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發布日期:2019/07/26
資料來源:鏈結產學合作計畫辦公室
在中華民國內政部消防署統計中,107年火災起火原因以遺留火種9,845次占第1位,其次分別為爐火烹調3,591次及電氣因素2,971次(如圖1所示)。其中107年建築物火災以集合住宅火災3,614次為第1位(占41.2%),與106年相較減少37次;獨立住宅火災3,057次居第2位(占34.9%),與106年相較減少308次,如表4、圖4;107年建築火災依用途類別分除複合建築火災及倉庫火災有增加趨勢外,其他類別則有減少,且多集中集合住宅與獨立住宅,共計6,671次(占76.1%) 然而,在火災事故中看似原因都很清楚,但是雖然火災起源就是完整可燃物、助燃物、熱能及連鎖反應的供應(如圖3),但是就算火災發生起火,在可以滅火的初期也經常因為消防安全設備無法正常動作而導致火勢一發不可收拾,最後一路從火源著火,歷經局部燃燒,最後持續火焰延燒而進入人員嚴重傷亡的閃燃階段(如圖4),在在點出消防安全設備管理的重要性。 此發明涉及一種消防安全設備,特別是涉及一種消防安全設備自動化管理系統。其主要思維目的是因為現有的消防滅火器,往往只有具備簡易的顯示燈號,因此必須由檢查人員目測檢查,以確認是否仍為能夠安全使用的狀態,然而,消防滅火器為了能充分發揮救火的功能,會分散配置於建築物的各處,導致檢查人員必須逐一檢查,非常耗費人力。此發明的目的是在提供一種能減少人力使用的消防安全設備自動化管理系統。 在各類場所消防安全設備設置標準中,規範了滅火器的設置條件,彙整如表1。又同設置標準中第31條亦規定了滅火器的設置要求,彙整如表2。從我國的滅火器規範可發現,對於消防安全設備的管理並未有充分的要求,就是因為這樣,才會經常發生無法及時救災,進而演變成嚴重事故的情況,這是此發明更深層的價值。 此發明專利內容係消防安全設備自動化管理系統,包含至少一個滅火裝置,至少一個維修伺服器,及一個管理伺服器。該滅火裝置包括一個鋼瓶、一設置於該鋼瓶內的滅火材、一個設置於該鋼瓶以量測該鋼瓶內的壓力的壓力表頭、及一個受該壓力表頭連動並於該鋼瓶內的壓力超出一個預設壓力區間時發出一個警示訊號的無線發信模組,該維修伺服器對應該滅火裝置設置,且包括一個連接網絡的網絡模組,及一個電連接該網絡模組的維修控制模組,該維修控制模組儲存有一個待維修表單,該管理伺服器包括一個用來接收該警示訊號的無線收信模組、一個電連接該無線收信模組的管理控制模組,及一個電連接該管理控制模組並連接網絡的網絡模組,該管理控制模組儲存有一個設備數據庫,該設備數據庫具有至少一個對應該滅火裝置及該維修伺服器的設備資料集合,該管理伺服器於接收該警示訊號後通過網絡將該設備資料集合內的資訊更新於該維修伺服器內的該待維修表單。 此發明所述消防安全設備自動化管理系統,該滅火材為粉末、藥劑及二氧化碳的其中一種。此發明所述消防安全設備自動化管理系統,該無線發信模組於該鋼瓶內的壓力高於該預設壓力區間時發出對應高壓的該警示訊號。此發明所述消防安全設備自動化管理系統,該無線發信模組與該鋼瓶內的壓力低於該預設壓力區間時發區對應低壓的該警示訊號。此發明的有益效果在於通過該滅火裝置內的該壓力表頭及該無線發信模組設置,以及該維修伺服器及相對應的該管理伺服器的設置,而能管理該滅火裝置隨時保持能正常使用的狀態。 此發明專利技術細節包含圖5是本發明消防安全設備自動化管理系統的一個實施例的一個系統方塊圖。圖6是該實施例的一個滅火裝置的示意圖。 此發明之具體實施方式在結合前述附圖及實施例對本發明進行詳細說明。參閱圖5與圖6,此發明消防安全設備自動化管理系統的一個實施例,包含多個滅火裝置2、多個維修伺服器3,及一個管理伺服器4。每一個滅火裝置2包括一個鋼瓶21、一設置於該鋼瓶21內的滅火材、一個設置於該鋼瓶21以量測該鋼瓶21內的壓力的壓力表頭22,及一個受該壓力表頭22連動並於該鋼瓶21內的壓力超出一個預設壓力區間時發出一個警示訊號的無線發信模組23。於本實施例中,每一個滅火裝置2為現有的滅火器,但是也能夠是大型的輪架式滅火器。每一個滅火裝置2內的該滅火材能夠為粉末、藥劑及二氧化的其中一種。 該無線發信模組23於該鋼瓶21內的壓力高於該預設壓力區間時發出對應高壓的該警示訊號,並於該鋼瓶21內的壓力低於該預設壓力區間時發出對應低壓的該警示訊號。於本實施例中,該無線發信模組23是以一個蓄電池提供電力,但是也能夠通過一個充電電池提供電力。 每一個維修伺服器3至少對應其中一個滅火裝置2設置,且包括一個連接網絡的網絡模組31,及一個電連接該網絡模組31的維修控制模組32。該維修控制模組32儲存有一個待維修表單321。該管理伺服器4包括一個用來接收該警示訊號的無線收信模組41、一個電連接該無線收信模組41的管理控制模組42,及一個電連接該管理控制模組42並連接網絡的網絡模組43。該管理控制模組42儲存有一個設備數據庫44,該設備數據庫44具有多個對應所述滅火裝置2及所述維修伺服器3的設備資料集合441。該管理伺服器4於接收該警示訊號後通過網絡將相對應的該設備資料集合441內的資訊更新於相對應的該維修伺服器3內的該待維修表單321中。 在一種實施態樣中,所述滅火裝置2能夠依所填充不同的該滅火材區分為不同的類別,使用同一種滅火材的所述滅火裝置2是對應於其中一個維修伺服器3,更具體來說,就是使用同一種滅火材的所述滅火裝置2是由同一個維修廠商進行維修,而該維修廠商是根據對應的該維修伺服器3內的該待維修表單321的資訊進行派工維修。 於本實施例中,每一個待維修控制模組32的該待維修表單321內是紀錄待維修的該滅火裝置2的資料及待維修事項,所指待維修的該滅火裝置2的資料能夠是對應該滅火裝置2的序號及所在位置,所指待維修的該滅火裝置2的待維修是向能夠是壓力過低需補充壓力或是壓力過高須釋放壓力等資訊。 當其中一個滅火裝置2的該鋼瓶21內的壓力超過該預設壓力區間時,相對應的該無線發信模組23發出該警示訊號置該管理伺服器4,此時該管理伺服器4根據該警示訊號的來源而於該設備數據庫44中,搜尋相對應的該設備資料集合441,進而得出對應該滅火裝置2的該維修伺服器3,接著將該警示訊號的形式通過網絡傳送至該維修伺服器3,並更新於相對應的該待維修表單321內,而使廠商能依照該待維修表單321內的資訊而派工隊相對應的該滅火裝置2進行維修工作。 由於每一個滅火裝置2能夠隨時對各自的該鋼瓶內21的壓力進行檢測,並於壓力超過該預設壓力區間時對該管理伺服器4發出該警示訊號,並通知使相對應的維修人員進行維修,而能使該滅火裝置2隨時保持能正常使用的狀態,而確保消防安,此外,自動化檢測及管理還能避免需人力進行檢查之人力支出及錯誤,因此還能減少人力使用。要說明的是,若是在只有一個滅火裝置2及一個維修伺服器3的環境下,該消防安全設備自動化管理系統仍然能正常使用。綜上所述,通過每一個滅火裝置2內的該壓力表頭22及該無線發信模組23的設置,以及該維修伺服器3及相對應的該管理伺服器4的設置,而能管理使該滅火裝置2隨時保持能正常使用的狀態,所以確實能達成本發明目的。 在人類活動的場所中,因為存在大量可燃物,並且人類使用許多火源與電氣設備,十分容易產生火災事故。火災對國人的安全影相傷害甚大,並且經研究發現,多數火災都發生在睡夢中,這時段人類難以警覺火災發生,並且正確的進行避難逃生,深夜惡火經常導致嚴重傷亡。此發明涉及一種管理系統,特別是涉及一種安全防災管理系統。其背景技術係近年來,由於工商業發達,人口密度上升,大樓式建築逐年增加,然而,當災害發生時,目前大樓式建築的逃生指示皆只能告知民眾建築原本設計時的逃生出口的位置或逃生路徑,但並非所有逃生出口或逃生路徑在災害發生時都仍然具有安全性,若是逃生路徑中正好遇到災害發生地點(例如火警起火點),則當民眾發現此逃生路徑不安全時,可能已經喪失再次逃生的機會。 此發明未來如果能再結合更完整之人工智能最佳化方案,例如人臉辨識演算系統,更可積極確認是否進入建築物內之全體人員均有效經由安全指示出口進行避難逃生完成,除了人命得以確保外,更可提供消防搶救人員進行戰略部屬及判斷使用,更能大大提升整體系統綜效。 在火災事故中看似原因都很清楚,但是雖然火災起源就是完整可燃物、助燃物、熱能及連鎖反應的供應,但是就算火災發生起火,在可以滅火的初期也經常因為消防安全設備無法正常動作而導致火勢一發不可收拾,最後一路從火源著火,歷經局部燃燒,最後持續火焰延燒而進入人員嚴重傷亡的閃燃階段,在在點出消防安全設備管理的重要性。在各類場所消防安全設備設置標準中,規範了滅火器的設置條件。又同設置標準中第31條亦規定了滅火器的設置要求。從我國的滅火器規範可發現,對於消防安全設備的管理並未有充分的要求,就是因為這樣,才會經常發生無法及時救災,進而演變成嚴重事故的情況,這是此發明更深層的價值。此發明涉及一種消防安全設備,特別是涉及一種消防安全設備自動化管理系統。其主要思維目的是因為現有的消防滅火器,往往只有具備簡易的顯示燈號,因此必須由檢查人員目測檢查,以確認是否仍為能夠安全使用的狀態,然而,消防滅火器為了能充分發揮救火的功能,會分散配置於建築物的各處,導致檢查人員必須逐一檢查,非常耗費人力。此發明的目的是在提供一種能減少人力使用的消防安全設備自動化管理系統。 對於未來發展,此發明更可加入人工智能化方案,並且延伸至其他包含如室內消防栓、室外消防栓、自動撒水系統、泡沫滅火設備、二氧化碳滅火設備等各種消防安全設備上,利用機器學習的最佳化演算,讓整體自動化管理系統,提升為智能化消防安全設備管理系統,更能大幅提升可靠性,降低火災事故於無形。
發布日期:2019/07/22
資料來源:鏈結產學合作計畫辦公室
類風濕性關節炎為慢性病的一種,雖然不至於導致病患死亡,但卻能讓患者非常不舒服且飽受疼痛折磨,造成動作不方便。目前為止,對於類風溼性關節炎的症狀仍然無法根治與完全康復,因此病患不僅得長期服用相關藥品,且還得搭配復健療程來控制病情。然而,患者就必須時常往返醫療場所進行復健的療程行為,但對於行動不便的病患來說,往返的過程極為不便,但若病患自行在家實施復健行為,又可能礙於沒有專業人士從旁協助,病患也無從得知復健療程執行中,姿勢的正確與否。有鑑於此,本研究為規劃與設計一利用深度學習機制探討類風溼性關節炎手部復健姿勢與其關聯模式(Exploring the Association Pattern of Rheumatoid Arthritis Hand Rehabilitation Posture Using Deep Learning Mechanism),針對類風濕性關節炎病患的手部復健運動進行偵測與判斷,並評估病患狀況惡化與否。其為利用六軸感測器、RealSense 3D感測器蒐集病患復健時的動作與行為數據以及病患個人的情境因子,將蒐集到的數據利用倒傳遞類神經網路建構出具權重之大眾本體論模型,並利用深度學習網路建立深度學習導向之類風溼性關節炎診斷因子分析模型(Deep Learning-Oriented Rheumatoid Arthritis Criteria Factor Analysis Model, DRAM),最後考量到每一病患的復健姿勢與病情評估標準不同,因此將深度學習網路所推論出的診斷因子整合至大眾本體論模型,再由病患每一次的復健的狀況,進而調整大眾本體論模型上的權重值,使其成為個人化本體論,其架構圖如圖1所示。 由上圖得知本研究主要目的為驗證病患的手部復健姿勢是否正確,而驗證資料主要來自於具輕量化本體論與深度感知互動性之使用者端感測病患於手部復健運動時,配戴在手腕及手指上的三軸數據、三軸數據所計算出之歐拉角角度以及RealSense 3D感測器偵測到的22個手部關節點資料,並同時將驗證結果視為一分析因子,輔助本體論推論模型的建構。本研究規劃與設計六種手部復健姿勢,分別為(i) 手腕伸展、(ii) 手指外擴、(iii) 握拳運動、(iv) 手腕關節旋轉、(v) 手腕外旋與(vi) 手腕關節擺動,如圖2所示。 在智慧推論模式部份為利用倒傳遞類神經訓練各個因子之間的關聯權重,設計出權重模型作為大眾本體論中各個概念的關聯權重值,建置起大眾本體論推論模型。圖3為本研究所建置的倒傳遞類神經網路訓練模型,輸入層的因子包含:三軸手環、三軸戒指感測資料、病患年齡層、病症、復健部位,輸出層的因子包含:錯誤姿勢。其因子關聯權重訓練過程主要分為(i) 前向傳遞階段、(ii) 誤差計算階段、(iii) 誤差遞迴階段,以下分別說明各階段之運作流程。 將各因子資料傳遞至輸入層的每一個神經元(neti),再透過各個輸入層神經元中的關聯權重值(wij)以及活化函數(sigmoid function)計算出隱藏層(netj)神經元的值,再將隱藏層 (netj) 神經元所獲得的值透過隱藏層與輸出層的關聯權重值以及活化函數計算出輸出層神經元(netk)的值,其公式如下所示。 其中dk為期望輸出值,Ok為原始值。計算原先誤差,並將誤差值訂定於一定範圍區間,使所獲得值與結論均為高度相關性。 於此階段若誤差未滿足終止條件,則使用梯度下降法(Gradient Descent)更新單元傳遞權重,為梯度下降係數。更新從隱藏層至輸出層之權重再更新連結輸入層至隱藏層間的權重,其公式如下所示,重覆此過程達到中止條件,即網路輸出值與期望輸出間誤差最小化。 若要推論類風溼性關節炎手部復健動作錯誤與否以及病情狀況的評估,須考量到病患的個人情境以及復建時的情境來做為推論的依據,因此本研究規劃下列情境因子,作為大眾本體論的資料模型,主要分為(i) 長期事件,包含了病患的年齡層、病症、復健時間、復健部位,(ii) 短期事件,包含了穿戴式三軸數據、錯誤姿勢、診斷因子。圖4即為所設計之本體論模型架構。在此階段下主要是將倒傳遞類神經網路學習階段產生的關聯權重值,將其轉置到大眾本體論各個概念間的關聯上,作為各個概念間的關聯權重(Concept Weighted)值,如圖5所示,其主要分為以下步驟(i) 權重轉置階段與(ii) 權重分享階段。 為使推論結果能夠更符合病患個人情境,會透過調整大眾本體論的關聯權重值,使推論結果能夠更符合病患復健時的事件偏好。主要考量到每一位病患情境的不同,即使有多位病患需要做相同的復健運動,但可能因為病患的種種狀況或影響因子不同,而造成判斷的標準無法適用同一評估條件,因此需為每一位病患建立個人化本體論模型,以符合每位病患復健動作推論的情境需求。其中權重調整法則主要是根據病患復健時觸發的事件頻率以及距離上一次觸發的時間作為大眾本體論權重調整的依據,更新與該概念有關連的權重值,如圖6所示。 圖7所示之紅色斜線節點為復健者觸發的事件,其節點間的關聯權重值則會根據觸發事件頻率更新。透過接收到的因子傳遞至大數據伺服器進行診斷因子比例的推論,並將此推論出的診斷因子比例結果與病患的情境資料作為大眾本體論模型的推論依據,如此,在推論病患的復健姿勢錯誤與否以及病患的手部狀況評估時,推論過程中觸發的事件權重關聯,透過遞增或遞減的方式更新,最終建立出個人的復建評估模型。 故本計劃所規劃與提出之深度學習訓練單元將由卷積神經網路(Convolutional Neural Networks, CNNs)與深度信念網路(Deep Belief Networks, DBNs)兩個類神經網路組成,運算起始先採用CNNs做手部深度影像辨識[3, 7, 14]。因為CNNs其設計的架構非常適合用於影像辨識,藉由其運算特徵比對的方式,可以對於影像上的特徵點有較好的篩選結果,故使用CNNs對手部深度影像做特徵擷取,先利用手部影像運算出類風溼性關節炎的特徵,當作下一階段的特徵輸入。而接下來將使用DBNs做使用者擁有類風溼性關節炎診斷因子機率的分析辨識,利用先前的透過CNNs影像辨識的特徵結果,並配合其使用者的穿戴式六軸加速規感應設備做數據分析。而其中各別輸入的數值分別為,CNNs利用手部深度影像辨識的手部特徵,如:手指關節腫脹數、類風濕結節數、對稱性關節炎等;在穿戴式六軸加速規感應設備的輸入數值為,使用者在各姿勢的連續運動座標及角度數據; 藉由上述所提供的所有資料輸入至DBNs中,透過DBNs運算出使用者擁有類風溼性關節炎的診斷因子機率,其診斷因子分別為晨僵超過1小時、3個或以上的關節發炎、掌指或手腕和近端指間等關節出現關節炎、對稱性的關節炎和類風濕結節共五種,讓前端可以依照其診斷因子比例來推論出使用者目前狀態。故本研究收集相關資料並透過異質資料整合單元進行資料分類,以減少後續運算成本,再利用深度學習訓練單元使用大量數據訓練本研究所規劃的深度學習網路,最終利用其學習成果產生一辨識診斷因子的深度學習模式DRAM,並將其Model傳輸給前端深度學習網路辨識使用。 本研究規劃與設計一利用深度學習機制探討類風溼性關節炎手部復健姿勢與其關聯模式(Exploring the Association Pattern of Rheumatoid Arthritis Hand Rehabilitation Posture Using Deep Learning Mechanism),針對類風濕性關節炎病患的手部復健運動進行偵測與判斷,並評估病患的狀況惡化與否。利用所提出之深度學習導向之類風溼性關節炎診斷因子分析模型(Deep Learning-Oriented Rheumatoid Arthritis Criteria Factor Analysis Model, DRAM)配合卷積神經網路(Convolutional Neural Networks)與深度信念網路(Deep Belief Networks, DBNs)進行深度學習,建立起病況評估模型。將產出之診斷因子傳遞至大眾推論模型建置法則單元,運用倒傳遞類神經(Back Propagation Neural Network)整合本體論(Ontology)技術,建構一大眾本體論推論模式(Mass Behavior Model)。而DRAM將依照患者數次的復健狀況與相關攝取資訊反覆進行深度學習訓練與推導,讓使用者端具有適合個人的輕量化本體論(Ontology-lite)法則,並以規劃出的六種手部復健姿勢驗證模組來判斷病患復健姿勢是否需要調整。最後,將病患復健數據重新建模,提供醫生觀察復建情形,以此作為診斷依據並給予病患建議。
發布日期:2019/07/03
資料來源:鏈結產學合作計畫辦公室
打呼是件惱人的事情,甚至可能造成家庭革命,根據美國國家睡眠基金會(National Sleep Foundation)的調查,平均每3位男性、每4位女性當中就有1人幾乎夜夜打呼,另外,根據世界衛生組織統計,全世界每天有3000人因為打呼導致死亡[3] ,相關的研究也顯示,嚴重的打呼情況會導致睡眠呼吸暫停的風險,患者因各種疾病而死亡的風險,是正常人的三倍,高血壓、心臟病和腦中風的發生率提高3至4倍[4] 。 打呼已經成為全民公敵,與我們每個人生活息息相關,根據PS MARKET RESEARCH 統計全球睡眠輔助市場在2017年創造了695億美元的收入,其中,全球睡眠呼吸暫停裝置市場預計到2023年將產生68億美元的收入,在各種類型的治療設備中,PAP設備在2017年產生了12億美元的收入,預測口腔矯治器複合年增長率為8.6%是增長最快的類別[5] 。 打呼是由呼吸不暢引起,睡眠時喉嚨後部的肌肉放鬆太多,氣道變窄或阻塞而導致無法正常呼吸,因而發出打呼、窒息或喘氣的聲音,隨著氣道阻塞的時間和頻率增加,呼吸停止超過10到20秒的狀況可能會導致窒息,甚至死亡,這種狀態稱作阻塞性睡眠呼吸暫停綜合症(Obstructive Sleep Appia以下簡稱OSA),是睡眠障礙中最兇險的情況。 根據相關研究指出,全球有超過1億人口受到睡眠呼吸中止症之苦,但接受治療的人卻只有2,000萬人,有近八成民眾其實未經診斷和治療。經研究顯示,患者體重越重,呼吸道贅肉多便容易導致阻塞,增加氣道塌陷的傾向。臨床研究顯示,體重每上升10公斤約增加2倍睡眠呼吸中止症的發生率,男性發生率約為女性的2-8倍[6] 。減肥有助於減少頸部和腹部周圍的脂肪量,從而減少氣道塌陷/阻塞的傾向[7] 。 另外,也有研究顯示性別、年齡與睡眠呼吸暫停情況比重的關聯,威斯康森州睡眠研究團隊針對美國1,520名30-70歲的參與者進行間隔4年的連續追蹤,紀錄美國1988 - 1994年和2007 - 2010年間阻塞性睡眠呼吸暫停OAS的患病率追蹤,經研究發現,隨著年齡的增長,睡眠呼吸暫停率顯著增加,男性相對女性有更高的發生比例[8] 。 對於較輕微的OSA病例,醫生可能只建議改變生活方式,例如減肥、戒菸、治療鼻過敏[9] 、側睡[10] 都有助於改善輕微OSA的情況,如果這些措施不能改善症狀,或者OSA屬於中度或重度,可以採取其他治療措施,治療方法包括氣道正壓通氣(PAP)、鼻呼吸氣道正壓通氣 (nEPAP)、口腔壓力裝置、口腔矯治器、藥物治療、手術治療和電刺激等方式來改善OSA的症狀。 PAP治療是中度和重度阻塞性睡眠呼吸暫停的最常見治療形式。連續氣道正壓通氣Continuous positive airway pressure(CPAP)被視為黃金治療法則已經有30年之久[12] ,是目前主流的治療方式,患者在睡眠時配戴呼吸面罩,由機器向患者輸送氧氣,透過氧氣的輸入以達到暢通呼吸道的解決方案。不過,並非所有患者都能習慣於佩戴面罩睡覺,約有46%到85%的患者抱怨這種面罩型設計不易攜帶[13][14] ,再者,機器設備的移動性與舒適安靜和成本等方面都是值得改善的地方。2018年9月,ResMed Inc.推出了一種最小接觸全臉CPAP面罩[15] ,該產品改善病患配戴的不舒適,有機會成為市場新寵兒。 (二) 鼻呼氣氣道正壓通氣Nasal Expiratory Positive Airway Pressure (nEPAP) nEPAP系統使用一次性粘合閥,睡覺時放在鼻子上。當吸氣時,閥門打開並幫助呼吸道保持暢通無阻。當呼氣時,氣流會被導入小通道,從而產生壓力,並再次保持氣道暢通。降低呼吸障礙和睡眠中斷的發生率,研究表明,EPAP治療具有高水準的佩戴性,這是成功進行OSA治療的良好信號[17] 。另外,使用nEPAP進行了6項臨床試驗呼吸暫停低通氣指數(apnea-hypopnea index , AHI[18])均顯著下降[19] ,其中3項研究中,睡眠打鼾時間百分比下降了57.8%-74.4%,為睡眠伴侶提供了更安靜的環境[20] 。 口腔壓力治療不使用面罩,而是透過患者口中的軟管,對口咽施加真空以向前拉動軟齶並穩定舌頭,保持呼吸道暢通。患者在通過鼻子正常呼吸的同時,口腔中的持續負壓使軟齶向前移動以與舌頭接觸以減少阻塞,通過軟齶和舌之間發生的自然密封將負壓與鼻嚥氣道隔離。在實驗中,患者有更好的佩戴性,晚上平均使用6小時,對睡眠質量、呼吸暫停低通氣指數(AHI)有顯著改善[22] 。 口腔矯治器是佩戴一種旨在保持喉嚨開放的口腔器具,用來約束舌頭的重新定位,使用吸力突出舌頭的穩定裝置,口腔矯治器向前和向上移動舌頭和下頜(Mandibular Advancement Devices ,MAD),限制和抑制舌頭阻塞上氣道,以便在睡眠期間保持上呼吸道的暢通。在初步研究中,口腔矯治器對於AHI平均下降了73%,有明顯改善效果[25],且口腔矯治器配戴性優於CPAP[26] ,但是2019年研究顯示,使用口腔矯治器治療OSA將會移動牙齒,產生顯著性的副作用[27] 。 用於治療OSA的口服藥物集中於五種策略,即增加通氣驅動,增加上氣道張力,減少快速眼動睡眠,增加覺醒閾值,增加橫截面積或降低上呼吸道的表面張力[28] 。2013年一種新的增加上氣道張力以減輕OSA的方法是使用大麻素,在每天2.5-10毫克的劑量下,顯著降低了AHI並改善了17名中重度OSA成人的嗜睡[29] 。在動物實驗中,使用大麻素治療後,睡眠和覺醒狀態的呼吸頻率均降低。2018年5月20日美國食品藥品監督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批准 Sunosi[30]用於改善成年患者白天嗜睡過度與嗜睡症或阻塞性睡眠呼吸暫停( OSA )[31],也為藥物發展開拓一線商機。 手術不是治療OSA的神奇子彈,但出現面部異常、扁桃體腫大、不適應CPAP或因嚴重肥胖導致OSA的患者,口咽外科手術可能是種選擇。透過切除多餘的瘜肉(扁桃體和腺樣體)擴大上氣道的通暢,支柱手術Pillar Procedure是一種微創齶硬化技術,將塑膠棒植入軟齶中,誘導疤痕形成,這可以加強和穩定上齶,減少氣道振動和塌陷,同時搭配其他微創手術(例如鼻甲復位,舌根RFA,口腔矯治器治療等)效果更加[33] 。 上頜下頜前移(MMA)是另一種手術,通過手術對上頜和下頜前移以擴大氣道。溫度控制射頻(temperature-controlled radiofrequency ,TCRF),微創手術技術,使用射頻電流以精確,有針對性的方式減少組織體積[34] 。 Remmers等人在1978年首次提出咽部阻塞與OSA患者睡眠期間頦舌肌活動喪失有關,通過口內或電刺激上呼吸道肌肉,能降低了OSA的嚴重程度,但電刺激將伴隨破碎的睡眠和誘發性覺醒[35] 。激發上呼吸道刺激Inspire Upper Airway Stimulation (UAS)是一種改良方式,植入式裝置能夠感知呼吸模式並對關鍵氣道肌肉進行溫和刺激,保持呼吸道暢通[36] 。 舌下神經刺激Hypoglossus nerve stimulation (HNS) 在2014年被FDA批准[37] ,相對較新的進步,通過手術將小型裝置植入胸部,並且可以由患者打開和關閉,當入睡時,設備會監控呼吸並刺激神經,使上呼吸道暢通。初步研究表明,HNS改善了患者的OSA,副作用少,依從性好,且HNS殘餘效應,可能有隔夜治療的可能性[38] 。 現階段,關於阻塞性睡眠呼吸暫停綜合症(OSA)的治療方式非常的多,CPAP還是最有效的治療方法,然而,目前還未出現完美級的治療產品,每一種治療都有其優點以及缺點,本研究整理上述所提到的幾種方案優點與缺點,彙整如下表格 2。 根據2019年6月份專利檢索得到數據,關於治療或改善阻塞性睡眠呼吸暫停OSA的專利合計13856件[39] ,其中,公開專利9702件,核准專利4423件,核准比率約31%。依據專利申請類型,發明專利13539件,約占整體比例98.7%,新型專利181件,約占比1.3%,發明專利是最主要的類型。 從專利申請趨勢圖來看,相關專利在2002年開始爆發式成長,連續10年專利申請量波盪增長,2012年以1120件專利達到頂峰,2013年864件小幅回跌,2014年再拉回1013件,之後申請量呈現溜滑梯趨勢下跌。在核准專利部分2000年到2016年呈現平穩的上漲,中間雖有波動,但趨勢持續增長,近三年專利核准量約在350件上下。 在申請國別中,美國市場是接收到最多專利申請的國家,以4516件專利申請量位居第一,占所有專利數量的37%,數量大於第二名到第四名的總和。排名次之的是PCT專利合作協定,總共申請1907件專利,整體占比15%。歐洲市場是另一個主要佈局的國家,申請專利1625件,整體占比13%。從專利佈局的角度來看,歐美還是最主要佈局的領域,光是美國和歐洲就佔了50%的比重,而亞洲的日本、中國和韓國合計16%,值得注意的是,相對專利申請總數較少的澳洲有790件排在第五位,占比6%。前5名中包含了四大洲的國家,德國、法國、加拿大等較為發達的核心市場也都有相關的專利佈局。 該領域核心的專利權人,排名第一的是澳洲的RESMED LTD(雷斯梅德有限公司),共有629件專利申請量,ResMed是全球連續氣道正壓通氣(CPAP)主要的製造商,資料顯示,ResMed與Philips 的市佔率就高達八成以上[40] ,ResMed以治療及監測睡眠呼吸障礙產品為主,提供創新的睡眠醫學和非侵入性呼吸器,產品包含診斷,治療和管理睡眠呼吸障礙、CPAP面罩、鼻罩、醫療加濕產品等。 圖 12 RESMED公司CN104302338B[41] (左)、CN104524676B[42] (中)、CN102665546A[43] (右) 荷蘭KONINKLIJKE PHILIPS NV(荷蘭皇家飛利浦公司)位居第二,PHILIPS共申請562件專利,是一家領先的健康科技公司,致力於在從健康的生活方式及疾病的預防、到診斷、治療和家庭護理的健康照護。2007年PHILIPS收購Respironics全球領先的阻塞性睡眠呼吸暫停治療OSA公司,這使Philips 於美國各級醫療院所及居家用呼吸器的產品線更加齊全,也將 Philips 推上全球居家醫療、居家呼吸道照護與快速成長的睡眠呼吸中止症治療照護市場的領先地位。PHILIPS產品包含如侵入性或非侵入性醫用呼吸器、重症監測系統、OSA 監測、睡眠診斷系統、CPAP、家庭供氧系統、脈搏血氧儀、霧化器等。 圖 13 PHILIPS公司CN105682543A[44] (左)、 CN105939663A[45] (中)、CN106413533A[46](右) 美國的ETHICON INC(強生愛惜康公司) 是一間手術醫療器材、醫療解決方案公司,專門生產與手術相關的產品,例如:生產手術縫合線、止血刀頭等,在專利申請件數排行版中以181件專利排名第三,與第一第二名相差3倍之多,ETHICON公司申請的專利有許多是透過導管或植入物的手術方法來處理阻塞性睡眠呼吸暫停症。 圖 14 ETHICON公司 CN102112074B號專利[47] (左)、CN102231972B[48] (中)、CN102112073B[49] (右) 在前十名的排行中,美國申請人占了7席,其中1個是個人申請,澳洲RESMED公司和荷蘭PHILIPS公司專利合計占前十名的56.82%,超過美國的廠商加起來的比重,兩家公司為阻塞性睡眠呼吸暫停OSA領域核心的專利權人。 值得注意的是,前十名排行榜中,第9名是來自台灣的萊鎂醫療器材股份有限公司,萊鎂醫療透過非侵入式,真空負壓(Negative pressure)式的方式讓有睡眠呼吸中止症的患者,於睡覺時舌頭往上提,呼吸道因而不再受阻,進而幫助年輕或輕度症狀患者自然呼吸。 整體來看,歐洲和美國還是主要的市場,而該領域核心的專利權人來自於澳洲RESMED公司和荷蘭PHILIPS公司與美國的其他廠商,現階段亞洲廠商在該領域的專利佈局還是相對較低的,鑒於相關的統計數據與商展的重視,未來輔助睡眠領域具有龐大的商機,CPAP雖然被證實是最佳的解決方案,在面罩佩戴上還是不盡理想,如此,也提供更多廠商創新和改良的空間,全球阻塞性睡眠呼吸暫停治療OSA專利約在約在1萬4千件到3萬件之間,現階段尚未出現殺手級的解決方案,該領域存在相當大的供需缺口,前景光明。 [3]吳顏,全球每天3000人因打鼾死亡 1/4的人睡眠不及格,華聲線上,2017年03月21日 [5]Sleep Apnea Devices Market Set to Generate $6.8 Billion Revenue By 2023: PS Intelligence, Prescient Strategic Intelligence, October 15, 2018. [7]Sree Roy , 10 Sleep Apnea Treatments to Consider for Patients Who Fail or Refuse CPAP, Sleep Review. (2017) [8] Peppard PE, Young T, Barnet JH, Palta M, Hagen EW, Hla KM, Increased prevalence of sleep-disordered breathing in adults. Am J Epidemiol. (2013 ) [10]仰臥位的AHI至少是側臥位的兩倍,Cartwright RD. Effect of sleep position on sleep apnea severity. Sleep. 