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企業防災(二):智慧防災,訊息傳遞不停歇

李杰翰
・2014/08/02 ・2636字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 548 ・八年級

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

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作者:李杰翰 | 國立臺灣大學地理環境資源學系

災害來臨的時刻,台灣鋪天蓋地的電訊網路成為安定人心的力量,一通電話、一封簡訊,就能聯繫身處各地的家人朋友。這次專訪邀請到中華電信石木標總經理,為我們解釋在災害發生時,中華電信如何維護電信服務的品質,以及在預警簡訊與智慧防災技術的推動成果。

電信技術不斷線 海纜故障別害怕

天災發生時,當務之急是災區的對外聯絡。除了透過災區僅存的固網通信外,仍可運用無線通信技術,例如微波、行動電話及衛星通信進行聯絡,尤其是後兩者具備高度機動性,可以在最短時間內進行警告通報以避免災害擴大,並提升救難能量。

「海底通訊電纜」負責跨國電信傳輸,是以絕緣材料包裹、鋪設在海底的導線。海纜故障可能有以下原因。在自然因素方面,包括海水腐蝕、生物侵蝕、海底濁流、地震引起的海底土石變化等,均可能造成海纜磨損或拉斷;在人為因素方面,包括船舶下錨、起錨、捕魚、採集砂石、疏浚工程及其他直接碰觸到海底的作業,也有可能損壞或拉斷海纜。

如有以上情況發生,中華電信會先確認海纜故障的範圍。由於在規劃海纜通信網路時,不論是語音、企業客戶或網際網路等各方面,均採取「多重路由」及相互支援方式佈建。因此當小範圍海纜發生故障時,工程師會透過平時準備好的「雙路由」及自動支援機制,迅速將故障電路切換至「保護路由」以避免服務中斷;或透過適當的電路調度支援,讓通信網路迅速恢復正常運作。

如果短期內發生多條海纜故障,上述方式無法完全因應時,將啟動緊急應變計劃:總經理立即召集成立緊急應變措揮中心,連絡國內外電信機構,進行電路調度與支援恢復作業。除優先支援國防、飛安、金融等重要電路外,也會同時啟動企業客服、語音服務及網際網路等電路調度來支援。

莫拉克風災 災區設備搶救全面啟動

2009年莫拉克颱風重創大高雄地區,甲仙、那瑪夏、六龜、桃源、茂林等鄉鎮電信設備損失慘重,中華電信採取了緊急應變措施。他們在全國最易罹災地區,擁有高度機動性及越野功能之救災搶修車8部,在必要時火速進行搶救。無論是設備、傳輸或電力供應,中華電信在這些地區均有「超乎規格」的資源投入,以達到「多重迴路」、「複式涵蓋」、「備用電力超過24小時」等多重支援的方式,確保網路可靠度。

為確保高危險地區的通訊品質,中華電信也結合其他電信業者,以共構方式,建置具備光纖、微波、衛星等設施,組成高抗災通信平臺。第1期的高雄「那瑪夏區」在2010年6月先行完工。第2期,茂林區、桃源區、六龜區、杉林區、鳳山區等5處也於2011年1月建設完成。

細胞廣播 地震預警收得到

2011年發生的311大地震中,我們見識到日本運用行動通訊傳遞地震速報的成效。其簡訊是透過強制的「細胞廣播」來發送,在台灣是否也有類似的技術呢?

其實關於科學數據的發布,還是要仰賴政府相關單位的提供與整理,電信業者主要是扮演提供傳播平台的媒介。以日本的例子來看,在法律層面,日本政府為了推動緊急地震速報服務,公部門積極修訂氣象業務法等相關法令,制定整體政策,以做為公部門與電信業者界定權責的法源依據。

而在技術層面,日本參考國際標準的細胞廣播技術(Cell Broadcast System,CBS),大幅修訂CBS傳送流程及參數等技術規格,制定日本特有的地震海嘯警報系統(Earthquake Tsunami Warning System,CBS)。一般市售手機並沒有支援這個服務,目前支援手機多為客製化的日系品牌,故他國較難採行這種方法。

