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監測預警 有線還是無線?

光纖是有線通訊的新趨勢,它有高速傳播、確保資料格式等優點。(圖片來源:Flickr作者Andrew.T@NN)

2013年7月13日,苗栗中港大橋、北勢大橋因應蘇力颱風過境,進行預防性的封閉,目的是為了避免人車通行,發生意外。橋梁預警工作仰賴即時監測順暢的通訊,搭配災害經驗研究的警戒值,將「是否採取預防措施」取捨間的損失最小化。光纖與無線通訊科技是近年來的關注焦點,在橋梁預警上,有線與無線究竟如何選取?而橋梁的監測功能未來趨勢又是如何?

有沒有線 有什麼差別?

橋梁的監測的通訊技術可以分為有線及無線兩種,有線的光纖與無線通訊方式在這幾年來,受到科技產業的注目與爭論,究竟兩者孰優孰劣?

光纖科技目前已經發展得相當成熟,是一種端點對端點(end-to-end)的有線連結,除了可以確保快速的通訊速度,在橋梁監測中,如果將光纖解構,還可以作為感測器來量測溫度及應變,有線的光纖優點也同時是它的限制,儘管有線的傳輸速度目前還是比較快,但是需要鋪設線路,時間和金錢的成本較高。

無線的感測技術快速進步,除了讓研究監測更穩定,較不易受到線路破壞的影響以外,最大的優點就是在時間及金錢的節省上,可以很快地布下大範圍的監測器,然而缺點就是頻寬壅塞,收訊品質受到距離和使用人數影響,這個部分會隨著技術成熟而改善。

目前有線光纖和無線通訊兩者,都尚未完全取代對方,在許多場合是混合式的使用,因應兩者的優缺點,適合應用在不同的項目上。比方說,山區的橋梁礙於地形阻隔,使用無線傳輸較為合適。

此外,作為對應大眾、行動手機的「廣播」功能,無線具有更普及、可行動的功能;但是在專業的研究用途上,兩個機組之間的來回資料傳輸需要更穩定的速度,同時光纖來回傳輸的過程可以保留原始資料格式,不同於無線通訊必須轉換為無線電波可攜帶的格式,更適合精密儀器之間的資料傳輸。

橋梁監測的預警功能

橋梁的監測技術會隨著通訊技術的研發而逐漸成熟,可以提供橋梁設計方式更多的評估資料,然而,橋梁監測除了研究橋梁的設計之外,也有災害發生期間的預警功能。

透過無線技術的發展,國家地震研究中心希望可以發展連結大眾之間的災情通訊,告訴駕駛者、或是直接與車輛溝通,以達到災害預警的效果。之所以冠上「智慧」,是因為它不像一般的感測器只能被動的監測,還能夠依照監測到的訊號數值,直接採取適當的控制行為,也就是說包含了監測及控制兩種功能。

控制行為是能自動執行橋梁的預警措施,包括「警示人車」和「強化橋梁」兩種功能,警示人車是在橋梁監測的訊號已達到預警門檻時,透過橋梁兩側的交通燈號或者柵欄來限制人車通行,避免橋梁的毀損造成人命傷亡;強化的部分則是針對特定種類的橋梁,例如斜張橋是一種沒有橋墩、依靠橋梁兩側的鋼筋線拉住橋梁主體的橋梁設計,當橋梁遭受環境變動時,可以調整兩側鋼筋線的角度、緊度,強化橋梁受環境動盪的調適能力。

避免災害擴大、減少災害損失,是橋梁監測的重點。或許智慧型橋梁在不久將來會成為每一座橋梁的稱號,若沒有扎實跟在地的科學研究,包括對河川、河床、颱風、地震、工程、無線訊號傳輸等領域的通盤理解以及活用,是沒辦法走到這一步的。

延伸學習:

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

關於作者

慈忻

台大地理所,研究空間分析方法與災害風險。曾擔任防災科普小組編輯、ENSIT電子報主編。偏鄉災害問題與專業/弱勢間的資訊不對等,是我最想解決的問題。