1984;7(2):110114. [12]Morgenthaler TI, Kapen S, Lee-Chiong T et al. Practice parameters for the medical therapy of obstructive sleep apnea. Sleep. 2006;29(8):1031-10357. [13]Terri E. Weaver, Greg Maislin, David F. Dinges, Thomas Bloxham, Charles F. P. George, Harly Greenberg, Gihan Kader, Mark Mahowald, Joel Younger, Allan I. Pack, Relationship Between Hours of CPAP Use and Achieving Normal Levels of Sleepiness and Daily Functioning. Sleep 2007;30:711-9 [14]Sin, DD, Mayers, I, Man, GC, Pawluk, L. Long‐term compliance rates to continuous positive airway pressure in obstructive sleep apnea: a population‐based study. Chest 2002; 121: 430 5. [16] Walsh JK, Griffin KS, Forst EH, et al. A convenient expiratory positive airway pressure nasal device for the treatment of sleep apnea in patients non-adherent with continuous positive airway pressure, 147152 [17]The Latest Treatments for Obstructive Sleep Apnea, National Sleep Foundation, https://www.sleepfoundation.org/articles/latest-treatments-obstructive-sleep-apnea [19]Colrain IM, Brooks S, Black J. A pilot evaluation of a nasal expiratory resistance device for the treatment of obstructive sleep apnea. J Clin Sleep Med. 2008;4(5):426433. [20]Terri E Weaver, Michael W Calik, Sarah S Farabi, et al. Innovative treatments for adults with obstructive sleep apnea, Nat Sci Sleep. 2014; 6: 137147. [22]Colrain IM, Black J, Siegel LC, et al. A multicenter evaluation of oral pressure therapy for the treatment of obstructive sleep apnea. Sleep Med. 2013;14(9):830837. [23]口腔矯治器aveoTSD , https://www.youtube.com/watch?v=9DBvckkJNlM [24]Genki Watanabe, Hiroshi Ueda, Atushi Horihata, et al. Influence of oral appliances for mandibular advancement on occlusal function. J. Stomat. Occ. Med.(2012)5:57-63. [25]Singh GD, Keropian B, Pillar G. Effects of the full breath solution appliance for the treatment of obstructive sleep apnea: a preliminary study. Cranio. 2009;27(2):109117. [26]Harold A. Smith, DDS, president of the American Academy of Dental Sleep Medicine (AADSM) [27]Mona M. Hamoda, Fernanda R. Almeida, Benjamin T. Pliska, Long-term side effects of sleep apnea treatment with oral appliances: nature, magnitude and predictors of long-term changes. Sleep Medicine. (2019) 56:184-191. [28]Mason M, Welsh EJ, Smith I. Drug therapy for obstructive sleep apnoea in adults. Cochrane Database Syst Rev. 2013;5:CD003002. [29]Prasad B, Radulovacki MG, Carley DW. Proof of concept trial of dronabinol in obstructive sleep apnea. Front Psychiatry. 2013;4:1. [30]Drug Trials Snapshots, Food and Drug Administration, FDA, https://www.fda.gov/drugs/drug-approvals-and-databases/drug-trials-snapshots [31]生物製藥公司 Jazz 新藥 Sunosi 獲 FDA 批准,專注治療睡眠呼吸暫停與嗜睡症,2019年3月22日,https://www.investank.com/news/detail/211547 [34]Ridhwan Y. BabaArjun MohanV. V. S. Ramesh MettaM. Jeffery Mador, Temperature controlled radiofrequency ablation at different sites for treatment of obstructive sleep apnea syndrome: a systematic review and meta-analysis, Sleep Breath (2015) 19: 891. [35]Remmers JE, deGroot WJ, Sauerland EK, Anch AM. Pathogenesis of upper airway occlusion during sleep. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 1978;44(6):931938. [38]Rodenstein D, Rombaux P, Lengele B, Dury M, Mwenge GB. Residual effect of THN hypoglossal stimulation in obstructive sleep apnea: a disease-modifying therapy. Am J Respir Crit Care Med. 2013;187(11):12761278. [39]本次專利的檢索邊界訂在sleep apnea(睡眠呼吸暫停),本研究多次用關鍵字、分類號及其組合進行檢索,在英文部分Obstructive sleep apnea會出現諾華藥廠、默克藥廠等減肥藥成分的化學合成物,應用在睡眠呼吸暫停的改善,雖然範圍較完善些,但相對的雜訊也較多。而sleep apnea在中文部分更是有多種的翻譯,例如:呼吸暫停、 呼吸停止、 呼吸中止 、呼吸不足、窒息有些會與枕頭、床墊、呼吸面罩、鼻罩等周邊設備相關,數量合計約在3萬筆上下,包含設計專利少於100件,其檢索結果相對發散,為了確保專利的準確性,本檢索透過兩個與sleep apnea對應的分類號進行專利檢索,範圍相對較少,但大大提升檢索準確度,可以確保與sleep apnea直接相關專利約1萬4千件左右,可以初步估算最大最小範圍約在1萬4千件到3萬筆上下。由於最後採用合作專利分類號CPC進行檢索,因此設計專利部分並未採計。 [40] 張慈映,睡眠呼吸治療市場商機(上) 工研院 IEK 資深產業分析師/研究經理,2013 年 6 月 5 日 [41] RESMED公司CN104302338B專利,用於治療呼吸障礙的裝置,用於計算患者典型近期通氣量的度量值,從而使得典型近期通氣量的度量值的調整值隨著近期未補償洩漏的度量值增加而減小;還公開了一種用於治療呼吸障礙的裝置,用於從典型近期通氣量的度量值與目標分數的乘積來計算目標通氣量,其中所述目標分數取決於近期壓力支援。 [42] RESMED公司CN104524676B專利,用於睡眠呼吸紊亂治療中的壓力治療的方法和設備,用於呼吸壓力治療設備的控制器或處理器,基於與由流量產生器產生的流量有關的壓力的測量值和流量產生器的頻率的測量值,可以基於流量產生器的特性將頻率測量值轉換為預期壓力,並用所測量壓力減去該預期壓力,以確定流量估計值。在使用流量產生器的呼吸壓力治療的情況下可以實現該流量估計。 [43] RESMED公司CN102665546A專利,提供用於確定睡眠狀態的方法的自動化設備,可與通過壓力治療裝置,如連續氣道正壓設備,進行的睡眠呼吸紊亂的治療相結合。基於呼吸氣流的測量值,提取呼吸特徵,以檢測覺醒狀態、睡眠穩定性、睡眠狀態和/或進行睡眠治療評估。所述方法可用於通過特定目的電腦、測量呼吸氣流的監測設備和/或基於檢測到的狀態來提供呼吸治療方案的呼吸治療裝置來進行資料分析。 [44] PHILIPS公司CN105682543A專利,具有用於獲得患者的生命狀態的患者介面的治療系統,使用連續正氣道壓力(CPAP)或雙正氣道壓力(BiPAP),患者介面經由包括一個或多個管的患者回路被連接到壓力生成器,其中,所述壓力生成器將加壓氣體鼓送到患者介面中並且鼓送到患者的氣道中以便保持其打開。正氣道壓力因此借助通常在睡眠期間由患者佩戴的患者介面被提供給患者。本發明的目的是提供具有用於向患者遞送可呼吸氣體流的患者介面的治療系統,其允許在患者正在經受處置時獲得關於患者的生命狀態的資訊。 [45] PHILIPS公司CN105939663A專利,用於對上氣道的分析的系統和方法以及呼吸壓力支援系統,一種用於對上氣道的分析的系統具有沿著通向使用者的口和/或鼻的流路徑提供的至少兩個感測器。在兩個感測器信號之間匯出關係,並且解讀該關係以至少檢測上氣道阻塞的存在以及優選地也檢測這樣的阻塞的位置和/或程度。 [46] PHILIPS公司CN106413533A專利,用於檢測物件的呼吸暫停的設備、系統和方法,本發明涉及用於檢測諸如人或動物的物件的呼吸暫停的設備和系統,以及用於在電腦上實施所述方法的電腦程式。 [47] ETHICON公司 CN102112074B專利,用於治療阻塞性睡眠呼吸暫停症的磁性植入物,在骨或軟組織內植入磁性植入物,並利用磁體之間生成排斥力,引導第一和第二磁體相對於彼此的移動,保持在固定距離處。 [48] ETHICON公司 CN102231972B專利,將植入物植入下頜下區域並將帶狀元件植入舌中,從而調節帶狀元件相對於下頜植入物的位置,和/或拉引帶狀元件,以增大舌根與後咽壁之間的距離。 [49] ETHICON公司 CN102112073B專利,本發明涉及用於在鼻咽和喉咽之間形成靠近或進入氣管的輔助氣道,以克服與阻塞性睡眠呼吸暫停症相關的問題的方法和裝置。輔助氣道裝置被植入咽壁(例如,後或側咽壁)下方的組織中。 [50] Adi是位於紐約市的Bio風險投資公司Mesia Ventures的創始合夥人。Adi領導計算生物學癌症研究,開發了一種計算機視覺技術,該技術被一家主要的CT掃描製造商採用,並建立了世界上第一個靈活的植入式神經刺激器,改變了睡眠呼吸暫停,偏頭痛和高血壓患者的生活。
發布日期:2019/05/31
資料來源:鏈結產學合作計畫辦公室
隨著網路通訊的發展成熟,逐漸的改變人們資訊傳遞方式與共享的習慣,從傳統書信時代進階成行動載具,回應於科技始終來自人性的本質,讓智慧走入生活的時代已來臨,而智慧生活環境訴求目標,不外乎讓居住生活環境中能更安全、更健康、更舒適、更節能、更便利、更貼心。近年來,全世界各國家的科技產業,無不在智慧終端(如手機、平板等)普及下,研發各種物聯網技術,提出各種在生活上的智慧創新服務(如智慧電視、智慧家庭、智慧交通、智慧汽車、智慧商店、智慧醫院等),讓智慧生活落實在我們的生活中,提升生活品質與便利,從個人、家庭到城市,從私領域到公領域,已經慢慢形成新的生活樣態,其需求也因新創而慢慢擴張,因此,物聯網的應用已經如此貼近人們的日常生活,從Intel預測2025年將有750億個物聯網裝置在雲端網路(如圖1),可以想像未來物聯網的發展將是無可限量,將來會更多設備連線上網路,像是監視系統、智能家電等,不僅可遠端控制,也可蒐集我們平時不經意的數據進行研究,也就是近年來常討論的一個議題 - IP物聯網時代。同時這也意謂著我們對網路通訊的依賴度與連線品質增加,而其中一個重要議題便是有效降低資訊安全風險來增加穩定性。 另以公司企業而言,在辦公室場域中企業內利用網路作業的依賴信很高,一般公司均設有相關網路設備(如防火牆、伺服器、核心交換器、電腦主機等)並裝置於標準資訊機櫃中,並配置MIS(管理資訊系統)專人管理,深怕臨時有問題因網路設備或者網路風險而無法運作,造成公司的損失,因此有一個可靠度高的資訊安全機制與平台將是非常重要的關鍵。 物聯網(IoT)主要將生活週遭之電子產品都能連上網路,產生使用記錄與數據;在這些大數據經過適當的分析後可再衍生歷史軌跡、趨勢預測、AI智慧、機器學習等無限商機;但是一體兩面,物聯網對於網路也帶來新的風險與挑戰,畢竟物聯網裝置設計單純,不像個人電腦可安裝防護套件,在2016年一隻名為「Mirai」的電腦病毒出現,它主要是感染物聯網設備,運用Linux平台下預設帳密或暴力破解攻擊,再透過Telnet入侵並散播到其他設備,使其成為殭屍網路的一部分,受駭客自由地操作使用攻擊它人,根據卡巴斯基資料自「Mirai」電腦病毒公開之後,惡意軟體的數量已大幅成近38倍(如圖2)。 萬物聯網已經呈現智慧化服務的趨勢,在以IP化之物聯網設備,因連結在TCPIP環境下,其資安潛在風險都可能暴露出來,經常有如下狀況: 漏洞多: 物聯網設備通常不會考慮安全性而設計或部署。有些甚至不能運行在安全協議上或無法更新韌體。 無法信任控制端來源: 物聯網設備可能直接上雲端,接受雲端主機的要求開始執行相關動作,不見得有帳號密碼登入的階段。 資料外洩: 物聯網設備經常被設計用公用網路傳輸,例如4G電信網路,運行在此網路上,可能將企業內部數據非加密地傳輸到雲端。 例如,在物聯網設備中,有些採用Zigbee的無線溝通方式,再搭配4G等公用電信網路傳輸形成這些「聯網物」上雲端,而在一些建築物內部、地下室或一些無法支援4G的機種上也有可能採用WiFi上網,雖然有的無線基地台上可支援Zigbee的外掛USB套件,如Ruckus Wireless基地台可外掛USB IoT套件辨視物聯網置應用(如圖3),但企業若冒然將現有之區域網路提供給物聯網裝置使用,一旦發生網路異常將造成企業組織營運上的延遲與損失;其次,若因駭客外部惡意的入侵行為與資料破壞,更對企業商譽造成打擊,皆對於企業永續經營造成影響。 在面對現今多元的資訊安全挑戰下,企業皆已明瞭及重視資訊系統安全與穩定性,每年投資於建構安全、資料保護之預算日益增加,儘可能地降低回復時間與影響範圍;而閘道式防火牆、網路監控、防毒軟體雖已列為企業必備之資安基礎建設,但這些單層次的資訊安全方案仍無法有效防禦多元化的潛在威脅,甚至對物聯網裝置的可辦視性完全沒有幫助,因為它們仍受限於網路原理與架構。例如:防火牆無法阻擋區網內病毒互相傳遞、網路監控在迴圈發生時仍會失效或防毒軟體難針對系統漏洞攻擊提供保護等。 在一般傳統的網路架構中(如圖4),依功能性不同可區分防火牆,網路交換器兩種,其中網路交換器可再細分為有線網路與無線網路。防火牆主要是定義企業外部網路(WAN)和內部網路(LAN),位置通常在企業網路最前端,因為防火牆能監控企業內網到外部網路的所有流量內容,所以大多數接取Internet方式或資訊安全政策皆在防火牆中設定;而網路交換器主要工作則為內部各區域網路交換與擴充連線裝置數量,做為連線裝置進入區域網路交換網路流量,位置通常在企業網路最末端,最靠近終端裝置的地方。 現今新世代的防火牆已不僅只做到IP層級的過濾,建立起新型協同防禦網路架構(如圖5),甚至在網路第七層應用層的過濾也有重大的進步;以閘道式防火牆為例,在網路流量的可辨視性上,可以讓管理者檢視網路中的病毒特徵、入侵攻擊特徵、應用程式特徵等等。惟防火牆仍受限網路架構中的位置於最前端,無法看到底層流量內容,例如作業系統屬性、跨網段後之MAC編號,在數位鑑識上無法鎖定此連線來源的「唯一性」。反之網路交換器雖然在終端設備前,能辨視裝置之作業系統屬性、真實MAC編號,卻無法分析IP層以上的流量內容,例如資安威脅封包、應用程式種類。 根據協同防禦網路架構與傳統網路架構差異表(如表1),因兩者在網路架構中定義的位置不同,收集數據也不同,再加上企業通常依需求或價格,會採用不相同之品牌;然而在物聯網設備接入企業內網後,便開始衍生管控上的問題。在重新檢視企業整體防禦架構後,可以找一個根本原因,就是網路設備彼此之間無法有效的傳遞資安警報,在某個潛在問題發現後,仍無法彼此互動防禦有效阻擋,如果資訊安全設備能運用特別的傳輸協定,形成協同防禦架構,不僅增加設備的可視性,更能共同的執行資訊安全政策,自動化的顯示潛在風險予以阻擋。 在了解傳統網路架構的缺點後,網路資安廠商開始研發可自定義的網路協定,基本上也是架構在TCP/IP上,旨為希望可達成在同一品牌下之網路設備能彼此傳遞資訊與控制指令,提供新型協同防禦模型。 在大多數協同防禦模型下,會以防火牆為中心,防火牆俱有網路加速晶片與內容過濾晶片,在網路流量辨視或資安政策製定上較為合適;而網路設備則會納入防火牆中控制,將底層網路流量數據傳遞給防火牆分析或統計,以FortiGate防火牆為例,其防火牆可內建Switch與Wireless中控台功能辨視物聯網置應用(如圖6)。防火牆接收到底層流量資訊,可以彙整網路七層中相關資訊,透析連線軌跡;例如:哪個裝置運行什麼作業系統,針對外網某個IP進行這些應用程式,且傳了多少的資料。管理者可以清楚的知道該連線內容,記錄正常行為與分析異常流量。當異常流量發生時,管理者也可以知道該裝置於底層交換器實際位置,在同一管理介面中製訂QoS限縮流量或L7(Layer7)應用程式阻擋規則,甚至在網路交換器或無線基地台上直接封鎖該裝置進入網路。 在網路管理的範疇裡,可視性代表一切,運用協同防禦僅能實現控管上的前置作業,便利於檢視異常數據與流量後,製訂資訊安全政策。例如當物聯網裝置被暴力破解帳密後,開始試圖產生異常流量,像是DDOS般的洪水攻擊其它網路上的IP;也可能發出TCP138、TCP139等常用漏洞方式感染芳鄰電腦,這些已知的異常行為都可在協同防禦架構下先行預防,製訂阻擋規則。 在定訂物聯網設備資訊安全策略時,必須討論三方面議題:設備識別、隔離網段和線連線保護,簡易說明如下: 如果企業沒有採用俱協同防禦架構的資安產品,單從個別網路設備儀表板是難以捉摸所有物聯網設備的資料和連線,若能採用俱協同防禦架構的資安產品,再搭配俱IoT功能的無線基地台,便可清楚辨別物聯網設備的設備資訊和連線資訊,進而運用製訂網路放行封鎖政策。 例如,設備最少可分三類 - 受控管設備(您欲監控的已知設備),允許的設備(白名單或自主研發等不控管的設備)和惡意設備(不符合策略的可疑設備),管理者需針對這些物聯網設備的位置與MAC做出記錄,待之後實際連線發生時可以觀看連線屬性與流量。 2.隔離網段: 物聯網設備屬較低安全性之作業系統,其防護功能有限,應該要隔離在一個網段之中;並在協同防禦之防火牆中新增阻擋政策,該網段無法發出主動連線至真實企業內網,若有私有雲需做數據收集則適當的開放連線。 3.連線保護: 物聯網裝置通常會將數傳輸遞至企業私有雲與公有雲中,做為大數據分析與AI學習,在傳遞的過程經常使用非安全性連線;若傳遞的目標為企業內部私有雲,可降低資安風險評估等級,若傳遞的目標為外網公有雲時,則連線保護、流量監控、防機敏外洩等議題,需提高資安風險評估等級與控管項目。例如一般IoT裝置會連到供應商雲端網路,看起來是正常的,但某天突然連到CC駭客站台,管理者應開始注意,列入異常。 另在基礎安全架構完成後,進而開始製訂物聯網資訊安全政策,例如評估物聯網裝置生命週期、連線方式與降低物聯網風險方法,物聯網裝置雖然在協同防禦架構下,讓管理者可以辨視裝置連線行為,僅能做到監視控管;尚無法做到作業系統上端點防禦,因此需搭配企業內部端點防禦辦法,包括: 1.裝置生命週期:   物聯網裝置應該像一般個人電腦需有定期停機維護、更新韌體、修補漏洞,管理者應定期連接產品公有雲或私有雲之中控台,保持物聯網裝置韌體與運作狀況。 2.裝置連線評估: 透過網路協同防禦之可視性,瞭解裝置如果連線到雲端中,管理者需學習此連線方式,並且評估是否允許;在評估的過程中予以記錄正常連線狀況。然而,某部份的物聯網裝置不同一般連線,例如主控裝置(手機)與被控裝置(掃地機器人),共同連線到第三方雲端中,配對成功後開始控管,在防火牆只能看見被控端建立加密流量到第三方雲端中,實際上被控端是利用此加密流量接收指令,引發潛在威脅。在此模式下企業對第三方中控台或受控裝置在被駭客入侵時,難以處理,因此企業應評估物聯網下產品的各種連線方式與反制方法。 儘可能的減少裝置在網路上曝露,在網路上有一款專門監視聯網物之搜尋引擎,名為shodan,它搜尋一切連上網路的東西,包含企業伺服器、路由器、具IP功能的裝置如冰箱與WebCam,例如Shodan搜尋器可隨機找到一台運用改管理埠隱藏的TP-Link路由器(如圖7),因此物聯網裝置應該被防火牆NAT成同一個IP,並且定期更改此IP,或政策路由至備援線路上雲端,較不易曝露企業重要伺服器IP位址,此舉也讓駭客難以辨視裝置類別屬性。 以「小米掃地機器人」舉例,探討資安協同防禦協同防禦三策略(辨視裝置、分析評估連線模式、製訂連線允許規則),以經過協同防禦架構檢視相關的L2到L7層資訊,並實際分析物聯網裝置連線模式並製訂允許或封鎖的資訊安政策,其目的希望物聯網裝置僅能連線已知的設備廠商雲端網路,可對於未知的連線予以封鎖拒絕,以能達到資訊安全的防護。 在本案例中運用一台FortiGate防火牆、一台FortiSwitch網路交換器和一台FortiAP無線基地台,此三個網路設備均為相同品牌FortiNet,則可以用FortiLink通訊協定傳遞資訊與控制訊息,達成連線網際網路拓樸與協同防禦架構。在採用協同防禦模型後,防火牆因整合有線網路交換器與無線基地台後,可清楚辨視底層設備資訊,包含作業系統名稱、MAC網路上編號與連線路徑;更可以依需求製訂L2~L7階層的管理方案。由圖8可檢視出FortiGate防火牆可內建Switch與Wireless中控台形成協同防禦中心(如圖8),辨視物聯網裝置狀況,可以看到小米掃地機器人,這個裝置IP為192.168.1.129,真實網卡為30:24:32:4c:50:36,電腦名稱為Robot,它上網的連線路徑為經過無線基地台FortiAP(序號為FP221ETF18084939)的訊號,其連線SSID為test2019;此AP接到有線網路FortiSwitch的(序號為S124EP5918005916)第一埠,最後才到防火牆出外網;目前產生的即時流量為60個連線與151.79MB傳輸量,這些數據可以再之後執行物聯網設備製訂設備類別群組,在預期的連線行為中套入企業資訊安全政策控管;在非預期外予以阻擋或產生告警。 圖8 防火牆與內建Switch與Wireless中控台形成協同防禦中心畫面(資料來源:翊顥科技) 而對於小米掃地機器人的配對模式,使用者行動裝置(手機)需安裝米家智能APP,按下新增裝置,待選定掃地機器人後,則再輸入家中WiFi的帳密預存起來;將掃地機器人的上蓋打開,代表準備接收WiFi帳密,之後彼此相連以SSID傳遞(如圖9)。 待掃地機器人連上無線網路後,防火牆辨視小米掃地機器人連線記錄得知目標IP(如圖10),利用防火牆分析連線流量發現此裝置會詢問特定的FQDN,該FQDN分別為sg.ott.io.mi.com和lb-fds-04-423788926.ap-southeast-1-elb.amazonaws.com;從流量來判斷,此台掃地機採UDP封包回傳數據至IP為47.88.154.45,而用HTTPS加密連線接受來自33.0.192.235的控制命令。 原本想用限定目標IP方式限制掃地機僅能連線至小米雲端服務,但經過數日觀察後卻發現連線狀況並非固定,因此再細部擷取流量後發現該FQDN解析多組IP,且每日回應IP不同(如圖11),這個增加阻擋與放行連線規則的難度,因此在製訂連線規則時,來源端與目的端描述需具體明確。本案例在製訂連線規則時乃改用限制機器人僅能詢問特定FQDN的方式進行操作。 在確認掃地機的目標FQDN後,開始設定訂防火牆連線允許規則(如圖12),由於目標IP是隨時變動的,所以需在詢問DNS時僅能解析特定FQDN。允許IP來源IP為LAN端的小米掃地機器人(192.168.1.129),目標IP為中華電信的DNS主機(168.95.1.1),在附加功能中特別開啟DNS過濾器(小米DNS),設訂DNS詢問規則中僅能對持定FQDN解析IP,其餘未知FQDN則為封鎖(如圖13) 。 陸、結論建議 隨著智慧化服務與應用多元化,物聯網裝置數量倍增,其應用不再侷限工業4.0,更觸及到生活應用上,像是蒐集環境數據和遙控智能家電;運用物聯網使人類生活更便捷,運用數據分析也加速AI智慧與機器學習,然而只要連上網路,對網路提供者或被控裝置,就是威脅和風險的開始。或許物聯網置裝運用單純,不像個人電腦因使用者受誘惑而誤觸惡意程式,但不代表它們就應該被忽視,或降低資安評估水平。 所有連上網路的裝置都應該被製訂的資安政策所控管,其連線方式可視性應該完全揭露,歷史軌跡更應儲存記錄;在此前提之下,企業傳統的網路架構無法滿足,惟協同防禦架構能提供連線細部資訊、即時反應異常流量,透過協同防禦架構,防火牆整合網路交換器與無線基地台,將終端裝置在網路七層中的各種數據蒐集分析,協助管理者決策支援,記錄、限制或阻擋;在協同防禦以外的議題上,管理者仍需視物聯網裝置和個人電腦為同一物,製訂端點資安政策和維護方式。 在網路七層中,僅靠這些蒐集到的綜合數據,仍需要有經驗的管理者判斷、評估或阻擋,未來若能將這些雲端服務廠商給予識別代號,或物聯網裝置給予類似MAC編號一樣的用途識別代號,又或者因物聯網裝置運作單純,可以針對每個回傳與控制命令製訂類似SNMP協定般,一個廠商共識且遵守的識別代號,方能在物聯網時代中,對裝置安、連線安全等議題提供更進一步的管理概念。 [1]. 翊顥科技(股)公司,http://www.securenet.com.tw/,產品系統部資料,2019。 [6]. 黃國書,107年年度產業人才投資方案【智慧化居住空間技術人才訓練班】課程講義,2018。
發布日期:2019/05/29
資料來源:經濟部智慧財產局
