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對抗加州乾旱,省水科技各出奇招

李柏昱
・2015/11/30 ・1295字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 499 ・六年級

美國加州旱象自 2012 年以來已持續三年,乾旱已經取代不動產市場以及交通問題成為矽谷茶餘飯後熱門的話題。加州人戲謔地以自家門前乾枯一片的草坪為榮,或是為翠綠的草地感到尷尬,並討論人工草皮在高溫下是否真的會臭氣難聞。儘管許多處理方法談不上什麼高科技,比方說把枯黃的草地染成綠色,然而,首波利用高科技對抗乾旱的方式正逐漸浮上檯面。

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加州乾旱持續不斷,圖為沙加緬度市區一片枯黃的草地,標示寫著「請原諒我們不美觀的草坪,由於乾旱與節水措施,我們已經停止幫草坪澆水。」Source: Flickr

許多因乾旱而興起的相關產業雖然還不成氣候,但是長期致力於節約用水科技的公司在最近獲得越來越多的關注。一些早已存在的老方法也被重新提出與優化,例如 vizSafe-一套過去協助民眾張貼公告來警示鄰居犯罪、水災、火災的消息,以及尋人啟示的 APP,現在也加入「浪費水羞羞臉」功能,用於舉發浪費水的鄰居。

各式各樣能快速建構(Quick-to-build)的 APP 也在對抗乾旱的潮流中引領風騷。H2O Tracker 能讓民眾分析他們的用水量;Captain Plop 教導孩童節約用水的方法;Dropcountr 協助管理每個家庭的用水預算;Waterprint 則運用類似卡路里紀錄器的方式,除了算出實際用水,也幫忙計算生活中各項產品生產過程所需的水量。而在蘋果公司最近一次的發表會中,蘋果執行長提姆‧庫克(Tim Cook)點出許多目前熱門的 APP,其中一款便是針對節省家戶用水需求而設計。

繼 APP 之後,接下來登場的是各種省水小工具,美國的 Kickstarter  創意計畫集資網站上,就有設計團隊推出了加上停止出水按鈕的蓮蓬頭-雖然還是十分原始的設計,後來集資計畫也被取消,但更精巧的未來版本正在開發。未來的蓮蓬頭將能判斷你是否還站在水柱之下,進而決定是否停止供水。

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另外,維護陽台與草坪上的花草樹木也經常浪費水,智慧灌溉(smart irrigation)系統因而吸引許多新創團隊投入研發。其中一組團隊發展出一個智慧灌溉控制器 Hydro,能結合觀測資料與網路上的天氣訊息決定澆水的水量;在另一個 Eve Ecosystem 計畫中,儀器能監測土壤中的溫度與濕度,再透過無線傳輸回傳數據,讓使用者能隨時了解自己庭院的狀況。雖然這些計畫的集資過程都失敗了,不過,由於目前所見的智慧灌溉系統都沒有考慮配合各地限制用水的時程表,未來還有許多更聰明的系統的發展空間。對抗持續不斷的乾旱噩夢,走在全球科技前端的加州也將迸發更多的創意省水想法。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所
審校:陳妤寧

本文原發表於行政院科技部-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!

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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當開發遇上「術前檢查」:環境影響評估大揭密!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/16 ・4339字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 環境部 委託,泛科學企劃執行。 

無論是在立法院的質詢臺,還是網路媒體或社論上,你應該經常聽到「環評」這個詞吧?它的核心理念其實很簡單,就是要在「經濟發展」和「環境保護」之間取得平衡。不管是建設重金屬冶煉廠、台積電進駐,還是打通山壁開闢新道路,都必須經過像動手術前的詳細檢查一樣,透過環評的嚴謹審查程序,確保這些開發不會對環境造成過度或無法挽回的損害。

 環評的概念起源於 70、80 年代,當時大規模開發導致嚴重的環境破壞,人們開始反思,發現單靠法規和污染處理技術不足以應對這些問題,環境惡化越來越嚴重,於是「事前預防」的想法應運而生。

我國的環評制度是借鑒美國的經驗,但並不是所有開發案都需要環評,只有那些可能對環境產生較大影響的開發行為,才需要在開發前進行環評。環評其實是開發許可的一部分,環保機關負責審查環評報告,並擁有否決權。但即便環評通過,並不代表開發案就能立即進行,最終的開發許可還是需由相關主管機關綜合考量政治、經濟、環境等多方面因素後,才能做出決定。

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環評到底在忙什麼?

