斷橋預警──雲端防災網路

作者 | 發布日期 2015 年 10 月 06 日 16:10 | 分類 市場動態 , 晶片 , 軟體、系統 follow us in feedly

近年來全球氣候異常,極端降雨現象明顯,受災範圍與程度均遠較過往劇烈。台灣因地理位置關係,經常遭遇梅雨、西南氣流、夏季午後對流性雷陣雨、颱風以及東北季風等不同天候因素影響,再加上地形陡峻、降雨強度集中,導致橋梁沖刷情形嚴重,對橋樑安全造成極大的威脅。2008 年后豐大橋橋墩沖毀造成 3 車 6 死、2009 年雙園大橋斷橋造成 6 車 10 死的意外,過往慘痛經驗一再提醒我們橋樑安全的重要性。



台灣目前大、小橋樑共約 2 萬座,是交通的重要樞紐,橋樑損壞造成人命及財產的損失不容輕忽。為降低災害損失,國家實驗研究院整合轄下國家地震工程研究中心(國震中心)、台灣颱風洪水研究中心(颱洪中心)、國家晶片系統設計中心(晶片中心)、儀器科技研究中心(儀科中心)、國家高速網路與計算中心(國網中心)、國家奈米元件實驗室(奈米實驗室)等六大中心的力量,共同研發出世界首創的「斷橋預警──雲端防災網路」,可全年全天候監測橋梁安全,橋樑管理人員透過雲端就能即時監看橋樑現地狀況,汛期做為封橋決策的依據,平時亦可做為橋樑保養維護之參考。

 

整合防災及資通訊專長領域,開發精準的斷橋預警系統

斷橋預警的第一關,是由颱洪中心運用極短期降雨預報技術,考量河川上、中、下游橋樑不同的地理位置與雨量空間分布,進行降雨評估,搭配橋樑沖刷模擬技術,在橋樑可能因降雨沖刷橋墩而產生斷橋危機前 6 小時提出預警,讓橋樑管理單位可以預做準備。

事前預警的依據,除參考電腦模擬的降雨及沖刷情形外,真正要在斷橋發生前執行封橋,還得根據即時監測的結果。橋樑之所以會斷,最主要的原因是河水沖刷、掏空橋墩下方的沙土,因此由國震中心和晶片中心合作,製作一整排可感測水流振動、又可防水、防撞擊的感測晶片,埋在橋墩下的沙土中。當沙土被沖刷、掏空,晶片就會一個個露出於水中而發出訊號,即可得知沙土的沖刷情形。

國研院新聞稿

▲ 經封裝後於名竹大橋現場安裝的感測晶片。

除此之外,河水沖擊橋墩的力量、河川水位及流速及橋面的振動,都可能對橋樑安全造成影響,因此由奈米實驗室研發安裝於橋墩之應力感測晶片、儀科中心和國網中心研發整合影像攝影系統之水位計與流速計、儀科中心和晶片中心研發橋面振動感測晶片,一併做為即時監測的參考。

這些即時監測的巨量資料,尚須立即透過儀科中心特別製作的高速無線網路傳輸系統,傳送到國網中心的雲端超級電腦,進行分析與計算,再將結果傳送給橋樑管理單位,成為封橋的科學依據。

目前世界各國的封橋依據,都是當河川水位上漲到接近橋面(我國標準為 1.5 公尺),即進行封橋。然而河川水位上漲與橋墩下沙土沖刷之間,並非完全的正相關。國研院創世界之先開發的「斷橋預警──雲端防災網路」,可以幫助橋樑管理單位精確掌握適當的封橋時機,既可確保民眾生命財產安全,亦不會過早封橋而造成民眾交通不便。

國研院團隊經過長時間的研究及實驗,目前已將這套斷橋預警系統安裝於濁水溪流域的公路與高速公路橋樑,經數次颱風洪水考驗,已經驗證其功能完備,確實可以全年全天候監測橋樑安全,管理人員可透過雲端即時監看橋樑現地狀況,包括河川水位、流速、橋墩沖刷深度、橋面振動情形、河川現地影像等,汛期做為封橋決策的依據,平時則做為橋樑保養維護的參考。

 

從危機看到商機,開創防災網路產業藍海

極端降雨日益劇烈是舉世皆然的現象,洪水災害也已是全球性的問題,不僅台灣,亦在其他許多國家包括美、英、日等造成斷橋危機,也使得斷橋預警系統的重要性日益提升。

國研院整合轄下防災及資通訊專長的各研究中心,開發出「斷橋預警──雲端防災網路」,未來期望進一步整合台灣居於世界領先群的 ICT 產業、專業的工程顧問公司,以及保險、保全等加值服務廠商,建構垂直與水平的產業鏈,形成防災產業聚落,藉由防災技術服務的輸出,提升台灣的國際競爭力,為我國產業開創新的防災網路產業藍海。 

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