工業技術研究院   陳家磐、李昀恩
E-mail：peter_chen@itri.org.tw, yelee@itri.org.tw

       近幾十年來全球積體電路(IC)、無線通訊(Wireless Communication)與微機電(MEMS)等技術的日益精進下，帶動感測器(Sensor)的發展，不僅將感測器越做越小，透過結合無線通訊產品的發展，將單一感測點連結成線，再集結成面，在數據運算的速度足以應付數十億的資料流量下，資訊流的架構則由2D平面資訊成長為3D的空間資訊層，進而在大數據分析運算能力不斷提升下，再擴增時間流的資訊網，進而建構出綿密的物聯網(IOT)體系，透過不同的感測資訊運算分析，提供人類解決問題或提升生活品質的利器。

       世界衛生組織（WHO, World Health Organization）的國際癌症研究機構 （IARC, International Agency for Research on Cancer）於2013年將室外空氣污染物及PM2.5列為第一級致癌物（IARC-WHO, 2013），造成社會及媒體對於細懸浮微粒（PM2.5） 的資訊更為急迫，感測技術正好符合對空氣污染監測及評估的革命性轉變時機〔1〕，低成本的微型感測器除了大幅提高空間和時間數據解析，因為價格低廉進而達成民眾個人監測空氣品質的期待目標，最終用於提供科學問題和應用的答案〔2〕。因此，許多研究團隊或政府機構陸續投入微型感測器之使用、評估及研發，期望從感測物聯網上發展出更多的應用服務，達成積極性的環境治理與服務人民的目的。

圖1  環境感測物聯網架構

       美國環保署在意識到在空氣污染監測上從政府的營運網路擴展至參考級的監測儀器以及新興微型感測器的監控技術上，並且這種利用微型感測器的低成本監測技術也在歐洲得到了認可，並被建議納入歐盟的空氣品質指令當中。在全球發起智慧城市的風潮下，利用感測器之數據分析建立智慧化城市服務的發展陸續在美國、歐洲及亞洲國家持續發酵〔3〕，如：荷蘭阿姆斯特丹智慧城市（Smart Amsterdam〔4〕）、美國智慧城市計畫 （Smart America〔5〕）及韓國松島智慧城市 （Songdo〔6〕）皆屬於代表性的案例。

圖2   荷蘭阿姆斯特丹智慧城市資料平台

圖3  美國智慧都市計畫

圖4  韓國松島計畫中關於綠建築的部分

       長年投入物聯網市場研究的國際機構(Gartner)或顧問機構麥肯錫基金會(McKinsey) 〔7〕皆預估，未來物聯網的裝置數量及市場規模將持續成長，年成長率約在10％～30％〔8〕，在資料量伴隨增加的情形下，資安將成為重要議題〔9〕。而硬體及物聯網設備基礎技術供應商及物聯網系統安裝人員，在未來可獲得的收益將逐漸降低，市場將逐步轉至應用端，預計可獲得高達85％的物聯網收入。就PM2.5感測器部分，歐、美、日已有成熟的企業及服務公司，根據2015年的調查數據，約市佔率約71％，未來若想發展環境物聯網感測器市場，應以價格低廉、感測準確度高、並整合設計完整的應用服務，破除銷售感測器的傳統商業模式，轉換成為提供民眾優質生活的資訊應用與客製化的服務為主軸。

圖5  麥肯錫基金會推估物聯網於2025年潛在效益

       國內以空氣品質感測為例，環保署從105年起開始導入物聯網、大數分析及人工智慧等技術，來推動我國環境感測物聯網的發展〔10〕。在考量感測的需求與目的分為四類感測情境，包含工業感測點、交通感測點、社區感測點及輔助感測點。另外，環保署為確保布建至現場感測器之數據品質，設計一套品質管控機制，包含出廠品管、型式驗證、一致性比對、自主巡檢作業及第三方查核作業。截至107年底，合計在14直轄市及縣市布建約3,300點的空氣品質感測器，未來至109年預計達成全臺1萬200點空氣品質感測器之布建。

圖6  建構臺灣空氣品質感測物聯網

       環保署對於感測器的布建與應用著重於環境執法之需求，透過綿密的環境感測物聯網絡，提供環保稽查單位利用感測數據鎖定非法排放之工廠或區域，以利查獲違法工廠，進而促使不法工廠落實自主管理，減少不法排放之事件。藉由整合空氣品質感測數據、列管污染源（PRTR）、固定污染源連續監測資訊（CEMS）、公害陳情、風場及風向等資料，以機器學習輔助污染鑑識判讀，透過視覺化動態地理圖資呈現標定污染熱區及污染時間熱點，再輔以科學儀器進行科學採證。於106年環境執法稽查15家工廠，查獲告發違規行為11件次，3件涉及刑責移送法辦。107年底共查獲12家事業違反環保法令，並依程序針對違法事實逕行告發處分，確實驗證環境感測物聯網輔助智慧稽查之成效，全面提升智慧執法之具體效益〔11〕。

       未來運用大數據治理環境，自動監控環境品質，針對異常情形預警及應變，提供高效益的解決方案，勢必成為下一階段的環境管理趨勢，除了持續進行環境品質感測設備之布建及資料收集外，基於加值應用及新創產業的需求，將透過跨域應用，達到智慧治理的目標；強化國產化感測元件之規格與認驗證機制，達成國際接軌之目的；配合國際物聯網或綠色產品行銷展覽，將我國環境感測物聯網整體輸出模式行銷海外，提升國內新創物聯網產業之效益。

圖7  環保署發展污染潛勢視覺化模擬系統

參考文獻

1. IEK Topics2016，蔡振球、陳范倫、楊博傑、陳志祥，「如何提升用智能感知生態環境動態？」，2016。

2. Lidia Morawska, Applications of low-cost sensing technologies for air quality monitoring and exposure assessment: How far have they gone? Environment International. (2018)

3. BSI, PAS 181 Smart city framework, (2014)

4. Smart Citizen Kit , https://smartcitizen.me/kits/1290

5. Smart America , http://smartamerica.org/teams/smart-cities-usa/

6. Songdo , http://songdoibd.com/about/#green

7. The Internet of Things: Mapping the Value beyond the Hype (原文網址：https://read01.com/DxdOP5.html)

8. 北京華信產經信息技術研究院, 2017-2025中國及全球PM2.5感測器產業發展前瞻預測報告, 2016。

9. 物聯網安全的現況與挑戰，資訊安全19卷4期，莊祐軒、羅乃維 ，2013。

10. 環境感測物聯網發展推動計畫成果報告，工業技術研究院，2017。

11. 環境感測物聯網發展推動計畫成果報告，工業技術研究院，2018。