生物學的外骨骼指能夠對生物體提供保護的堅硬外部結構,蝦蟹外表的殼就是外骨骼;人工外骨骼是穿戴式裝置,協助肢體活動、增強肢體機能及提升工作效率。外骨骼系統最早在20世紀的60年代就為軍事領域而研發,旨在強化士兵的負荷能力,隨後擴展至醫療和工業生產領域,幫助殘障人士行走以及工人負荷執行製造、搬運任務的輔助工具,目前仍持續往增強負重能力、精細控制和提升靈活度發展。 依據圖1市場調查研發,外骨骼全球市場預計從2017年的154億美元增長到2026年的3356億美元,2017年至2026年的年度複合成長率為9.4%。 美國在外骨骼的軍用領域方面較為領先,俄羅斯、法國、德國等也在進行積極研發,而在民用領域,美國、日本、以色列、南韓等都具備較強的研發實力,較具有代表性的企業有以色列ReWalk Robotics公司、美國EKSO公司、日本Cyberdyne公司、美國suitX公司、美國Parker Hannifin公司和南韓現代集團等。軍事使用的外骨骼,除了降低士兵負重外,還可以防止生化武器直接接觸人體,因此各國投資於軍事用外骨骼,預計軍事用外骨骼全球市場從2016年的9.245億美元上升至2025年底的30.424億美元,年度複合成長率將達到14.4%之譜 。醫療與復健用的外骨骼市場,預計到2023年將從2017年的8570萬美元達到5.716億美元,預測期內的複合年增長率為37.4%。 目前外骨骼的技術重心在整合機電控制、材料、通訊感測之穿戴感測元件的跨領域協同系統,重點研究領域包括用於肢體和跌倒控制的外骨骼系統、關節運動輔助、通信控制機制、人機介面、使用者同步以及壓力檢測等。 已問市的外骨骼產品分為醫療復健、生產製造、國防軍事等三類,以醫療復健、生產製造能見度最高,國防軍事因實際應用的技術門檻高,仍有待發展。 1. 醫療復健:輔助科技(Assistive technology)源自於美國1988年科技輔助障礙者法案(Technology-Related Assistance for Individuals with Disabilities (P.L.100-407),指用於協助老人與身心障礙者重建或替代某些能力、身體機能,減輕自身與照護者的負擔,改善生活品質與活動自主性的技術,目前外骨骼產品也以醫療、復健用途為最大宗。 2. 生產製造:工業用的外股骨諸如現代汽車集團開發的背心式外骨骼(Hyundai Vest Exoskeleton, H-VEX),提供生產線人員穿戴,當使用者手臂高舉超過頭頂時,可增加60公斤力量降低使用者頸、背受傷機率並提升生產效率;General Motors和NASA在2011年合作發明增力手套如圖 2,稱為Robo-Glove,手套由電池驅動,壓力傳感器可以正確計算並減少一半人體的施力,可減少抓取物品時肌腱拉傷的機率。NASA技轉網站列出Robo-Glove的美國專利,包含US8255079B2、US9067325B2、B28849453B2、US9120220B2以及US9149933B2,對於工業用外骨骼手套感興趣的研究人士可以參考。 圖 2、RoboGlove (資料來源:NASA Technology Transfer Program) 3. 國防軍事:鈦合金製造戰術突擊輕型操作服,稱為塔龍裝(Tactical Assault Light Operator Suit,TALOS),由智慧型材料(Smart material)及傳感器構成,提供防彈、可武器化、生命特徵監測等功能,並以3D列印方式製造800個碳纖維外骨骼零件,困難點在於把人體包入機器中,整件外骨骼的電動致動器除了適應使用者的動作外,還必須上下半身協調,除了前述的基本功能外,還必須提供抬頭顯示器、臉部的輕薄防彈玻璃、材料特性必須滿足防彈需求、後背式電池包續航力、降低外骨骼溫度以符合體溫的冷卻管線等,原本預計於2018年底產生鈦合金原型,但據2019年3月的報導,塔龍裝原型的設計和功能尚不能滿足需求,軍用外骨骼的發展還有很長一段路要走。整體外觀形似鋼鐵人的塔龍裝難以問世,但由洛克希德馬丁開發的軍事用外骨骼ONYX已於2018年進入美軍測試階段,ONYX是電腦控制的機械系統,部屬多個傳感器向位於使用者臀部的微電腦回報移動速度、方向和角度,並即時驅動膝關節的電力致動器與人體協同工作,輔助膝關節屈伸完成動作。例如在崎嶇難行的叢林步行時,微電腦會計算怎樣才能最佳地降低使用者步行和攀爬的難度。亦即洛克希德公司的說法「ONYX藉由在正確的時間裡增加扭矩,減少了穿越地形、蹲下或跪下所需的能量」。ONYX的設計理念是步兵使用上肢的機會遠低於下肢,腿部承擔武器重量和步行的任務,因此設計只用於下肢的外骨骼,可大幅提升電池使用時間,滿足軍事上電池持續力的要求。 從技術面而言,可以將外骨骼分為三大面向共七個次領域,依照使用與人體的部位分成上肢、下肢和全身;依據是否使用外部動力分成動力式和被動式;依據裝置的安裝位置分成固定式和行動式,這三大面向可依需求互相搭配。 1. 上半身(Upper Body):包含醫療復健和生產製造用途,前文所述的Robo-Glove是工業用外骨骼,醫療復健輔具除了用於手臂外,另有用於上肢個別部位的復健輔具,如TW I649078發明專利「具拇指調整機構的外骨骼機械手」是一種穿戴於五根手指的復健輔具,如圖4展示的包含手背基座、四手指骨架、拇指基座、拇指骨架及固定組件等機構,和Robo-Glove皆狀似機器人手套。 2. 下半身(Lower Body Exoskeleton):包含醫療復健和生產製造用途,例如TWI519291發明專利「下肢輔助裝置」是一種輔助人體進行走行、上下階梯、上下坡道、蹲踞起立等動作的輔助裝置,如圖5所示之輔具可幫助使用者之髖關節、膝關節、或踝關節之其中至少一關節進行屈展運動。工業用的下肢外骨骼,例如現代汽車無椅外骨骼(Hyundai Chairless Exoskeleton, H-CEX),如圖6所示,以束帶固定在腰部、大腿和膝蓋,H-CEX重約3.5磅,包括一組椅腳機構,用來承受身體重量,並可在三個不同方向承受330磅的重量,有效減輕膝蓋壓力。 3. 全身式(Full Body Exoskeleton):如圖7日本Cyberdyne研發的HAL-5 (Hybrid Assistive Limb)動力服,有效協助行走及複健、看護、工廠工作和災難救援等工作。另一種全身式的外骨骼其實是由人體各部位的外骨骼組合而成的,例如圖8是suitX的MAX(Modular Agile eXoskeleton),將三個可個別使用的legX、backX和sholderX一起穿戴,可同時減少腿、背、肩膀等關節的受力,適用於建築、機場行李處理、物流、裝配線、造船、倉庫、快遞服務、工廠和鑄造廠等作業環境使用。 4. 動力式(Powered Exoskeleton):又稱為動力服(Powered suit)或動力裝甲(Powered armor),不論是軍事或醫療復健用途的外骨骼都需要動力驅動以提供更多功能,如圖7的HAL-5藉由電力提供照護者搬動臥床者的力量。圖9是Raytheon在2010年發表的XOS-2,但每個關節部位都必須配置馬達,導致耗電量大且本身重達95公斤,在戰場上的續航力與實用度備受考驗。 5. 被動式(Passive Exoskeleton):即無動力式的外骨骼,例如CN205521373U新型專利「外骨骼機器人的下肢結構及下肢結構元件」,重點在於提供更適用於人體下肢的外骨骼機械設計,如圖10,並無附加任何動力裝置。商用產品如Lockheed Martin與Ekso Bionics合作開發的FORTIS也是被動式的外骨骼,被動式外骨骼的優勢在於價格比動力式低廉,適用於特定功能,例如圖11連接工具使用,工具的重量會傳遞至外骨骼並導入地面,提高施工人員的工作效率。 6. 固定式(Stationary Exoskeleton):例如上肢的復健裝置,放置在固定位置供使用者操作,如TWI549671發明專利「上肢復健設備及其使用方法」,提供一種包含基座、轉軸單元、旋轉驅動器的上肢復健設備,如圖12所示。目前商用固定式復健裝置廠商Hocoma的LokomatPro,結合動態感測裝置,可依據使用者體重、姿勢、步伐的改變調整步行履帶速度,改善復健效果。 7. 行動式(Mobile Exoskeleton):由以色列機械製造商ReWalk Robotics開發的ReWalk電動外骨骼協助使用者完成行走、坐下、站立甚至爬樓梯等動作,適合脊髓損傷的傷友使用。 隨著高齡化社會來臨,醫療復健的需求增加、照護人力短缺,工業生產的人力成本提升、勞工短缺,外骨骼可以提升個體獨立生活能力和醫療護理能量,對製造業來說並不影響原有的人工作業模式、並能提升工作效率,未來的外骨骼發展必然朝向「人機一體」的境界邁進。
發布日期:2019/05/16
資料來源:鏈結產學合作計畫辦公室
2009年Google 旗下的X實驗室所開啟的一項自動駕駛汽車計劃,一些加裝了照相機、雷達感應器的實驗車開始在加州某些地區的道路上穿梭。而自動駕駛技術這個始於美國 DARPA(美國國防部高級研究計劃局),原本設定為開發自主式戰車的技術開始進入一般民眾的眼簾,並透過網路的迅速傳播吸引各路人馬的關注,而自動駕駛技術也成為傳統汽車製造商以及新進科技廠商技術角力的新戰場。 圖片來源:https://www.theverge.com/2012/5/7/3006022/google-granted-first-self-driving-car-testing-license-nevada-dmv 為了讓這場技術的較勁有統一的規則,美國NHTSA(國家公路交通安全管理局)於2016年率先提出了自動駕駛五等級分類系統。隨後SAE International(國際自動機工程師學會) SAE J3016標準也於2016年9月更新,將人與車的角色定位更為清楚,採用行駛車輛最基本的加速與轉向操控、物體與事件的偵測反應、動態行駛任務支援以及自駕系統能夠正常運作的道路環境條件等四項因素,將自動駕駛技術分為六個等級。而SAE J3016標準也成為目前最通用的自動駕駛技術分級標準。各大車廠也以此作為發展自動駕駛技術的技術藍圖座標。 而要瞭解未來自動駕駛時代汽車的設計將會如何轉變,或許也可以從美國NHTSA根據各家車廠在L3-L5自動駕駛等級所提的概念功能所整理的報告中發現,目前受到最多自動駕駛技術開發廠商關注的重點是集中在Highly Automated Low Speed Shuttle(高度自動化-低速班車)以及Highly Automated Vehicle/TNC (高度自動化-車輛/運輸網路公司)這兩大項。這也帶出了一個重點,未來配備自動駕駛技術的汽車的主要功能還是運輸,但一般的消費者或許就沒有必要擁有一輛自動駕駛汽車,而是會由運輸服務的運營業者來統一購買自動駕駛車,提供民眾網路叫車服務。 Mercedes Highway Pilot Truck Auro Self-Driving Shuttle, CityMobil2 Automated Shuttle, EZ10 Self-Driving Shuttle, Navya Arma Shuttle, Olli Local Motors Shuttle, Varden Labs Self-Driving Shuttl Audi Highway Pilot, Bosch Highway Pilot, Otto Trucking Baidu Automated TNC, GM Cruise Automation TNC, Waymo Automated TNC, Honda Automated Drive, Nissan Autonomous Drive, Tesla Self-Drive, Uber Automated TNC, Volkswagen I.D. Pilot, Volvo Intellisafe Auto Pilot, Ford Automated TNC, Toyota Chauffeur 圖表來源:A Framework for automated driving systems (NHTSA) 如果未來汽車的買主將有如此的變化,那麼整體汽車設計是否也會不同呢?未來作為自動駕駛的客運服務提供業者,面對一些不可避免的交通意外情境境,汽車設計師該如何用科技來解決這種道德困呢?從專利當中似乎也找到一些解方。 圖表來源:地球圖集隊 https://dq.yam.com/post.php?id=10187 如何避免或是降低不可避免的撞擊事件對於行人所產生的傷害呢?福特汽車為例,早在2003年8月就提出一件專利討論外部氣囊的車輛中操作預碰撞感測系統的方法。 圖片來源:US6950014B2 https://www.incopat.com/detail/init2?formerQuery=SdVtS6vHfrxAuV9hpI7Re%2FR0OjOTHMZLlocal=zh 利用外部氣囊來降低汽車本身或者是行人撞擊後所造成的傷害是個行之有年的構想。但是這項發明的特點在於利用所謂的物件分類器用於產生物件分類信號。 控制器(12)連接到物體分類器和外部氣囊系統,用於回應於物體分類信號改變外部氣囊系統(120)的啟動電平。如果碰撞物體是行人,步驟110執行在該外部安全氣囊系統120被以慢速率啟動。 圖片來源:US6950014B2 https://www.incopat.com/detail/init2?formerQuery=SdVtS6vHfrxAuV9hpI7Re%2FR0OjOTHMZLlocal=zh 另一方面,保護乘客當然也是運輸服務業者的要務,但是未來自動駕駛汽車的車艙座椅方向可能不再是所有乘客面朝前進方向,而是可能會以面對面,或者是環形方式排列。為了避免突如其來的煞車以及撞擊可能造成乘客之間面對面的頭部撞擊。福特汽車也在2016年09月提出了名為包括中心件和可充氣的翼的安全氣囊的專利。這件專利就提到自主車輛的乘員在不需要監測車輛操作的情況下搭乘在車輛中。在車輛操作期間自由旋轉的座椅。這可以允許座椅的乘員面對彼此以及進行互動。這也可以允許所有的乘員放鬆、彼此互動以及專注於車輛便利設施。 圖片來源:CN107804268A https://www.incopat.com/detail/init2?formerQuery=wE2KAomDT2jHRT5VOAz%2Bhmr4kAd0KKkglocal=zh 安全氣囊包括限定充氣腔的中心件和可充氣的翼。可充氣的翼連接到中心件並且圍繞中心件的外周彼此隔開。可充氣的翼在充氣位置從中心件徑向延伸。以這種方式,可充氣的翼20可以將乘員的頭部保持在可充氣的翼20之間的空間內。這會導致減少乘員的頭部的向前運動,這可以降低頭部傷害指數(HIC),並且減少乘員頭部的轉動運動,這會降低腦損傷指數(BrIC)。 圖片來源:CN107804268A https://www.incopat.com/detail/init2?formerQuery=wE2KAomDT2jHRT5VOAz%2Bhmr4kAd0KKkglocal=zh 謹用福特汽車所申請的兩件專利為範例,說明汽車製造商在思考未來的自動駕駛汽車設計時,不會只從豪米波雷達或是光達等感測器元件進行思考,而還是會從未來汽車的主要買主(可能是運輸服務廠商)的需求會如何改變(例如本文所提的交通安全事故所造成的人身損害賠償),進而重新設計自動駕駛車應有的安全保護功能。以持續保持競爭力。
發布日期:2019/05/16
資料來源:電電時代135期
回顧 2018 年 VR 市場的需求。TrendForce 旗下拓墣產業研究院最新報告提到,由於Sony、Oculus 和 HTC 各自皆有不同的市場目標和策略規劃,不需要相互爭鳴,使得整體市場聲 量較為安靜。然而,2019 年隨著 Oculus 積極拉升自家產品的普及率,並搭配更多內容應用的推 出,將使得VR 產業再次加溫。 隨著 5G 在 2020 年開始發展,預期 VR 也將跟著起飛,同時將驅動 AR/MR 的市場商機。 2019 年 VR 出貨量上看 600 萬台 拓墣產業研究院預估,2018 年全球VR 裝置出貨為 465 萬台,2019 年隨著 Oculus Quest 產品將於年初正式販售,加上 Oculus 採取積極降價行銷策略,預計將帶動整體 VR 出貨量提升至600 萬台、年成長率達 29%。 拓墣產業研究院分析師蔡卓卲指出,觀察VR 三大品牌明年出貨量表現,Sony 的 PS VR 在新產品尚未推出的情況下,預估僅會成長至220 萬台;HTC 的出貨量則將提升到 80 萬台。 Oculus 產品成長幅度最大,包括既有的 Oculus Rift、與小米合作的 Oculus Go, 再加上將於2019 年初正式發售的 Oculus Quest 在內的產品線,預估出貨量將攀升至 170 萬台。 蔡卓卲分析,由於 Oculus Quest 才是 Oculus 的核心主力產品,其母公司 Facebook 也將會推出更多獨立 VR 裝置上的應用服務,相較於硬體的獲利,Facebook 更重視自家內容服務的推廣成效,因此 Oculus 將會積極地以壓低售價來換取獨立 VR 裝置的普及率提升,而壓價策略也反映在Oculus 下一步有可能推出低價版Rift 產品上。 反觀 Oculus 的競爭對手 Sony 與 HTC,2019 年並不會跟隨 Oculus 腳步。拓墣產業研究院分析,Sony 將依舊專注在遊戲機市場,首要目標是先推出次世代電視遊戲機;HTC 雖然會承受較大的競爭壓力,可能也會透過促銷等策略手段回擊,預期 HTC 依舊會緊抓著高性能且傑出體驗的市場定位,將重心放在高階的PC 端VR 裝置, 不會以衝刺出貨量為主。 2019 年是 HTC 高階 VR 豐收年 王雪紅在 2019 年初發給 HTC 員工的一封信中提到,宏達電已為高階 VR 樹立新標竿,2019 將會是 HTC 豐碩的一年,凸顯 HTC 致力於高階VR 的態度明確。再觀察 HTC 於美國消費性電子展(CES)的 VR 產品展出,包括HTC VIVE 嶄新的硬體、軟體和應用內容服務,同樣看得見HTC 持續專注於高階VR 的決心。 2019 年隨著 Oculus Quest 產品將於年初正式販售,加上 Oculus 採取積極降價行銷策略,預計將帶動整體 VR 出貨量提升至 600 萬台、年成長率達 29%。 具眼球追踪功能的 VIVE Pro Eye 在 CES 2019 中,HTC 全新的 VIVE Pro Eye 頭戴式顯示器內建眼球追踪功能,讓高階 VR 體驗更令人驚艷;另一方面,HTC 全球應用商店和訂閱內容服務平台 VIVEPORT,宣布推出VIVEPORT Infinity, 透過無限量的訂閱內容服務,可隨時任選體驗所有的最佳內容;此外,HTC 還展示未來將發表的最新頭戴式顯示器 VIVE COSMOS,可提供用戶更方便和更容易使用的絕佳體驗。偕同 COSMOS 一起亮相的 VIVE Reality System,則是重新構思了 VR 在空間計算(spatial computing)時代應有的樣貌,以嶄新的方式呈現內容並讓用戶優遊於不同的沉浸式環境之間。上述HTC 在高階VR 方面的最新發展成果,不僅展現了頂尖的技術和內容,且致力於重新定義消費 者和企業用戶接近和體驗 VR 的方式。 目前, 美國職棒大聯盟(MLB) 已將 VIVE Pro Eye 的眼球追蹤功能,整合進「MLB Home Run Derby VR」電玩遊戲體驗中,讓玩家無須透過控制器,也能輕鬆操作遊戲選單。美國職棒大聯盟遊戲及 VR 部門資深副總經理Jamie Leece 表示, 我們投資VR 技術,為粉絲帶來有趣的沉浸式體驗和與職棒比賽的聯結,並且透過 VR 遊戲比賽、家庭遊戲和球場內景點,傳遞更高的參與度。藉由將眼球追踪技術整合到「Home Run Derby VR」體驗中,我們的粉絲可以用眼睛輕鬆的控制遊戲選單,無需額外的控制器便能夠任意跳躍傳輸到不同地點,享受這種革命性的棒球體驗。 VIVEPORT Infinity 無限量 VR 訂閱服務 在 創 新 應 用 上,HTC VIVEPORT 在 CES2019 發布歷年來最大的內容更新, VIVEPORT Infinity 將提供史上首個無限量的 VR 內容訂閱服務,讓會員得以在數百個虛擬時空中自由探索。VIVEPORT 總 經 理 Rikard Steiber 表 示,VIVEPORT 平台訂閱服務剛剛上路時,提供的是訂閱者每月 5 款內容的方案;現在 VIVEPORT Infinity 一口氣為會員提供百倍豐富的內容。訂閱會員將能夠從 VIVEPORT Infinity 超過 500 款內容中無限量的下載遊玩。 目前,美國職棒大聯盟(MLB)已將 VIVE Pro Eye 的眼球追蹤功能,整合進「MLB Home Run Derby VR」電玩遊戲體驗中,讓玩家無須透過控制器, 也能輕鬆操作遊戲選單。 未來整個環境就是電腦 談到VR,當然不能忽視「擴增實境」(AR) 與「混合實境」(MR)也不容忽視,因為 VR/AR/MR 的結合應用,將改變人類數位認知與互動模式,使得沉浸式使用者體驗,成為未來使用者 運用數位科技的關注焦點。 Gartner 副總裁暨傑出分析師 David Cearley 在發布「Gartner 發布 2019 年十大策略科技趨勢預測」中表示,隨著時間進展,我們的思維將從個 別裝置和分段式的使用者介面(UI),轉移到多管道和多模式的體驗。而多模式體驗將使人們能 透過身邊數百種邊緣裝置連結數位世界,包括傳 統運算裝置、穿戴式裝置、汽車、環境感測器和 消費性電子產品。多管道體驗將在多模式裝置之 中,利用所有人類感官和先進的電腦感官,例如 溫度、溼度和雷達。這樣多重體驗的環境,將打造出新的氛圍體驗,屆時定義電腦的將不再是個 別裝置,而是我們四周環繞的空間;事實上,整個環境就是電腦。 搶攻 AR/VR 沈浸體驗商機台灣組國家隊 為促使台灣廠商搶攻沉浸式體驗商機,在我國政府的支持之下,美商 AVR 全球領導品牌 EON Reality 與台灣以色列投資合作中心(TXI Center) 及資策會智慧系統研究所(系統所)簽署國際合作備忘錄(MoU)合作,三方一同打造VR/AR 推廣、教育與創新孵化平台:「EON TXI IDC 互動數據中心」經濟部工業局副局長楊志清指出,「EON TXI IDC 互動數據中心」包含價值超過 8 億元的AR/VR 展示中心與訓練中心,期能點火啟動台灣AVR 的產業市場發展,帶來新世代的知識移轉教育新體驗;也希望可以培育台灣 AVR 專業人才, 匯集台灣產學軟硬整合優勢,鏈結 EON Reality 全球 30 個 IDC 與以色列相關科技生態系資源, 組成最強 AVR+ 國家隊,共同打入全球產業鏈。 未來,EON TXI IDC 互動數據中心將包括超過 16 種 AR/VR 系統的虛擬展廳、AVR 學校、創新中心等組成。AVR 學校將從眾多的 3D 和遊戲愛好者中選取學生,把他們培養成 AR 和 VR 專業人士,幫助建立當地的增強和虛擬實境生態系統。此外,AVR 學校的畢業生將有機會塑造台灣AR/VR 的全新產業生態鏈,也希望未來可以透過台灣這個亞太地區的體感科技中樞,協助業者輸 出南向國家市場。
發布日期:2019/04/03
資料來源:中華大學&國立台北科技大學
Application Research of Seaweed in Wisdom Eco Bus Booth 隨著科技日新月異的進步,隨之而產生的汙染已經明顯嚴重影響地球以及人類的生活環境,廢氣造成了空氣汙染,二氧化碳含量過多,熱量難流失,地球的平均氣溫也隨之上升,臭氧層的損壞造成陽光紫外線過量,對皮膚及眼睛造成傷害,這些危害使得人們在戶外活動時,提高了身體疾病的風險(如圖1)(如表1,2)。 為了響應節能減碳,台灣各地方政府開始對大眾運輸系統有了全面性的規劃,鼓勵市民及觀光旅客能夠多搭乘大眾運輸工具到達目的地,減少私家車的使用,不僅能夠減少大量車潮時段的交通癱瘓,也能降低汽車使用時排放的二氧化碳、空氣汙染,使人們生活品質更美好。 在台灣的都會區中,使用大眾運輸工具,是城市節能減碳、改善交通、減少污染最有效的方式之一,也是營造智慧城市的表徵;公車一直以來都是人們外出通勤使用率高且數量多的大眾運輸交通工具,其公車候車亭設置於室外,常有人潮聚集之處且數量也多,根據統計至106年的數據,以台中市為例,就有877座公車亭,在公車亭如此數量多及使用率高的特點下,若能讓每個傳統的公車亭具有智慧與節能的功效,一定可大量提升都市節能減碳的效果與效益,因此,本文將以公車亭為目標,探討具備生態環保、智慧科技的新技術新工法,因應時代趨勢,改變傳統公車亭的模式,溶入生態環抱與智慧科技概念,發揮節能減碳最大功效,引領新智慧生活的城市面貌。 人類過去對於能源的仰賴,主要來自於石化燃料與核能,而火力發電會造成嚴重的空氣污染,隨著燃燒煤炭,可能會有許多致癌物質會隨風傳播,此外火力發電排放的大量二氧化碳,更是造成溫室效應的元兇;過去標榜安全的核能發電,隨著發生日本福島核災而破滅。因此有許多科學家致力研究再生能源,期待可以建立更安全使用的永續能源,減少碳排放量並且避免核輻射外洩的可能,藉此建立美麗環保的家園。 基於世界各地氣候異常現象頻繁發生,節能減碳和尋找替代能源的研究與發展,是各國政府的政策目標也是產官學研重要的研究領域,根據相關研究成果發現,對於具備生態且來源豐富的海中藻類在能源方面的應用方面已證實可透過光合作用產生電能,將海藻發電作為替代能源,若能妥善加以運用在各種場域是非常具有經濟價值的;本文將以公車亭為應用案例,探討都市城鎮中的公車亭與海藻兩者做結合,並導入ICT等科技技術,創造具有生態之智慧化公車亭的新面貌,讓海藻發電帶給智慧化公車亭自給自足的可能性,及都市的景觀綠化以及帶給民眾候車時的便利、舒適與安全環境。 表  SEQ 表 \* ARABIC 1 空氣品質指標(AQI)與健康影響(資料來源:行政院環境保護署 空氣品質監測網) 表  SEQ 表 \* ARABIC 2 空氣品質指標(AQI)與活動建議(資料來源:行政院環境保護署 空氣品質監測網) 在台灣車班不確定、車班太少、搭程耗時、不清楚停靠站點版面固定不易更新、字體細小不易觀看、資訊龐雜不易查詢、設計紊亂不美觀、等車無聊缺乏趣味性,是民眾不搭公車的主要原因(如圖2,3)。 而且待在公車亭底下,冬冷夏熱,造成人們往往不願意待在公車停下等待,大多數則是在騎樓,或者店家裡,等公車進入可視範圍後,再到公車亭等待公車。 除此之外,若是可以解決公車亭電力自給自足,增加遮陽及散熱效果,並且還有其他智慧化功能,甚至還能稀釋汽車排放的二氧化碳,以及產生氧氣,減少都市放棄排放,將可增加公車亭的使用性與便利性。 1.以美國為例:美國 MIT 研究機構所發展出名為 EyeStop 未來的公車站,透明的螢幕顯示與觸控機制的高科技應用作為公車資訊的服務,也可結合社區使用的電子佈告欄(如圖4)。 2.以新加坡為例:從遠處來看,這個智慧公車站看起來彷彿一個大型盆栽,不僅有遮雨的頂棚來因應反覆無常的熱帶氣候,上層還鋪了一層植被,來降低常年高溫的熱氣。不僅如此,公車站還開闢了一塊可以讀書的角落,準備搭乘公車的市民們不僅可以借閱實體書,還可以掃碼登入新加坡國家圖書館來下載電子書。 而作為智慧公車站,當中也建置了具有互動功能的電子公佈欄,除了提供公車到達時間、路線等資訊外,還能查詢天氣。電子公佈欄的電力還都是由公車站內的太陽能電池板所供應。為了便利等車的市民,智慧公車站也提供了Wi-Fi以及手機充電站的服務,隨時隨地能為需要「補充」網路訊號以及手機電力的市民使用。就連旁邊的垃圾桶都安裝了感應器,能提醒清潔人員何時應該還清理(如圖5,6,7)。   海藻是指生長在海洋中的藻類,是海洋中的初級生產者,含有葉綠素和其他輔助色素,基本上是一群能進行光合作用且構造非常簡單的生命體。植物體為單細胞、單細胞群體或多細胞。多細胞的藻類一般構造也比較簡單,無根、莖、葉的分化,不能開花結果。 為什麼要使用海藻,而並非其他植物的原因是,藻種為單細胞微藻,因為它的構造簡單,不需發展根、莖、葉等器官,因此生長速度較快,具有高產量的優點,比陸生植物快10倍。若是使用太陽能板製作時使用的大量矽、鍺、硼,可能會造成環境方面的污染,若能將藻類燃料電池的概念融入太陽能板的形式與構造,不僅不會產生汙染,且發電完後的藻類,仍可利用在保健食品、動物飼料、水產養殖、化學藥品與藥物、色素、矽藻土、肥料、化妝品等,可說是不浪費任何資源的全方位利用。長期政策觀點來看,藻類燃料剛好可同時解決土地、食物和能源此三種問題。 藻類發電是指在藻類細胞進行光合作用時,會把氫分解為帶正負電荷的粒子,通過其內部活動產生電流,從而進行發電;同時也可以對藻類後期進行燃燒發電,利用立體光反應培養器回收循環利用二氧化碳,生產藻類製成藻粉作為生物質燃料,藻粉經過燃燒進行燃熱發電。 植物進行光合作用時,葉綠素不但能把水分解為氫和氧,而且還能把氫分解為帶電荷的氫離子和帶負電荷的電子。此時,植物體內會有電流產生,然後白白地消耗掉了。如果用人工的方法控制這個產生電流的過程,就可以積累植物中的電量,為人們提供生活和工業所需的用電。 藻類發電是透過藻類光合作用的過程,將光能轉化為電能,進行發電。其發電原理是利用上段內容中所描述的光反應過程。當光合作用進行時,藻類的葉綠素吸收太陽光,激發葉綠素的電子進行電子傳遞,使得膜上蛋白獲得能量,能將外界低濃度的質子逆向吸入高濃度的內部,而造成類囊體與基質間的質子濃度差,製造出質子流動,流出至基質中。因為藻類體積微小,因此質子也隨著擴散至水溶液中,而形成電池的負極,質子也在藻類電池內部的負極處流向另一端的正極;而導致電子藉由藻類電池的外部導線,由負極流向正極,形成一個正常電池的流動情形。 用葉綠素製造的電池能把太陽能的30%轉換成電能,而現有的多數太陽能電池板僅能把10%~20%的太陽能轉變為電能。因此,利用植物進行太陽能發電應該比太陽能電池板發電的潛力更大。 在熱能應用上,海藻發電可提供溫度40度的熱能,或許可用在工業製程的預熱。台灣需求較多的是冷氣,但應用在冷卻泵浦需要 70 度,加溫再冷卻將導致能效打折。 公車候車亭基本條件就是要讓公車能進站,能讓等車的乘客在候車時暫時的擋風遮陽避雨,對於出門需要搭乘公車的人來說,最擔心的事莫過於搭錯車、不知要等多久、如何轉乘其他的大眾運輸系統以順利抵達目的地;至於身障朋友則更可能因為高度容易被擋住而會有公車過站不停的困擾。還顧及要使用得舒適便利與安全,結合綠能、通訊、影音及都市景觀發展出公車亭更具廣泛的使用性。 參考國內外之智慧公車亭案例,分析歸納出一套針對公車候車亭之需求要點及適應現今環境的的舒適又環保的設計,並提供日後相關單位與設計者作為公車候車亭之設計的參考依據,其組成架構及運作方式說明如下: 海藻生態玻璃模組尺寸為上層玻璃厚度各3公分、玻璃之間中空部分為6公分,總厚度12公分,玻璃之間中空部分為水及海藻,並在上層玻璃的部分與濾網結合,以確保能吸收空氣中的二氧化碳來形光合作用,並在下雨時能補充用水及將落葉或垃圾隔絕在外。海藻生態模組的主要功用為生產海藻提供發電原料,以及透過海藻來降低公車亭的溫度。 LED照明 透過海藻發電所產生的電量,提供公車亭本身的照明設備。並使用LED節能省電燈泡,使用壽命長,耗電量小,耐用持久。 行動數據網路 提供民眾使用WIFI網路,增加民眾使用率,另一方面能使公車亭數據透過網路上傳到雲端。 監視系統 透過攝影機全天攝影,大數據收集應用於城市的交通、環境、商模、安全。 智慧面板提供民眾查詢服務,包括氣候和時間資訊、公車車班路線資訊、市政宣導應片、資訊跑馬燈、周邊商家或企業廣告、以及海藻生態公車亭的架構圖供民眾了解查詢使用。 藻類電池主要是利用藻類細胞內具有葉綠體,葉綠體具有可吸收太陽能的葉綠素。當光線照射時,葉綠素的電子被釋放,在膜上的蛋白間傳遞,形成電子傳遞鏈,驅動膜上的蛋白作用,造成製造內外的質子濃度差,形成質子濃度梯度。當內外兩側的質子濃度不等量時,電化學趨力將會使得質子流動(如圖10)。 二、「智慧生態公車亭設備」的運作方式 透過公車亭頂部的海藻生態模組來生產海藻,以及透過海藻生態模組雙層玻璃中,不斷生長的海藻,來降低公車亭的溫度以及產生綠美化,並在不斷生長的過程中,將海藻順流而下到底部的海藻電池設備中,加以發電。並透過海藻所發的電來提供其他用電設備使用,達成一個自給自足的循環(如圖11)。 三、「智慧生態公車亭設備」的設備特性 海藻生態模組玻璃板之間的水可吸收太陽能,使水的溫度增高,一方面藉由水及海藻降的公車亭受太陽照射所吸收的熱能,一放面透過溫度增高,增加海藻生長的速度。由於水中含有綠藻,因此升溫速度比清水更快。 公車亭的頂蓋使用綠建材的LOW-E雙層強化玻璃,透過玻璃中的海藻吸收太陽熱能,達到公車亭降溫效果,解決現在公車亭多半過熱,倒致多數人不願意再公車停下等車,使公車停使用的效果降低,而且隨著海藻不停的繁殖,更能增加遮陽以及降溫的效果。 海藻生態模組的玻璃模組尺寸為玻璃厚度3公分、玻璃之間中空部分為6公分,總厚度12公分,玻璃之間中空部分為水及海藻。且在玻璃上培養的微型海藻不佔用額外土地空間,氣候轉變對其影響也不大。 透過海藻發電後,產生的電能自給自足,包括使用照明設備、可觸控智慧面板、攝影機設備車流量監視與站牌人流監視、無線上網、USB快速充電等用電設備,來增加公車亭的使用性。 伍、「智慧生態公車亭設備」特色及效益 現今節省能源為一個相當重要的議題,如果候車亭本身所使用的能源可以自給自足,不依靠其他電力,不但可以供多元資訊設備使用,又不會浪費台灣如此的天然資源。 透過海藻模組頂蓋,使公車亭達到遮陽效果,公車亭運用綠藻頂蓋這種「綠色皮膚」形成的天然遮蔽層可使建築內部更加涼爽。藉由海藻發電提供公車亭本身電子看板電能、提供使用者手機充電等等。海藻生產飽和後,可以取出拿來作為食用,或是生殖能以及製作成生物科技等等。 透過海藻發電,可減少一般電池之使用量,也就是用完即棄電池,因為在它們的電量耗盡之後,無法充電重複使用。也能夠減少氣體的汙染,裝置中的藻液體會吸收二氧化碳等多種氣體,不僅可以解決藻類需要吸收二氧化碳等其他碳源,來做為營養的來源問題,而且也可以減少空氣中氣體污染的問題,這樣就可減少二氧化碳並且增加藻類生長速度。 植物需要行光合作用,人也需要光的照拂來維持生活的活力,很多人喜歡在室內種植綠色植物,除了美化空間之外,某些特定植物也具有讓居家空氣更清新的淨化效果,不僅對健康有好處,也改善居住環境,創造建築、人與自然和諧生存的空間。透過海藻帶給公車亭及都市綠美化,使人在交通繁忙的馬路旁,也感受得到綠意盎然的氛圍。 海藻行光合作用產生電之後,便能後續衍生出許多公用,例如可觸控智慧面板,民眾除可查詢可觸控螢幕清晰顯示站名、公車即時動態到站資訊,天氣溫度時間日期等資訊及跑馬燈,並提供清晰明瞭的公車路線圖,方便旅客獲取到站資訊、觀看市政宣導影片和企業廣告。公車族不再需要擠在小小的公車路線表前,尋找車班資訊。大型螢幕提供了一目瞭然的公車路線與公車動態。搭往哪裡,共線與轉乘資訊,公車何時到站,清清楚楚,以及LED跑馬燈、燈光照明裝置、停車按鈕裝置,按鈕後亮起紅色燈,讓公車司機進站前獲知民眾乘車需求,也可提醒行經該站位的駕駛注意是否有民眾候車,甚至還可以有愛心服務鈴功能,替身障者解決候車時的困擾。 智慧生態公車亭以海藻發電供給所需能源,只要有陽光、海藻和二氧化碳,車站就能自己發電,且不排放任何污染物,還能減少空氣中的二氧化碳,真正實現節能減碳、綠色環保。 透過WiFi上網可以達到廣告營銷與民眾使用雙贏的局面,智慧面板的商業廣告播放,可以提升附近商圈經濟消費,設備效益達到一站到位,多元滿足整合網路通訊、數據分析、影音傳播、商業營銷、安全監控、環境感測等各種先端技術應用內容於同一平台,創新開發出「智慧候車亭」系統設備。 透過攝影機全天攝影,大數據收集應用於城市的交通、環境、商模、安全。智慧城基礎佈建完成4G、WiFi、智慧影像分析等科技佈建。一座座候車亭成為資訊反饋神經元,建構出整座城市的智慧數位神經。 陸、未來發展與願景 近年來環保意識的抬頭及由於溫室效應所帶來的二氧化碳污染問題,人們已相當重視能源使用問題。為因應國際綠色環保潮流,響應政府節能減碳與永續發展政策,能藉由海藻生態智慧公車亭結合新科技創新與應用,透過海藻生態智慧公車亭,在生態的部分,以海藻在都市內行光合作用,減緩溫室氣體的成長也減少其他發電方式對地球帶來的汙染,並帶給都市綠美化,智慧科技的部分,透過每個公車亭所帶來的資訊,串聯周邊商圈智慧化,再由各個公車亭串連到大的整個城市,串聯智慧城市,透過智慧城市串聯各種資訊科技或創新意念,整合都市的組成系統和服務,以提昇資源運用的效率,優化都市管理和服務,以及改善市民生活品質,同時達到促進能源效率及降低溫室氣體排放與廢棄物量之成效,進而發展為永續成長的社區與城市,並提升世界能見度與整體競爭力。 柒、參考文獻 (1)、中華民國交通部《105年民眾日常使用運具狀況調查運具次數市占率交叉統計表》 (2)、吳哲弘,2014,《以視覺平面設計概念於公車站牌牌面之設計改良研究》,大同大學碩論。 (3)、張藝舋,2014,《智慧型公車站牌即時資訊之研究與設計》,大同大學碩論。 (4)、李美燕、陳竺廷、盧怡錦,2015,《藻類燃料電池》,苗栗農工。 (5)、亞旭電腦《台北市智慧公車亭》 (6)、中華民國第科學展覽會《藻出能源,發電我最行─探討影響藻類電池發電效率之影響》 (7)、黃國書,107年度產業人才投資方案【物聯網技術在智慧建築之設計實務應用班】課程講義,2018 (8)、黃國書,海基會兩岸經貿講座【以物聯網發展看兩岸智慧生活產業商機】講義,2018 (9)、黃國書,科技部iACE【以智慧城市發展看智慧建築之商機與設計思維】,2018 (10)、綠藻的功效http://cht.naturalnews.com/chtbuzz_buzz002934.html (11)、十大創新的藻類供電設計http://agritech-foresight.atri.org.tw/News/Print?sid=1032 (12)、BIQ http://www.biq-wilhelmsburg.de/ (13)、建築外殼結構之潛熱熱控技術https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=7274 (14)、將建築變成發電站https://www.basf.com/tw/zh/we-create-chemistry/creating-chemistry-magazine/resources-environment-and-climate/buildings-as-powerhouses.html (15)、中國國家海藻技術研究中心http://www.algae-tech.net/comcontent_detail/FrontComContent_list01-001CurrentIds=3__13comContentId=13comp_stats=comp-FrontComContent_list01-001.html (16)、IBA Hamburg BIQhttps://www.iba-hamburg.de/en/themes-projects/the-building-exhibition-within-the-building-exhibition/smart-material-houses/biq/projekt/biq.html (17)、ARUP-德國漢堡全球首座海藻住宅 SolarLeafhttps://solomo.xinmedia.com/archi/22407-ARUP (18)、商周.COM https://www.businessweekly.com.tw/article.aspx?id=22385type=Blog (19)、創力特 MyLife創意生活,https://tranliter.com/newsbioo/ (20)、圖片出處 中國時報 http://www.chinatimes.com/realtimenews/20170316004664-260412
