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課堂上沒有教的UAV小常識(中)

活躍星系核_96
・2012/05/24 ・166字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

作者:Magana 來自 UAV實驗室

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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美國科州淹大水 空拍再掀風波
陳 慈忻
・2013/10/04 ・1773字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 548 ・八年級

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發射飛控無人飛機(Falcon UAV)就像射紙飛機一般,這架無人飛機可以持續在空中進行一小時的拍攝工作。(圖片來源:CLMax Engineering LLC. )

美國中西部科羅拉多州淹大水,造成8人罹難,上萬棟住宅受淹水損壞。而連帶引發的救災爭議正如火如荼延燒,不是民眾批評政府救災效率不彰,而是因為民間企業即時的災區空拍行動,被政府單位下令停止。

2013年9月9日起的1周,屬於半乾燥地帶的科羅拉多州受低氣壓環流影響,累積雨量多達460毫米,逾科州年雨量一半的豪雨造成山洪暴發,災區周圍河川洪峰最高達5.7公尺,超越此河川的歷史洪峰紀錄3.6公尺,部分市區甚至被洪水包圍,需要派遣大量的直升機,才能撤離災區民眾或空投救災物資。

大規模災害發生時,不論洪水、土石流、森林大火,第一時間的空拍影像是必備配件,它提供緊急救援單位視覺上的災區範圍、受災情況,能夠從宏觀的角度掌握災情,才能有效率的計劃救災工作。

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空拍影像可大致分為衛星影像(satellite image)及航照圖(aerial image)兩類,衛星規律的在地球上空運行,因為拍攝高度遠高於天氣現象發生的對流層,狂風暴雨雖阻撓不了衛星運作,雲層遮蔽卻是衛星影像的致命傷害,加上衛星的解析度相對較低,因此一般水災判斷災情所需的「即時」影像無法透過衛星取得。

航空載具是普遍用來掌握第一時間災情的工具,因為飛行高度低,解析度普遍較高,並且可以在雲層以下進行拍攝,避免遮蔽問題。航空載具要拍攝森林大火的航照不困難,但是豪雨成災的情況下得面對氣流不穩的挑戰。9月11日,所有進行空拍的航空載具都迫降了,除了名為「飛控」的無人飛機( Falcon Unmanned Aerial Vehicle)。

飛控無人飛機為美國CLMax工程公司所有,運用人力的發射方式簡直像是射紙飛機,身長1.27公尺、攜帶攝影器材和全球定位系統(GPS)的它,可以持續在距離地面約90至450公尺的空中飛行1小時,拍攝的高解析度影像同時附有地理座標,此外,飛機上無人且機體迷你的優點,使飛控足與惡劣天氣抗衡。

CLMax公司運用飛控拍攝科州核心災區的影像,將眾多單獨的照片縫合後可得大範圍的災區影像,再與Google Map疊圖,達到突顯災情的效果。任何人都能在網路上免費取得飛控拍攝的災情影像,甚至可以下載具有地理座標的KMZ檔案,民眾只要安裝Google Earth程式,就可以從電腦上的地球看見災區!

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CLMax公司運用飛控拍攝科州核心災區的影像,將數張影像縫合後,再與 google map疊圖,達到突顯災情的效果。(圖片來源:CLMax Engineering LLC.)

然而,這項拍攝工作在9月14日被迫停止,由於美國總統歐巴馬在當日簽署災區聲明,授權中央的聯邦緊急事務管理署(Federal Emergency Management Agency, 簡稱FEMA)指揮救災行動,而FEMA認為無人飛機可能造成直升機救援的安全疑慮,因此下令停止拍攝。

可惜的是,CLMax公司蒐集災情航照的速度比美國政府還快,並非行政效率的問題,而是政府面對新興科技以及救災產業的態度,立場仍然偏向保守。民間組織的創新性、人材培育與資源分配彈性正好可以彌補政府的不足,如果對新科技存有疑慮,政府應該積極推行檢測計畫,制定防災工作的公私協力辦法,善用科技並善待民間活力,官方眼中違規的絆腳石,會是緊急救災工作的得力助手。

延伸閱讀:

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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!

陳 慈忻
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在丹麥的博士生,專長是用機器學習探索人類生活空間,正在研究都市環境變遷與人類健康的關係。曾擔任防災科普小組編輯、社會創新電子報主編。

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