考量國情不同,台灣在未來將視4G網路功能與手機的搭配,推出與日本類似的細胞廣播服務。2009年發生莫拉克颱風後,中華電信立即研發類似CBS功能的「災害緊急應變訊息通報系統」,並於2010年開放服務。此系統可針對指定區域內的手機及市話發佈緊急訊息,通知民眾採取防範措施或即時撤離。

例如2010年的凡那比颱風來襲時,該系統首次在高雄那瑪夏、甲仙、杉林等易致災區發佈行動簡訊和市話語音通報服務,此次颱風該區無一傷亡;蘇花、中橫及南迴公路等坍方危急時,也會有用路人避難的通知;311大地震時,政府也藉由此系統,發布台灣有史以來第一次的海嘯警報簡訊。

智慧防災 雲端監測整合巨量資料

智慧聯網是人與物、物與物之間透過網路連結的智慧生活應用服務。未來若能在防災工作中導入智慧聯網,就可以產生一個連接眾多感測器(Sensor)的平台,並在各感測器之間進行大規模資訊交換,進一步發展更迅速的監測、控制、查詢的功能。將智慧聯網應用在防災服務上,首先要大規模的佈設環境監控的感測器,並確保感知器可以穩定且精確的將監測數據回傳。數據回傳需要穩定又快速的網路建設,因此在不易施工的偏遠地區,甚至要透過2G、3G等無線通訊模組將監測數據回傳。

大量的監測數據及監視影像回傳後,需要能處理巨量資料的「雲端資源池」,並透過跨機關的數據共享,協助防災主管機關進行應變分析以提升決策效率;當防災主管機關決定應變策略後,需立即以各種管道將訊息通報民眾。

而中華電信在智慧防災領域上的拓展,以「eSAV雲端監測平台」最具代表性。eSAV是emergency Sensor Alert Video surveillance Platform 的縮寫,包括監測、緊急通報、資料儲存與分享的功能。中華電信的監測設備整合了視訊、水位、雨量及地震儀等專業設備。而緊急通報除了常見的市話、手機語音簡訊外,亦提供低頻廣播。資料交換方面,以中華電信的雲端機房和橫跨各地的備援機制,提供最安全的儲存與管理服務。

eSAV平台的應用願景是實現巨量資料運算及橫向分享。資料交換平台可與政府各防災監測部門洽接,整合所有必需的資訊,提供各部門資料交換的單一窗口。

透過這次專訪,我們不但了解了中華電信如何在災害發生時排除內部設備故障,更認識到電信在未來防救災領域無限大的拓展空間。無論在資訊的收集端和通報端,中華電信具備了整合上的優勢能力,在「防災監測」和「救災通訊」方面的發展值得關注。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「專題報導」。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!

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

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李杰翰
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國立台灣大學地理環境資源學系學士。曾實習於鼎漢國際工程顧問公司。 2014年錄取東京工業大學《YSEP 青年科學家交換計畫》,現於該校「環境與交通工學」領域研究室潛心向學。


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火箭阿伯的「臺灣太空港」願景——專訪國家太空中心主任吳宗信

科技大觀園_96
・2022/01/16 ・4906字 ・閱讀時間約 10 分鐘

臺灣的「國家太空中心」於 1991 年成立至今屆滿 30 年。恰好在而立之年,行政院 11 月 25 日拍板「國家太空中心設置條例」,若立法院審查順利,太空中心將於 2022 年升格為直屬科技部的行政法人,大力推動我國太空科技及產業發展!

