,如何去取得地层表面脆弱性的资讯也是相当重要的,因为研究人员必须要借此了解自然灾害发生的时候,到底发生了哪些变化。


透过宇宙通讯技术即可达到影像取得与处理的目的,大众可能会认为,若是想要拍摄空拍照,利用无人机或只是直升机,应该也可以达到同样的效果,「使用无人机以拍摄影像所呈现出来的效果,与利用人造卫星上的感测器去侦测呈现出来的是完全不一样的。」


在国土监测方面,多数厂商将发展重点技术摆在超级电脑(Super Computer),透过超级电脑的巨量运算后,再将相关资讯第一时间推播给国民,让让民众可以即时掌握第一手资讯,不过王方茗认为,这类技术相关厂商几乎都可以做得到,差别只再于硬体效能,以及大数据的分析引擎,但只须要搜集/分析资料的专家,想必大家开发出来的东西可说是大同小异。


无人机等设备皆只能收集到局部区域的空拍图,而透过人造卫星与其上面搭载的感测器材,则可一次得到全面性的资讯,


图2 : (source: rainews)
图2 : (source: rainews)

若是使用NEC所提供的宇宙解决方案,可同时且大量的收集资料,一般而言,无人机等设备皆只能收集到局部区域的空拍图,而透过人造卫星与其上面搭载的感测器材,则可一次得到全面性的资讯,无论是气像,或者是灾害方面的预估,精准度皆优于一般的侦测方式。


举例来说,若是火山喷发之时,不只人员无法到现场勘查,使用无人机空拍困难度也相当高。此时,若是可以使用远端监控的方式,即可快速地得到相关资讯,并同时思考应对方法。


王方茗表示,NEC所研发人造卫星感测器可分为二类,一种是光纤(Optical),另一种则是雷达式感测器,但是大部分的侦测技术都是集中在光纤的技术上。 「第一种感测器为ASTER,此种感测器中搭载了三种不同频率,也就是说其可分不同的频率以侦测不同区域,」王方茗表示,因为频率为光反射,所以可以做出不同区域的侦测。


第二种为PRISM,此种感测器中搭载了三种侦测头,侦测方向分别朝前/后与正下方,也就是说感测器同时在收集影像时,可以将影像多方位的结合,呈现出3D的图像。第三种则是专门侦测温室效应的TANSO,上面搭载了两种侦测头,第一种是用来侦测二氧化碳与甲烷,第二个侦测头则可以侦测大气中云雾的浓度比例,此二种资讯加以结合后,即可了解目前大气中的气体变化。


最后一项感测器目前仍在研发阶段,名为Hyper Spectral(超光谱),王方茗表示,该公司之所以研发超光谱的感测器的原因,是因为一般的光谱感测器在拍摄影像时,是利用不同的颜色个别去拍摄一张影像。


超光谱感测器则是利用光谱不同的频率,每个频率与波长皆各别拍摄一张影像,而后加以结合为一张图像。


图3 : (source: NASA)
图3 : (source: NASA)

超光谱感测器则是利用光谱不同的频率,每个频率与波长皆各别拍摄一张影像,而后加以结合为一张图像。王方茗说明,由于不同的物质光谱皆不尽相同,比方说大气层、植物、水,以及土壤所呈现得光谱都不同;若是使用一般光谱感测器,有时候会看不出影像的重点为何;再者,此种感测器在面对有害物质污染土壤的评估上可以更加精准,呈现出来的影像可以让人员更精准的判断土壤哪一部份受到污染,与其污染情形。


另一方面,国土监测也必须配合城市街道的模拟技术。若是取得上述的资讯,也就是取得相应的影像与资讯,也得到灾害发生的前后,整个地层变化的脆弱性资讯后;将这二者的集结结合起来,对应到整个城市中,会发生什么样的灾害,也是必须让国民所了解的,「举例来说,模拟城市在地震震度达到某个层级时会发生什么变化,这些资讯对一般国民而言才是真正且实用的。」


再者,如何有效率地管理资料库也相当重要。与物联网的概念一致,收集到的资讯越多,对技术人员而言负担便越来越重,且相关人员究竟要将资料储存在何处、要如何判断哪一些资讯的必要性,都是一大挑战,「所以资料库的技术也在国土监测中占有相当重要地位,」王方茗强调,「若是上述五种技术全部皆可达标,那么整体的国土监测便会更臻完美。」


**刊头图片(source: Japan Meteorological Agency)


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