智能型遥控遥测系统防灾于未然 - 安防知识网

近年来，由于不断遭到种种天然灾害侵袭，让国人深刻认识到国土安全已影响到日常生活，应该加强防范天然灾害。

【安防知识网】近年来，由于不断遭到种种天然灾害侵袭，让国人深刻认识到国土安全已影响到日常生活，应该加强防范天然灾害。过去政府对于国土安全持续进行安全监控，但建设并没有很完善。比如说，以前建设规划河川及水库上游集水区的早期预警系统，当时由于无法预测气候变迁及地震等天然灾害，会如此剧烈且快速，而造成预警系统毁于洪水、土石流或地形变动等灾害。

　　因此，相关单位应积极思考如何建设更多灵敏的灾害早期预警系统。本文将针对河川与集水区水上中下游的有效监控、预警机制部份，检视现阶段国内外的早期灾害预警监控是否符合需求?具备哪些智能化功能?比如说系统能否提高耐受力及数据搜集能力，让整体系统能更快速传递讯息吗?

　　何谓早期预警监控系统?

　　研究如何智慧化建设前应该要先了解，何谓河川及水库早期预警监控系统?其过去也称为遥控遥测系统或监控与数据采集系统(Supervisory Controland Data Acquisition System，SCADA)，其主要目的是透过特定的传感器(Sensor)、计量器(Counter)或侦测器(Detector)，所收集到的远程信息，利用特定的传输方式，将数据上传或下载到控制中心。

　　其原理与许多远程数据收集系统相似，但应用于国土安全监控，在传输及远程设备上由于地处特殊环境，对于前端设备与传输介质有特殊要求。其基本架构是由传感器(Sensor)、数据收集器(RTU)、传输设备及数据库(Data Base)组成。另外，由于河川及水库各有不同的遥控遥测资料与控制要求项目。因此，在不同的项目内提供远程的数据参数或模拟的图形及影像数据，让水利局、水库管理局或水力发电厂，获得上中游或取水口远端水文信息。并且可同时针对河川溪流上中游或水库前池、取水进水或拦沙坝沉淀池等设施，远程控制闸门。

　　早期预警监控系统架构以收集资料为主

　　了解早期预警监控系统后，也应该知道早期的摇控遥测系统架构为何，又分别在遥测上提供哪些必要参数分析功能呢?

　　首先，水文数据在河川及水库的信息分析很重要，可提供水流速度、水流量、水位高低与水流方向等信息，让下游工作人员，可于远程掌握上中下游不同区段下的水文信息。还有，讨论电话线路传输的远程视频监控，早期大部份针对溪流河川上游集水区、水库上游库区或取水口，观测其状态而装置的设备。通常采用一般专线电话或E1数据线路传送，大部份是黑白画面，且需要大约3〜5秒时间，才传送一个JPEG的画面回到远端。虽然传输速度较慢，但对早期的远程监控而言，此方式已是远程遥控遥测中较为先进的应用。再者，就早期的遥控遥测系统，利用SCADA可监控远程设备电力及使用状态，可有效掌握远程资料设备收集器的电力状态。以上架构，普遍被用于早期的遥控遥测，其优缺点详见表一。

表一早期国土安全-江流河川遥控遥测系统优缺说明

　　由此可知，早期水利远程监控，都以资料收集为主、监控为辅。直到光纤电缆及宽带数据专线，广泛应用于远距离监控后，远距离遥控遥测的重点由数据，转而变成以远程视频监控为主的方式。但因自然环境变迁，使得既有的数据收集系统及视频监控系统，已变得不足应付灾害。

　　若要保护国土安全，就要针对河川或山林谨慎监控，掌握灾害发生因素，预先做好防范机制，且需符合实际灾害侦测，才能达到预警功效。 [nextpage]

　　实际建构有效监控措施

　　然而，在建构智能型早期预警遥控遥测系统前，必须先了解现阶段灾害发生因素，及可能引发的灾害模式，再研究拟建设系统的方式及架构。举例来说，现阶段国土安全在河川溪流引发的最大灾害就是“泥石流”。而泥石流又是目前山林、溪流、河川的主要灾害，同时也正是许多早期遥控遥测的摧毁杀手。当发生泥石流时，除了生命财产损失外，更会损坏很多早期远程监控系统，所以建设新的系统，也需要考虑泥石流的成因及监控的方式。

　　另外，由于降雨属于自然因素，无法制定灾害临界值，且泥石流灾害的产生及影响因素复杂，需要足够的事件经验数据，才能推估较正确的土石流量。

　　目前地质专家只能判定山坡面的平均坡度超过55%的陡峭边坡极容易发生崩塌，还有溪谷之上游坡度超过20度，也容易发生土石流。由于无法准确预测灾难发生时间，因此，建设传感器时必须考虑环境特性、适用何种传感器。可能发生的地形征兆及因应措施如下：