談到臺灣的太空發展,你可能會先想到 2019 年發射的「福衛七號」;但若談到火箭,你可能會先想起一個身著橘色連身衣的阿伯,操著臺語在 TED 講台上侃侃而談的身影,也就是現任國家太空中心主任吳宗信。

「火箭阿伯」吳宗信在今年 8 月接任國家太空中心主任,在「產官學」三界都走了一遭。圖/呂元弘攝

放眼宇宙卻心懷鄉土的「火箭阿伯」,是很多人對吳宗信主任的印象。吳宗信在 2012 年在陽明交通大學創立了前瞻火箭研究中心(ARRC),同時也有創立太空科技公司的經驗。如今他在今年 8 月接任國家太空中心主任,在「產官學」三界都走了一遭。

談到何為「太空產業」的基礎問題?吳宗信解釋,火箭與衛星的發展,需要很多不同專長的人才,仰賴跨領域合作,「是一門精密且嚴謹的系統工程。」

火箭產值雖然不大,卻對太空產業至關重要

談到臺灣的太空產業該如如何發展?吳宗信指出,要發展太空產業,除了過去國家太空中心專注於的衛星發展,擁有自主發射火箭的能力也很關鍵。以馬斯克的 SpaceX 為例, SpaceX 是先將火箭發展起來,接著才有如星鏈(Starlink)的衛星服務,透過這樣的過程來達成太空產業一條龍。

然而有趣的是,火箭其實只佔太空產業總產值的大約 2-3%,因此光靠火箭賺大錢其實很困難。既然產值很少,那大費周章的研發火箭到底有什麼好處呢?

對此吳宗信解釋,一個用在衛星上的設備和地面設備最大的差別,就是前者必須能在真空、高輻射、高溫差的太空環境運作,也要能承受震動、噪音等火箭發射過程帶來的考驗。

因此,雖然地面上也能模擬出類似太空中的環境,但要驗證一個設備是否符合「太空等級」,還是要直接送上太空長時間運作,經過真實的極端環境考驗才能見真章。如果有能力自己發射衛星,那對於太空相關設備的驗證頻率就能得到顯著提升,整條產業鏈的進步的速度才會快。

「遙測」及「通訊」雙軌進行,強化自主衛星發展能力

火箭研發是臺灣太空產業未來發展的關鍵,但同時衛星發展的腳步也並未因此停下來!國家太空中心目前正在執行自 2019 年起為期 10 年的「第三期太空計畫」,該計畫以開發「遙測衛星」為主。

吳宗信提到,在遙測衛星部分,目前有六枚解析度1米,經地面影像處理後解析度可達 0.7 米的「光學遙測衛星」(也就是福衛八號計畫)。福衛八號衛星第一枚(FS-8A)科學酬載的研製由成功大學負責,主要發展雙波段大氣瞬變影像儀與電子溫度密度儀,目前規劃於 2023 年發射;同時,太空中心未來也將再發展兩枚「超高解析度遙測衛星」。

福衛八號衛星示意圖。圖/國家太空中心提供

吳宗信指出,第三期太空計畫還有兩枚合成孔徑雷達(SAR)遙測衛星的計畫,不同於福衛二、五、八以「可見光」遙測,合成孔徑雷達因為觀測波段可以穿透雲層,全天候皆可使用是其優勢之一。

除了遙測衛星以外,發展「通訊衛星」也是國家太空中心的重要計畫。目前正在執行兩枚 B5G(Beyond 5G)衛星計畫,目前規劃 2025 可以發射第一枚;在研發上,衛星可以分成本體(Bus)與酬載(Payload)兩部分,對於臺灣首次自主發展通訊衛星,吳宗信表示,在衛星本體上,國家太空中心已經有一定的自製能力,「臺灣幾乎能百分之百自主研發了。」

至於 B5G 衛星的酬載部分,例如通訊模組等等,則正與工研院資通所合作,並與產業界一同發展相關技術,也希望未來能達到高度自主的研發能力。

臺灣太空產業要升級,得先著手打造「環境」

為了國產衛星載具的目標,吳宗信在 2012 年於交大成立了前瞻火箭研究中心,但這些年來前瞻火箭其實經營的非常辛苦。過去幾年,前瞻火箭大約募得一億六千萬新臺幣,製造火箭的技術也達到能讓火箭在空中懸浮的水準,但這似乎已經達到學校單位能做的極限,若要繼續發展下去,在人、時、地、物的支援都需要有更大的規模,然而學校不是企業或是國家單位,學生有自己的前途,因此難以留住人才。