環評的全名為「環境影響評估」(Environmental Impact Assessment, EIA)。就像動手術會有術前檢查、術後定期追蹤及按時服藥,健康的把關需要仰賴定期進廠維修,同樣在開發行為實施前,我們需要評估其可能對環境造成的影響,提出相應的預防或減輕措施,施工中或營運後也需要由目的事業主管機關來進行追蹤,並由環保機關進行監督,確保不會進一步損害環境品質。

環評負責評估開發對環境的影響,並制定措施與監督確保環境品質。圖/envato

雖然「環評」這個名字大家耳熟能詳,但實際上它的評估過程可一點也不簡單,就像醫療檢查一樣,科學、客觀且精密,評估項目可不只侷限在空氣品質、水質或土壤是否受農藥或化肥影響、生態景觀與棲地等和自然環境切身相關的議題。根據環評法第 4 條規定,評估還涵蓋了社會、經濟、文化等多個層面。

環評就像是開發案的「術前檢查」,確保開發行為不會對環境造成不必要的風險和破壞。那麼,大家常聽說環評要耗費很長時間,那它到底在忙什麼呢?其實,環評的目的是要求開發單位對開發可能帶來的環境影響進行詳細調查和分析,這些調查結果會寫成報告,並進行公開,讓社會大眾了解並參與討論。最後,由專家組成的委員會審查,只有通過審查的案子,才有機會繼續進行開發,從而保護我們共同的生活環境。

誰應該接受環評的「考驗」?

根據環評法的立法精神,不是所有的開發案都需要進行環評,環評主要是針對那些可能對環境造成不良影響的開發行為。那麼,哪些開發案需要環評呢?環境部依法訂定了「開發行為應實施環境影響評估細目及範圍認定標準」(簡稱「認定標準」),這些標準主要是根據開發案可能帶來的影響程度、所在的敏感區域(如國家公園、重要濕地、野生動物棲息地等),以及開發的規模(如面積、處理量)來判斷是否需要進行環評。

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舉例來說,像高速鐵路、大眾捷運、機場、離岸風力發電系統等這些建設,不論它們的規模或地點,都必須經過環評。而像科學園區、高爾夫球場的建設,若位於國家公園、重要濕地或野生動物棲息地,也需要辦理環評;至於太陽能光電設施,則是當它位於重要濕地時,才需要進行環評。

宛如開發前的「術前檢查」!淺談環評流程

我國的環評審查採取專家審查機制,環評主管機關依法成立環評審查委員會。委員會的成員包括政府機關的代表和專家學者,其中專家學者的比例不得少於總人數的三分之二。以環境部為例,環境部的環評審查委員會共有 21 位委員,其中 14 位是來自不同專業領域的專家學者,這些專家分別在生活環境、自然環境、社會環境等方面進行把關,確保審查過程的專業性與公正性。

臺灣的環評制度通常分為兩個階段。一階環評是透過報告書撰寫前的公開意見蒐集,開發單位將意見回應情形納入報告書後由專業的環評審查委員進行審查,若經審查後認為開發後對環境有重大影響之虞,則應對症下藥,進入二階環評,這個階段的審查更為嚴謹,並且依法規定進行範疇界定,篩選出環境關鍵項目與因子。整個環評流程大致包括以下幾個重要步驟,讓開發案能夠更透明、公開地接受環境影響的評估與檢驗。

STEP 1 資料填寫:開發行為規劃

這就像醫生在手術前,先為病患制定計畫,並在檢查前登錄好病患的個人資料,例如身分訊息、健康問題、藥物過敏或病史等。同樣地,環評也是這樣運作的。開發單位首先要擬定開發案的規劃,並且將這些內容在網路上公開蒐集意見 20 天,同時也會舉行公開會議,讓大眾參與討論。

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接著,開發單位需要編寫環境影響說明書的主要章節,並且決定是否自願進入二階環評。這個階段開發單位會進行初步的計畫,確認開發的目標與範圍,並評估這個開發案可能對環境產生的潛在影響。這些步驟都是為了確保開發行為在開始前,能夠徹底評估可能的風險和影響

開發單位需撰寫環境影響說明書,初步評估目標、範圍及潛在影響。圖/envato

STEP 2 初步評估:編製環境影響說明書

就像術前檢查結果會匯集成一份醫療報告,在這個階段,開發單位也需要把他們的調查結果、預測和分析整理成一份「環境影響說明書」(簡稱環說書),環說書會說明如何預防或減少對環境的負面影響。

開發單位需要根據作業準則製作環說書,交給目的事業主管機關,確認無非屬主管機關所主管法規之爭點後,再轉請主管機關審查;主管機關確認沒有需要補正的地方(例如:沒有檢具環境保護對策與替代方案、執行評估的人忘了簽名等),環保主管機關所設的「環境影響評估審查委員會」則會著手進入審查階段。

