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環境的數位治理

用科技逆轉大自然的變異

2020/10/12 ,

評論

數位國家觀測報告

Photo Credit : Pexels

數位國家觀測報告

數位網路之於生活、產業、國家競爭力,善用科技達到世界頂尖,成為全球指標的智慧島嶼 — 不僅是每個行業、企業與政府機構加快數位化任務,而是要超越科技島,公民與社群也必須需具備數位素養。本專欄與行政院科技會報辦公室合作,善用科技做出戰略突破,讓落實數位化發展成為全民運動。

我們想讓你知道的是

全球自然環境的異變愈來愈劇烈,衝擊人類生存及健康的挑戰也愈來愈多。但所幸,我們也有更多創新科技包括:AI、物聯網、大數據、精準感測、共享平台、5G 通訊等,來擔當治理環境的重任。在科技的奧援之下,透過政府及民間的覺醒與合作,如果能讓足夠規模的改變發生,就能及時扭轉地球永續生存的危機。

「這是最好的時代、也是最壞的時代」,大文豪狄更斯描述法國大革命鉅變前後的經典名句,用來形容 21 世紀當今的自然環境和人類生活,似也恰如其份。工業化及生活富裕造成的污染和浪費,已使得環境變異瀕臨難以回頭的轉折點,因此全球掀起各種綠色環境革命浪潮:減塑、回收、再生能源、循環經濟等,為的就是扭轉環境惡化的劣勢。

空氣品質與水資源管理 國際間重大課題

因應這「最好也最壞」時代的重要工作之一,就是環境的數位治理,主要課題包括空氣、水、土壤、廢棄物、甚至一部筆電或一輛燃油汽車從原料、製造、使用到報廢的生命周期污染,如何進行監控及因應。丹麥經濟學家、聯合國環境計劃署(UNEP)執行長安德森(Inger Andersen)指出,2020 年是「超級環境年」,各國紛紛集會討論環境議題,並做出新的承諾。例如占全球溫室氣體排放量高達四分之一的中國,今年九月底就宣誓要在 2060 年實現碳中和的目標。

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Photo Credit : UNEP

聯合國數位監控平台 海洋塑膠垃圾現形

承諾與成果之間的距離,須要借重科技的幫助才能到達。國際間有許多環境的數位治理範例,最新一項是今年六月,聯合國在挪威環境論壇發表海洋塑膠垃圾監控平台」,與科技大廠 IBM 合作,只花了六週,就開發出監測全球海域的數位平台原型,未來不僅能夠彙整各方數據來產出塑膠垃圾的分布圖,也將運用 AI 進行資料分析,進而媒合政府、民間團體、利害關係人,提出海洋塑膠垃圾減量的因應方案。

英國用 digital twins 降低基礎建設對環境的衝擊

在英國,空氣、水資源、甚至工業污染數據已相對透明,唯獨基礎建設(如商用及住宅不動產、鐵公路、橋樑、水庫等)在開發階段造成的環境衝擊,尚未有效評估。因此仿效工業 4.0 的「數位分身(digital twins)」,英國打造出與開發現場條件一模一樣的數位虛擬環境,收集即時資料輸入 AI 模型,例如現場的溫度、人流、二氧化碳排放量、甚至樹木的落葉量,進行電腦輔助分析,就可計算出環境衝擊,要求開發商負起永續責任。這個專案採用許多新式感測技術如:無人機、衛星影像、雷射光學感測器,來取得環境數據,讓資料收集速度比傳統人力測量快了 400 倍以上。

空污感測物聯網布建 台灣密度居全球之冠

台灣在環境的數位治理上,針對空氣和水資源,也有傲人的成果。環保署近年布建起全國範圍的空氣感測物聯網,結合大數據、異質資料庫整合等各種技術,可即時取得空氣品質的 3D 分布,甚至掌握可疑空氣污染來源,預測未來空氣變化。最值得一提的就是攜手民間新創,透過公私部門協力(Public Private Partnership)來達成目標。

環保署在四年前找來科技公司卡米爾合作,針對工業區空污下手,「原本希望參考其他國家的成功案例,結果發現國際間沒有先例可循,因為沒有一個國家像台灣,在全國布建密度這麼高的空氣監測網路。」卡米爾表示,在環保署主導下,由卡米爾負責軟體、資料分析及互動監控介面的開發,硬體廠廣域科技負責微型感測器,2018 年啟動全國空污物聯網的布建,一年半之內,也就是截至 2019 年 7 月,已在 120 個鄉鎮架設了 3,300 個微型感測器,覆蓋範圍廣布 44 個工業區及 3.8 萬家工廠。

環境智慧執法
Photo Credit : 行政院環境保護署

神抓捕發威,空污陳情案件大幅減少

這個官民合作的空氣感測物聯網,讓工廠排放空污無所遁形。前線環保人員只要拿著平板,就能連上監控後台,立刻看到 PM2.5 及 VOC 的數據,不像以往稽查員接到陳情電話,抵達現場時空污已散去無法追查。在各縣市也都展現了具體績效,例如桃園環保局因為稽查效能提升六倍,2019 年的空污陳情案比上年度大幅減少 700 多件,幕後功臣也是這套系統,並可提供民眾環境影響相關資訊,如汙染物濃度等,讓民眾居住環境及生活更加的安心。

