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宇宙通訊技術完美國土監測需求
由外而內的監測

【作者: 邱倢芯】   2016年12月06日 星期二

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近年來氣候快速異常,天災總是來的又急又快,所造成的損害也越來越大,在此情況下,「國土監測」成為台灣的重要政策議題,尤其是每逢颱風季或者是地震等災害來臨之時,常常會讓民眾迷惘─為什麼會這樣?我該怎麼做?家園毀了我要怎麼重建?


諸多的疑問與不安都在在顯示為何國土監控是如此的重要。其除了可確保國民的生命財產安全,也保障國家的基礎建設可以讓人民所信任,當然除了做好安全監控之外,不時地提供安全訊息也是相當重要的;但是在提供監控與資訊服務的過程中也是面臨了相當大的挑戰。


「國土監測」成為台灣的重要政策議題,尤其是每逢颱風季或者是地震等災害來臨之時,常常會讓民眾迷惘─為什麼會這樣?我該怎麼做?家園毀了我要怎麼重建?

「目前,大部分災害發生時,人們大多利用網路串連災害資訊;然而,當真正災害發生時,基礎建設往往首當其衝,網路有可能無法使用,即便得到了資訊往往也都是片段的。」台灣NEC總經理李柏亨表示,災害發生時,即便在當地早已埋設感測器,其傳送出來的訊息也可能不具連續性;而就算親自至現場勘查,當地也可能早已道路不通,為防止與解決此類狀況,國土監測應該要能達到災害的事先判斷與預防,方能確實發揮其作用。


因此李柏亨建議,在進行國土監控時,必須考量到三項重點:第一,發生問題的時候網路與交通使否能正常使用;其二,發生災害時,相關人員能否判斷發生地點的危險程度高低;最後,提供的資訊是否精準度準確,因為對一般人民來說,若是得到的資訊不夠精準,只會造成國民心理的恐慌,所以如何監控以及提供正確的資訊就會顯得相當重要。



圖1 : 台灣NEC總經理李柏亨表示,當真正災害發生時,基礎建設往往首當其衝,網路有可能無法使用,即便得到了資訊往往也都是片段的。(攝影/邱倢芯)
圖1 : 台灣NEC總經理李柏亨表示,當真正災害發生時,基礎建設往往首當其衝,網路有可能無法使用,即便得到了資訊往往也都是片段的。(攝影/邱倢芯)

為此,在國土監測方面,NEC提出了與以往不同的監測方案─宇宙通訊技術,李柏亨指出,此一技術是利用物聯網的概念,使用人造衛星上的感測器收集地面資料,並透過大數據分析災害發生前後的對比,再回傳資訊給相關人員加以處理與因應;此項技術在日本以實之有年,希望未來也可導入台灣,協助政府可在自然災害發生前可以事先預防,或者是幫助災民可在災後快速重建。


「國土監測該公司首重的是影像取得/處理的技術,若是缺少了這一部份的支援,無法在往後的防範與重建上做延伸。」台灣NEC Solution Platform事業群協理王方茗進一步表示,除此之外,如何去取得地層表面脆弱性的資訊也是相當重要的,因為研究人員必須要藉此了解自然災害發生的時候,到底發生了哪些變化。


透過宇宙通訊技術即可達到影像取得與處理的目的,大眾可能會認為,若是想要拍攝空拍照,利用無人機或只是直升機,應該也可以達到同樣的效果,「使用無人機以拍攝影像所呈現出來的效果,與利用人造衛星上的感測器去偵測呈現出來的是完全不一樣的。」


在國土監測方面,多數廠商將發展重點技術擺在超級電腦(Super Computer),透過超級電腦的巨量運算後,再將相關資訊第一時間推播給國民,讓讓民眾可以即時掌握第一手資訊,不過王方茗認為,這類技術相關廠商幾乎都可以做得到,差別只再於硬體效能,以及大數據的分析引擎,但只須要蒐集/分析資料的專家,想必大家開發出來的東西可說是大同小異。


無人機等設備皆只能收集到局部區域的空拍圖,而透過人造衛星與其上面搭載的感測器材,則可一次得到全面性的資訊,


圖2 :  (source: rainews)
圖2 : (source: rainews)

若是使用NEC所提供的宇宙解決方案,可同時且大量的收集資料,一般而言,無人機等設備皆只能收集到局部區域的空拍圖,而透過人造衛星與其上面搭載的感測器材,則可一次得到全面性的資訊,無論是氣像,或者是災害方面的預估,精準度皆優於一般的偵測方式。


舉例來說,若是火山噴發之時,不只人員無法到現場勘查,使用無人機空拍困難度也相當高。此時,若是可以使用遠端監控的方式,即可快速地得到相關資訊,並同時思考應對方法。


王方茗表示,NEC所研發人造衛星感測器可分為二類,一種是光纖(Optical),另一種則是雷達式感測器,但是大部分的偵測技術都是集中在光纖的技術上。「第一種感測器為ASTER,此種感測器中搭載了三種不同頻率,也就是說其可分不同的頻率以偵測不同區域,」王方茗表示,因為頻率為光反射,所以可以做出不同區域的偵測。


第二種為PRISM,此種感測器中搭載了三種偵測頭,偵測方向分別朝前/後與正下方,也就是說感測器同時在收集影像時,可以將影像多方位的結合,呈現出3D的圖像。第三種則是專門偵測溫室效應的TANSO,上面搭載了兩種偵測頭,第一種是用來偵測二氧化碳與甲烷,第二個偵測頭則可以偵測大氣中雲霧的濃度比例,此二種資訊加以結合後,即可了解目前大氣中的氣體變化。


最後一項感測器目前仍在研發階段,名為Hyper Spectral(超光譜),王方茗表示,該公司之所以研發超光譜的感測器的原因,是因為一般的光譜感測器在拍攝影像時,是利用不同的顏色個別去拍攝一張影像。


超光譜感測器則是利用光譜不同的頻率,每個頻率與波長皆各別拍攝一張影像,而後加以結合為一張圖像。


圖3 :  (source: NASA)
圖3 : (source: NASA)

超光譜感測器則是利用光譜不同的頻率,每個頻率與波長皆各別拍攝一張影像,而後加以結合為一張圖像。王方茗說明,由於不同的物質光譜皆不盡相同,比方說大氣層、植物、水,以及土壤所呈現得光譜都不同;若是使用一般光譜感測器,有時候會看不出影像的重點為何;再者,此種感測器在面對有害物質汙染土壤的評估上可以更加精準,呈現出來的影像可以讓人員更精準的判斷土壤哪一部份受到汙染,與其汙染情形。


另一方面,國土監測也必須配合城市街道的模擬技術。若是取得上述的資訊,也就是取得相應的影像與資訊,也得到災害發生的前後,整個地層變化的脆弱性資訊後;將這二者的集結結合起來,對應到整個城市中,會發生什麼樣的災害,也是必須讓國民所了解的,「舉例來說,模擬城市在地震震度達到某個層級時會發生什麼變化,這些資訊對一般國民而言才是真正且實用的。」


再者,如何有效率地管理資料庫也相當重要。與物聯網的概念一致,收集到的資訊越多,對技術人員而言負擔便越來越重,且相關人員究竟要將資料儲存在何處、要如何判斷哪一些資訊的必要性,都是一大挑戰,「所以資料庫的技術也在國土監測中佔有相當重要地位,」王方茗強調,「若是上述五種技術全部皆可達標,那麼整體的國土監測便會更臻完美。」


**刊頭圖片(source: Japan Meteorological Agency)


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