　　一、上游坡地可能刚发生坍塌，所以土壤呈现颜色不同，可添加坡地倾斜侦测器，进行监控。

　　二、若中游可能发生过坍塌，导致河面面积在短时间内变窄或变形。因此，可用视频分析系统，监控河面宽度及形体变动。

　　三、中游因水流量及流速改变，而使河岸有异常切割情况。因此，可采用视频分析加边坡滑动级倾斜侦测器，掌控河川状态。

　　四、上中游段土质含水量过度饱和，导致边坡下会隆起滑动体及产生起伏地形，故可采用地下含水量测试仪及视频分析侦测器。

　　五、中下游段因为含水量大，使边坡滑动而断裂及地面裂缝情形，可增加坡地倾斜侦测器予以监控。

　　六、中游因地质含水造成液化、软化，使地形产生不自然的洼地或陷落。因此，可添加倾斜侦测及视频分析来监控。

　　七、中游因雨水量过大突然产生的积水长低洼地，能采用地下含水量侦测器进行侦测。

　　八、下游段对河川边陂突然出现大量的土石堆积，应加设倾斜侦测及视频分析来监控现场状况。

　　九、下游冲积段出现大量土石堆积，应加设视频分析来监控。

　　十、由于前段坍塌以致于下游段水量突然变化起伏、河床突然干涸，应加设水量及视频分析监测予以监控。

　　虽然上述方式可防范部分灾害发生，但是，全面性早期灾害预警的国土安全智能型遥控遥测系统，不仅是在泥石流的掌握与预防监控，应该还要结合地下水位监测记录、水量管理、给排水渠道的水量管理。

　　此外，还有农田水利的灌区水位流量自动测报系统、相关输配水监控系统，还有更重要的水库各段区水位管理、集水区水文遥测排洪闸门监控及防洪整合监控系统等，才可构成完整的智能型早期预警遥控遥测系统架构。

　　该系统可能包含风速风向计、温湿度计、大气压力计、雨量计、日射计、记忆模块、温度计、自动数据搜集系统、百叶箱、强震仪、表面型地震仪、埋入型地震仪、地震实时侦测警报系统、地震纪录器、桥梁地震/振动量测系统、大坝地震监测系统、中央集录系统、遥测系统、水压计、水位计、水量计、位移计、地滑计、倾斜仪、地锚荷重计、资料撷取器太阳能板供电系统、数字讯号传送器、数据记录器、数据撷取器、影像远程实时监控等。 [nextpage]

　　智能型遥控遥测系统建设方式

　　有别于早期的遥控遥测系统，现阶段的相关设备，已有了大幅度的更新应用，除了既有遥控遥测，所应用的一些PLC及数据收集器设备外，视频、微波、网络及生化科技等，都已经广泛应用于国土安全上的远程监控系统，但是，新一代智能型遥控遥测应用设备的形式与功能，有哪些应该注意与考虑的问题呢?详见表二。

表二现阶段智能型遥控遥测系统设备说明

　　国内外已有许多专家学者在泥石流及目前超大雨量的监测与灾害预防上，提供很多措施及有效方法。举例来说，GPS/GIS卫星定位位移监控及透过光纤的反射量、张力等数据资料，也可以用来监测桥梁安全和泥石流状况。

　　此外，还可利用被动感测组件如土石撞击力量感测之拉力索(TensionTendon)、压力转换器、荷重计等，固定于溪流两岸岩盘或防砂坝上;还有感知泥石声响的地声感测装置等方式，藉以警报泥石流将要发生。同时，为了让这些智能型遥控遥测预警系统，能发挥稳定而持续的作用，也为了克服过去传输或电力系统，建设地点选择不当及结构设计不良，因灾害中断后总无法继续传送远端信息的困难。

　　因此，传输系统研发包含软硬件在内，更具整合功能性的平台及互换性高的传感器系统。

　　此外，除了现有的有无线电信网路或光纤电缆，还可采用802.15.4 / ZigBee及最新无线感测收集器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)的多形式通讯协议，为固定式或移动式泥石流无线感测网路传输技术提供一种新的无线系统整合，提升现有系统的预警能力。

　　结论

　　在面临环境变迁所造成的无数灾害后，安防产业也应紧跟上这一区域的应用研发，必须再全面性针对国土安全遥控监测，掌握淹水河川边坡多元化遥测、河川盗采砂石、泥石流、淹水等多种监测，以及集水区整体环境变化监控、资料搜集取得，提供分析且作为河川及水库水利安全整治规划等应用目标，有效建构国土安全在全面性智能遥控遥测，可完整应用的解决方案。