發布日期:2019/03/12
資料來源:DHL洋基通運股份有限公司
DHL洋基通運股份有限公司 電子商務資訊整合部 黃敬中(annelics.ss@gmail.com) 一、前言 近年來,隨著全世界工業高度發達,帶動經濟的繁榮發展,為人類生活帶來前所未有的便利同時,隨之而來的人口爆炸、環境汙染、資源浪費問題,讓大自然的無形力量開始反撲,同時將世界推向毀壞的邊緣,如地球的暖化現象、城市的熱島效應,無法想像的天災、水災、地震以及能源短缺、空氣品質惡化、水資源短缺等,讓各個國家開始反省並積極提出減緩因氣候變遷所造成的影響的對策,使得「永續環境發展」也成為各地政府的重要政策。 人們過度專注於自身生活水平的提高,而忽略對賴以生存的地球做合理的保戶,隨著二氧化碳排放量持續增多,全球日趨變暖,世界各的科學家們不斷向世人發出警告,在「永續環境發展」的議題上,除了重視「環保」與「節能減碳」外,也應重視資源的妥善運用,減少浪費,因此對於「循環經濟」的觀念也隨之而起。 人類每天都在建築物裡活動,無論是工作或是居住,根據調查,建築物的能源消耗量是佔總能源消耗量將近三分之一,基於永續環保的第一步就是綠色建築,守護環境永續、減少對於環境的衝擊,而內政部建築研究所提倡了「綠建築標章、智慧建築標章、綠建材標章」政策來要求建築物重視生態、節能、減廢、健康,重視室內空氣品質、重視水資源等來符合綠建築指標(如表1);而智慧建築(如圖1)則提到的健康舒適指標等;而在人們在生活品質提升後,也開始意識到居住空間環境對身心健康影響的重要性,行政院環保署更於100年11月8日立法院三讀通過訂定「室內空氣品質管理法」制定室內空氣品質標準九大污染物標準(如表2),使以往以室外大氣管制為主之空氣污染防制,延伸至室內空氣品質的管理,使國內推動室內空氣品質的維護管理工作,邁向新的里程碑。 而「循環經濟」是一個資源可恢復且可再生的經濟和產業系統。相較於線性經濟中產品「壽終正寢」的概念,循環經濟使用再生能源、拒絕使用無法再利用的有毒化學物質,藉由重新設計材料、產品、製程及商業模式,消除廢棄物。重視資源使用效率,設法以更少的資源來創造更多的價值,確保地球有限的資源能以循環再生、永續方式被使用。 陽光、空氣、水是人類賴以維生的來源,水資源的妥善利用,維護良好的空氣品質,是需要積極研究,本文將介紹「循環經濟」的概念與國內發展現況,並提出以一種具備水資源可重複性使用的循環經濟概念,探究利用水電解技術應用於綠色環境永續環境營造的方法,水經過電解後的產出物,不但可以運用於建築物空調管路除垢、汙水除臭、日常生活消毒等多種用途,又能在使用後還原成一般水,兼具生態與循環經濟的理念。 二、循環經濟之設計理念 循環經濟是效法自然界中的能源循環模式,可設計出一套資源可持續回復利用、循環再生的系統,讓所有產品、材料皆可被納入生物與工業兩個循環,並在其中永生不息,減少廢棄物的產生,引領全新的經濟思維與社會發展模式,其設計理念歸納如下: (一)產品材料的重新設計 在產品循環的過程裡,最重要的第一步就是設計,因現有產品的設計很少考慮後續回收的流程,所以回收廠不得已只好攪碎,摧毀所有價值。可是如果在產品設計的時候,能設計出更耐用、模組化、易於維修的產品,提供可再生、可回收、可生物分解的資源,不選用稀缺資源當作原材料,加上適合的生產方式及回收系統,達到減少廢棄物並減少低效能的應用,甚至開拓新市場。 (二)具有權移轉的創新商業模式 企業可以不再販售「商品」,而是提供產品與服務整合的創新商業模式,讓企業對資源有更多的掌控權,不單靠製造生產獲利,還能利用各種服務為企業創造新價值,也讓企業更有動力去回收被使用過的商品,讓商品的零件可以被重新整理再利用。各種具有彈性、客製化的租賃模式、共享機制,已經逐漸在生活及產業中被應用。 (三)以循環的力量創造最高價值 在「循環經濟」的系統裡,資源的價值應該在任何時刻都確保是最大的,能夠循環再生,不斷被利用。因為一個產品從開採原料、設計產品到最後製作出產品,人們投入了勞力、智力就為了將價值層層疊加,所以在使用時、使用後都應該盡力去維持產品的最高價值:透過修理、升級、再製造、再行銷來維持產品的經濟效能,用更少資源,創造更大價值。 (四)廢棄物資源化 廢棄物轉換成資源,將一個產品生命終點隱含的原料價值回復,將原本的廢棄物藉由創新的回收和升級回收轉換成資源,回到另一個產品的循環。重新看待並處理只是被降級回收的副產品,短期之內可以省下事業廢棄物的處理成本,更創造新的收入來源。長期來看,可以幫助企業節省原物料成本,帶來在地的基礎建設與就業機會,生活環境品質也因減少廢棄物和污染排放而改善。 (五)產業共生 將不同的產業群聚在一起,透過物質、能源、水或是副產品的交換共用基礎設施達成彼此的競爭優勢,降低對生態的衝擊,減少處理廢棄物及生產產品的成本。 (六)其他可參考國際循環經濟相關標準或指南,例如,英國BSI 之BS 8001、美國UL 之Circularity Facts Program、美國Cradle to Cradle Products Innovation Institute 之Cradle to Cradle Certified、歐盟Ellen MacArthur Foundation 之Circularity Indicators 等,以符合「循環經濟」之精神與理念。 基於地球的能源可能於未來70年耗竭,根據調查,建築產業消耗掉世界40%的能源,而營建業為關鍵產業,「循環經濟」的應用效益在營造業應有莫大的效果,其應用方案有建物共享、零耗能、回收系統、屋頂農園、魚菜共生、構造模組化、綠能電動車、綠建築、設備租賃、太陽能發電等(如圖4),為此,台北市政府將以開發智慧公宅規劃落實「循環經濟」為理念,來建構智慧綠能循環、安全健康智慧化的低碳示範性住宅,希望從公共住宅之興建(施工)、維護營運、活化再利用及拆除與再生等階段,能導入循環經濟理念與設計原則,打造循環經濟系統發展模式之示範項目,促進公宅資源得以循環再生及永續利用的效益。因此台北市政府透過產官學研等討論,制定了「循環經濟」之五大理念與六大規劃設計原則架構圖及導入循環經濟願景(如圖5),並在智慧公宅案中加以落實。 三、次氯酸水電解技術運用於綠色環境之原理與功效 人們在日常生活中,利用水資源來清潔是最平常的事,透過水的循環利用加上能具有清潔環保的效果是對綠色永續環境非常有幫助的,以建築物為例,建築物室內對人體可能發生或產生的汙染物,大都來自建築物完工後進入營運使用階段,其中以空氣與水汙染的問題是影響人體健康最大了因素,目前對於防制的手段常以通風改善與加氯消毒、清潔等為主要手段。 因此,為了在改善的手段中不破壞自然生態或產生其他對人體其他可能性的二次健康影響,本文引薦一種以水電解技術的「電解水殺菌處理機」設備之改善方案,連結給水系統與鹽水槽,將水與鹽混合成之鹽水,大量電解製造出具環保、無毒、除臭、可殺菌低成本的次氯酸水,並以自動化、系統性的方式設置於建築的維生系統中,並具遠端監控機能,可納入大樓中央監控系統隨時監測輸出的濃度,並能取樣回授調控,隨時掌握防治效果,有效營造建築物室內健康環境,且又能夠在使用過後之電解水又能自動還原到一般水源,兼具了循環經濟的理念。 從水的組成結構,經研究發現,水的組成為H2O,只要混入鹽加以攪拌,形成鹽水,經過電解過程,就可產出我們俗稱的次氯酸水(HCLO),除了發現用於家庭日常環境清潔、消毒、除臭、除霉菌等有諸多功能外,當使用後,最後還原成水(H2O),無殘留的問題,對環境無負擔,是一種非常好用且環保的清潔用品,有關「次氯酸水電解技術」運用於綠色環境之原理與功效如下: (一)次氯酸水電解生成原理與特性 次氯酸水(HCLO)電解生成原理主要為透過水電解技術來生成,電解是指將電流通過電解質溶液(鹽水)而在陽極和陰極上引起氧化還原反應的過程,也就是電解食鹽水(氯化鈉NaCl),電解NaClNa+Cl,其中陽極:2ClCl2,Cl2+H2OHClO+HCl;陰極:Na+OHNaOH,由此可取得HClO,如圖6及圖7所示。 次氯酸水(HCLO)不僅較為安全,環保,殺菌力的速度跟效果也更好,是一個高效的殺菌劑,在生活中的應用範圍相當廣,在人體免疫系統中也有被使用,可以在低濃度、短時間內達到消毒的效果,其作用是能讓蛋白質破壞,次氯酸作用濃度曲線表,如圖8所示。 次氯酸水(HCLO)具有下列幾種特性: 1.製造與使用成本低廉,電解生成容易。 2.使用安全性高,對人體無害。 3.對生態環境友善,不會對環境產生危害(如動植物等)。 4.具生成、還原、再製造之循環經濟效益。 5.可破壞水系統中礦物垢和其他沉澱物的結構,具除垢效果(如將附著於管路上的生物膜,變成可溶於水的結構,經使用次氯酸後,經由管路排出至冷卻水塔儲水槽) 。 6.能消除各種細菌、真菌、芽苞和病毒,具除菌與消毒效果(如可對退伍軍人症的預防、游泳池消毒、地下室汙廢水池除臭與消毒、室內空氣淨化等),中性次氯酸電解水與其他殺菌劑比較表如表3所示。 7.使用後能自動還原成初始水質。 四、「電解水殺菌處理機」簡介 根據次氯酸水(HCLO)電解生成原理為透過水電解技術來生成,在實務上有需要大量生成的需求,且其生成速度與pH值有必要加以監控管理,運用「電解水殺菌處理機」系統將是解決重要的方式,尤其在建築物的水系統之處理應用是必要的作為,此「電解水殺菌處理機」乃是快速的將食鹽水經高電壓電解後,製造出高氧化還原電位的次氯酸並能加以監控管理,其產出之次氯酸是可以被控制的,具有強氧化性的高效殺菌劑,可以在低濃度且短時間內達到殺菌的效果,效果是相較於同濃度漂白水殺菌力的80倍。其原理是利用高電位將微生物的蛋白質結構破壞,達到殺菌的效果。簡介如下: (一)「電解水殺菌處理機」原理與組成 「電解水殺菌處理機」原理是利用高電位將微生物的蛋白質結構破壞,達到殺菌的效果,由過濾系統、穩壓系統、定量系統、電解系統、控制系統組成,組成如圖9,圖10所示。可調整次氯酸的pH值,中性為最佳,因為對管路絕對不會有任何影響,有水質分析儀與流量計經由控制器控制,並且配合HMI來做到自動化控制。 「電解水殺菌處理機」為pH7.0環保抗菌水設備,是由一個兩室隔膜式電解裝置組成,當食鹽水溶液通過電解裝置時,兩電極間產生之電流令電極發生氧化還原反應,溶液中的氯離子往正極移動,並釋放電子與水結合成次氯酸;鈉離子往陰極移動,並吸收電子與氫氧根結合成氫氧化鈉。 「電解水殺菌處理機」,可將兩電極電解出來的電解活化液-酸性溶液(pH2~3)及鹼性溶液(pH10~13),自動混合成中性的pH7.0環保抗菌水(pH6.5~7.8),及少量鹼性水(不需要人為二次酸鹼中和的手續),其中之中性水可直接用於清除水中的各種致病原(例如細菌、病毒、芽孢、真菌等)及清除水中的藻類,如使用於污廢水中,可降低污廢水中的化學需氧量(COD)及生物需氧量(BOD)。 (二)「電解水殺菌處理機」特色與功能 由於水經電解後形成的液態水,本身就具有強大殺菌性的次氯酸,它比同樣含氯的次氯酸鈉有更好更快的殺菌效果,這主要與成分結構有較高的效率有關;另外經電場電解後的水中還含有單線態氧存在,它是一種具有極強氧化性的自由基,當它接觸外界的細菌,能使細菌的細胞膜破壞,所以pH7.0環保抗菌水並不是簡單的含氯殺菌水。特色與功能如下: 採用有隔膜之電水解機。 水處理成效高,且容易掌控,如水處理特性比較表,如表6及表7所示。 天然:食鹽及水為原料,電解後產生次氯酸水(HClO),安全無毒。 環保:電解抗菌水遇光、細菌及臭味立即降解 還原成水,無殘留問題。 前瞻:採用電解次氯酸水取代漂白水,做為災區殺菌消毒用。 安全:美國FDA、EPA、日本厚生省、澳洲及歐盟核准使用。 專業:經SGS、台美等國際認證檢測機構檢測,證實其能效。 水處理系統設備功能測試報告,可消滅大腸桿菌率達95%以上之標準及可消滅金黃葡萄菌率達95%以上之標準、可消滅退伍軍人菌率達95%以上之標準。 五、電解水殺菌處理機之應用案例 次氯酸水除了在民眾在日常生活的上已應用相當廣泛,在建築工程的專業大量的生成應用非常適合,「電解水殺菌處理機設備」可帶給建築物室內健康環境及建築永續綠色環境之目標,其相關其他應用案例如下: (一)中央空調系統(冷卻水塔水質處理): 以中央空調系統而言,次氯酸水對於空調系統之冷卻水水質改善,取代加氯法控制各類建築物之水系統,如冷卻水塔及熱水供應系統等容易發生的生物膜滋長及與水中退伍軍人菌的滋生,並能降低其氣膠化之機會,以降低空氣傳播的可能性。 可有效杜絕如退伍軍人菌等細菌污染。 中性殺菌水可有效防止管道腐蝕及結垢。 可抑制藻類生長,改善熱效率。 取代以往添加化學藥劑對環境的傷害。 (二)游泳池水質處理: 次氯酸被嗜中性白血球用來殺滅細菌,也被廣泛用於游泳池的含氯消毒劑產品,「電解水殺菌處理機」可專業大量的生成來對於游泳池水的水質(消毒與除臭)改善,取代漂白水對泳池水進行滅菌,並且因為中性所以對人體皮膚沒有任何損害的危險因素存在,且改善效果佳。 (三)魚類海水養殖: 海水養殖場域大,「電解水殺菌處理機」大量的生成次氯酸水可對魚類養殖之水質改善,並能將ORP控制在350-500mV,稀釋後的次氯酸能有效的減少在海水養殖產生的白斑病變。 (四)建築物汙廢水池處理: 建築物之汙廢水均設置於大樓地下最底層,如化糞池等,為了除臭與消毒,一般常會投藥來改善,但效果不大,又容易影響生態,因此可設置運用「電解水殺菌處理機」大量的生成次氯酸水來對建築物地下室之汙廢水殺菌與除臭改善,能節省其他以加藥成本,也不影響環保,成效佳,廣受業界採用。 六、未來發展與願景 由於節能與環保意識抬頭,環境永續將會持續發展,愛地球、就是愛自己,環境永續發展人人有責,每個人應該從自身做起,而永續環境乃由節省資源開始,水資源運用不再只限雨水回收或中水系統的運用而已,應可運用「循環經濟」理念,讓效果加乘,如水電解技術能在產出優良的滅菌消毒效果的次氯酸水,對人體和環境無害的殺菌劑,廣泛應用於需要消毒殺菌的環境,使用後又能還原成自然的一般水,不僅沒破壞環境,又能資源回收,一舉數得。因此,水資源在人們的生活是關係密切的,不論身處在住家或是各大型公共場所,都會與其接觸到,次氯酸水之環保與滅菌的效果,未來在水系統水質改善應用未來會更加普及,而且在水電解技術的發展下,市面上已經出現以電解技術生成具備可供改善人體酸鹼體質的水素水,作為飲用水,相信未來在科技技術的推動下,還會有更多的發現提供改善人類生活品質的應用。
發布日期:2019/02/01
資料來源:國立臺灣科技大學數位學習與教育研究所
隨著科技的進步與經濟的發展,除了提升了人們生活品質,也讓社會活動趨向都市化聚集,城鎮都市化是各國必然形成的趨勢,在人口的聚集與都市環境中,其人們在每日生活與工作的交通便利性更是生活上必需面對的問題,在現代化都市中,除了大眾運輸工具外,自行開車是常用的方式,當車輛越來越多、道路有限之下,停車的種種現象與問題逐漸浮現,造成停車困難幾乎是全球各大城市共同問題。 停車困難產生的影響相當深遠,除直接增加繞行車輛之交通負荷與交通肇事之外,長期而言,也影響地區之環境與空間品質,甚至威脅到城市之發展與繁榮。而實現的停車管理智慧化,將可以有效利用行動通訊傳輸之「物聯網」新科技技術並以「共享經濟」的概念來提升有限停車空間與車位之利用率與管理效能,讓智慧停車來提升用路人行車與停車服務品質,則將是未來都市社會改善停車問題的有效方案之一。 在都會區停車常會有車位狀況、停車資訊、繳費、停車管理等資訊不透明現象,影響了停車的便利性甚至造成民怨,依據普遍調查統計發現,在都市裡,全球駕駛人平均花費20分鐘尋找車位,將可產生大量廢氣與造成交通壅塞。 停車問題是交通的一環,交通政策容易影響政府的政績與效能表現,對生活便利上,民眾最有感,尤其在都市常見要停車時而一位難求的現象,如能有效解決停車問題,對民眾與政府而言,都是互惠的。 以一般駕駛者而言,常見的問題常有不知哪裡有停車位、停車消費的選擇性不足、尋找停車位浪費時間、耗油、停車位(停車場)的不足,停車費繳費不便利,停車單據遺失、忘記繳費等。 以一般建築物而言,民眾自家大樓室內停車場中,常設有空閒的訪客車位,也有停車位的用戶,因平時上班,停車位空出,均無有效利用來提供大眾使用來增加大樓管理費或民眾自己的收入。 以地方政府而言,常因民眾找停車時間太久,耗費能源與製造市區空氣污染、交通無法引流造成道路壅塞、委外路外平面停車場收費員人力不足,影響收費成效,若路邊停車場建置路側收費設備及連網環境,有設置成本與設備維修成本壓力與民眾不配合等問題,另外在加上對於都會停車大數據無法建立,是否增設公有停車場無依據,交通政策難提出改善,容易造成民怨影響施政滿意度。 如今在行動通訊的普及與物聯網技術的成熟下,應該好好發展「以物聯網及共享經濟」作為之智慧停車概念,來造就全民福利,利用4G行動網路藉由即時車位查詢平台APP,將各區域路邊停車格的使用資訊提供給所有駕駛人,減少尋找車位之時間,並以共享分享的理念帶動另外一種經濟發展模式,如政府之公共住宅之停車位開放公眾使用,如引進民間力量,活化停車場,如將私有空間透過網路平台媒介供需,車位分時共享等作法等,讓政府與民眾共同參與,共創智慧停車新榮景。 世界各國的城市或城鎮,都是人口聚集之處,其往往伴隨著人口和車輛數量的增長,停車位需求也會上升,在有限的土地與高成本下,政府規劃了收費的路邊停車、獎勵新建建築物多設置停車位、民間自設收費停車場等作為,甚至興建應用機械式的自動化立體停車場具有土地效益高、停車量大的優點來解決城市停車問題,但因為停車資訊的不透明,讓停車的效益大打折扣,雖然又投入了很多停車管理控制系統之設施設備,因停車位周轉率不高,營收每月不確定。 不管是路邊停車、收費停車、及現代化的立體停車場,其停車管理的輔助設備各有所不同,也必須投入人力與自動化設備,玲瑯滿目,各有特色。 隨著物聯網、雲端技術、資通訊技術日漸成熟,車聯網也孕育而生,智慧停車方案有了多元化的變化。 如自動停車輔助系統,需要先進智慧停車資訊輔助系統設備與創新的服務體系,包括線上預約、行動裝置扣款、停車空位的動態資訊、動態導航、車上輔助的停車系統等服務,停車場管理者連結手機裝置和公私有的停車場資訊整合,整體生態系統包括停車場的感測與物聯網技術、行動裝置付款、停車、運輸和決策提供者、停車場太陽能電力供給、停車場電動車充電系統和產業、徵收停車稅、停車導引系統、停車場的照明管理系統,也就是未來就是按照自己所設定條件,往返車程的點對點服務得到滿意的停車位。不限制是哪一種停車場設施,都可透過找尋車位、預約、付款和導引服務進行停車,減少交通壅塞、油耗與廢氣,產生潛在社會效益。 在智慧停車位管理上,運用物聯網的優點,以「低人力」、「低成本」的方式,讓停車位可以透過共享與預定平台機制,以預定媒合系統,吸引私人車位主動共享車位,將是可預期成功的在地模式,也更符合經濟效益,能即時、公平、精確、實用的願景,只要符合法規及納稅,讓公民營現有停車位可以納入平台,當預定停車將蔚為風潮,將可解決路邊違停,難停車問題,也同時改善了交通問題,乃民眾之福。 在資訊通訊發達的現代,各種產業朝向智慧化是必然的趨勢,運用新經濟模式創造智慧營運逐漸被討論,如共享經濟、專業經濟、創新經濟、循環經濟、民生經濟、專利經濟、數據經濟等,因此當各國在訴求智慧城市氛圍的世代下,對於停車管理服務應有新的應有所創新策略,以「物聯網及共享經濟應用」將給予停車問題有了新的解決方案的做法,將停車預訂與共享車位多項複雜問題,融入一舉數得的多贏經濟共享商業模式,讓駕駛可隨時隨地預訂專屬車位、車位主可以刊登車位輕鬆獲利、停車場可以達成免自動繳費機及取票設備就能做到全自動化的智慧管理及收費,串聯整合不同停車位型態的停車與收費方式,創造多方獲益的目標,可運用於政府與民間,有其下列相當之意義: 降低油耗、環保節能 提升道路服務水準 提高停車空間管理效能 改善城市空氣品質 帶動智慧運輸產業 未來城市運用「物聯網及共享經濟應用展現智慧停車」,能提供車位共享服務、車位預約服務、行動支付服務等,其構想可達成以下各項作為: 社區車位共享:目前無社區共享車位之機制,親朋好友來訪時,須於路外尋找車位耗費時間,因此發展社區車位共享,可使會員自有或租用的專屬車位,將其空位時段刊登給其他會員預訂使用。 查詢引導、預約與替代車位服務:提供使用者在都會區所有公有路邊停車格即時使用資訊,可進行預約車位服務,並結合導航導至預約之車位,若車位遭佔,使用者透過回傳機制,系統於短時間內處理並指派至另一替代停車位。 APP自主付費(開單)服務:目前民眾須持繳費單至超商或至指定地點進行繳費較為不便,此服務將提供使用者於都會停車時,可以APP自主付費(開單)之服務。 公民營路外停車場納入:目前公民營路外停車場係自主管理,未來將可納入公民營路外停車場,可舒緩路邊停車格位問題,亦可掌握試辦區域內整體車位並進行規劃。 服務永續發展:開發私有停車場(停車位)基於守望相助組織開放共享,整合現有停車場增設預約停車服務,讓開車族可以用App預約停車位,讓車位主把車位閒置時間共享獲利。必要之營業模式為結盟現有民營停車場,提供會員預訂車位,車位開發代管商加盟,組織強而有力的私有車位開發團隊。未來將爭取:結盟現有公有停車場(路邊、路外),提供會員預訂車位、自主繳費功能;政策支持私有停車場導入以「物聯網及共享經濟應用展現智慧停車」之智慧預訂共享停車管理。 以物聯網及共享經濟之智慧停車平台系統乃基於停車場管理之友善、便利、安全、節能上思維,希望創造多方利益,運用物聯網技術加以整合,建構出以人為本之智慧停車系統平台,其主要效益如下: 在城市面效益:透過停車使用者參與降低路邊停車營運成本並提升服務品質,而停車困難產生的影響相當深遠,除直接增加繞行車輛之交通負荷與交通肇事之外,長期而言,也影響地區之環境與空間品質,甚至威脅到城市之發展與繁榮。物聯網將實現停車管理智慧化,可以有效利用新科技,提升有限停車空間之利用率與管理效能,同時大幅提升用路人行車與停車服務品質。 產業面效益:智慧停車服務為全球快速發展之應用服務之一,在完善的4G基礎建設與特殊的都市發展型態,特別具有孕育此創新應用服務之潛力。 對駕駛效益: 可以不用找車位的時間就可以預定到最近且最便宜的停車位。 不必浪費找車位的時間、節省油錢、減少車輛損耗。 停車繳費更便利。 對車位主人共享的效益: 刊登空位時間輕鬆分享利潤。 有機會分享超過月租+管理清潔費的利潤。 車位被非法占用或逾時停車,可優先停其他共享車位。 對政府機關的效益: 可因為停車位充足進行強力執法,改善違規停車問題;可提高收費達成率、降低委外勞務及代收成本;可得取完整的停車供需數據。 開單人力成本降低,效率提高,達成減少委外開單人力,扣除支付廠商之勞務酬金,政府可收取合理停車費收入得以充裕公庫,且提高用路人停車及付款便利等。 人力效率誤差,短收了許多停車費用於獎勵預訂車位,效果好,停車費收取也穩定成長。 可以讓道路減少找停車位的車流量、降低違規停車、減少交通事故、降低空氣汙染。 解決難停車造成占用或違停的交通安全問題。 減少公有路邊停車格(含巷道),道路變寬、交通也變好(如圖7)。 訂定交通政策有依據。 對環境環保的效益: 第三方支付、無紙化收費。 省油,減少都市空氣污染。 對社區的效益: 智慧預訂共享車位讓來訪親友都有專屬車位。 讓閒置車位活化,提高私有車位使用率。 增加社區管理費收入。 可提高不動產價值、讓管理處與所有權人都受益。 在智慧停車的服務中,服務對象就是「人」與「車位」之間的關係,另一個就是使用者付費的公平機制,目的就是能讓駕駛對停車處所有選擇並能很便利地找到停車位、很方便安心繳交停車費,進而創造出其他的附加價值,因此「以物聯網及共享經濟之智慧停車平台系統」是最佳化的停車媒合服務。 在現代化的都市中,寬頻固網與高速行動數據寬頻網路的環境下,「以物聯網及共享經濟之智慧停車平台系統」乃運用物聯網、雲端、大數據、智慧終端設備、數位金融等技術與設備成熟下的智慧停車管理,將可促進活化停車資源配置合理化及停車環境之優質化。 預訂與共享車位的複雜問題,融入一舉數得的多贏經濟共享商業模式,讓駕駛可以隨時隨地預訂專屬車位、讓車位主人可以共享空位時間獲利、讓停車場可以達成免自動繳費機及取票設備就能夠做到全自動化的智慧管理及收費。 根據都市停車位之種類型態有:公營路邊停車位、建築物地下停車場停車位、公民營停車塔停車位、私有停車位,各有各的經營模式,而為了有吸引更多的共享車位,讓民間個人、商店之私有車位也能分享使用,本以物聯網及共享經濟之智慧停車平台概念就是: 更精確的掌握停車位的供需,貼近使用者(駕駛)的真實感受與情境。 結合第三方支付系統,於預訂成功就完成繳費。 採預訂停車便利又可省停車費。 快速停車位媒合。 提高停車位使用周轉率。 納入更多私有共享車位於停車位不足的區域,幫助政府解決都市停車位不足的問題。 可獲得實際營運紀錄資料庫,以掌握實際停車需求、掌握使用者所在時空背景條件、了解不同使用者特性與偏好、精確評估停車位的需求之特性。 讓路邊停車場不需建置路側收費設備及連網環境(路側設備高成本建置及高維護費),卻能做到即時、準確的車位資訊並可預約停車,原停車習慣不變,卻能隨時隨地便利繳費,大幅降低巡管人員的勞務時間,卻能提高收費達成率。 讓私有停車位共享,創造多贏局面,解決親朋好友客戶來訪時難停車的問題、降低停車場違規、占用私人車位,增加車位主與社區收入。 因此以物聯網及共享經濟之智慧停車平台系統將以「車位預定」與「共享系統」兩項為最終目標,希望有停車位的單位或個人都能釋出可分享使用的停車位,創造共享經濟的願景,以預約專屬車位、私有車位刊登共享為核心,並提供多元的服務,目標如下: 解決了私有空車位不容易借停車的問題。 召集私有車位開放空位共享獲利。 為要找停車位的駕駛,提供自動媒合且簡易預訂的服務。 減少因難停車而發生違規停車所造成的交通與安全問題。 做好供需媒合服務,讓使用者安心快樂好停車。 提供駕駛最多最近的停車位。 發展為最多私有車位的媒合平台。 以物聯網及共享經濟之智慧停車平台服務系統主要架構乃運用資通訊的技術,建構一套對駕駛(人)、車位(提供者)、金流(付費與回饋)三方面的服務資訊串流雲端平台,來符合運行於目前都市型所有的停車環境,將改變以往的停車方式,以車位預定與車位資源共享為精神,落實使用者付費之公平正義,除了可解決停車位不足的問題,讓駕駛者停車更便利,更能在所有的停車與付費等使用行為中,獲取更多的大數據,提供政府擬定交通政策參考,進而創造更多的應用附加價值。 「以物聯網及共享經濟之智慧停車平台系統」是以建置一套運行於雲端之智慧停車網雲端管理伺服器作為平台的核心,設計符合手機、平板、電腦之停車服務操作軟體,並串聯第三方付費機制,以會員登錄方式來使用,平台將揭露最新的停車資訊,運用APP軟體預約方式來服務駕駛在停車與付費的需求,以及讓更多的閒置車位,透過此平台來分享停車,賺取停車費,其詳細架構圖如圖1所示,智慧停車平台之功能簡述如下: 媒合五大對象: 汽車駕駛:可以預訂專屬停車位,並提供多種獲得免費停車點數的方式,於預訂共享車位時可依照會員等級抵用10~20%的停車服務費。 車位主人:刊登共享車位的空位時段,如被預約停放可賺取停車服務費的分紅,即使沒由被停放,也將依照開放的時數,提供高倍數的免費停車點數,供您外出預約停車時可以抵用。 民營停車場:增加預約停車的客戶,導入第三方支付的應用,降低管理成本,結合信用卡優惠,提供更多來停車的機會。 公有停車場:降低地方政府現行管理路邊(路外)停車場的勞務成本,與代收費用的成本,增加車位周轉率,增加預約停車服務,採用純軟體技術達到路邊停車格的空位資訊即時化、準確化,減少用路人找車位的時間與交通流量。 特約停車位:可以使用免費停車點數抵用100%的停車服務費,相當於免費停車的特約停車位,通常來自合作商店,也可以來願意免費共享的私有車位。 APP軟體平台: 查詢、預約、導航、替代車位服務系統:提供使用者都會所有公有路邊停車格即時使用資訊,可進行預約車位服務,並結合導航導至預約之車位。 智慧謀合:依照車位狀態及條件給駕駛人員查詢時,智慧謀合到離目的地最近的停車位。 繳費系統:停車費支付方式連結台灣第三方支付平台、信用卡轉帳、約定銀行帳號轉帳) ,提供使用者於都會停車時,可以APP自主付費(開單)之服務。 公民營路外停車場納入預定系統:納入公民營路外停車場,可舒緩路邊停車格位問題。 社區與鄰居車位共享:發展社區車位共享,可使會員自有或租用的專屬車位,將其空位時段刊登給其他會員預訂使用,共享獲利。 可增設各種自動化設備的應用,如:監視系統、車牌辨識、即時空位數計算顯示,智慧遙控器:預訂駕駛在預訂的時間內,能用APP直接遙控開關。 其他加值服務:結合當地洗車業者發展加值服務,洗車並代客泊車。 雲端動態大數據系統服務:蒐集成功預定、查無車位、查無空位、車位請求等數據,利用精確的大數據分析,產生調整改善停車的各項指標,也包括都市停車習慣、停車場建置、路線規劃、廣告商業方案等。 停車場之自動繳費機: 自動繳費機增設第三方支付:如選擇「歐付寶」繳費或平台來繳停車費。 預訂停車流程: 俗話說:「你需要使用它,但你不需要擁有它。」簡單的一句話,解釋了共享經濟的精神,也改變我們的生活方式;近年來在多元創新與創業的風潮下,以共享經濟方式的各種商業模式正在起步階段,許多共享經濟平台如雨後春筍般出現,如我們常體驗過的Airbnb(房間共享),Uber(乘車共享)、Ubike(單車共享)等,這些完美的商業模式,都需要藉由物聯網的技術才妥善發揮其功效,如今台灣各地政府大力推動興建公共住宅,均要求達到符合內政部所定訂的智慧建築標章,其中「智慧停車」更被納入臺北市政府推動興建符合智慧社區之公共住宅之創新方案重要項目,加上節能減碳與解決停車交通問題的強烈需求下,此「以物聯網及共享經濟之智慧停車平台」未來將有更大的發展性與突破,各種智慧停車平台方案或系統也會如雨後春筍般在全省各地遍地開花結果,讓人們與政府、廠商共享更多的好處。
