運用大數據及AI科技 為工業區打造空汙預警系統

運用大數據及AI科技 為工業區打造空汙預警系統
AIoT科技逐漸成為大眾生活中不可或缺的一部分,政府主導推動的台灣民生公共物聯網更蒐羅全台各地的環境數據,並將水資源、空氣品質、地震、防救災等數據公開共享。有了數據,卻也需要有懂得利用數據的廠商,才能發揮環境數據的最大效能。本文即以專精空氣品質領域的卡米爾為例,解密其如何透過AI科技優化地方政府與工業區的空氣汙染管理機制。
 
近年來PM2.5及空氣汙染一直是民眾最擔憂與關心的重大環境議題,根據世界衛生組織統計,空氣汙染是全球第5大健康風險因素,僅次於高血壓、吸菸、糖尿病及肥胖。台灣每年有近30萬筆陳情,其中高達近80%是屬於空氣、噪音等環境汙染類型案件,顯示出國人對環境品質的重視。
 
減少空汙,是政府努力的重點方向

空氣汙染也一直是政府瞄準解決的環境問題,過去環保單位的空氣品質國家標準監測站,設備體積大,監測空間是以10~25公里為範圍,缺少街道尺度的輕量級空氣污染監控設備,民眾陳情後環保單位難以即時追蹤。如何有效掌控汙染熱區、掌握時效並快速定位可疑汙染源,以利稽查人員即時取得現場環境資訊,減少嚴重空汙情況的發生,提供民眾良好服務,是目前政府努力改善的重點方向。

台灣民生公共物聯網透過廣泛布建空氣品質感測器,使空品即時狀況數據化、透明化,利於監督人為汙染及預防自然危害,更能有效改善國人生活品質。卡米爾身為台灣民生公共物聯網的補助廠商之一,利用他們的AI空汙管理平台,配合全台各地的空氣感測器,端出了智慧化工業區空汙監測預警的服務。


 
2大關鍵模組,汙染異常一把抓

「卡米爾致力於提供民眾便捷的生活體驗,因此在觀察到台灣有許多鄰近工業區的住宅區、民眾面臨空汙問題後,便投入其中、參與,透過AI技術進行空氣汙染監控。」卡米爾專案經理劉姿嘉表示,團隊成員從2017年開始研發AI空汙管理平台,並於2018年響應經濟部工業局「普及智慧城鄉生活應用計畫」,以公私協力的方式,先後協助桃園市與嘉義縣政府優化空汙監控作業流程,創造民眾、企業、政府的多贏局面。

卡米爾的AI空汙管理平台包含兩大關鍵模組,分別是以「相對異常累積評估模型」為底層的高危險汙染熱區模組,和以「時空序列異常偵測模型」為基礎的異常事件模組。透過這兩個關鍵模組,卡米爾除可在第一時間掌握空汙熱點的狀況,甚至能在火災等突發事件發生時,第一時間掌握空污影響擴散的時間與地點,提醒民眾做好自身防護。
 
合力環保單位,科技抓空汙

2017~2020年,環保署在全台灣佈建超過8,000個感測裝置,把一個個微型感測器裝在電線桿上,每隔150~300公尺佈一個點,結合原有的78座大型國家標準監測站,感測範圍覆蓋全台各地工業區,讓空汙無所遁形。也正是有這些感測數據,才能讓卡米爾的數據平台大展身手。
 
全台首個示範點:觀音工業區
以全台第一個示範點——桃園的觀音工業區為例,路燈上裝設的200組空品感測裝置,以300×300公尺為範圍,每分鐘自動偵測並回傳空氣品質數據,進行24小時即時監控。回傳的數據透過AI演算法,建立自動化空品監測模型,不僅可追溯汙染源發生地點,還可預警空氣品質變化。這樣的服務,時空精度可達分鐘尺度及街道尺度。

系統服務布建完成後,協助地區環保局全天候監測PM2.5、揮發性有機物(VOC)等多項數值,偵測到的數據會依濃度等級呈現不同顏色,例如紅點代表排放「熱區」,再搭配風向圖,就能協助稽查單位快速定位汙染源,順利抓到違規廠商。結合科技執法,桃園地區的稽查效率提升6倍、舉發率提高70%。截至2020年7月已成功協助桃園環保局查獲11家偷排廢氣的廠商。

如今,卡米爾的空品數據服務已經擴展到全台56個工業區,日常要處理的數據堪稱海量:每分鐘接收全台空氣盒子8,400筆的空品資料,另外結合全台地理圖資,還有氣象局的風速風向數據,即時進行分析。最後,還要將分析結果視覺化,設計成易於解讀的畫面。
 
一旦工業區發生空汙,危害最深的是企業本身

卡米爾的空品數據服務不只是讓政府單位的查緝績效提升、改善空氣品質造福民眾,更進一步,還能協助企業正視自家工廠的風險。空氣汙染不只是對環境、風景、一般民眾的身體健康造成危害而已,受到空氣汙染危害最深的,無疑是在空汙熱區內工作的工業區員工,若是不能意識到工作場所的環境汙染風險,長期累積,必然會對員工的身體健康造成極大的傷害。

卡米爾專案經理盧怡婷表示,為了更好的協助地方政府與企業優化空氣汙染管理工作,卡米爾從三個面向優化平台服務。首先,透過體驗設計掌握地方政府與前線夥伴的需求,透過跟前線(現場稽核)夥伴的定期聯絡、討論,並回饋資訊優化人工智慧模型的精準度;同時,以直覺化的圖像介面方便管理人員輕鬆點選、掌握如全區空氣汙染狀況、異常表現區域,以及每一個異常事件的發生地等資訊。
 
圖1、 空汙潛勢熱區,展示全區域變化。
 
圖2、 空汙來源偵測

 
軟硬整合的空品監測方案,將立足台灣、放眼世界

劉姿嘉表示,未來,台灣會是全世界布建空汙微型感測器最密集的國家,也是第一個以智慧監測服務覆蓋全國工業區的國家。就這點來說,台灣的腳步已經領先全球了。憑著在空品感測軟體領域深耕多年的經驗,卡米爾這套物聯網大數據預測系統,再與其他硬體空品感測廠商合作,足以讓台灣這套整合軟硬體的空品監測系統的成熟度幾乎獨步亞洲。

由於解決方案相對完整且成熟度夠高,目前已經有推廣海外的計畫,在東南亞、南韓都有佈局。對於卡米爾AI空汙管理平台的未來發展,劉姿嘉說:「空汙是全球的問題,因此在協助台灣政府與企業優化空汙管理後,將進一步前進海外市場,例如參與工研院與韓國富川市簽署的『新世代環境物聯網汙染溯源及預測技術』合作意向書,前進海外市場。」

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