環境智慧執法推動作法
Photo Credit : 行政院環境保護署

「剛起步時也是跌跌撞撞,一路累積經驗,不斷改良微型感測器,並累積大數據而得到更準確的判讀參考。」卡米爾雖然負責的是軟體及後端平台,但只要前線感測器傳回異常數值,卡米爾的工程師也會立刻前往現場,了解稽查人員的需求,經過一連串的反饋與改善,已開發出友善精準的管理平台,即時回報污染突發事件。不過,偶爾也會發生出乎 AI 意料的特例。「有一次,某顆感測器的污染數據獨自飆高,從監控中心來看,當地並不屬工廠排放範圍,Google 地圖也並未顯示附近有施工或車流,於是奔到現場,才發現原來是附近民眾不想在自家門口燒金紙,就把金爐拿到馬路對面去燒,剛好在感測器下方,才會出現 PM2.5 大量異常值。」

大膽啟用本土創新技術 韓國來台取經

卡米爾表示,這個空污感測物聯網計畫,環保署勇敢採用了台灣本土團隊,並且耐心開發解決方案,不畏過程中的學習曲線,才能在四年之內,打造出最符合需求的系統,也因此吸引外國政府前來取經。韓國富川市就與工研院簽約,打算引進卡米爾這套物聯網系統。2020 年,環保署的目標是全台再擴建 5,200 個微型感測點,累計將達 8,500 站,屆時空污監控將更為精準。

水資源物聯網 四大面向確保供水穩定

經濟部水利署的水資源物聯網,是環境的數位治理另一本土成功案例。各國水資源稀缺,台灣得天獨厚,年均降雨量達 2,500mm,是全球平均值兩倍,但地域較小且坡陡流急,集水面積有限;加上冬天雨少,須保留夏天豐水期的水量來調度運用,因此水資源的管理就更形重要。

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Photo Credit : 經濟部水利署

水利署副署長王藝峰表示,近年極端氣候造成台灣年降雨變化劇烈,更加重了管理上的挑戰。因此水利署啟動前瞻計畫項下的供水穩定方案,從開源、節流、調度、備援等四大面向降低水資源風險,讓民眾隨時有水可用。

農業用水占七成 AI 智慧給水提高使用效率

其中在節流的部分,目前正結合 AI 及物聯網,提高用水效率。「農業用水占全台用水量高達七成,因此灌溉用水的精準管理特別重要。」王藝峰說,過去農民灌溉田間,須靠人力以手動來開關管線,無意中浪費不少水資源;為解決這個問題,水利署與農田水利會合作,在閘門、灌溉渠道及田間設置許多感測器,形成水資源監控物聯網,可判讀田間的降雨量、土壤含水量、稻田水位、管線水壓及水質,各種數據回傳至雲端平台加以分析,由系統決定何時開放閘門,自動給水,不必再由農民手動開關水源,目前已有田間試驗點。王藝峰笑說,「未來稻子長到多高,我們的感測器都可以判讀影像,從生長進度來決定給水多寡。」

同樣在農業節水的面向,水利署也與半導體大廠台積電合作,田間廣布的用水感測器,目前僅具備量測功能,未來將新增回傳功能,台積電則提供資料分析及智慧軟體的開發建議,進一步加強水源的數位治理成效。

水情 APP 從定性分析邁向定量分析

水利署的另一科技利器是已上線逾十年的水情 APP,只要登入系統就能充分掌握各地的水源狀況,是民間了解即時水情、防洪疏散常用的工具。現在水利署更與氣象局和中研院合作,布建降雨感測器,結合水利署的地面雨量站及氣象局的降雨雷達,搜集大數據,訓練 AI 分析,現階段已有雨量定性分析(會否下雨),未來將升級到定量分析預測(下多少雨)。

全球自然環境的異變愈來愈劇烈,衝擊人類生存及健康的挑戰也愈來愈多:PM 2.5 空污、暴風雨、乾旱、土壤污染、有毒環境廢棄物、還有今年異常嚴重的森林大火肆虐加州、澳洲、西伯利亞、亞馬遜雨林各地。但所幸,我們也有更多創新科技包括:AI、物聯網、大數據、精準感測、共享平台、5G 通訊等,來擔當治理環境的重任。在科技的奧援之下,透過政府及民間的覺醒與合作,如果能讓足夠規模的改變發生,就能及時扭轉地球永續生存的危機。

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從指間到頂尖的網路世界脈動:

數位網路之於生活、產業、國家競爭力,善用科技達到世界頂尖,成為全球指標的智慧島嶼 — 不僅是每個行業、企業與政府機構加快數位化任務,而是要超越科技島,公民與社群也必須需具備數位素養。本專欄與行政院科技會報辦公室合作,善用科技做出戰略突破,讓落實數位化發展成為全民運動。

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