發布日期:2019/01/29
資料來源:中華敏通快樂農場發展協會
依107年3月內政部統計通報65歲以上人口約14.05%,台灣進入高齡社會,8年後為20%進入超高齡社會 。隨著年齡增長,身體也會漸漸老化,不但聽力、視力會衰退,一些慢性疾病也可能會伴隨上身,65歲以上老人常見的慢性疾病,前五項分別為:高血壓、白內障、心臟病、胃潰瘍或胃病、關節炎或風濕症等。全臺有75%的老年人至少罹患一種慢性病,50%以上的老年人同時罹患兩種或多種的慢性病。 然而從高齡人口組成來看,我國失能老人人口約占高齡人口的16.5%,仍有83.5%多數老人是處於健康或亞健康狀況,大約85%依然身體健康、活力十足,但大多數待在家中的時間多於外出時間,所發生跌倒或其他意外屢見不鮮。老人事故傷害,大多是生理機能退化及居家環境燈光昏暗,臥室、浴室有太高門檻,因此,朝加強照明、預防跌落摔傷、浴室盥洗及進入廁所等安全改進設施,是當務之急。依智慧型居家照護裝置設計理念,是讓銀髮族能有平安愉快的每一天。但每個家庭裡的銀髮族情況不一樣,健康與亞健康的日常生活可以自主,且可自己外出;有些需陪伴,如沒人幫助就無法自行外出;有些整天躺在床上,須幫忙排便、吃飯及穿脫衣物。因此,須有全面翻轉銀髮族居家照護方式,方能解除外出子女的憂慮。 運用具有電腦視覺、語音識別、統計方法、人臉與物體辨識等功能的人工智慧,載入到資通訊裝置,以解決因人力不足、耗時、全天候照護等問題,設計出人機互動的銀髮族居家安全環境。觀察銀髮族居家行動,可將導入依智慧型照護概念,其行動信息依智慧主體與人的貼近程度,可分為穿戴、近距、遠距、雲端與物聯網等五型裝置。茲依各型解決方式說明如下: 一、穿戴型裝置 指應用穿戴型技術係對日常穿戴進行智慧化設計,開發出可以穿戴的裝置,如眼鏡、手套、手錶、服飾和鞋等。其目的,是探索人和科技全新的對話模式,為個人提供專屬的、個性化的服務,其本質是人體的智慧化延伸。它利用感測器、射頻識別、全球定位系統等資訊傳感裝置,連線行動網路,實現人與物隨時隨地的資訊交流。銀髮族大致上考慮兩個方面,一為能直接穿戴在身上或整進衣服、配件中;另一為能應對多種需求與問題的行動應用程式。 然依穿戴部位不同,可劃分為頭戴式、身著式、手戴式、腳穿式四種。 (一)頭戴式 1.眼鏡類如Google Glass Google 眼鏡 採用虛擬實境技術,能夠實現日曆、語音、Google+、時間、溫度、簡訊、拍照、地理位置、音樂搜索和攝影等功能。 2.頭盔類如LiveMap 頭盔導航 內建陀螺儀、光感元件、語音操控以及LTE 4G網路。透過頭盔上顯示的內容,使用者可以輕易實現網路規劃和定位功能。 (二)身著式 1.上衣類如情緒感應服內層的感應晶片可以透過感應人體的體溫和汗液的變化來感知穿著者的情緒,並發出訊號,改變外層的顏色。 2.內衣類太陽能比基尼使用電傳導線將光-電流面板縫合再一起,透過光伏薄膜帶,吸收太陽光並將能量轉化為電能,幾乎可為所有的便攜電子裝置充電。 3.褲子類如鍵盤褲融合藍芽鍵盤、喇叭、無線滑鼠的褲子,整合了現代牛仔褲和電腦鍵盤。 (三)手戴式 1.手錶類蘋果iwatch內建Wi-Fi、藍芽功能、帶有RSS閱讀器、16GB的儲存空間和天氣預報功能,並且能夠和iPad或iPhone手機相連接的產品。 2.手環類如Nike+Fuelband手環可以記錄和測量運動量。 3.手套類如手機外形像變形金剛的一部分,按鈕被設計在手指關節內側,拇指做聽筒,小拇指做話筒,即可實現通話。 (四)腳穿式 1.鞋類Google 智慧鞋使用GPS和LED來指明方向。鞋內建了一個GPS晶片、一個微控制器和一對天線。左鞋指示正確的方向、右鞋能顯示目前地點離目的地的距離。 2.襪類Sensoria智慧襪子透過步幅以及落地的壓力,記錄下雙腳所走或跑的狀態和消耗的能量。透過對腳底部分的感應,可以了解自己運動的強度。 二、近距型裝置 NFC 是一種近距離或接觸式的無線通訊技術,其使用頻段為13.56MHz,傳輸距離約0.2 公尺,傳送資料速率有106kbps-212kbps 與424kbps 三種可供選擇。由無線射頻識別(Radio Fequency Identification, RFID)技術發展而來,而NFC 元件架構比單純RFID 更為強大,包括安全晶片、NFC通訊晶片與感應天線,使得NFC 能進行非接觸式點對點資料傳輸,也能夠讀取或寫入非接觸式卡片或RFID 標籤。近端的生理訊號量測裝置與資料收集裝置之間的通訊連結,可能應用之無線通訊技術包括近距離無線通訊(NFC)、無線個人區域網路(WPAN)、以及無線區域網路(WLAN)等三類,技術選擇的主要考量包括其耗電量、傅輸速度、傳輸距離、及資料傳送的可靠度。 近端生理訊號有線傳輸技術,除了智慧住宅提供安全方便的生活環境,同樣地也需求有效的健康管理,所以遠距居家照護系統近端感測裝置所量測的生理訊號,如血壓值、血糖值、心電圖等,必須以有線或無線方式,將訊號傳送至使用者家中的資料收集裝置,再以這些裝置作為對外傳送的通訊閘道,將資料傳送到遠端的資料庫。目前最常使用在生理訊號量測裝置 (如血壓計、血糖計等)與資料收集裝置之間的有線通訊介面,主要包括RS-232 與USB,因為多數資料收集裝置都以電腦為基礎,而RS-232 與USB 都是電腦所具備的基本通訊介面。 三、遠距型裝置 主要用以提供銀髮族罹患慢性疾病病患的居家健康照護服務使病患在自我健康管理。將居家醫療儀器使用者每日的生理狀況,如血壓、血糖、體溫等生理訊號,經由傳輸網路傳送至中央資料庫儲存,並建立個人的生理資料庫,一旦生理訊號發生非常態的改變時,即可以發出警告訊號,進行醫療照護的處理。所以它的用途可隨時掌握銀髮族的健康情形、儲存電子病歷便於比較病史及身體狀況變化、偏遠地區的病患獲得良好的醫療服務、縮短醫護人員與病患的距離、節省人力、時間及資源、偏遠地區的醫療技術與水準提升、「遠距會診」最重要的效益是掌握診治的先機,讓病人及時接受適當治療,提高治癒率。 應用於遠端照護之科技設備 (一)電子儀器網路連線之行動健康護照系統 藍芽傳輸,手機、電腦連線下載。 血壓、血糖、體溫、尿量、脈膊、體重等長期數值變化,可以將數據自動回報。 四、雲端型裝置 主要用意是資料透過網路得以開放、共享,加值運用。因此,它的基本特色: 隨時隨地自助服務。 隨時隨地用任何網路裝置存取。 多人共享資源。 快速重新佈署靈活度。 可被監控與量測的服務。 基於虛擬化技術快速部署資源或獲得服務。 減少使用者終端的處理負擔。 降低了使用者對於IT專業知識的依賴。 個人健康資訊雲端化,如健檢資料、健康照護資料、基因遺傳資料。 近年衛生署已規劃建構醫療雲端照護平台,並推動三朵雲(健康雲、照護雲、醫療雲)計劃,且與電信公司積極合作,推出照護服務,未來只要連上遠端雲端運算中心,電子病歷、數值分析、診療紀錄及遠距醫療照護等,都能透過雲端運算來提供,建立更健全的醫療保健體系,達到資源、服務整合的目的,這也是智能醫療平版電腦未來軟硬體技術整合規劃上,要先預劃及克服的挑戰。 五、物聯網型裝置 指透過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、雷射掃描器、氣體感應器等資訊傳感裝置,按約定的協定,把任何物品與網際網路連接起來,進行資訊交換和通訊,以實現智慧化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網路。物聯網與智能醫療服務之技術數位化後的各類醫療資訊,藉由物聯網的技術,能使有限醫療資源讓更多人共用,醫院也能建置完整的平台,實現智慧化管理工作。透過即時的定位、通信系統、無線遠端傳輸等技術,醫院可以準確地將醫療設備或裝置管理、藥物管理、人員信息、醫療訊息等資訊視覺化,在這些視覺化的訊息中,醫院、醫護人員、病患、醫院各部門、醫療設備、醫療機構之間的互動將更加有效率且安全;所以該產品導入物聯網關鍵技術的成熟度,將直接影響推展智能醫療系統的成效。 六、結語 全國自殺防治中心今天表示,65歲年長者自殺死亡率更高於一般人2倍。銀髮族自殺特性包含自殺意圖強、很少透露出自殺想法或計畫,且很多都是獨居者,加上可能原本就有身體疾病及身體脆弱,導致老人時不易存活。一旦老年人嘗試自殺,身亡的比例很高,其原因身體狀況不好、獨居、沒有親人陪伴、缺少社交生活、經濟狀況不好萌生自殺念頭。 因此,銀髮族罹患憂鬱症風險也高,症狀可能包含不願意走出家門、話變少、活動力變差、睡眠不好,但可能被誤認為是正常的老化或身體不舒服,忽略是憂鬱的警訊,沒來得及介入就可能發生自殺憾事。面對冷冰冰的人工智慧 須發展人工同理心 讓人感覺電腦好像有同理心 陪伴照護更體貼人性化,未來應朝向具有情緒辨識、情緒展現、具有人際互動敏感度的人工智慧,都可視為人工同理心的應用,具備機器的特性,永遠不會累。所有的感受都是個人化的,特別是在病人身上。
發布日期:2019/01/16
資料來源:中華AI協會/縱橫股份有限公司
2017年AI元年的來臨,不是傳統概念式的泡沫,更像是60年代火箭登月所創造的電腦世紀,是用突破性的智慧與龐大的資本,加上難以想像的巨量火藥激發出來的。在美國與中國,AI(Artificial Intelligent,以下簡稱AI)已經形成強大的產業鏈,帶頭的就是蘋果(Apple)、亞馬遜(Amazon)、谷哥(Google)等科技龍頭,這些公司都是總市值新台幣15兆到25兆元的龐然大物,但是新技術與新產品,仍然讓公司的股價像火箭升空那樣轟然推升,一切皆是宣示著:又一個劇變的時代已經來臨了。 AI的演變的四個階段: AI究竟會將我們帶向何處,以什麼樣的速度,沿著什麼樣的軌跡,目前還不確定。當然,這項技術對個人就業、隱私和社會,甚至國家經濟、政治的潛在影響提出了嚴肅的問題。儘管如此,從農業到藝術,AI幾乎涉足了每一個領域,無疑的,AI會成為下一輪技術革命的焦點。這是一個不錯的商機,如果在這方面有了突破,那麼帶來的將是數萬億級的市場。無論是大到企業家、互聯網以及傳統企業,還是小到個人,都應該理解這一輪革命的發展。因為,這一切已經與我們的生活息息相關,未來更是離不開這項技術。 網路的影響至今仍在發威。如果你二十年前錯過壓寶它,現在,AI就是你的世紀機會。 AI已經不只在實驗室裡的技術,而是從雲端降落到你我身邊的新應用。根據估計,近年之內,企業將有30%的新利潤會來自以AI為主的解決方案,毫無疑問的,未來二十年內,所有的新商機裡,絕對少不了它,就如現在的網路之於所有的產業一樣。AI近期最完整的目標是全面的智慧化,把AI科技從工業帶到商業,最後變成家庭化。因此,全球AI領域人才需求量急速增長,不僅展現出AI在近幾年以來的快速發展,也反映出AI領域人才的缺乏。 它利用數位時代的大數據來識別模型並做出預測,比如推薦什麼產品,讓消費者看什麼廣告,圖片裡有什麼圖像,機器人的下一步應該做什麼動作等,這些都是自動預測。這種將AI作為預測工具的概念,是多倫多大學羅特曼管理學院(Rotman School of Management at the University of Toronto)三位經濟學家所著《預測機器:AI的簡單經濟學》(Prediction Machines: the Simple Economics of Artificial Intelligence)的主題。作者Ajay Agrawal, Joshua Gans和Avi Goldfarb認為AI的決策能力幾乎將改變所有行業。為瞭解釋這一點,他們從AI的領導者亞馬遜開始分析。這家線上零售龍頭正在不斷瞭解越來越多消費者的消費習慣和行為,偌大的資料也逐步在穩步提高並精算其AI演算法的預測能力。 亞馬遜的AI發展到能在消費者訂購商品之前發貨。並且它將非常準確地知道消費者想要的是什麼,用最小的回報使亞馬遜變得更加高效。這原本像是一個異想天開的想法,但是,亞馬遜在2013年就獲得了「預購運輸」(anticipatory shipping)的專利。 資料來源:https://www.appseconnect.com/shipment-in-transit-before-you-buy-the-product/ 圖1 Shipment in transit before you buy the Product 提到AI,就不得不提到深度學習,所謂深度學習就是機器學習的一種方法,機器學習就是讓機器根據一些訓練資料,自動找出有用的函數(function),例如,如果將機器學習技術運用在語音辨識系統,就是要機器根據一堆聲音訊號和其對應的文字中找出「語音辨識函數」的一種AI技術,或者是應用在影像辨識系統中,機器根據一堆圖片和圖片裡物件名稱的標註,找出「影像辨識函數」,或者是如果要機器下圍棋,就是讓機器根據一堆棋譜找出「下圍棋的函數」。 以上所要找的函數,惟有靠機器才有辦法找出來,因為它們都複雜到人類絕對沒有能力寫出它們的數學運算式,這是共通點。因此,機器學習方法要經過幾個步驟:人類提供機器一個函數集、再根據訓練資料定義函數的優劣,最後,機器自動從函數集內找出最佳的函數。 在深度學習中,人類提供的函數集是由類神經網絡(artificial neural network)的結構所定義。我們的人腦是由神經元(neuron)所構成,類神經網絡也是由「神經元」連接而成。每個神經元可說都是一個簡單的函數,這些函數的輸入是一組數值(向量),輸出的是一個數值,同時,類神經網絡也需要記憶能力。由此可知,機器無法無師自通,在其辨識過程中還需學會專注能力。 近2年來,AI技術不斷取得許多新的突破,2017年7月,有160多家公司的創始人向歐盟提交一封公開信,警告説如果不採取緊急行動制止,就會有人開發致命自主武器,它可能會給戰場帶來深遠影響,形成「第三次革命」,就像人類之前發明火藥和原子彈一樣,他們認為新技術可能會將人類引向毀滅。反之,如果管理恰當,新技術也可以為人類謀取更多福利。如果問哪個行業可以帶來最大福利,可能是醫療、農業和保險行業,甚至有所謂的「藝術智能」出現。我們一起來看看以下的幾個例子: 布蘭登弗雷師是一位科學家,也是所謂深度學習(deep learning)技術的先驅。近年來在圖像識別和語言翻譯等取得了顯著進展。弗雷從事的研究正是將深度學習和細胞生物學結合起來。 Deep Genomics開發的一種電腦深度學習技術可以計算出遺傳變異對DNA拼接的影響。該技術的思路是建立一個數學模型,導入健康的全基因組序列和RNA序列,對模型進行訓練,讓它學到健康人的DNA剪切模式,並用分子生物學方法檢驗模型,加以校正。 一般而言,製藥公司將一種新藥推向市場通常需要幾年時間,花費數億美元。其中大部分的錢和時間都花在了臨床試驗上。AI有望大幅減少傳統藥物研發和測試中昂貴而漫長的試驗和失誤總結過程。位於多倫多的Deep Genomics總部不僅使用次技術來攻擊特定疾病,而且還能預測人類使用這些化合物的結果。 Frank Rudzicz是一名科學家,現年37歲,他在多倫多有了自己的公司,他和團隊開發複雜的AI算法,能夠將人聲挑選出來,預測疾病有多嚴重,精準度達到82%,而且還在提高。只需要45秒,公司開發的AI系統就可以做出判斷,知道你有沒有患上老年痴呆症。Frank Rudzicz說:「痴呆症患者説話時言詞閃爍,頻率不斷變化。人耳很難發現,但是計算機很有針對性,可以準確判斷。」 資料來源:https://hk.saowen.com/a/28e2bf070a4c3d525ab3deefd4925b6c31ab17b9f47cd94aeb030ab044551068 資料來源:國際熱帶農業研究所(IITA -International Institute of Topical Agriculture ) 企業農業公司部署了一系列高科技工具,包括複雜的天氣建模、土壤感測器、遺傳種子育種和無人機。但是,農業還有另外一面:5億個面積不超過兩公頃的小型農場生產了發展中國家的大部分糧食。 賓州州立大學(Penn State University)的研究與開發項目PlantVillage正開始為這些小型農場帶來AI。PlantVillage的科學家與國際組織、當地農場推廣專案以及谷歌的工程師合作,為坦尚尼亞擁有廉價智慧手機的農民量身定做AI技術。他們的重點放在木薯上,木薯是一種營養豐富的作物,可以在乾旱和貧瘠的土壤中生存。但是植物疾病和害蟲可以使農作物產量減少40%甚至更多。 PlantVillage和國際熱帶農業研究所開發了一種簡單的AI助手,叫做Nuru(斯瓦希裡語為「光」)。研究團隊以開源程式TensorFlow設計APP,並和坦尚尼亞與肯亞的大農場合作,蒐集了超過20萬張田間樹薯的病斑葉片影像。利用AI與大數據分析,讓程式產生自行判定病斑特徵的功能,搭配即時簡訊回傳系統,打造「掌上型」的植物醫生。農友只要用開啟手機的相機功能,將手機放在一片植物葉子上,拍攝樹薯植株葉片,經過應用程式分析後,他們的軟體便會診斷出所患疾病或病蟲害,系統會立即以簡訊回傳診斷結果,並建議採用低技術含量的治療方法。一旦下載,這款應用程式就不需要無線訪問蜂窩資料或遠端計算能力,意味著它可以在農村裡運行。使用這個APP,就能在病害發生的初期,及早診斷及時治療。該團隊也得到10萬美元(約台幣300萬)的獎助金,期望未來能造福數百萬的非洲小農。 肯亞和印度的項目正在進行中。在發達國家,人們害怕AI是一個工作殺手。「但在農業等領域缺乏人力資本的低收入國家,AI可以打破貧困迴圈」,賓夕法尼亞州立大學昆蟲學家、PlantVillage主管大衛休斯(David Hughes)如此說。 資料來源:https://techcrunch.com/2016/10/25/root-insurance-launches-a-new-car-insurance-company/ 總部位於俄亥俄州哥倫布(Columbus)的創業公司Root INSURANCE正在使用AI來更準確地為汽車保險定價。2018年8月24日消息,據外媒報導,該公司剛剛完成了D輪融資,融資金額為1億美元,領投方為Tiger Global Management。在本輪融資之後,Root Insurance的估值達到了10億美元,成功躋身「獨角獸企業」之列。該公司首席執行官亞曆克斯蒂姆(Alex Timm)表示,優秀的司機支付的費用超出了他們應該支付的水準,這實際上是在補貼駕駛技術差的司機。Root賭的是,有了現代技術,對優秀司機的車險收費更低,每月最多可少收100美元,而且這家初創企業仍然可以盈利。自2016年秋季推出其APP以來,Root用戶已經擴展到20個州,該公司計畫在2019年年底之前,將業務擴張到美國全部50個州以及華盛頓特區內。 Root使用智慧手機中的感測器來測量位置、加速度、刹車和轉彎。大量的感測器資料通過智慧軟體進行解析,這些軟體可以識別危險駕駛行為的信號:換道、選尾、甚至發短信(因打字產生微小但可測量的振動)。 潛在客戶下載Root的APP,並被監視一段試駕期,通常是兩到三周。「我們的模型對事故的預測要準確得多,」蒂姆說:「它收集資料只是為了自己進行風險分析。我們從來沒有也永遠不會出售資料。」 資料來源:http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=columnsid=3771 2015年,YouTube視頻上出現了一些奇怪的小狗和名人頭像的變形圖片。它們立即在數位藝術世界引起轟動。這不僅是致幻意象的非凡之處,也是谷歌Deep DreamAI程式的傑作。這種技術主要以指認其中圖案的方式來識別圖片,Deep Dream使用的神經網路來消化數以百萬計的圖像,識別視覺模式,然後創造新的東西-一種美學預測。今天,許多電腦藝術家正在使用AI工具來創建新的圖像、設計互動式視覺體驗和探測機器智慧。他們的作品得益於免費共用的大量AI軟體。由上述的科技進展中,雖然我們看見的是AI,那麼,與其說是AI,或許可說是傾向於藝術智能(artistic intelligence),也或許因為是這樣的發展而提醒了我們,人類智慧的珍貴也在於美學與創造的無垠想像力。 AI這個詞會讓人立刻聯想到末日般的畫面。畢竟在電影中,我們早看過當人類發展超出掌控時的不變下場。其實,在現實生活中,AI較可能幫助人類,而非加以傷害,因為如今的AI,還是一種電腦模式,它們是沒有思維和意識的。現在存在於我們身邊的最常見的AI,應該就是蘋果手機自帶的Siri了,人們在和它對話的時候,只能得知一些能在網路上查到的資訊,沒人會真正把它當作是一個人去交流的。所以,機器人取代的是勞動,而不是工作。 世界將有超乎我們想像的新面貌,針對5G的經濟效益,IHS Markit有幾項重點發現: 到2035年時,5G將為全球各行各業驅動出12.3兆美元的經濟活動。 到2035年,全球5G產業將創造3.5兆美元的產值,同時創造2200萬個工作機會。 5G產業平均每年將投入2000億美元。 圖8 2035年5G各產業產值示意圖 從2020到2035年,全球經濟平均年成長為2.9%,其中5G將貢獻0.2%的成長率。 因此,2019年即將上路的新通訊規格5G ,則是讓AI應用大爆發的加速器。因為,它不僅可讓連網速度快上一千倍,傳輸成本甚至可下降至千分之一。當所有產業都能以低成本物物相聯時,大量的資料可大幅提升AI的效能,兩者互相加值,互為幫襯。5G時代的東風吹起,市場正處於水到渠成的前一刻。 我們可以從科技藝術的角度來看2016年,似乎可以說這一年世人真正見識了數位世界近乎無垠的創作可能性。 資料來源:http://www.oeeee.com/nis/201608/23/458181.html 精靈寶可夢(Pokemon GO)掀起了電玩遊戲的革命,讓世人看見了擴增實境(augmented reality, AR)技術的視覺感染力,以及數位與真實世界如何在螢幕上共構的狀態。在巴西里約奧運閉幕式裡東京奧運的預告表演,更高度展現了擴增實境技術在表演藝術與視覺藝術上豐富的可能性。在短短不到10分鐘的表演中,虛擬的動漫人物、真實的現場場景、立體投影影像,乃至於現場表演人員及機器人和LED道具等,共築目眩神迷的夢幻時刻,許多人紛紛在網路上分享表演影片。 在這個數位年代裡,感覺官能的界線範圍,從真實世界拓展至過往僅能存在於文字描述及想像中的境地。 2016年,AI(Artificial Intelligence, AI)在以更近乎藝術家的姿態參與人類的文化及精神活動,舉例如下: Google的AlphaGo在圍棋比賽中打敗了世界最強的圍棋選手:李世乭,自此,在傳統東方藝術的琴、棋、書、畫中為AI佔據一席之地。 IBM的電腦「華生」(Watson)完成了首次以AI剪輯的電影預告片,正式參與了電影後製。 微軟的AI團隊則與荷蘭莫瑞泰斯皇家美術館、林布蘭故居博物館和德夫特科技大學,共同完成了「下一個林布蘭」(The Next Rembrandt)計畫,在藝術家林布蘭離世450年後,以演算法與3D列印再次繪製了一幅大師壯年時期風格的肖像畫,呈現於世人眼前。 資料來源:http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=columnsid=3771 但,值得注意的是,無論是運用擴增實境或AI於藝術創作上,當中的創見和創意並非來自科學家,而是藝術家,而兩者彼此激盪想像力早從文藝復興時代便已開始,可預見的是兩者將持續交互激盪出人類更精采的未來。卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon University)電子藝術教授戈蘭萊文(Golan Levin)表示:「現在,我們正在使用的工具可能更類似於人類的感知和智慧。」 就當前的AI的技術而言,我們僅能打造出效能強大但功能是有限的AI。這是因為當我們從通用AI轉往人類智能邁進時,所需的電腦效能也得更強大。而今,我們尚未發明能與人腦處理能力匹敵的事物。不過,人之所以為人,便是因為敢於迎接挑戰。
發布日期:2018/11/08
資料來源:台灣區電信工程工業同業公會&通航國際股份有限公司
雲端IoT智慧社區的發展思維與未來 台灣區電信工程工業同業公會 顧問 通航國際股份有限公司 總經理 陳子恆 一、前言 科技發展的躍進與浪潮,正不斷推演人們居住生活空間的新樣貌。當世界共同性人口往都市集中化,城市的治理、與住民在生活各層次的提昇,讓智慧城市這股趨勢,成為城市發展、科技整合、環保節能、生態融合、生活改善與人本社會的新定義。 智慧城市是當今國家級競爭發展策略,以下為世界各國政府與國際性的權威產業單位對智慧城市定義的觀點,可以讓我們來窺探、掌握城鎮社區的發展思維,而一個永續的智慧城市是可以有不同的作為與構想。 (一)歐盟 : 結合不同科技,以減少對環境的影響,並提供民眾更好的生活,藉由基於ICT方法,在多方利害關係人與市政相關夥伴關係基礎上,來解決公共問題的城市。 (二)英國標準協會: 建築環境的物質、數據及人類系統的有效整合,為市民提供一個可持續發展、繁榮和包容性的未來。 (三)美國智慧城市理事會: 使用ICT技術來增強宜居性、可操作性和持續性,簡單來說,有三個任務:收集、交流和運算。首先,智慧城市藉由傳感器、其他裝置和現有的系統來收集有關城市的訊息。接著,使用有線或無線網絡交流得到的數據。最後,運算分析數據來了解現況,以及未來可能發生的事情。 (四)國際電信聯盟: 使用ICT方式來改善生活品質、城市運作和服務之效率、競爭力的創新城市,同時確保滿足當代和後代人的需要,重視經濟、社會、環境以及文化各方面發展。 (五)ARUP: 經由現代化的技術和設計,使各種城市系統的接合處和結構變得明確、簡單、靈敏,甚至擁有可塑性。市民不僅參與且知悉活動、社區以及更廣泛的城市生態系統之間的關係,也被積極引導去看見城市內他們能夠共同調整的部分。相較於許多20世紀城市的僵化、單一功能和獨立結構,其擁有高效性、互動性、參與性、適應性和靈活性。 (六)西班牙電信 利用ICT技術使城市的關鍵基礎建設、組成和公共服務可更具互動性、效率性。讓市民更意識到他們的城市,並且致力於環保、文化、歷史方面的發展。 (七)西門子 由三個要素組成,確保城市的能源、醫療保健、建築、交通運輸和水資源管理的整體發展。 環境關懷,運用正確的科技,讓城市變得更加環保。 競爭力,運用正確的科技,讓城市幫助當地政府和企業降低成本。 生活品質,運用正確的科技,讓城市為其居民提高生活品質。 對於透過方針目標追求社區的發展面向而言,以從上而下的視野,當全球性的智慧城市推動,不僅國家級別文化、政治、經濟、社會與科技基礎的背景差異,其所定義與發展的智慧城市面向會有所不同,更因應其國內,在不同的都市城鄉也有其想解決的課題,我們從這樣的視野來看待智慧社區的將來發展路徑,就可有依循的方向,包含: (一)運用創新與科技的整合技術,讓社區住民面對都市化的生活課題,能在一個持續性和安全的環境下,提升社區管理、作息效率與生活品質的改善。 (二)提升社區建物獨特群聚的宜居樣貌,增加社區物業管理無形的隱含增值。 (三)啟發社區居民的交流活絡,創造一個幼有所托、少有所學、壯有所安、老有所養的生命空間。 (四)短期以資訊科技帶引便利的生活應用、中期一方面逐漸融入正在形塑中的智慧城市網絡機能,在城市治理、交通、能源、空氣環保、水資源、生態環境、建築、教育、文化推動、健康、資訊與開放數據等方面獲得連結;另一方面與家居的智慧設備應用整合,成為一個無時無刻、無所不在,虛實相映的生活情境智慧。 最終長期地來看,將還是回歸人本幸福生活的追求。透過運用數據、人工智慧、探索生命人文的關聯、運用服務設計的思維,讓社區的永續、生命的滿足與自我實現能豐盛每一個人生。 二、智慧社區之發展概況 因應就業發展、求學教育、生活機能與醫療照護基本需求,人口不斷往城市遷移,目前六都人口即將突破七成,為因應城市課題,目前台北、新北、桃園、新竹、台中、台南、高雄皆推動智慧城市計畫。包含寬頻網路基礎建設、智慧型人力、降低數位落差、鼓勵創新產業、推動城市經濟行銷力等相關策略。 科技的持續創新發展,民眾對城市基礎設施的需求越來越高,智慧城市與建築社區的推動已是城市發展的關鍵課題。其中相關聯盟組織與政策推動著力於,全球級別的智慧城市論壇與展會、智慧建築標章認證、亞太地區智慧綠建築聯盟APIGBA擴大影響、智慧城鄉生活應用發展計畫、地方政府都市更新獎勵辦法及都市危險及老舊建築物建築容積獎勵等等。 智慧社區如同是一個縮小版的智慧城市範疇場域,社區在都會區型態,多數以公寓大廈建築,運行社區管理委員會的機制,來自治管理社區共有資產與住民的生活相關事宜。我們首先將以政策推動的宏觀角度了解城鎮發展的背景(表1)。其次,再以架構思維的歸納來了解公共住宅智慧社區的建構面向,最後以深入性多面向整體來看一個智慧社區案例。藉由這樣不同層面的交錯探索,讓我們能有一個視野跳躍的新思維。 (二) 公共住宅智慧社區規劃概況 各都會區域政府,陸續開辦推動公共住宅成為智慧社區,打造更優質與環境友善的公共住宅,讓居民得以在安全、健康及舒適便利等方面得到更即時與全面性的照護,並可提高生活效率(表2)。 具體在落實科技智慧應用於設計興建與管理維護,運用 ICT 、相關科技發展、智慧建築技術與生活應用之創新,針對能源管理、自動化控制、系統整合、安全監控、居家照護、數位生活等各項居住需求,進行一連串電子化、資訊化,提供整合創新服務之解決方案(圖1、表3)。 公共住宅,扮演政府示範性智慧社區領頭羊的施政策略,讓民間開發跟隨,從智慧建築的推動、進而達到智慧社區、最終成為智慧都市。 