STEP 3 手術可行與必要嗎:審查與結論

這部分就像醫療團隊評估手術的風險。環保機關會審查這份環境影響說明書,專家委員會會進行詳細的審查,並在一定的時間內做出結論。如果所有的環保問題都能得到妥善解決,開發案就能獲得初步通過並公告審查結論,告訴你這個「手術」(開發項目)可不可以做、在甚麼條件下做比較安全,或是可能要再做更進一步的檢查等等。以離岸風電開發為例,可能就會要求開發商調整風機位置,以避開白海豚的棲地。

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對應環評法施行細則裡的審查結論,除了通過審查、不應開發等結果,也可能會出現「有條件通過審查」或「進行第二階段審查評估」的狀態。

STEP 4 完善的手術方案:進入二階環評

就像術前檢查發現可能有重大問題或可能帶來影響的副作用時,醫生可能會要求進行更詳細的檢驗及評估更好的治療方案,環評也是如此。如果第一階段的環評顯示這個開發案可能對環境造成較大的影響,那麼它就必須進入「二階環評」。

進入二階環評的開發案,意味著要進行更加深入的分析與評估。就像醫生要進行更精密的檢查來了解手術風險。除了基本的環評程序,開發單位還需要舉辦公開說明會與範疇界定會議、編製更複雜的「環境影響評估報告書初稿」送目的事業主管機關,目的事業主管機關收到初稿後需進行現場勘查與公聽會,讓當地居民或關心這個開發案的人可以參與,了解開發案的影響,並提出意見。

二階環評需更深入分析,與舉辦說明會、公聽會,讓居民一同參與評估影響。圖/envato

同時,開發單位也要依據這些意見,編製更詳細的「環境影響評估報告書」,將所有的調查、分析結果都納入評估報告書中,才能由目的事業主管機關轉送環保主管機關審查。而如果在審查過程中發現需要修改或補充資料,就像醫生建議調整手術計畫一樣,開發單位會進行修正,並重新提交補正及取得定稿備查。只有在所有問題解決後,開發案才是真正通過環評審查並進入下一階段。

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如果在你生活周遭環境的開發案正好遇到環評的爭議,或者你關心的案件正在環評階段,你可以隨時上「環境部環評書件查詢系統」(https://eiadoc.moenv.gov.tw/eiaweb/)查詢相關的最新資訊。不僅如此,環評審查委員會的會議還有線上直播,讓大家能夠親自參與,為國內的開發案共同把關!

整個環評流程耗時多久?

環評法第 7 條規定,主管機關在收到環境影響說明書後,必須在 50 天內完成審查並公告結果,並通知相關主管機關和開發單位。如果遇到特殊情況,最多可以再延長 50 天。

根據環評法施行細則第 15 條,這個審查期限是從開發單位備妥所有資料,並繳交審查費後開始計算。但是有一些情況是不計入這個審查時間的,包括:

  1. 開發單位補充資料所花的時間。
  2. 請目的事業主管機關就法規進行釋疑,且不超過 60 天的時間。
  3. 其他不可歸責於主管機關的可扣除天數。

因此,整個環評流程的時間會因為不同情況有所變動,但主管機關的基本審查時間是 50 天內,特殊情況最多延長至 100 天。

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然而,實際所需要的時間,可能會根據開發案的複雜程度而有所不同。就像去放射科拍攝X光可能只要一、兩分鐘,但如果要做電腦斷層,可能就需要半個小時左右。

同樣地,根據環評法的規定,環境影響說明書的審查通常在收到資料後的 50 天內完成,若是進入二階環評,審查時間則是 60 天。聽起來似乎不算太久,通常三、四個月就能有結果。

但實際上,環評過程常常會因各種原因延長時間。環境部目前也正在進行環評總體檢,蒐集各界的意見,逐步檢視現行制度,並作為未來修正相關法規的參考依據。

環評帶來的效益是全方位的,它不僅幫助我們在追求經濟發展的同時,兼顧環境的永續。透過環評,開發行為的潛在風險可以提前被識別,並且在問題發生前採取預防和減輕措施。這樣的過程不僅讓開發行為更具透明度,減少未來可能面臨的環境爭議和成本,還能促進社會對環境議題的關注與參與。期待隨著法規的修正與完善,未來的環評制度在效率、透明度與公眾參與等方面有望取得更大進展,為可持續發展提供更有力的保障。這不僅是對環境的保護,更能促進經濟發展和社會福祉,實現政府、企業和民眾三贏的局面,讓我們共同打造一個更健康、更永續的未來。

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泛科學院_96
・2024/06/02 ・613字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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