另一方面,很多大學研究室在做的東西,由於相對單純,需要控制的變因很少,可以相對簡單的透過改變某一個部分就能夠看到效果,同時也可能只需要幾個學生合作就能夠完成。但火箭與衛星可不是這樣,它需要數百人的團隊合作,而一個系統可能有一萬個零件,只要一個螺絲做得不對,整個系統就會失效。這樣的工作,沒有一個由全職工作者組成的團隊,是很難完成的。

也因為火箭研發在學界內缺乏資源及環境,今年 8 月甫接任國家太空中心主任的吳宗信,在「換了位置卻沒換腦袋」的情況下,轉換跑道繼續推動臺灣的太空產業發展,捲起袖子,誓言把臺灣的太空產業環境建立起來!

吳宗信(左)8 月接任國家太空中心主任;中為國研院吳光鐘院長、右為前代理主任余憲政。圖/國家太空中心提供

建立產業基石,是國家機關的重責

吳宗信表示,過去開發火箭跟很多廠商合作的過程中,他也將臺灣的產業掃過一遍,發現臺灣的太空相關產業鏈其實深度及廣度兼具,甚至有許多廠商原本就有接到歐美國家訂單生產太空相關零組件,只是基於保密協議廠商不能宣傳。

那既然臺灣並非沒有發展太空產業的能力,以前為什麼不做呢?吳宗信說,就像是廣告中的一段經典台詞:「阿伯,失火了你怎麼不跑?」「啊腳麻是要怎麼跑?」由於沒有適當的發展環境與法規,很多事情就無法順利進行,像是不久前晉陞公司的飛鼠一號火箭在國內無法順利發射,就是實際的例子。

因此吳宗信認為,雖然國家單位的效率一定不比有生存壓力的私人公司,但國家卻能夠改善整體產業的發展環境,「就如同廚師要煮出好菜,也要先有廚房和爐具。」而在未來的太空產業中,廚師是民間廠商,那麼國家的角色就是幫忙把廚房準備好。像是目前完成立法的《太空發展法》、以及未來國家火箭發射場的設立等,就是建立太空產業發展基石的重要工作。

同時,與民眾、民代的溝通,也是發展太空產業非常重要的一環,吳宗信也提到,讓事情清楚透明,是讓大眾與民意代表從懷疑到支持的關鍵。

打造臺灣太空港:實現「南火箭北衛星」願景

隨著全世界太空產業的發展,未來也充滿不同的可能性,像是 SpaceX 有提出利用星艦(Starship)火箭系統,進行長程國際航班的構想,如同現代的港口與機場,未來臺灣可能會需要「太空港」來滿足各種火箭發射的需求。而太空港也會需要對應的後勤設施,並且可以結合太空產業科學園區,讓國內外的太空公司設廠製造火箭與衛星。

另一方面,這樣的太空港也可以結合地方特色發展觀光,「說不定以後每個臺灣的年輕人成年禮,都可以去參觀火箭發射和國家太空博物館」吳宗信說道。

吳宗信也提出了「南火箭、北衛星」的構想,期許未來臺灣南部能成為火箭研發、生產與發射的重要基地,而北部則可以延續過去國家太空中心發展衛星的基礎,成為衛星發展重鎮。 

吳宗信指出,未來臺灣可能會需要「太空港」來滿足火箭發射的需求;圖為美國的甘迺迪太空中心,為 NASA 發射火箭的重要太空港。圖/Pixabay

投資太空不是豪賭,科研走的每一步都算數!