以台北市的規劃為例,其目標預計達到下面七項基礎服務: 安全防災:緊急求助、可視化管理中控中心 智慧社區:電動汽機車充電系統、微電腦瓦斯表 能源管理:太陽能發電 綜合佈線:FTTH光纖到府、HEMS家庭能源系統 貼心便利:智慧化停車管理系統 系統整合:能源管理系統、連動監控系統 健康舒適:晝光利用設計、健康資訊照護 松下集團運用其原有舊電視工廠變更為住宅區的造鎮計畫,面積約19公頃,總興建戶數1000戶,其中獨棟住宅約 600戶,集合住宅約400戶,計畫人口約3000人。2014年已完成第1期開發,購買者大多為 30歲左右的年輕家庭族群;目前正進行第二階段高齡住宅、長照中心、托兒所等社會福利設施,預計於2018年完成全區開發。 打造一個發自於以居民生活為出發點,結合硬體、設備及軟體設計服務,規劃社區的永續架構,讓智慧化措施深植於居民生活模式的典範城鎮社區。 以「Fujisawa SST」為例,「Fujisawa SST」引以為傲的不是城市的規模,而是城市規劃的理念和過程。首先建立基礎設施,然後設計家庭和設施的空間,最後考慮居民服務而設立一個100年的願景(圖3),並為城市社區設計製定了指導方針,以實現這一願景,分享目標的居民將生活、互動並提供創意以創造更好的家園生活。 「Fujisawa SST」最初通過從能源、安全、移動和健康等各個角度考慮居民的舒適度、地區特徵和未來生活。接下來設計整個城市,包括房屋等智能空間和最適合設施,最後建立一個支持新生活的智能基礎設施。 「Fujisawa SST」建立以住民為中心的生活起點理念和社區生命週期過程的可持續發展,結合地理資源賜福的生態舒適度,實現社區發展安全放心的生活持續性宜居幸福。 藤澤SST社區三個環保節能指標: 1.環保方面: 降低70%的二氧化碳排放量及減少30%生活用水; 2.能源方面: 再生能源利用率達30%以上; 3.安心安全方面: 災難發生時,確保3天份的防災物資及基本生活所需能源。 為達到社區環保節能、安心安全之目標,「Fujisawa SST」規劃五大主軸進行推動: 分別為能源管理、 安全安心、便利交通、健康照護、社區管理。其各面向的重點摘要如下: 1.社區管理 「Fujisawa SST」廣場最大化城市居民、周圍居民、企業和其他人的價值。各式各樣的利益相關者將投入並提供創造生活的能量的功能。透過信息發布,迎賓、公關活動、新業務和孵化功能服務,建構真正的社區功能(圖4)。 (1)Fujisawa SST社區平台網站 連結社區當天的居民和地區信息。除了預訂能源使用情況和移動性共享外,居民能以舒適的跨距離方式進行交流,成為一種新鄰居關係的地方。 門戶網頁的設計是通過仔細模擬使用場景,例如能源訊息可視化、提供節能建議、事件旅遊信息與預訂汽車流動共享。 管理房屋信息可以提高建物價值,通過妥善管理住宅歷史,改善住宅的維護和保養,並通過登記家庭信息和家用電子信息來促進節約能源。 (2)運用Fujisawa SST卡和集點計劃 Fujisawa SST卡可作為身份認證卡用於鎮上各種服務。例如,當借用電動輔助自行車或更換可充電電池時,只需將卡放在認證終端上,無需任何麻煩程序。它還用於使用城鎮設施時的身份驗證。參與實時民調問卷和社區活動,可以獲得積分和兌換禮物。 (3)SOY LINK App重振已經失去的溫暖鄰里關係。 不僅是尋求協助,住戶、商店、公司、組織或到社區施作的工人,都可以構成社區平台與目標,每個人都將增加連結社區的權力。例如,如果有一個居民可以交換人力的機制,那麼老年人的知識和經驗生活的場景會是最好。如果您通過經驗相互了解,那麼在發生災難時您可以互相幫助。如果能夠實現這樣一個社會的機制,我認為未來每天都會比現在更溫暖。 2.能源與水資源管理 (1)藤澤模式,運用能源發電、儲存與節約的能源管理。 (2)通過設計機制引入室外空氣,改變單點觸摸相匹配的生活場景LED功能改善,追求舒適性。 (3)獨立式住宅,用電可視化,諸如空調,以HEMS為標準設備。 (4)緊急情況,自動切換預設電路,通過自給自足能源,可以保證三天生命線。 (5)入門口也設定為緊急供電點。即使關閉路燈,每戶門燈也可以保有燈光,一新舉措,是通過在整個城市引入家用蓄電池而創建的。 (6)所有獨立式住宅都配有太陽能發電系統和蓄電池(圖5)。 (7)社區太陽能成為居民及周邊地區的應急電源。在正常情況下為電網供電,並有助於提高整個地區可再生能源的採用率,在緊急情況下,它可以作為周邊地區居民和居民的緊急出口,它可以用作緊急情況下所需的移動電話和LED燈等設備的電力。 (8)向居民發送概括電力使用狀況能源報告,關於節能生態生活推薦報告每月一次提供建議,例如根據生活方式如何明智地使用能源以及減少每個設備的電能使用。 (9)為減少30%日用水量,實現節水型社區以解決水資源問題。在藤澤SST,松下節水設備是所有住宅的廁所,浴室和廚房的標準配備。 3.安心安全 (1)有別一般社區採用安全風格的封閉式門禁管理,為讓居民不感覺到封閉、緊張感。Fujisawa SST以虛擬門禁社區安全,確保比以往更加安全,沒有關閉社區的大門和圍欄。 (2)每戶提供智能電視,安裝提供社區終端,來自日本氣象廳的災害信息。並提供社區自己的警報,用於確認緊急情況下的安全、社區事件的變更、與社區活動的投票等。 (3)新型監控攝影鏡頭LED照明連動安全系統(圖6),該社區設置監視器及LED感測路燈。夜晚無人車時,路燈會自動降低亮度,以節省能 源;當感測到有人車接近及行進路線,將自動調整亮度,配合監視器錄影。每戶住宅均設置保全設備及火災警報器。 大約50個監視攝影機和照明有效安排在社區門口、公共建築、公園的陰影、主要街道的交叉點等周圍。另外搭配巡邏警衛,以實現開放但沒有盲點的安全性。到了晚上,透過智慧路燈,無照明度時,路過的人與車,可以提前兩到三步,觸發情境安全照亮(圖7)。 汽車共享: 環保電動車的汽車共享服務可以24小時使用(圖8)。 循環分享: 根據山地車類型和兒童騎自行車等場景和需求,準備各種電動自行車。 移動禮賓服務: 提出居民想要的信息,例如當天旅行的最佳方式,最快路線,交通堵塞信息,目的地天氣。 租車: 可以選擇各種型號,從電動車到跑車,一箱車,豪華轎車,日本車到國外汽車。 實施環境車輛檢查: 通過發動機清潔提高燃油經濟性並最小化諸如CO2的廢氣。 電池共享: 規劃電動自行車/助力自行車的電池可以跨區自由交換使用。 5.健康照護 提供社區全年齡、無縫服務照顧: 透過「激活生命能量」活動與學習服務,與「附帶生活服務資源」的完整體系來達到社區住民在健康照護的需求(圖9)。 三、雲端IoT智慧社區應用架構 智慧社區的雲端應用技術,已朝向無線傳輸,移動物聯網架構的演進發展。在具備大規模終端感應設備部署的要求與巨量雲端運算能力、AI加值應用的快速開發優勢,將推動無論是在產業應用、智慧城市各領域的解決方案或是智慧社區的運作上一股技術更替、生態叢聚的新熱潮。下列將以簡略的方式來介紹NB-IoT的發展狀況,並透過目前導入的雲端IoT智慧社區的管理平台之設計發展各面向的介紹,來了解建構一個智慧社區所可能的發展情境。 (一) 物聯網設備大量佈署的LPWA解決方案: NB- IoT 應用 由3GPP標準化的NB-IoT(窄頻帶物聯網)是一種低功率廣域(LPWA)的無線傳輸技術,可支持各種新的物聯網設備和服務。 根據Cisco VNI Mobile的預測,全球LPWA裝置的連線數量,2018年約達231M個,2020年預估將達到623M的連線數量。而台灣地區LPWA的預測數量,根據Gartner的預測資料,2018年為2.5M連線數,2020年估計連線數量,將達到8.1M的成長數量(圖10)。利用NB-IoT能最大限度降低連接設備的功率損耗,並有較高的系統容量和頻譜效率,連接設備電池壽命可超過10年。可滿足城鄉地區和室內深處的擴展覆蓋要求,同時實現極低設備的複雜性。NB-IoT基礎技術架構簡單,隨著應用增加,模塊成本預估會迅速下降。能與4G移動網絡共存,並可延伸為將來5G的應用導入。另外具備充分運用移動網絡的安全和隱私功能,例如: 支持用戶身份機密性,實體身份驗證,數據完整性和移動設備識別。 國內基於IoT的雲端應用平台,在各大電信業者的功能建制與推動下,逐步將形成在各產業領域的應用。其中在智慧城市面向所在的智慧社區導入,扮演新一輪的架構提升(圖11)。 (二)雲端IoT智慧社區的管理平台之發展情境 在智慧城市的推動下,融合公共空間與私領域(如智慧居家、辦公室)的智慧建築整合技術,已經不斷地被應用與推廣。導入IoT雲端化、全網路架構、BA中央監控及多面向應用整合的管理系統,可推動智慧建築、社區,創造住民更安全、便利、節能環保、健康與永續的關鍵所需(圖13)。 「雲端IOT智能雲服務系統」(圖14)由四個部分所組成: 1.會員管理伺服器 (T-CLOUD SERVER) 會員管理伺服器包含三項功能: (1)會員註冊、(2)產品註冊、(3)雲端服務伺服器負載分配等。 2.物聯網IoT服務管理伺服器 (IOT SERVER) 規劃功能如下表所示: 3.雲端對講SIP服務伺服器(SIP SERVER) 標準SIP協議,依不同產品功能提供產品與手機/平板之間的影音對談。 4.手機/平板APP (1)使用SIP協議,依不同產品功能提供產品與手機/平板之間影音對談。 (2)接收產品設備推播服務。 (3)跟產品設備做遠端控制。 (4)跟產品設備做智能溝通。 安全自動化之發展情境- SA(Security Automation) 1.安控是最重要的課題之一,透過影像監視、智慧辨識,在關鍵的場點佈設高像素攝影機,架構一個社區安全網,讓不安與危害因素無所遁形。 2.社區影像監看: 管理中心統一監看多分隔視頻螢幕。 3.住戶專有影像監看: 透過室內主機,選擇監看攝影機位置,手機APP可監看社區攝影機即時影像。 4.影像監視應用: (1)行為軌跡: 紀錄管理員、訪客或住戶於社區公共區域內所有歷史移動軌跡。(2)移動追蹤: 判別人員異常行狀況,串聯社區內架設之各場點攝影機,形成移動追蹤影像紀錄,並自動顯示預警以利社區管理員採取必要的因應措施。(3)人臉辨識: 作為門禁管制。 5.公共區域設置緊急按鈕,發生狀況按押緊急鈕時,系統將附近的監視器影像跳出顯示,中控室的電話也會響起,做即時有效的協助處理。 6.大門口機呼叫住戶視訊話機,聯動大門口攝影機,視訊話機響鈴時先看到攝影機影像,接聽後看到門口機鏡頭影像。 建築自動化之發展情境- BA(Building Automation) 1.BA中央監控,提供多系統整合控制,包括影像監視、消防、門禁、車道、消防廣播、燈光空調控制及指示燈等系統的連動、直覺圖形化操作(圖15)。 2.行動警報推播: 社區場域相關油、水、電、空氣品質及紅外線偵測等監控,發生狀況告警,警衛管理台會出現警報通知,並顯示發報位置及狀況形態。同時社區住戶可在LINE群組即時接收社區設定之告警狀況訊息。 3.環境電力資訊: 社區警衛管理中心,可顯示、監看及設定相關環境、電力使用狀態與運行數據,即時有效的處理,維持社區最佳化的運行。 4.門禁管理: 整合門禁系統連動,各樓層呼叫電梯及電梯樓層管制,一樓大門/側後門門禁管制/考勤管理,地下室及各樓層通道門門禁管制,車輛出入門禁管制。 物業管理之發展情境- PM(Property Management) 1.公設預約: 公共設施預約、社區網站、投票、訪客管理相關社區事務。 2.資產財務: 每月報表支出相關資產設備狀況。(圖16) 3.智慧訊息: 發送APP 推播通知,即時接收訊息,針對全體/分棟/各戶發送不同訊息。發送瓦斯抄表單,提供優質商家,消費、服務及團購優惠資訊。 4.節能環保: 掌握公共區照明、機電及設備用電情況,提供排程各區抽風機、馬達、空調及電燈開啟/關閉時間。公共走道區域能建置PIR觸發燈光自動開啟,並規劃汽機車充電系統狀態及扣點服務。 5.行動警衛: 透過 WEB版介面,警報狀況發生時,保全人員透過值勤手機即能監看、回應。 通訊自動化之發展情境- CA(Communication Automation) 1.行動影音通話: 智慧對講、多螢幕通話選擇,訪客來訪不須固定位置接聽。 2.行動遠端開門: 訪客來訪按門鈴,同步手機APP上顯示訪客影像畫面,與來客通話,為其遠端開門。 3.整合語音通訊: 管理中心對住戶、住戶對住戶、管理中心對手機、門口機對手機等多元的通話情境。 4.公共區域緊急SOS按鈕當發生異常或緊急的狀況時,能即時呼叫警衛室。 5.搭配網路廣播盒與廣播喇叭,可方便的建構社區廣播系統。 四、因應智慧城市之雲端IoT智慧社區發展未來 「雲端IoT智慧社區」的發展未來是一個多元性整合,建構基於智慧城市、智慧建築、智慧社區及智慧居家的新形態應用定義。運用綜合佈線全IP化結合有線與無線,以開創性雲端IoT大平台的融合,建構連結住家、建築、社區、到城市的智慧空間服務設計思維、運用平台發展的概念,實現多元應用的生活豐富情景。而未來當中,幾個關鍵技術的發展與設計考量將會為智慧社區的建構,創造更能滿足人們在安全、便利、節能環保、訊息、健康與永續的宜居幸福。 (一) BA中央監控將朝多維度的系統整合發展: BA整合即時防護、即時監控、即時互動於同一平台上的系統。讓訊息同步在多方的螢幕輸出,管理中心及用戶透過各種行動裝置的螢幕,能夠即時掌握、各項訊息。當以BIM為基礎的3D立體建築架構,因應場域的不同規模,已經逐步可以在效能規劃、預測及模擬上做應用(如上述案例智慧社區「Fujisawa SST」,其在建物日照採光及街道風流引入上是一個很好的實例)。在大場域的應用專案,將利用GIS(地理資訊系統)、影像無縫轉場與辨識的技術、結合設備設施管理與系統整合,在管理營運的大架構下,採集跨系統的巨量多元化數據。最後以透過人工智慧的演算法,分析呈現視覺化的決策性資訊。(圖17) (二)公私雲搭配的混合雲運用架構: 運用社區自有雲處理關鍵的帳戶管理及信息推播等核心機制,搭配運用IoT平台雲端應用功能模組,能實現確保快速響應、大規模多元裝置部署、海量資料儲存、分析與智慧的應用。並能滿足社區用戶隨時、隨地、安全的連網需求,達到逐漸省略透過中介閘道器控制、資料傳遞的情況。以至於大幅提高管理系統在將來大數據分析、AI、AR/VR領域的跨產業整合應用,並能持續導入新功能、情境與應用的需求發展。 (三)AI影像辨識與安控應用: 一個安居活力的社區,影像監視只是基礎。智慧安控已是智慧城市建構面向中一個重要的需求與發展。而影像辨識,在不同的場域有其新的應用價值。例如: 導入車牌影像辨識,作為車輛進出管制與停車場的停車監控管理。導入人臉辨識功能,運用在建物社區大門入口門禁的管制,提供住戶「刷臉開門」的輔助便利。搭配黑名單的運用,可以預警通報社區管理中心,以利啟動因應防範措施。其他,如人員「異常行為辨識」、「行為軌跡追蹤」、「值勤打卡」與「影像快取」等多元化應用都是生產力提高的應用。(圖18) (四)因應社區差異化的設計: 社區建案以融合創新的思維,因應區域、地段、人文的獨有特色,透過服務設計的理念,智慧建築發展的運用技術,融合雲端IoT應用的元素,以智慧社區三個主要發展面向: 物業管理發展、BA中央監控多維度整合發展,基於安居樂活的創新服務,來實現環保、節能永續的願景。 人口集中城市化、社區化,已是必然的趨勢;加上行動商務APP的時代,社群軟體之外,跟生活最息息相關的就是社區的訊息與情境了。物業管理的目的在於讓住戶便利的隨時、隨地掌握居家和社區訊息與情境的互動,真正達到有感的生活便利效益。 從以智慧建築設計新思維的角度(表5),與雲端化IoT智慧社區的發展架構(圖19),智慧社區的未來,將隨著規模向上的遞接路徑(圖20),開創雲端人工智慧化、萬物相連與創新應用的大成長未來。 伍、結語 智慧社區的發展未來,不只是空間建案場域的ICT系統導入與整合的課題,人口集中城市化、社區化,已是必然的趨勢,加上行動商務的時代,手機APP應用與排名是商業模式競爭的關鍵所在。社群軟體之外,跟生活最息息相關的就是社區的相關訊息與情境了。 智慧空間建案場域的發展,其營運模式需要多種跨業的元素組合。但核心的理念,還是基於人本的課題。因為幸福是最終的目的,所有一切的元件、整合、科技、生態系、服務設計及商業模式等,都是為達成這願景的途徑與詮釋。 陸、參考資料文獻 [1].黃國書(Home Page),智慧建築(監控)研究室資料 [2].黃國書,107年度產業人才投資方案【物聯網技術在智慧建築之設計實務應用班】課程講義,2018 [3].黃國書,海基會兩岸經貿講座【以物聯網發展看兩岸智慧生活產業商機】講義,2018 [4].黃國書,科技部iACE【以智慧城市發展看智慧建築之商機與設計思維】,2018 [5].通航國際(股)公司。
發布日期:2018/10/23
資料來源:國立臺灣海洋大學 食品安全與風險管理研究所
2008年,台灣女子高爾夫選手曾雅妮贏得了人生第一座LPGA冠軍,並在2010年一舉登上世界球后寶座,在媒體的推波助瀾之下,高爾夫運動掀起一股熱潮,也因此打開了台灣人對高爾夫球運動的熱愛。曾雅妮旋風帶來的熱潮確實有效提升了高爾夫運動的人口,目前全台灣保守估計的高爾夫球人口已經成長到兩百三十萬人,佔台灣總人口的十分之一。高爾夫球運動是一項非常注重身體律動的一種運動,其強調身體協調性、平衡性以及標準性,因此高爾夫球運動員須注重揮桿時身體姿勢,不標準的揮桿動作容易對身體產生運動傷害。近年來,高爾夫運動越來越多人加入高爾夫球的行列,使高爾夫球這項運動逐漸朝向普遍化、年輕化與全民化的趨勢發展,預防錯誤姿勢造成的高爾夫運動傷害也逐漸成為目前重要的議題。因此,有許多學者投入研究高爾夫球運動員揮桿姿勢感測,判斷運動員揮桿姿勢是否標準,讓運動員能夠藉由系統調整揮桿姿勢,提高擊球準確率,也可降低新手運動員因為姿勢錯誤而造成運動傷害[6, 8]。 以上議題雖已經許多專家學者逐漸進行解決,但均針對運動員特定部位深入探討。傳統做法為利用錄影再撥放給運動員看,然後教練再個別指導,較少新一代系統針對運動員整體動作感測作為探討[3, 4, 10]。近年來,穿戴式設備的興起與動作感測設備成熟,透過物聯網(Internet of Thing, IoT)來輔助資料之收集與判讀,較可精準判斷不正確的動作。因此設計一個使用方便且有效的高爾夫球揮桿動作與潛在揮桿運動傷害偵測平台對初學者而言是需要的,設計時應考量個製化、動作協調性與完整性、調適性、輕量化計算與功能擴增性等相關議題[2, 5, 11, 12]。 在此設計一輕量化本體論模式應用於高爾夫六階段揮桿錯誤姿勢(An Ontology-lite Model for the Six Phases of Golf Swing Injury Detection and Evaluation, O4Golf),透過輕量化本體論(Ontology-lite)技術加快建模與運算速度,建構起個製化(Personalized)揮桿動作檢測機制。O4Golf其核心機制整合本體論(Ontology)、群落案例式推理技術(Clustering Case-based Reasoning),經由所判定之影響因子建構起大眾模式(Mass Behavior Model),再透過手機中的各別影響因子(Private Influence Factors)推論出個製化的輕量本體論模式(Ontology-lite)。再將資料送至動作觀測伺服器中運用所提出之高爾夫球揮桿姿勢分析模型(Golf Swing Posture Analysis, Golf-SPA)進行分析揮桿數據,檢測出可能發生運動傷害之不正確的姿勢動作,並發出警示通知運動員,以達成預防運動傷害的目的。 輕量化本體論模式應用於高爾夫六階段揮桿錯誤姿勢(An Ontology-lite Model for the Six phases of Golf Swing Injury Detection and Evaluation, O4Golf)之規劃設計如架構圖1所示,包含 (1) 具輕量化推論機制之行動式使用者端,(2) 具六階段高爾夫球揮桿姿勢分析模型之動作觀測應用伺服器以及(3) 具大眾數據推論模式之雲端伺服器。 具輕量化推論機制之行動式使用者端主要為建構個製化之推論機制於高爾夫球員的手機中,協助高爾夫球員能建構習慣動作(Preferences)與揮桿資料(Raw Data)之蒐集。使用者須藉由智慧型穿戴式設備搭配體感(Kinect)設備進行動作的紀錄與分析。行動使用者的手機負責感測揮桿數據以及蒐集其他穿戴式設備之感測數據,並配有輕量本體論(Ontology-Lite)所建立的法則[1, 9]。此數據再透過藍芽技術將蒐集的訊息傳遞至體感感測環境進行分析揮桿數據。圖2為穿戴式感應設備之配置模式,包含右手腕的具三軸功能之智慧型手環、腰間之智慧型手機以及右腳踝之輔助擺動定位之輔助手環。穿戴式感應設備於使用者揮桿期間進行三軸加速規與重力感測的資訊感測,感測資料將透過藍芽協定將資料傳輸至體感感測環境。此外,藉由Kinect動作感測設備的人體骨架結構資訊,擷取使用者的身體影像並建立使用者的身分模型,捕捉使用者揮桿動作的人體骨架資訊,再將此資訊傳遞至體感感測環境[4, 5, 7]。體感感測環境蒐集來自穿戴式感應設備與體感(Kinect)測設備的感測資訊,將蒐集的感測資訊由動作觀測伺服器(Motion Observation Server)進行分析揮桿數據,檢測可能發生運動傷害的姿勢動作。當動作觀測伺服器分析結果推論使用者揮桿動作不正確行為導致擊球失誤與對身體造成的傷害,透過畫面將運動員揮桿狀態與推論結果的顯示,讓使用者能根據系統推論的結果調整與改善揮桿姿勢,以及提醒使用者錯誤的動作姿勢,以此達到揮桿動作的標準與預防動作傷害的目的。 若要達到上述的服務,須建構行動化個人中心,協助個人化(Personalized)之資料蒐集與模式建立。行動化個人資料中心主要以配戴在身上的手機為主,其他 工具為輔。主要包括智慧手機、智慧手錶、三軸加速規等設備之整合,將偵測設備身份(UUID),並研判是否擁有使用者行為模型,當使用者行為模式尚未建立時,將套用大眾行為模式(Mass Behavior Model)給予使用者進行環境感知互動,若進行互動時大眾行為與使用者行為具有衝突時,將紀錄並學習使用者偏好。此外,於手機中將紀錄所有使用者的揮桿行為,並存放至資料處理單元中。資料處理單元主要作用在於取得來自三軸感測單元的三軸資訊值(包括X值、Y值與Z值)與重力感測單元的重力資訊值(W值),加上時脈資訊,並透過藍芽傳輸單元將資料傳送至體感感測環境。 而建構於高爾夫練習場或教學環境中的動作觀測應用伺服器(Motion Observation Server, MOS),其運作流程如圖3,其主要負責蒐集來自Kinect體感感測器及穿戴式三軸加速規感應設備偵測使用者揮桿期間的感測數據,並分析感測數據,檢測與判斷可能發生運動傷害的姿勢動作,避免因揮桿姿勢不標準造成擊球失誤或產生運動傷害。若分析發現使用者揮桿期間有不正確的揮桿姿勢,將發出警示通知,達到預防運動傷害的目的,主要是由姿勢資料庫與高爾夫球揮桿姿勢分析模型(Golf Swing Posture Analysis Model, Golf-SPA)所組成。 O4Golf主要功能在於接收來自Kinect、三軸加速規與重力加速器之感測資料,當三個單元匯入資料時會將資料進行彙整,並啟動執行高爾夫球揮桿姿勢分析模型(Golf-SPA)針對傳入的高爾夫運動員之預備期、上桿期、下桿期、加速期、送桿期與收桿期六個階段揮桿姿勢進行分析,並且將分析結果提供給推論單元進行推論。圖4所示,根據Kinect人體關節資訊中各節點的X軸、Y軸進行判讀,根據高爾夫運動員的揮桿姿勢判斷出所屬的揮桿期間[6]。在開始判讀之前,運動員必須回復到預備期,以一個慣用右手的高爾夫運動員為例,由於高爾夫揮桿運動是將重心放置左腿內側,因此Golf-SPA會根據預備期中左肩膀跟左手肘的人體關節點分別制定X臨界值與Y臨界值,如圖5所示,其中X臨界值會依據左肩膀作為基準點,而Y臨界值則以左手肘作為基準點;運動員從X基準點向右順著(1)的方向上桿至上桿頂點即為上桿期,沿著(2)的方向至右手肘抵達Y基準點的期間為下桿期,沿著(3)的方向至右手腕抵達X基準點為加速期,順著(4)的方向至右手腕抵達Y基準點為送桿期,最後沿著(5)的路徑至右手腕通過X基準點則為收桿期。表1定義了不同期間的判讀節點、X與Y之間的移動關係。 姿勢資料庫主要目的在於提供推論單元所需的判斷邏輯資料,其中所存放的內容資料為可能發生運動傷害之錯誤高爾夫球揮桿姿勢。不同的姿勢將根據不同的階段允以分類,存放在姿勢資料庫內的結構資料。其中每一筆資料皆會註明所屬哪個期間、人體關節點的判斷邏輯、三軸資訊的判斷邏輯以及重力資訊的判斷邏輯。於研究[5, 7, 10]中,指出高爾夫球揮桿會造成的11種運動傷害,在此將討論高爾夫球揮桿時的18種錯誤姿勢(Error Poses, EP)而造成運動傷害。其針對各式不同的高爾夫錯誤姿勢與傷害影響整理於表2,並根據不同的錯誤姿勢列出運用於Kinect人體關節點、三軸資訊以及重力資訊不同的判斷機制,以下並針對六個時期,所建立的模式,進行說明。 推論單元主要根據運動員揮桿過程中不正確的揮桿姿勢,推論是否會對運動員的身體造成運動傷害。其主要核心由本體論與霍夫曼樹所構成。本體論主要負責分類推論因子,為了方便協助霍夫曼樹推論使用者的運動狀態,而使用者的運動狀態不僅僅受到年齡、喜好、時間與高爾夫球桿種類的影響,也受到使用者揮桿動作姿勢的影響。有鑑於此,推論單元之推論因子及資料可以分為兩部分,分別為(1) 長期事件與(2) 變化事件[1, 11]。其中變化事件又可分為三個部分,分別為(i) Kinect人體關節點資訊、(ii)穿戴式設備資訊與(iii) 錯誤姿勢資訊。如圖6所示本體論模型。詳細敘述如下: 長期事件:長期事件主要紀錄使用者與過往相同的事件,該事件所提供的事件因子有明確的循環週期可循,方便推論單元的資料建構。其長期事件的事件因子有使用者的喜好、年齡、運動時間以及慣用高爾夫球桿之種類等。 變化事件:變化事件主要紀錄Kinect動作感測設備、穿戴式三軸加速規與重力感測之感應設備的感測數據以及錯誤姿勢資訊。其中可分為(i) Kinect人體關節點資訊:記錄Kinect動作感測設備偵測使用者揮桿動作之關節點位置。(ii)穿戴式設備資訊:記錄三軸加速規與重力加速器偵測到使用者揮桿期間的數據。(iii)錯誤姿勢資訊:存放使用者揮桿期間的錯誤姿勢。 本體論將長期事件與變化事件的分類結果,如錯誤姿勢、運動時間與個人喜好等資訊提供給霍夫曼樹當作推論因子,讓霍夫曼樹能根據推論因子推論使用者可能產生的運動傷害。使用者有可能因為不正確的揮桿動作或過度運動而造成擊球動作不流暢對身體造成運動傷害。不正確的揮桿姿勢可能導致擊球失誤、揮桿擊中地面、擊球偏離、提前擊球或擊球力量無法有效釋放,這將會導致使用者在運動後造成常見的六種傷害,分別為肌肉拉傷、肩部旋轉肌斷裂、手肘痛、手腕損傷、腰背部傷痛與頸椎疼痛等,如圖7所示。以下將分別述之造成傷害的因素: 肌肉拉傷:高爾夫揮桿過程中身體的旋轉方向是運用到身體不常使用的側邊進行旋轉運動,例如右撇子的運動員以左側身體的力量來擊球,若左側的肌肉不夠強壯或身體旋轉之力量過大,將容易導致小腿、左肩或背部肌肉拉傷。 肩部旋轉肌斷裂:高爾夫揮桿姿勢的不正確而導致揮桿落空,使球桿擊中地面,容易造成肩部旋轉肌斷裂。 手肘痛:使用者因揮桿的動作過大以及揮桿之力量的加速度過於猛烈,容易造成手肘痛。 手腕損傷:以右撇子運動員為例,揮桿過程中雙手手腕需要不斷重複地翻轉,而左側手腕不是慣用手腕,不常訓練,因此過長的運動時間或過於猛烈的擊球動作都容易導致手腕所傷。 腰背部傷痛:腰背部傷痛主要跟站姿、揮桿動作與腰部的旋轉力道都有很大的關係。 頸椎疼痛:主要是因為運動員在擊球過程中的站姿不夠直立,導致增加低頭的弧度。 根據本體論推論結果來協助霍夫曼樹推論使用者因為不正確的揮桿姿勢或過度的運動,導致身體整體的不協調性而造成不正確的擊球以及對身體產生運動傷害。此議題利用霍夫曼壓縮技術,增加運動員之運動傷害的推論速度。根據本體論的推論因子推論使用者的運動狀態結果,推論出使用者在揮桿時的力道、腰部的旋轉、身體重力位移、運動時間以及Kinect關節點等數據,協助霍夫曼樹推論運動員因為不標準的姿勢導致對身體的運動傷害有哪些動作。 輕量化本體論模式應用於高爾夫六階段揮桿錯誤姿勢(O4Golf),透過輕量化本體論(Ontology-lite)技術加快建模與運算速度,建構起個製化(Personalized)揮桿動作檢測機制,圖8與圖9即為O4Golf系統畫面圖,包括一般電腦版與手機版的畫面。 於系統畫面圖中可以看到所選擇的三軸加速規點,主要是透過Android中所提供之AndroidManifest.xml 導入BLUETOOTH_ADMIN權限所建置,並與其它相關資訊均包裹於XML標籤中傳遞,達到高可讀性之功效。圖10為利用三軸加速規所量測使用者之揮桿動作數值其表現出一完整的揮桿動作模式,由此可觀察到球員的三軸運動軌跡,再與Kinect Sensor配合找出有可能造成揮桿運動傷害之動作。 圖11為O4Golf所偵測的使用者動態情境,透過身體的各節點,並且將經常容易造成錯誤的姿勢與運動傷害模式進行分析,並提供給使用者。圖12為易造成運動傷害的地方,進行詳細分析,並將相關資料展示至系統畫面。 透過記錄每次揮桿的動作及發生錯誤的數據,於測試期間會將動作予以觀看分析,共紀錄20位高爾夫運動員於實際操作本系統之結果,其中每位高爾夫運動員均在本系統的架設環境中揮桿10次,共計200次揮桿資訊建立起大眾姿勢庫。然後再建立起輕量化本體論(Ontology-lite),如表2 之定義的18種運動傷害發生邏輯,由本系統之人體關節點分析與三軸資訊分析所交叉計算出重疊之正確與錯誤揮桿判斷。表3顯示120次的揮桿動作於高爾夫球執業教練評估後的結果,其中EP01(預備期-左肩低於右肩)、EP02(預備期-站姿過寬)、EP08(上桿期-上桿幅度太快且過大)、 EP14(加速期-頭部位移)、EP16(送桿期-膝蓋未靠攏)與EP17(收桿期-頭部位移),因整合多項分析模式,其相對準確率較其他判斷基準高。 在此提出之輕量化本體論模組應用於高爾夫六階段揮桿錯誤姿勢(O4Golf)系統建置時,針對個製化與輕量化揮桿錯誤姿勢運算模組時考慮到個製化、動作協調性與完整性、調適性、輕量化計算與功能擴增性等相關議題,提出相關設計方式,包括: 個製化(Personalization)。為提供每位高爾夫球員個別服務與常犯錯誤提醒,高爾夫球員可依據自身狀況能修正揮桿動作,此議題對於運動員姿勢修正具重要意義。因此推論模組應以高爾夫球員習慣動作與狀態進行分析與建議,並非每位高爾夫球員須具備一致動作。在此建置個別化之輕量化本體論推論模組於高爾夫球員之手機中,協助儲存資料與姿勢判斷。 動作協調性與完整性(Action Coordination and Integrity)。目前許多研究當中注重於高爾夫球運動員揮桿時手部、腰部與臀部的運動偵測,卻少有研究針對運動員揮桿運動之各個部位偵測,無法體現運動員整體揮桿運動的協調性。在此利用Kinect動作感測器及穿戴式三軸感測器與重力感測器,偵測運動員揮桿運動各部位情況,提高運動員動作協調性與完整性。 調適性(Adaptivity)。依據高爾夫球揮桿姿勢,建立起高爾夫球揮桿動作分析模組(Golf Swing Posture Analysis Model, Golf-SPA)作為推論基礎,利用Kinect動作感測、穿戴設備三軸感測器與重力感測器之感測數據推論運動狀態,提醒與建議揮桿動作之調整。此外,並可透過個別法則與大眾法則增加或減少推論因子,協助使用者降低揮桿時造成運動傷害。 輕量化計算(Light Computing)。透過快速的計算分析揮桿數據,並即時經由警告訊息作為高爾夫球員的揮桿狀態與推輪結果,讓高爾夫球員能根據推論結果即時調整揮桿姿勢。在此透過大眾法則調適與建置出輕量化本體論(Ontology-lite)模組於使用者端,即時推論揮桿姿勢,不須透過雲端複雜運算,節省運算時間與反應時間。 擴增性(Scability)。僅需調整推論因子或推論模組即可推論其他相關情境。因此利用本體論(Ontology)、案例式推理(Case-based Reasoning, CBR)機制、Affinity Propagation分群技術選取因子與建構模式,未來僅需更換運動模式與因子,亦可將本模組應用於其他運動模式之推論。 本研究承蒙科技部研究計畫106-2221-E-146 -008、105-2221-E-146 -009、104-2221-E-146-002予於補助,得以順利完成此研究,在此獻上最誠摯的謝意。 參考文獻 G. Agapito, M. Milano, P.H. Guzzi, M. Cannataro, Extracting Cross-Ontology Weighted Association Rules from Gene Ontology Annotations, IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, Vol. 13, No. 2, pp. 197-208, 2016. P. Gupta, T. Dallas, Feature Selection and Activity Recognition System using a Single Triaxial Accelerometer, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol.61, No.6, pp.1780-1786, 2014. Y.L. Hsu, Y.T. Chen, P.H. Chou, Y.C. Kou, Y.C. Chen, H.Y. Su, Golf Swing Motion Detection Using an Inertial-Sensor-Based Portable Instrument, Proceedings of 2016 IEEE International Conference on Consumer Electronics-Taiwan (ICCE-TW), pp. 1-2, 2016. H.H. Ku, W.C. Wang and Y.W. Ti, Simulating Feasibility Assessment of the Golf Swing by Kinect Motion-Sensing Photography, Sensors and Materials, Vol. 28, No. 6, pp. 725-737, 2016. H.H. 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發布日期:2018/09/12
資料來源:新聚能科技顧問
根據知名市場研究機構《IDC》報導,2017年全球可穿戴設備總出貨量高達1.154億台,比2016年的1.046億台增長10.3%。預計市場規模將從2017年的1.13億美元,至2021年翻倍成長至2.22億美元,年複合成長率為18.4%。出貨量前五大的品牌Apple、小米、Fitbit、華為與Garmin公司。 雖然基礎健身手錶和智慧型手錶的市占率是目前穿戴式裝置市場中的兩大主力,IDC預測,到2021年,智能衣著與耳機類的穿戴式裝置成長率將高於手腕式的穿戴式裝置。 可穿戴裝置市場成長的動力源於其多元化的應用,早期的市場訴求是測量走路步數為主的運動監控功能;但是在近期,測量心跳、睡眠狀況等健康監控功能開始成為可穿戴裝置的重要應用,並逐漸成為品牌廠商拉開與平價產品跟隨者的重要功能。 如果這是未來的重要趨勢,已經或是準備要投入新的穿戴式健康裝置商機的業者應該如何進行市場定位,並提前佈局重要的技術呢?本文也嘗試結合健康領域的統計資料,觀察重要科技廠商目前的技術佈局狀況。 依據2016年衛生福利部死因統計資料顯示,國人十大死因中的第2位心臟疾病、第4位腦血管疾病及第8位高血壓性疾病,都是與高血壓相關的心血管疾病共造成38,539人死亡,即每4.5人死亡中就有1人是死於高血壓直接相關的三種死因。另外,2014-2017年國民營養健康狀況變遷調查結果也發現,18歲以上國人高血壓盛行率達25.2%,邁入中年後 40歲以上盛行率更高達37.5%,但是高血壓自知率不到8成(76.3%),也就是說近3成的民眾不知道自己有高血壓的毛病。由於多數人在血壓升高時並沒有很明顯的不適症狀,很容易被人忽視。所以透過儀器測量「血壓」變成為防制高血壓疾病相當重要的措施。 世界高血壓聯盟連續六年將5月17日世界高血壓日主題訂為「Know Your Numbers」(瞭解你的血壓),呼籲世界各國政府重視測量血壓的重要性,加強民眾對血壓的自我管理。 由於現行通用的血壓測量方法是透過袖帶式的血壓器,對於需要定期或是時常監控血壓狀況的心血管疾病及高血壓患者並不是很方便;更是無法滿足需要即時連續血壓監測需求的異常高血壓患者,充氣袖帶式血壓儀則無法滿足其需求。未來的可穿戴式裝置如果可以加入測量血壓的功能,勢必可以造福的高血壓疾病患者族群,並且開創龐大的商機。 我們另外從專利情報角度切入,觀察申請與穿戴式血壓測量技術相關的專利案件。從申請趨勢觀察到自2011年起,穿戴式血壓測量技術的專利申請案就逐步增加(由於多數的專利資料會於申請日後18個月才會公開,所以2017-2018年的數據並非是衰退),目前(統計時間為2018/3/30日)為止全球已經有3千2百多件專利公開案。從國家別的申請趨勢來看,目前受理最多穿戴式血壓測量技術的專利局為美國,第二大的受理局則是中國大陸。這兩國也是世界最大的醫療產品市場。 進一步觀察重要科技廠商在不同時間點所提出的專利申請案。我們也發現到,為了能夠在輕薄短小的穿戴式裝置上能夠更方便的檢測使用者的血壓數值,各廠商也不斷的開發可應用在各式穿戴式裝置當中的新技術。例如三星電子在2007年09月份提出一專利技術(專利號:US8870781B2,專利名稱:Pressure-providing instrument and biosignal-measuring device including a pressure-providing instrument,已經取得美國、韓國及日本的專利權)。這篇專利的創新之處利用彎曲的彈性金屬板取代充氣袖帶,利用麥克風測量柯氏音,以及壓力感測器測量手腕部位橈動脈區域血壓變化。 同樣是測量手腕部位橈動脈區域血壓值,蘋果公司則是於2016年9月23日提出另一項專利技術(專利公開號:CN107847164A,專利名稱:壓力測量設計,目前在美國及中國審查中),以常用於偵測觸控的電容技術作為壓力感測器,應用壓平(applanation)眼壓測量法的理論,來測量血壓的變化。 除了穿戴於上臂或腕間的穿戴式裝置,微軟則是在2017年6月15提出頭帶式專利技術(專利公開號:US20180206735A1,專利名稱:HEAD-MOUNTED DEVICE FOR CAPTURING PULSE DATA,美國申請中)。 這件專利技術是採用光學感測結合慣性感測技術,在眼鏡框架裝置的鼻墊(訊號源:角動脈)、耳前勾(訊號源:顳淺動脈)、耳後勾(訊號源:枕動脈)有特別空間載裝感測器,經感測器所擷取信號可藉由鏡框凹槽內的細磁線或FPC電纜傳導至鏡架上的有處理、存取組件,並計算使用者脈搏傳導時間及心率,以推算用戶收縮壓。 從市場及專利情報得知,各大科技品牌早已開始搶攻這塊穿戴式健康感測的商機,並因應不同的穿戴部位開發新的測量技術。 為了確保不同廠商所開發的穿戴式血壓測量裝置產品能夠有一定的準確性,2014年8月,國際電氣與電子工程師協會(IEEE)制定了專門針對可穿戴無袖帶血壓測量儀動脈血壓連續測量的性能評價標準 (IEEE 1708-2014),作為製造商提供了提高及驗證其技術的參考,為使用者提供了評估和選擇產品的指引,也為醫護人員準確校準裝置以及研究人員設計測試方案提供了指導。我們認為IEEE 1708的標準,將會加速各科技廠商血壓測量技術的發展。 儘管可穿戴醫療設備概念提出至今已有相當的時間,但是真正的具有重要臨床應用價值的可穿戴設備可能就從無袖帶血壓計開始。對於已經或是即將投入產品開發的廠商而言,現在也應該提前佈局產品的開發與技術儲備,以搶攻即將到來的穿戴式健康檢測大商機。 https://www.stockfeel.com.tw/%E5%8F%AF%E7%A9%BF%E6%88%B4%E8%A8%AD%E5%82%99%E5%B7%B2%E6%AD%BB%EF%BC%9F%E5%A4%9A%E5%85%83%E6%87%89%E7%94%A8%E6%AD%A3%E5%9C%A8%E5%B4%9B%E8%B5%B7/ http://health99.hpa.gov.tw/txt/HealthyHeadLineZone/HealthyHeadlineDetai.aspx?TopIcNo=8706
發布日期:2018/09/11
資料來源:國立台北科技大學
Exploring the Business Opportunity and Design Thinking of Smart Buildings with Smart City Development 有土斯有財,但空有土地,也無法發揮產業經濟活絡之動能,建築物的起造與空間營造,乃是因人的需求而起,而都市意象的投射先由建築物開始,逐漸擴展到城市風貌與生活品質;在各種以「人」為中心的智慧服務產業不斷衍生出來,慢慢形塑智慧城市未來所營造的願景,由提供解決都市化的城市治理與市政服務的方法,引領朝向智慧生活的新時代。 智慧城市常運用都市資訊化科技的應用來表現,建築物是城市構成的主要元素之一,近年來各國亦紛紛將其都市之智慧型建築數量作為都市資訊化程度之指標。面對現今高資訊科技化的社會,人們的生活型態已逐漸改變,居家利用網路從事辦公工作、資料收集、預約各種票券乃至交友購物等,已儼然成為現代人生活的一部份,工作型態與企業組織也順應著社會的潮流而不斷的變革,「高資訊科技化」與「人性化」的生活空間與環境,成為智慧建築提高生產力與經濟效益外的另一項重要的規劃設計議題。 因此,智慧城市的議題發酵與發展將會更推進建築智慧化的普及與創新,也會讓智慧建築的產業商機將隨之提升,然因智慧城市的各種智慧服務涵蓋了建築物室內與室外環境場域,建築物室外的智慧服務有賴政府來投資,建築物室內智慧化服務,則有賴於建築物起造人來導入,兩者相輔相成,因此對於智慧建築未來的設計上也將要面臨與室外公共服務系統做深度的連結、分享、共享、共創等應用,將智慧城市的服務發揮完善的境界。 隨著時代的演進,經濟與文化的發展,社會富裕,民眾亦逐漸重視環境品質及生活服務,但城市的發展逐漸浮現一些現象,譬如,人口逐漸群聚化,都市化現象持續提高,全球亦然,未來各城市都將面臨高密度人口聚集逐漸衍生的各種汙染、廢棄物、能源、居住、交通、水資源、治安、防災、衛生、教育、醫療等環境問題;另一現象是銀髮與少子化,從社會發展層面上,各國也多會面臨65歲以上高齡人口數量及比例持續增加,需要照顧、醫療、照護需求增加,但年輕人人口越來越少,造成工作人力減少,工作量大,生活費負擔越來越重等社會問題。 以維基百科的解釋稱智慧城市(Smart City)是指利用各種資訊科技或創新意念,整合城市的組成系統和服務,以提昇資源運用的效率,優化城市管理和服務,以及改善市民生活品質,其架構如國發會所揭示智慧城市三大核心與重要應用面向如圖(1)所示。 因此,當「智慧城市」議題出現,其願景的期待立刻變成現在各政府解決城市治理上解決問題的戰略,而智慧城市有了新科技的加持(如行動寬頻、科技材料、智慧監控、物聯網、AI人工智慧、雲端運算、大數據等..)更覺得讓人們覺得未來生活更好的智慧生活變為可能,以目前來說,這件事也在慢慢地發生..。其中如交通、娛樂及消費服務、公共服務、資訊提供等方面亦日益提升拜科技發展之賜,不斷的創新;如應用網路、雲端、物提供高齡者需要的醫療、照護、居家及安全服務等,以降低照護人力,並維持高齡者生活品質也在都市與偏鄉看到了示範;世界各國尤其是先進國家地區如美國、日本、歐盟、韓國等均積極應用這些科技於日常生活服務,以居民需求觀點思考城市生活,並從建築本體延伸到社區、城市,其中在台灣方面,更積極在居住方面的建築物,訂出了智慧建築認證,建立了智慧城市發展的基石。對於智慧城市的發展面向,簡易分析如下: 1.目標願景面向: (1)解決城市治理,營造智慧生活環境。 (2)提升城市競爭力。 (3)吸引國外人才。 (4)提振國內經濟產業動能與商機。 (5)鼓勵多元創新發展。 2.技術產業面向: (1)監控技術與自動控制技術。 (2)科技材料技術。 (3)行動物聯網技術。 (4)互動技術。 (5)人工智慧。 (6)雲端運算 (7)區塊鏈技術。 (8)機器人。 3生活服務產業面向: (1)建築智慧化。 (2)政府施政及公共服務服務。 (3)智慧生活(如食衣住行、娛樂等) 。 (4)數位金融。 (5)智慧防災。 (6)智慧交通。 (7)智慧醫療。 (8)商業行銷。 (9)智慧店商。 (10)智慧物業管理。 (11)智慧銀髮(如長照、健康諮詢) 。 21世紀人類生活環境所面對的問題如氣候變遷、高齡少子化、、能源危機等,如同智慧城市所面臨的問題,而新科技發展快速使得各種因應之應用服務相繼出現於各種生活領域上,因此智慧產業也就因應時代的需求而掘起成為新名詞,帶動潮流,如智慧交通、智慧城市、智慧家庭、智慧手機、智慧汽車、智慧電視、智慧建築、智慧機器人、智慧冰箱等等,在各種標榜「智慧」的產業中,在國內也只有「建築」是具有政府官方制定智慧建築評定基準及認證,作為產業發展與認可的依據。 任何產業發展都需要政策來支持,商機也就隨之而來,且商機會因需求與科技進步更蓬勃,設計智慧建築的目的,乃希望讓建築智慧化,於是在建築內運用各種網路、監測設備及系統整合等技術,納管建築物環境中相關設施設備,讓建築物達到自動感知、分析及回應等功能,並在規劃設計之初,能事先考慮使用者需求,提供所需要的服務及後續維護管理的方便性,使建築物在完成之後,可以有最佳化之組合與運轉,以滿足使用者對居住與工作環境達到安全、舒適、便利、效率、的需求,並達到節能與降低維護管理人力經費之目標。 由於建築是龍頭產業,有了建築物的起造,才能導入各種需求設備,也才能帶動相關產業商機,在目前資訊化的普及下,智慧建築已經成為現代化建築的新趨勢,且智慧建築內容所牽涉關聯的產業非常廣泛,創造的產值隨都市發展更加豐富,有關相關由政策帶動產業商機說明如下: 內政部建築研究所於民國92年訂定「智慧建築標章」制度,其智慧建築標章標誌與評定手冊(如圖3,4),於93年開始實施,隨後於100年配合科技進步及社會需求修正評估內容。依據本所99年開始執行之「智慧綠建築推動方案」,從102年7月1日開始強制規定,新建之公有建築物總工程經費在兩億元以上者,須申請智慧建築候選證書及標章。 因此,根據在智慧建築標章相關指標評定內容(如圖3,4),其涵蓋的產業範疇包含建築、機電、空調、消防、資通訊、弱電電系統、能源、物業管理與生活服務等等,而影響這些產業發展的技術更延伸到物聯網、監控技術、雲端運算、大數據、AI人工智慧、辨識技術、機器人等,未來將從建築物室內應用服務延伸到以智慧城市為應用範疇之室外應用服務,未來商機將不可限量。 目前智慧建築於都市更新獎勵條例第7條中提及:「更新單元之整體規劃設計對於都市環境品質、無障礙環境、都市景觀、都市防災、都市生態具有正面貢獻,或採「智慧型建築設計」,其標準高於都市計畫、消防、建築及其他相關法令規定者,得給予容積獎勵,其獎勵額度以法定容積「百分之二十」為上限。」,惟各縣市地方政府執行上可再行針對智慧型建築設計研擬其獎勵細則,智慧建築政策乃由公有建築物率先推動,在既有的資通訊與自動控制技術下持續發展下,以提升全民居住空間品質。 以新北市為例,新北市政府之都更條例,第四十條及都市更新建築容積獎勵辦法之第(五)智慧建築設計訂定了獎勵細則,規定如下: 1.申請智慧建築設計取得智慧建築標章之候選證書者,其符合等級為銀級者,得予獎勵法定容積百分之一。 政府為因應潛在災害風險,加速都市計畫範圍內危險及老舊瀕危建築物之重建,改善居住環境,提升建築安全與國民生活品質,特制定「都市危險及老舊建築物加速重建條例」,內政部106.8.1台內營字第1060811278號令訂定發布都市危險及老舊建築物加速重建條例中第八條規定:取得候選等級智慧建築證書之容積獎勵,目的就是能在重建的新建建築能導入智慧系統,其獎勵額度規定如下: 1.鑽石級:基準容積百分之十。 2.黃金級:基準容積百分之八。 3.銀級:基準容積百分之六。 4.銅級:基準容積百分之四。 5.合格級:基準容積百分之二。 目前台灣面臨人口成長趨緩、人口結構呈現高齡、少子化及老舊建物比例逐年增加、房價高漲等課題,依未來發展趨勢,人口將更向大臺北都會區集中,台北市政府可以預見日後大臺北都會區的成員必須共同面對人口分布失衡所帶來的居住問題,因此未來將以多元的方式推動住宅政策來協助市民解決居住問題。 臺北市政府在最新的住宅政策中,因應年輕人、弱勢族群、銀髮、及社會福利等需求,擬定臺北市公共住宅智慧社區實施計畫,計畫4年興建2萬戶公共住宅,並宣示打造一定比例的智慧型公共住宅,透過智慧科技的應用,使居民在安全、健康及舒適便利等方面能接受到更及時與全面性的照護。 這些公營住宅也將導入智慧策略、永續環保等相關產業技術,以因應全球面臨氣候變遷及能源枯竭等環境議題。導入雲端智慧化管理,以提供可靠、及時、穩定之社區物業管理服務。 依照此政策,規定建築物除了應辦理強制取得「智慧建築標章認證」外,也另訂定一份「臺北市公共住宅智慧社區建置規範手冊」,為智慧社區與智慧都市之願景勾勒參考,引領產業共同發展,共創商機。 五、縣市共推住商節電行動(執行期間:自中華民國一百零七年一月一日起至一百零九年十二月三十一日止) 智慧都市重要是提升城市治理能力,能源政策被視為經濟的命脈,經濟部(以下稱本部)為提升地方能源治理能力,促進住宅、服務業、機關及農業部門節電,結合直轄市、縣(市)政府執行「縣市共推住商節電行動」:有關第六、(四)之「設備汰換與智慧用電」補助作業以下列項目為限,並應包括相關之查核機制,規定如下: 1.補助集合式住宅、辦公大樓及服務業之室內停車場換裝智慧照明燈具。 2.補助服務業汰換老舊低效率無風管空氣調節機、老舊辦公室照明燈具,其中,無風管空氣調節機汰換應辦理廢機回收作業。 3.補助服務業導入能源管理系統。 目前智慧建築之規劃設計,若以內政部建築研究所發行之新版智慧建築評估手冊作為依據,則著重於建築物公共區域的自我管理,社區亦同,而家戶內屬私領域則保留最基本的對講、保全、消防、求救等對外連線至建築物之管理中心之能力,家戶內智慧化設施是否導入,仍由消費者自己依照自己的需求與能力來設置。 基於建築物是構成城市的主要元素組成,面對智慧城市多元的應用發展,智慧城市之應用服務勢必會與建築物智慧系統來結合,提供更優質的服務給消費者,因此,未來智慧建築設計勢必要運用創新的資通訊與物聯網技術從目前的建築物內部之訊息做必要性的延伸到戶外,相互運用,提昇智慧城市在都市治理能力,相關智慧建築設計思維更需與智慧城市的發展來改變,並創造更多元的價值服務,更能帶動產業各種經濟活絡,有如共享共創經濟、專業經濟、創新經濟、循環經濟、民生經濟、專利經濟、數據經濟等,每一項都有未來的想像商機,至於智慧建築設計新思維,可做合適的調整來與智慧城市應用統結合,其相關設計思維簡要分析如下: 行動寬頻基礎涵蓋服務設計。 行動管理服務設計(如多元操作模式) 。 友善服務設計(如結合社會福利資源、AI人工智慧) 。 資訊共享服務設計(如含建築資訊、能源資訊、保安資訊、氣候、空氣品質、停車等..) 。 雲端運算服務設計(如預測能力、代理人機能) 。 深化智慧能源服務設計(如再生能源與微電網運用) 。 強化防災、救災設計(如都市災害防護防制信息通報系統) 。 建立多層次資安保護設計(如工業網路與OA網路環境的隱私與資訊安全能力) 。 隨著科技發展不斷創新與推進,各種與「人」有關的生活服務會不斷創新而型塑未來智慧城市的願景,智慧城市是以解決城市治理問題出發,是城市及產業發展的下一個重要領域,應用多元且豐富的智慧城市內容絕對是下一個最能帶動成長的「殺手級應用」,智慧建築主要也是以服務人居的智慧設計,在每人每日的生活中的影響,其智慧化的體驗也最容易讓人感受,因此帶動產業創新應用發展之變化也是最大的。 對政府而言,目前全球各大城市才要開始利用科技來改變城市面貌、建立更好的系統讓居民生活更便利,未來智慧城市之議題將持續發酵與不斷的發展下去,而智慧建築則需廣泛運用科技整合與實踐來營造未來美好的室內與室外之居住生活環境,其應用應跳脫政府所制定的智慧建築認證規範的固化框架,因應智慧城市發展願景,介接整合有價值的服務,將會讓智慧建築更符合居住者的期待且能真正享受智慧生活的感受。 陸、參考文獻 [1].黃國書,「建築物智慧化系統與網路整合時代」 21世紀智慧建築永續發展國際研討會,民國九十一年六月。 [2].黃國書等,「智慧化居住空間應用評估與共通平台規劃計畫_新版智慧建築設計技術手冊內容研訂」,內政部建築研究所研究報告,民國九十七年十二月。 [3].黃國書等,第159期 電機月刊,【智慧化自動讀表系統在建築物能源監測之應用】,2004年3月 [4].黃國書,第六屆杭州電子信息博覽會暨智慧城市論壇,【台灣智慧城市之建設與發展】,2012。 [5].黃國書,「智慧建築節能與系統整合設計」,台灣國際綠色產業展「BEMS最優化解決方案-智慧城市、ZEB、ESCO的應用研討會,2012。 [6].黃國書,內政部建研所 智慧化居住空間推動辦公室暨應用推廣計畫 【系統整合認證及誘因機制研究】,2008。 [7].黃國書,華夏科技大學 電機系 智慧監控實驗室【監控技術與應用】課程講議,2017。 [8].黃國書,華夏科技大學 電機系 智慧監控實驗室【智慧生活科技實務】課程講議,2017。 [9].黃國書,淡江大學 建築系【ICT在智慧建築之應用】課程講議,2016。 [10].黃國書,國立台北科技大學 互動系【互動智慧空間設計】課程講義,2016 [11].黃國書,國立台北科技大學 北科大電資學院【智慧建築系統設計】課程講義,2016 [12].黃國書,國立台北科技大學 北科大電資學院【智慧建築系統整合平台】課程講義,2016 [13].黃國書,105年度產業人才投資方案【 物聯網與智慧生活應用班】課程講義,2016 [14].黃國書,107年度產業人才投資方案【物聯網在智慧生活科技之設計與應用實務人才訓練班】課程講義,2018 [15].黃國書(Home Page),智慧建築(監控)研究室資料【https://sites.google.com/view/banco-huang/】 [16].黃國書,107年度產業人才投資方案【物聯網技術在智慧建築之設計實務應用班】課程講義,2018 [17].黃國書,海基會兩岸經貿講座【以物聯網發展看兩岸智慧生活產業商機】講義,2018 [18].黃國書,台北設計建材中心講座【以物聯網技術及趨勢 剖析智慧人居之住宅規劃】講義,2018
發布日期:2018/09/05
資料來源:國立師大附中
看似新穎的 物聯網 ,英文是Internet of Things 簡稱IoT[1-2],這個名詞是在1999年由凱文阿什頓(Kevin Ashton)提出,當時 Ashton引入 RFID (Radio Frequency Identification system,RFID system)的方法,有感而發於是提出了物聯網的概念,而RFID中文稱為『無線射頻辨識系統』,很早就由英國人1948年發展出來[3],當時適用在戰爭時敵我戰機時使用,後來運用到工業上,然而這個IoT,或許未來就可能再一次引爆工業4.0的革命。 以現在的觀點來看,所謂的物聯網可以看成是一種集合網際網路、電信網路與偵測元件連結,讓實體物件可以實現互聯互通的網路,就像電腦IP標定位址一樣,如果每個實體物件偵測元件都有確定的電子標籤(網路ID),那麼每個人都可以將真實的物體上網連結,於是物聯網上每個物件都可以查出它們的具體位置,分享資訊,通過物聯網,中心電腦便能夠分析大量數據,可以及時對各種裝置、人員進行集中管理、控制。其實遠在物聯網之前,在便利性的考量下,人們處理自動販賣機的遠端操作問題下,便已經將自動將販賣機數量偵測器連接上網路,用以監控販賣機內的飲料數量、溫度、銷售狀況等,這種概念的實現設計,自動販賣機的處理過程,其實就是物聯網的一種雛形。 近年來資訊工業進展突飛猛進,若考慮最近十年來的技術發展,以所謂的IT技術而言,便是將各種的科技發展的心血結晶一一加以整合,像是RFID、Wi-Fi等,這些重大的科技成就不外乎是將網路,計算通訊與制式化的機器融合在一起,用意是用來取代多餘的的人力,以期節省成本,再加上另一項重要的貢獻,就是各種工業上行之有年的專業的測量技術的越發進步,例如現在熱門的PM2.5感測器,溫濕度與UV感測器、CO2與氣壓感測技術等,這些物理化學的量測訊號彼此溝通計算並且及時傳遞,強化了物聯網最基本的探測資訊的概念,透過雲端及網路,將這些所蒐集到精準的量測數據,經過消化分析再一次重畫出虛擬的網路世界,人類開始樂此不疲。 讓我們回到《不可能的任務》電影系列,以法國電影界女神的艾曼紐琵雅出演《不可能的任務1》(1996年)為例,湯姆克魯斯最後利用無線傳輸的眼鏡錄影,辯駁了自己的清白洗刷冤屈,關鍵的動作是眼鏡變成錄影機,同步眼睛所看見的視野,並能夠同時及時無限通訊,而此時美國中情局局長也能利用接收端眼鏡看到一切,並回傳訊息。這些電影的詮釋,紛紛展現出物聯網的夢想,湯姆克魯斯在這些新奇的科幻電影中所表現的行為,經常有一些共通點,(1)主角再踏進目標建築物前,身上配件所有網路已經連線融入主機,經過精密計算,可以測得最好的入侵條件,(2)及時同步所有物件資訊,配戴物件可以無線傳輸並且校正任務所需要參數,(3)配戴物件已經具備計算功能,類似小型微電腦,能夠提供湯姆克魯斯來判斷預設行動方向,這些曾經的《不可能的任務》,曾經的「未來科幻想像」,如今都已經可以由物聯網來精準實現了。 一般而言,物聯網的設計可以分為三層架構,分別是應用層、網路層與感測層,這三層平時獨立運作,需要溝通時卻又環環相扣、缺一不可。例如感測層用來偵測、識別與控制元件所量測到的各種數據資訊,並透過測網路將資訊蒐集並傳遞至網路層,網路層就像是感測層與應用層的聯接橋梁,將感測層獲得的數據傳至應用層,應用層則是分析比對後判斷各種資料、重新整合計算,來滿足各種使用端的任務需求。 關於偵測端的晶片設計,國家晶片系統設計中心(CIC)2013年已經開發出一套MorSensor無線感測積木,如圖1(a-b)所示,是一種可以重組模組化之多層架構整合式感測平台,是應用於各式不同的感測器,配合手機提供的 APPs 軟體,目前已進入量產市售階段,感測器可以測量酒精、色彩、溫溼度、UV、血氧濃度、麥克風、IR距離,IR影像、超音波測距、大氣壓力、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度等12 種晶片,規格如表1所示,利用wifi及藍芽傳輸數據,可以解決實驗室量測等訊號傳輸問題,例如遇到需要水層隔絕密閉系統獲取數值的研究時,都可以傳輸訊號,MorSensor 感測積木非常適合學術界老師用來當作感測器展示系統、嵌入式系統軟硬體及 Android APPs 開發相關課程之教材及教具[4],本文最後會提到我們團隊也利用Android Studio來開發MorSensoExp 手機App的心路歷程。 透過物聯網,使得由中心電腦透過網路對於每個裝置進行管理、讓控制變得可行,除此之外,一些家庭偵測裝置、汽車進行遠端遙控,以及搜尋定位相關位置、防止物品被盜等,類似自動化操控系統,也可以透過及時的資料整合,最後可以匯聚成大數據資料庫,透過大數據函式庫分析,可以進行相關的應對,例如道路重新設計以減少車禍、都市更新、災害預測與犯罪防治、流行病控制等等,所以實現物和物相聯結的Talk,實在是現代社會必要的一環,接下來的「物聯網」實例介紹,將以MorSensor為偵測端來介紹,以交通大學林一平教授團隊,所開發的「物聯網」室內植物生長箱等設計為例,詳細介紹如圖2-3。 圖2-3所呈現的物聯網的工作方式,有點類似人體的神經網路系統,當MorSensor感測到各種訊息後,可以將感測結果傳至手機程式中,再透過網路,傳遞數據至物聯網的大腦,也就是圖3的EC,EC會分析並整理數據、資料及輸入、輸出設備的特色(規格、版本等)並放在數據庫中;EC同時也可將資料透過使用者介面,呈現給我們MorSensor的量測資料。計算晶片(Service Logic Unit)收集從IDF中獲得的資料後,便會在雲端中進行大數據分析,再將結果傳至ODF,目前林一平教授的研究成果已經發表在國際知名期刊[5]。 以MorSensor PM2.5偵測晶片來說明裝置結構(如圖4),可以看到積木設計結構,CIC發展PM2.5已經進入第2代新的連接手機的款式(如圖5),PM2.5偵測,很容易受到溫溼度的影響,所以第2代MorSensor PM2.5偵測晶片已經加入溫濕度的函數校對,可使得精確度更加提升。 空氣的分布狀況跟我們的生活息息相關,隨著氣象和保健科學的日益普及,人們對溫度、濕度等氣象要素與健康的關係都比較關注和熟悉,但對氣壓與二氧化碳人們一般比較忽略,天氣預報中也較少有氣壓,二氧化碳等項目。事實上,當氣壓過低、過高或短時間內氣壓變化過大時,對人體健康的不利影響還是比較明顯的,當自然界氣壓下降時,會導致人體發生一系列生理反應。以從地面登到高山為例,因為氣壓下降,有機體為補償缺氧就加快呼吸及血循環,出現呼吸急促,心率加快的現象。另一項二氧化碳(CO2)的數值對人體影響為,低濃度的二氧化碳可以興奮呼吸中樞,使呼吸加深加快。高濃度二氧化碳可以抑制和麻痹呼吸中樞,足見氣壓與二氧化碳的偵測有其重要性,本實驗目的是藉由MorSensor氣壓與二氧化碳感測積木來量測,可以幫助人們掌握氣壓與二氧化碳分布情形,而在中小學理化課實驗中,關於蠟燭燃燒實驗的氣壓與二氧化碳分析,往往是定性分析,這次利用MorSensor氣壓與二氧化碳感測積木測試,可以幫助中小學教師在實驗上課時定量分析蠟燭燃燒實驗的氣壓、二氧化碳,校定原本的實驗的氣壓變化與二氧化碳數值,並且可以引導學生對此實驗結果做出更為合理的解釋,以提升教師教學實驗品質。 我們主要的實驗為密閉蠟燭燃燒(三根蠟燭),並分為氣壓及二氧化碳和大缸及小缸,每一次實驗皆使用兩顆相同的感測器放置對稱位置,藉以觀察氣壓及二氧化碳變化量。 經過實驗,圖8(a)-(c),我們發現,在相同時間內,所有不同大小的密閉空間,燃燒過後氣壓皆有下降,三根蠟燭燃燒的水位上升程度明顯很多,氣壓下降幅度也大,且在蠟燭熄滅的瞬間,水位上升最多,而在蠟燭熄滅不久後,大氣壓力會達到平衡(平衡到內部水壓+氣壓=外部水壓+氣壓)。 由圖10可知,密閉空間CO2濃度變化量的圖表,整體走向大致相同,蠟燭燃燒CO2濃度濃度上升很快,偵測器均出現CO2濃度飽和現象。 在以前國中小學的課本大多是用「耗氧說」來當作水位上升原因,這便會有幾個矛盾點,例如剛剛罩上玻璃缸時,氧氣應已經開始減少,水卻沒有馬上上升,而且忽略溫度效應,無法解釋為何蠟燭熄滅時,水位上升的情形最為顯著,由以上可知,氧氣的消耗應該不是直接影響水位上升的完整原因,所以利用MorSensor 積木偵測CO2與氣壓,很容易得到數據並用藍芽傳輸,輔助實驗非常方便。 手機App設計已經成為一項熱門的工作,然而連結 MorSensor入門不易,所以我們設計一個簡易的App,對於使用者會更方便操作,CIC自己已經開發MorSensor 3.0 App,然而對於實驗數據的儲存,尚未針對實驗者的角度來設計,於是我們團隊使用Android Studio開發軟體,自行設計一款 MorSensorExp App,此App能夠偵測大氣壓力、二氧化碳濃度、IR距離、色彩等項目,並能及時畫出二維數據對時間圖形,並儲存實驗數據在手機log檔,此項功能可以幫助使用者更容易取得實驗數據電子檔,方便在後端做數據分析處理,這個程式開發的過程中,藍芽的程式傳輸與接收撰寫尤其困難,所以這個code 的開發還要將物件包的更完整一些,才能使程式運作更加順暢。 物聯網發展至今,整體而言已經建立起初步的規模,如果持續發展下去,物聯網的下一步進展有可能引領第四次工業革命,也就是工業4.0的劇烈轉折,試想在未來工業4.0時代來臨,幾乎所有的工廠將可能出現無人化、自動化、資訊化等新奇的特性,這類自動化智慧工廠能將世界和工廠連結在一起,所以未來的工廠必須能快速處理全球各地的訊號,所承擔的計算負擔是級數增大,因此隨著結點偵測器的擴充,物聯網內將會面對龐大的數據,這些都是衍生的問題,如何在網路節點級數成長的之下,維持中心電腦計算的優勢,借助AI(人工智慧)的發展,或者是配合量子電腦的開發便是另一個解決之道。另一個解決的方法是以雲端為基礎的物聯網,則可將現場監測資料及時傳送到伺服器,讓管理人員得以通過遠端的電腦系統,從遠端監控機械運行,大幅提升精確度與效率,減少了維修人員待命的壓力、檢查機器的時間與及修理機器的人力,這種運算模式改變,也可以提升物聯網的核心控制能力。 雖然物聯網的技術已經逐漸到位,但現在各產業間物聯網的應用仍處於啟蒙階段,若能在中心計算部分改成雲端,而且(EC端)加上AI(人工智慧),配合量子電腦的研究,相信有機會應付物聯網的規模與連結節點數目的級數增大,這些相互配合支援也是決定物聯網應用的成敗的關鍵因素,學者與尖端實驗室都不約而同地認為物聯網的規模越大,效益將會越加顯著,除了按部就班繼續研發物聯網技術之外,一些尖端探測感測積木也是同時應該要做不斷更新的準備,此時此刻,人類雲時代的來臨,全新的商業模式正在一步一步醞釀展開。 [2] 物聯網 https://technews.tw/2014/12/17/hot-topic-internet-of-thing/ [3] Jeremy Landt,Shrouds of Time: the history of RFID,the Association of Automatic Identification and Data capture Technologies (AIM),October 1, 2001 [4] 無線感測積木說明文件,http://www.cic.org.tw/pdf/MorSensor_doc.pdfMorSensor [5] Yi-Bing Lin, Yun-Wei Lin, Chun-Ming Huang, Chang-Yen Chih, and Phone Lin, IoTtalk: A Management Platform for Reconfigurable Sensor Devices, IEEE Internet of Things Journal 4, 1552-1562. 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發布日期:2018/07/09