吳宗信表示,在太空產業發展上若政府願意帶頭出來衝,民間會有更多企業投入太空產業。

吳宗信說,過去臺灣在不同產業的嘗試,有半導體業的成功案例,但也有許多投入資源卻沒發展起來的產業。但投資本來就不可能穩賺不賠,也不能永遠固守既有的優勢產業。現在太空產業出現了機會,並不代表做了一定會成功,「但不做就完全沒有機會了。」

另外,太空產業的發展最終不論是否能開花結果,投入資源訓練出來的人才、發展出的技術其實都能應用在不同領域。像是 1960 年代的美國,就因為阿波羅登月計畫所需,大力推動如 IBM 等民間電腦公司的快速發展,「科技就是這樣一步一腳印創造出來的。」

如果想要進入太空產業,可以怎麼準備?

跨領域合作在太空產業非常重要。吳宗信說明,在衛星方面,大約有三分之二與電機和資訊工程相關,而火箭方面,則是有三分之二與機械、材料與結構等等相關。因此對於有志在未來投入太空產業的學生,航太系會是很好的選擇,但很多理工科系也都與太空產業有關,職涯發展上不會因「非航太系」而受限。

吳宗信也鼓勵對於太空產業有興趣的大學生在本科系繼續學習的同時,可以在大三大四去修一些與衛星、推進等等課程,接著研究所再到國內外相關系所深造。

而職場的選擇,則要取決於自己想要「怎麼參與太空產業」,像是進入一家太空產業鏈上製造特定零組件的公司,也是參與太空產業的一種方式,而若是想接觸更完整的太空產業,則可以選擇到做系統整合的公司或是太空中心就職。

火箭與衛星都是複雜的「系統工程」

火箭與衛星的研發製造,都必須整合很多不同次系統,是一門非常精密且嚴謹的系統工程。以火箭系統為例,推進、結構、航電、軟體、硬體和通訊等系統缺一不可,這些系統各自都是不同的專業,但系統間又要能完美的配合,若火箭上任何系統無法順利運作或配合,這支火箭就跟「沖天炮」差不多了。

而臺灣的大學科系目前在授課上較少有「系統工程」的規劃,每個不同專業的領域各做各的就像是一個樹林裡,「有些人種芒果,有些人種龍眼,每一群人都很擅長照顧自己的作物,但卻不知道樹林裡還有哪些水果。因此就需要有人開直升機從上往下看,看看到底有哪些資源,並且對其他領域稍微多懂一些,才能有效的整合。」

吳宗信強調,系統工程就是「不能見樹不見林,更要『見樹又見林』」。也因此,吳宗信也期待未來臺灣能有「太空系統工程」碩博班的設立,以培育更多產業所需的太空人才。

從打橄欖球到做火箭,那些同樣重要的事

訪談中吳宗信也分享自己在臺大時期是橄欖球隊一員,主打九號傳鋒[註]位置的吳宗信笑著說:「那時候我這個體格,在全臺灣高中以上的橄欖球員中應該就是我最輕,不到 50 公斤,但憑著快速靈活的身手,也能成為球隊中重要的一員。橄欖球很好玩,在倒地之前只能將球往後傳,一定要球傳下去,任何位置都很重要,我也在那邊學到很多團隊合作精神。」

吳宗信表示過去做火箭時,有好幾次測試中火箭摔在地上,甚至斷成兩截,面對不斷失敗產生的壓力,其實對身體及精神都是折磨,這些挫折也曾讓團隊懷疑過,自己到底要不要繼續做火箭?但就如同橄欖球場上的磨難,但當很多人一起做事時,就可以分工合作,克服很多困難與阻礙。

而不論是打橄欖球或是做火箭,吳宗信說,他很喜歡扮演「箍桶」(臺語:khoo-tháng)的角色,也就是木桶上的鐵環。因為有了箍桶將木片整合在一起,木桶才不會散掉,就像是系統工程中,要將不同次系統整合串聯一樣。

註解

  • 註 1:「傳鋒」是橄欖球隊型的九號位,在多數的比賽中,Scrum-half 擔任從前鋒群中接過球並傳給後衛的角色。他們善於團隊溝通,特別擅長指揮前鋒,主要目的是提供後衛群穩定俐落的傳球。

科技大觀園_96
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