資料來源:工研院IEK
蘇孟宗(Stephen Su)、陳佳滎(Terence Chen)、蘇明勇(Ming Yung Su) Stephen Su, General Director of ITRI/IEK, was invited to share Corporate Citizen: Making Taiwan the Worlds Sustainable Smart City Partner at the 2018 World Citizens Forum on Smart Sustainability with the 2018 Smart City Summit Expo. During his presentation, he delivered a few key messages: Future cities challenges and smart city opportunities Smart City Definition and Development Index 6 Key Components for Smart City: Smart Economy, People, Living, Governance, Mobility, Environment ITRI Case:Establish First V2X Field in Taiwan Intersection Movement Assist (IMA) ITRI Case: MEMS Sensing Technology RD Direction for Smart City Applications Systematic Planning of National Smart City Development Strategy in Taiwan Need and Strategy for Smart City Development in Southeast Asia Connecting User-centric Ecosystem: Meet User Needs Create Value by System Integration Presentation Outline: Global Sustainable Smart City Development Trends and Cases Taiwan Smart City Development Status International Collaboration Opportunities with Southeast Asia Conclusions
發布日期:2017/10/16
資料來源:中興大學資訊管理系
在數位化時代中,資料或數據以數位化的方式被蒐集、處理、傳輸或儲存,資料被竄改、變造、重演或冒名傳送等不法案件時有所聞,近來資安事件更嚴重危害金融秩序及國家安全。因此各國除了加速資安技術產業的升級外,更積極制定資通安全管理法規,期望能有明確的資通安全管理規範及作業準則。我國在法規制定上,已通過個人資料保護法來加強對個人資料的保護,並要求國內個資保有單位應負起更多個資保護責任。在個資法施行後,大眾對個資保護的概念普遍提升,面對個資外洩可能帶來的高額賠償金額,保有個資的單位也願意投入更多的資源來進行個資管理。除了個資的蒐集、處理、利用、傳輸及刪除等過程需符合個資法的規範外,個資的保護及數位證據的保全也極為重要。 依據個資法精神,各單位在落實個資法時須注意兩項原則: 善盡良善保護責任:意即組織要對合法取得的個人資料採取適當的安全保護措施,以防止資料遭竊受不當使用;法規上在個資法第2章第18條即規定公務機關保有個人資料檔案者,應指定專人辦理安全維護事項,防止個人資料被竊取、竄改、毀損、滅失或洩漏。第3章第27條亦規定:非公務機關保有個人資料檔案者,應採行適當之安全措施,防止個人資料被竊取、竄改、毀損、滅失或洩漏。一旦合法取得的個資洩漏,對組織會造成重大的影響,除了信譽損失外,還面臨個資法第48條規定被處以罰鍰,若洩漏之個資使他人受侵害,更須負民法侵權行為之賠償責任以及可能涉及刑法妨害秘密罪。 無過失免責制度:意即在組織已盡自己最大善意保護責任,並已採取適當的安全保護措施來確保個人資料的安全時,但仍發生資安事故。組織可以提出其已善盡良善保管義務,及有效落實資訊安全管理機制的證據,來證明組織對資料外洩並無過失。在個資法第29條第1項即規定:非公務機關違反本法規定,致個人資料遭不法蒐集、處理、利用或其他侵害當事人權利者,負損害賠償責任。但能證明其無故意或過失者,不在此限。 目前國內對於個資法的遵循多半只停留在善盡良善保護的原則上,許多單位藉由通過一些國際標準如:ISO 27001 資訊安全管理系統、BS10012個人資訊管理系統等,來證明其有善盡良善保護的責任,但確往往忽略了數位證據保全的重要性。 在個資法無過失免責的原則下,訴訟時要如何說服法院採信組織對個資的管理並無過失或故意洩漏,亦成為實務上一大難題。數位證據合法提出於法院,雖具備證據能力,但因數位資料本身得以輕易修改並複製、不易確定資料完整性,且不易確定原始作者等特性,其證明力(能使法官採信此證據能證明到何種程度的能力)往往是訴訟上攻防的重點;若無法確定數位資料是由何人外洩,或無法證明在法院所呈現的證據是未經竄改或刪除(證據同一性),其證明的內容不一定能被法院所接受,也就無法構成個資法第29條第1項因組織管理資料無過失而免除相關責任。 當資安事件發生時,數位證據從保全程序開始到真正提出於法院作為證據要經過三個階段:分別為蒐集階段、分析階段,與鑑定階段。 根據民國104年通過的政府機關(構)資安事件數位證據保全標準作業程序,於刑事上可能有犯罪情形之資安事件發生時,執行蒐證的人員於執行數位證據識別、蒐集、擷取、封緘及運送須遵循此標準作業程序。該標準作業程序是參考ISO27037 數位鑑識國際標準擬定,強調在進行數位證據蒐集時,應注意維護現場完整性、以拍照或攝影的方法記錄現場蒐證現況,判斷與案情相關之數位證物有哪些,並對之進行嚴謹的擷取(尤其在揮發性與邏輯性資料的擷取上)、封緘及運送手段,且各個程序完成後蒐證人員皆須在表單上簽名作為證據在提出於法庭前未經竄改之證明;目的是在確保呈現在法院的數位證據不會在蒐證過程中被破壞(證據同一性之要求),以致失去在法庭上能合法作為證據之能力。 實務上曾經發生檢察官於蒐集及分析數位證據時,未遵守「避免對證據造成不必要變動」之原則,直接開啟被告的電腦以檢視數位證據內容,而非以進行數位鑑識專用的軟硬體先擷取檔案至分析主機後再進行後續作業。此作業瑕疵讓被告有機會質疑檢察官進行勘驗時,其做為起訴基礎的數位證據紀錄檔於蒐集及分析過程有遭修改,造成數位證據無法於法庭上使用的結果。 故利用工具蒐集系統相關資料,要避免更改到原始資料。美國國家科技標準局(National Institute of Standards and Technology, NIST)於蒐集數位證據時,要求數位鑑識工具要能建立字元串流複本或映像檔;不能修改到原始磁碟;應能檢驗資料映像檔的完整性;應能記錄I/O錯誤,即程式對讀取錯誤必須有一套解決方法;工具的紀錄文件應正確。 不同階段會使用不同的數位鑑識工具,例如:在蒐集階段常用的Win32dd/Win64dd是windows系統常用的記憶體、磁碟、隨身碟複製工具。 Chrome Cache View則可找出使用者曾上過哪些網站,快取了哪些紀錄等。 目前亦有整合型的數位鑑識工具,如Encase、FTK Imager或Helix等,多可支援不同類型作業系統的證據擷取,還原系統裡刪除的資料,並可在運行中的系統進行鑑識。在證據證據同一性的要求方面,這些工具也多半提供雜湊值(Hash Value)做為資料完整性的比對。 上述所提及的資安事件數位證據保全標準作業程序是在資安事件發生後所進行數位證據蒐集、分析及鑑定的過程,必須確保蒐證人員取證當下至提出於法庭階段的數位證據是同一證據,並未受到汙染。蒐證階段至訴訟階段的數位證據同一性,因該作業程序施行後證據蒐集程序較為嚴謹,故較少在訴訟上遭被告律師攻擊。然而,在一般訴訟實務上,攻防的重點往往在於數位證據未受擷取、封緘前是否有被竄改之可能;尤以公司欲指控員工洩漏公司機密時擔任自訴人提起刑事訴訟或提起民事損害賠償訴訟時,公司所提出的數位證據是否具備證據同一性而能被法院採信,常為被告所爭執,成為訴訟攻防的重點。 以log數位記錄為例,多半的單位組織或企業其資訊系統會自動記錄系統異常、人員登錄或資料庫存取等資料,但這些紀錄須保存多久、管理的機制及權限卻常被忽略;再者此種數位證據保存方法亦難符合法規上對於數位證據須具備證據同一性的要求,任何公司內部有管理權限的人皆可修改、刪除log資料,若要作為證據提出於法庭上,可能遭受刪除無法提出,或遭對造質疑此數位證據有經竄改可能而降低法院採信的可信度。總結目前企業面臨log紀錄管理問題有下列幾種: log的訊息量太多,必須規劃足夠的儲存設備及時程。 單一主機上查閱log特定類型紀錄困難(如針對日期、IP等等)。 當系統龐大,不同類型log檔案過於分散在各種主機以及檔案位置之中,要查閱某一個主機中特定的記錄十分複雜。 log的電子證據效力是否可以被確立。 為因應日益龐大的log紀錄的管理問題,目前企業多半執行log管理的作法是向資安維運廠商購買保存log資料的專屬伺服器(log server),優點在於存放在專屬伺服器中的資料是獨立於資料庫之外,可避免公司內部有資料庫管理權限的人員擅自修改、刪除。此外,專屬伺服器的資料會以特殊格式加密、壓縮及封裝,只有透過產品專屬的設備與介面才可以解讀資料,並且亦不允許用戶自行加裝記憶體、硬碟及網路埠,或者變更系統環境的設定,以避免外部介入刪改資料的可能,產品的系統管理者更動任何檔案,系統會發布警示,增加數位資料的可信性。在系統的介面上也多半能做到單一資訊整合介面,讓所有系統的log可以集中查閱,且能將日誌正規化(Log Normalization),把log 各項欄位分開,放進對應的欄位,以便快速查找。 然而log server所費不貲,並非一般企業都能負擔。在帳號控管上面雖可以利用權力區分的方式,把可以接觸到log訊息的人和帳號權力分開,但log資料仍有機會被有管理權限的人修改。因此,科技部計畫下的「個人資訊安全技術與服務產學聯盟」目前正積極開發「數位證據保全」的相關技術。其一便是利用區塊鏈(Block Chain)概念與技術,把區塊鏈中分散式帳本的不可竄改性應用在log的保存上面。由於分散式帳本的特性,每一筆紀錄都會同時存在所有節點的帳本之中,加上hash值等方式使得紀錄前後有所關連,很容易可以辨別出是否經過竄改。此外,所設計的log分散式帳本中的共識演算法也會共同維護所有節點的帳本保持唯一性,使得惡意人士不容易對log紀錄進行竄改或刪除,強化log紀錄以利其在電子證據上的效力與保全。此技術也可結合傳統日誌管理(Log Management)和安全資訊及事件管理(Security Information and Event Management, SEIM)概念,與前端的事件收集器結合,以收集系統、資料庫、應用程式或網路設備等的事件資訊,並對log進行正規化(Log Normalization),再利用後端的事件分析演算法來即時監控是否有異常的log紀錄出現,以便在事件發生時可以即時進入應對的流程。 數位證據之所以要保存,並不僅是因應法規稽核的要求,其重要性在於公司能保護自己的機密資料不外流,並在對外求償時能以此做為證據以請求賠償。因此,「個人資訊安全技術與服務產學聯盟」目前正積極推動「數位證據保全」的相關機制,輔導組織就「事前保全數位證據」方面提供相關建議或技術協助,例如Log資料如何管理、存放以及如能證明其內容未經竄改等,讓組織在數位證據保全上有良好的實務遵循,一旦發生個資外洩、營業祕密外洩等資安事件時,讓組織能提出完整的資料進行佐證,亦可藉此追查洩漏資訊的來源,也是組織保護自己的必要措施。
發布日期:2017/08/28
資料來源:國立成功大學
國立成功大學環境工程學系 張祖恩 特聘教授 國立成功大學永續環境實驗所 陳盈良 兼任助理研究員 台灣地狹人稠且缺乏天然資源,而隨著經濟發展所衍生的資源短缺及廢棄物處理等問題皆需積極面對。在近二十餘年的努力下,台灣的廢棄物管理體系已由消極的管制處理進展到積極的源頭管理與永續循環,藉由建立生產者責任制度,全面推動資源回收及零廢棄政策,目前事業廢棄物再利用比率已達到80%以上的成效,而經濟成長與廢棄物處理量亦已呈現逆向脫鈎的趨勢。相關調查顯示,資源物質的使用量隨經濟成長仍持續擴大,然而再生製品與二次原料的市場尚未暢通,亦即就資源生產性而言,其效率及價值仍待提升;就資源循環體系而言,尚未能讓社會大眾覺得安全、放心。為了打造環境永續的綠色台灣,低碳減排及資源循環為當前環保相關政策之重點方向,環保署在廢棄物管理,特別是廢棄物產生後的資源回收與再利用,多年來的推動已獲致相當成效,但仍有努力、進步的空間,現階段資源循環仍面臨下列問題:(1)廢棄物再利用管轄權責規範未盡周全;(2)循環資源/產品之品質及定位待進一步提升;(3)資源回收市場量之管控失序;(4)基礎環境資訊品質須進一步強化;(5)再利用產品去化與管理問題[1]。 由於現階段資源循環在技術面及管理面尚未健全,不當利用案件時有所聞,已導致國內泥渣類等無機循環資材面臨無處可去的急迫危機。原本具有永續利用價值的無機循環資材屢被錯置,不僅對社會、環境影響衝擊大,同時亦大幅降低產業競爭力。其中目前最迫切需要有效解決對策的包括無機污泥、煉鋼爐精煉渣(轉爐渣、脫硫渣、電弧爐渣等)及焚化爐底渣等泥渣類無機循環資材,每年產出將近540 萬噸,產出量大、性質迥異,且常具有膨脹之潛勢而使其再利用之用途受到限制,多使用於低階的管溝回填材料(controlled low-strength materials,CLSM)或填地材料,甚至流入農地及魚塭窪地之中,飽受社會大眾質疑。某些原本公告為副產品的無機循環資源,因不當處置而被要求依一般事業廢棄物管理需求處理,對社會、環境及產業競爭力之衝擊影響甚鉅。因此,開發無機循環資材之可行應用技術及產品驗證制度,實為目前重要的研究方向與課題。 在國際發展趨勢方面,近年來建築材料係以資源循環、輕質多孔、隔熱節能、保水調濕、吸附自淨、耐燃防火等功能特性作為研發方向。許多工業與農業之廢棄材料具有再利用於建材生產之潛力,有效利用此類循環資材不僅可避免可能的環境污染問題,更能節約天然材料的使用並有助於降低建材生產的能源消耗與碳排放[2]。此外,輕質多孔性建材之開發日益受到重視,除了可降低建物自重提高耐震性、易於搬運施工等優點外,輕質多孔性建材更能衍生隔熱節能、保水調濕、吸附自淨、耐燃防火等功能性。Sutcu等人[3]將造紙殘渣再利用於多孔磚的製造,可將磚的密度降低至1.28 g/cm3,其熱傳導係數0.4 W/mK約為普通磚的50%以下。Maeda等人[4]利用水熱反應合成多孔性矽酸鹽複合材料並應用於室內環境之控制,在相對溼度70%以上對人體有害的環境下,其吸濕效率優於其他材料,此外亦兼具吸附氨氣與甲醛等有害氣體的功能,有助於改善室內空氣品質。Chen等人[5]將光觸媒結合於建築材料,可應用於空氣污染物破壞、揮發性有機物去除、消毒滅菌等環境自淨之用途。Garca Arenas[6]等人將燃煤飛灰與底渣應用於水泥磚的製造,可大幅延長製品的耐火時效。總而言之,善用循環資源並開發功能特性為現今國內外無機資源循環與營建材料相關領域之研發重點。 泥渣類無機循環資材通常以鈣、矽、鋁、鐵之化合物為主要組成,適合作為水泥替代原料之來源。近年來由於環保意識抬頭及永續發展理念之影響,傳統上高耗能、高CO2排放及高環境破壞的水泥製造產業面臨嚴厲考驗,尋覓替代原料及建立相關再利用技術成為水泥製造業的重點課題。水泥製造為高度能源與原料需求的產業,由於天然水泥原料之開採日益困難,加以高溫燒製熟料過程得以將有害物質去毒化,因此水泥製造業常成為產業生態化鏈結的重要工業之一,可廣納各種產業之無機循環資材作為替代原料來源,因此已有許多相關研究針對泥渣類無機循環資材再利用於水泥替代原料進行探討[7-8]。無機循環資材應用於水泥燒製不僅可避免可能的環境污染,同時亦可降低水泥生產之能耗、碳排放與成本,實為資源循環利用之優良技術範例。 除此之外,由於水泥製造仍屬高耗能產業,近年來常溫膠結材料產製技術之研發亦逐漸受到重視。蔡志達等人[9]研究利用營建剩餘土石開發冷壓型再生粒料之可行性,根據材料互制性並導入複合材料的觀念,針對性質較差且再利用率低的B3,B4,B6類營建剩餘土石進行研究,採用冷壓技術製造再生粗粒料。此利用營建剩餘土石結合冷壓技術所開發的再生粒料可符合ASTM C33規範之要求,不僅符合再生綠色建材的精神,亦大幅降低生產燒結型再生粒料所消耗之能源與CO2排放。蔡和生[10]應用鹼活化技術將電弧爐煉鋼業所產生的還原渣再利用於產製混凝土砂漿,研究結果顯示鹼活化還原渣砂漿之健性十分穩定,且力學特性、耐熱特性、耐久性及環境相容性皆優於波特蘭I型水泥砂漿,係為深具發展潛力之綠色膠結材料。整體而言,無機循環資材應用於水泥與膠結材料製造為綠色工程材料之研究基礎,可進一步發展為可控密度、輕質多孔或兼具調濕、隔熱、防火、隔音等功能性建材。 一般混凝土依其密度可分成三大類:(1)常重混凝土(normal-weight concrete),由水泥、天然砂、卵石或碎石製成的混凝土,密度約2300~2400 kg/m3,是結構上最常用的混凝土。(2)重質混凝土(heavy-weight concrete),含高密度的骨材(如重晶石、褐鐵礦等的混凝土),單位重在3200 kg/m3以上,可應用於結構物基礎及放射線防護構造體上。(3)輕質混凝土(lightweight concrete),含大量氣泡空隙或由輕質骨材與水泥漿混合而成,密度2000 kg/m3以下,可應用於結構性構造上,如樑、版構件(密度≧1600 kg/m3),或非結構性構件、隔熱磚等(密度≦1000 kg/m3) [11]。 重質混凝土主要是針對核子反應爐或核子輻射遮障之包封結構,主要考慮是阻絕核子輻射中射線和射線,因為具有很大的穿透能力,但亦能被水、巨積混凝土及金屬材料所吸收。若重質混凝土因外力而產生裂縫或破壞,對屏蔽結構物的影響不單是結構物耐久性的考量,也可能有導致輻射外洩的危機,因此,若能利用鋼纖維來加強重質混凝土的強度及韌性,當可使核能安全問題得到更大的保障[12]。 在輕質混凝土的發展上,主要以輕質骨材混凝土及輕質混凝土為主。輕質骨材混凝土是以輕質骨材取代常重骨材所拌製而成的混凝土,歐美及日本等先進國家於二十世紀初即開始生產輕質骨材,並將其應用於非結構性用途與結構混凝土工程上。在非結構性用途方面,輕質骨材混凝土因具備低熱傳導性,常被用來製作輕質磚材、輕質之樓板或屋頂等,藉以改善建築物的隔熱性,具有節約能源的效果。在結構混凝土工程的應用上,輕質骨材混凝土構件的自重較輕,可使結構體因地震所產生的慣性力亦相對較小,故可降低設計載重,節省建造成本,且若構件斷面積一樣,則輕質骨材混凝土結構之柱間跨度可增加,經濟價值相對提升[13]。輕質混凝土則是利用物理性或化學性發泡技術所製造,由於發泡輕質材料內部含有大量細小、均勻、封閉或聯通的氣孔,是一種多孔性材料,由於其特殊的材料結構特性,具有輕質、保溫隔熱、隔音耐火等性能[14]。 多孔輕質材料因為內部含有大量細小、封閉、均勻的氣孔,是一種多孔性材料,由於其特殊的材料結構特性,具有輕質、保溫隔熱、隔音耐火等性能,發展潛力極大,因此受到產業與學界的重視,近幾年針對其材料開發與性質投入大量研究量能。邱軍付等人[15]以化學方法製作高摻量飛灰超輕發泡混凝土,結果顯示當飛灰摻量達45%時,可製得密度低於 200 kg/m3,7 天抗壓強度高於 0.2 MPa 之輕質混凝土。法國 Aamre-Daya等人[16]利用亞麻顆粒取代天然砂石配合蛋白質型的發泡劑,製造的輕質粒料發泡混凝土單位重約 985 kg/m3,抗壓強度達10.5 MPa和抗彎強度2.2 MPa,試驗結果證明,水泥漿中的氣泡有助於降低材料的動彈性模數達到複合材料的隔音效果。Arellano等人[17]使用鋁粉為發泡劑,分別將飛灰、飛灰混合爐石製成兩種發泡輕質無機聚合物,其中飛灰組的密度約 639~1151 kg/m3、抗壓強度達1.4~5.1 MPa,飛灰-爐石組的密度約534~1030 kg/m3、抗壓強度達1.8~5.1 MPa。李祐承[18]將焚化飛灰與脫硫石膏再利用於產製高壓蒸氣養護氣泡混凝土,並探討氯鹽與硫酸鹽對材料特性之影響。研究結果顯示適當調控製程參數可使製品符合ASTM之規範,長期溶出試驗亦顯示其重金屬具有良好的穩定性。多孔輕質材料之研發如圖1所示,藉由控制原料組成與養護條件,可大幅縮短製程時間或降低生產成本,並使其生成特殊水化產物以提高產品抗壓強度等特性。 為了開發無機循環資材產製可控密度工程材料,可針對污泥、爐渣等無機循環資材所篩選出來的材料,根據輕質混凝土、常重混凝土及重質混凝土所需之特性進行分類,嘗試運用泥渣類無機循環資源所篩選出來的材料取代原有材料的功能,利用卜作嵐反應機制,建立可控密度工程材料的基本特性、材料的配比、添加物含量等關係進行最佳化研究,瞭解產品之物理、化學特性,再據此進行不同密度材料的力學特性、耐候性、隔熱性等因子進行評估,最後,進行成品的功能與環境驗證工作,並完成相關法規與產品標準之驗證與經濟效益評估,作為整體技術可行性的評估依據。 台灣為亞熱帶海島型氣候國家,其特徵為夏季經常潮濕、悶熱,根據統計夏季之年平均相對濕度為70~80%,容易造成室內細菌、黴菌等快速繁殖,提高各種生物及化學作用對人體健康的影響。另外,地球氣候暖化造成天氣越來越悶熱,根據研究指出,氣溫每增加攝氏1℃,濕度就會增加6%,相關研究預測至2100年時,全球溼度會增加12%至24%。雖然濕度的增加不會造成人類立即致命的危害,卻會增加不適並引起其他病症。近年來,日本積極發展強調健康與舒適的室內建材(例如石質、陶質、紙質及塗佈材料等),利用材料的多孔特性來製造具有調節環境濕度、消除臭味及防霉等多功能性的綠色建材。對於氣候類似但更為潮濕的台灣,針對多功能的調濕建材的開發具有其重要性與必需性,但目前台灣對調濕建材的研究發展仍屬起步階段。利用除濕機調節室內濕度需要消耗許多能源,因此開發無須借助外部能源與機械設備即可自動調控空氣相對濕度的調濕材料,可為未來台灣發展綠色建築材料提供更廣闊的應用前景。 調濕材料的原理,可用圖2解釋,Pa表示環境中水氣分壓,Ps表示調濕材料的水氣分壓,當環境濕度高於調濕材料濕度PaPs,調濕材料可吸收空氣中的水分;當環境濕度過低(PaPs),調濕材料可以釋放材料中的水分,使相對濕度降低保持在一定的範圍。 資料來源:Rode, C., Peuhkuri, R., Mortensen et al. (2005) [21] 圖3為調濕材料的典型特性,當室內相對溼度呈現高低起伏的變化時,調濕材料可在高濕度時吸收空氣之水分,使得材料之整體重量上升;而在低濕度時重新釋放出水分,藉此避免室內相對濕度之驟變而引起細菌、黴菌等滋生或造成人體不適。 綜觀國內防火建材相關技術,可大致區分為下列三項:(1) 以水泥、岩棉、無機天然材料等為主要原料,作為防火/耐火特性主體之建材;(2) 以前項防火/耐火材料為內層芯板,結合金屬板、木質板或有機聚合材料為外層板,以作為建築用之複合功能性隔間牆;(3) 利用第一項防火材料作為門之芯材達到防火之功能性訴求,並具隔音、隔音、抗震等複合功能防火門。前述防火建材中,以具防火/耐火特性材料作為芯材為其核心,目前市售防火芯材種類繁多,其製備方及特性也各有不同,將其分類如下: (1) 預先鑄造成型,如岩棉板、石膏板及水泥板等,將原料經調配混合後以模具成型,於現場組裝。(2) 灌漿成型,如水泥纖維板、輕質混凝土牆板等,於調配完成漿體後,於施工現場直接澆灌入板模具成型。 (1) 於板材原料中加入玻璃纖維等,降低板材本身自重,同時增強版材韌性,但部分纖維類物質對於板材本身之防火性能並無太大之效益。(2) 原料本身即具有防火性能者,如珍珠岩、蛭石,與無機黏著劑混拌後製成膨脹珍珠岩板、蛭石板等。 目前市面主要防火芯材皆各自存在若干缺點,如岩棉板雖低密度、不燃,防火性極佳,但在煙氣阻隔性不佳以及人體健康易引起疑慮;膨脹珍珠岩板雖各項性能佳,但易碎裂且大部分由國外進口,運費不貲。因此若能以新穎技術製作低密度、可隔熱、隔音、易加工之防火材料做為芯材,將可開發新型複合防火建材,而在市場上成為具有競爭力產品品項。 除了前述水泥系輕質混凝土之外,近年來應用鹼活化技術以飛灰、爐渣等製作鹼活化混凝土[22-23],基本上於1200℃煆燒殘留強度可優於水泥混凝土經煆燒之殘留強度,且試體無變形、表面無裂紋及燒結之現象。據此特性,相關研究人員[24-25]分別利用鋁粉及鋅粉在鹼性條件下反應產氫之特性作為發泡劑,以鹼活化技術進一步將高嶺土、爐渣等製作為鹼活化發泡混凝土,並探討其隔熱、隔音特性,其隔音材吸音係數在40~150 Hz 下可達0.7~1.0、在800~1600Hz 下可達0.1~0.3,熱傳導係數可達0.113 W/mK。在現今資源循環的趨勢下,為求能將廢棄物進行資源化,更進一步有研究者 [26-28]分別以高嶺土、飛灰、爐渣、矽灰、鋁粉、雙氧水等作為膠結材、填充材以及發泡材於鹼活化條件下產製多孔性隔熱材料。其中高嶺土、飛灰、爐渣等材料中矽質在鹼性條件下可溶出,配合矽灰、鋁粉以及雙氧水反應產氣,再進一步控制漿體黏滯度使其固結,使得氣體保留於試體中形成孔隙,因此材料具有隔熱等特性。各研究中雖然隔熱性質隨鹼活化條件而有所不同,但仍具有相當熱穩定性,部分研究中熱傳導係數可達 0.0744 W/mK,較發泡輕質混凝土為佳。惟相關製作過程受限於材料變異,主成分比例、鹼活化條件、發泡/穩泡技術仍無法確實掌握,仍待後續研究進一步釐清。 為避免資源再生產品於後端使用時有污染環境或危害之疑慮,故必須針對再生產品進行環境相容性評估。目前台灣的綠建材標章中,針對資源再生產品仍以「事業廢棄物毒性特性溶出程序」(toxicity characteristic leaching procedure,TCLP)作為試驗方法,然而TCLP 試驗方法係參照美國環保署針對有害廢棄物之鑑定而發展出之試驗方法,目的在於瞭解廢棄物於掩埋場中接觸有機酸時可能的溶出特性,其適用於廢棄物檢測而非產品檢測。目前以TCLP 作為相關產品之溶出試驗方法不僅未盡合理,亦缺乏有害物質長期釋出之評估,無法瞭解資源化產品在環境介質中長期的釋出及累積量,因此也無法釐清可能的風險。另環保署公告「垃圾焚化廠焚化底渣再利用管理方式」,亦同樣以TCLP 試驗結果為基準,實非資源再生產品妥切的驗證方式。 為了協助資源化相關事業,建立以資源循環為主之管理策略,亟需建立再生產品之環境檢測方法與標準,近年來在評估各國相關環境驗證技術與規範後,目前用於檢驗長期環境相容性之驗證方法均已陸續公告,包含 (1) CNS 15223:廢棄物特性-溶出行為試驗-pH對初始酸鹼添加之溶出影響。(2) NIEA R217.10C:廢棄物資源化建材溶出特性試驗-以擴散試驗測定成塊廢棄物材料中無機溶出成分。(3) NIEA R218.10C:廢棄物資源化建材溶出特性試驗-無機成分可溶出量測定。(4) NIEA R219.10C:廢棄物溶出行為檢驗方法-向上流動滲濾試驗法。期能協助建立資源再生產品之環境相容性基線資料。 除此之外,產品發展與設計所需參考重要指標即生命週期評估(life cycle assessment, LCA),可衡量產品生產或人類活動所伴隨之環境負荷。惟評估過程需要了解整個生產過程能量、原料需求量及環保排放量,還要將這些能量、原料及排放量所造成的影響予以評估,並提出改善方法。目前常用的生命週期評估程序為ISO 14040 (1996)系列標準中所提出的四個單元階段,內容包含目的與範疇界定、盤查分析、衝擊評估、闡釋四大項目。另外,將生命週期評估的衝擊予以成本化,即生命週期成本分析(life-cycle costing,LCC),亦是重要研究發展方向,如能以經濟上的數值做考量,更有助於其完成決策[29-30]。 參考文獻 張祖恩(2012)。對環境資源部的期望--第五章資源循環。台北市:財團法人中技社。 Raut, S.P., Ralegaonkar, R.V., and Mandavgane, S.A. 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