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極端氣候下複合性災害防治之研究－整合GPS及通訊光電技術於橋梁防災
近年來全球氣候變遷，颱風豪雨對台灣災害之影響益形嚴重，受災範圍與程度均遠較過去為烈，社會各界對災害的問題一向非常關心。橋梁基礎因經年累月的沖刷而存有潛在危險性，在大洪的情況下極有可能造成橋梁倒塌損毀，危及公共安全，不單造成用橋人生命的威脅，更中斷路上交通，進一步造成經濟上的損害，高屏大橋與后豐大橋即為兩個明顯的案例。有鑑於國內發生數起橋梁斷裂、倒塌事件，相關橋梁安全預警的議題也備受討論。有鑑於此，由國立台灣大學土木工程學系曾惠斌教授帶領其研究團隊，結合跨領域土木工程、電子工程、測量工程，共同執行國科會專題研究計畫─「極端氣候下複合性災害防治之研究:整合GPS及通訊光電技術於橋梁防災監測平台研發計畫」，發展一即時橋梁沖刷監測系統，將結構振動理論結合無線傳輸技術和全球衛星定位技術，應用在橋梁監測上，取代舊有的有線監測技術，建立一個無線監測系統，達到安裝省時、成本低廉、遷移方便之特性。同時架構以網際網路為基礎之即時監測平台，以此將河床之沖刷程度即時公開更新，以供政府機關做決策參考。
無線傳輸即時沖刷監測系統
傳統的監測技術受限於有線監測，常常在安裝上與設計上有許多的限制，須考量管線的安裝與維護，不僅成本龐大、安裝時程長且遷移困難。隨著科技進步，電子技術以及無線傳輸科技蓬勃發展並廣泛應用於各領域，傳統有線式監測系統已朝向無線、小型方便、整合網路技術的趨勢發展，無線感測器網路(Wireless Sensor Network， WSN)將監測儀器與無線傳輸結合，在無線感測網路的架構下，感測器節點省電、成本低廉、體積小且具有資料擷取的能力。感測器節點本身像台小型電腦，搭配備了簡單的感測、運算、無線傳輸等裝置，能將所收集的資料做基本運算處理後，透過無線傳輸裝置將資料回傳給資料收集器。因此，曾惠斌教授所領導之研究團隊，利用WSN 相對定位和無線通訊效能，開發設計了WSN系統的電路板，採用加速度計為感測單元測量結購物之震動頻率，藉以回推橋梁之沖刷深度，並搭配GPS之絕對定位定時能力來矯正封包時間。將Super Node傳輸平台、加速度計與GPS等監測設備做結合，以達到遠端無線網路傳輸監測橋梁安全之目的。
系統現地實測
研究團隊赴中沙大橋建置無線傳輸系統，於橋墩上部與下部周圍佈置雙向加速度計、GPS與沖刷監測設備之感測節點，進行橋梁振動監測，探討與自然頻率之關聯。同時並裝設設備箱與天線等系統，橋上的設備除了WSN以外亦包含一個小型工作平台與Wi-Fi傳輸設備，所有WSN感測節點的資料最後都會匯集到工作平台上的閘道器，再轉換以Wi-Fi設備將資料即時傳送到距離橋梁約2公里外的監控室；最後再以網際網路將資料送回遠端的伺服器資料庫儲存。
網際網路資料庫平台
研究團隊建立了以網際網路為基礎之即時監測平台，其功能包括：儲存監測端傳回之監測數據、將監測數據由感測器電壓值換算為加速度值、計算振動頻率及橋梁破壞程度、將計算結果與警戒值比較並提出建議對策，以此平台可將上述成果即時公開更新，開放給民眾，或是供管理單位做緊急應變處理、供政府機關做決策參考，以達災害防治之目的，以期能橋樑安全，以主動防災取代被動救災。
未來發展
我國地理環境特殊，颱風與地震等天然災害發生頻繁災害，災害防救不僅是政府施政對策的重要議題，亦是各年齡層國人和社會各階層必須嚴肅面對以及認真處理的課題。本計畫開發了WSN系統，克服傳輸技術問題，建立監測值之計算分析模型，並設置橋梁防災監測平台在技術創新上,有很大的貢獻。未來將可持續優化此監測系統的穩定性，並將系統廣設於全台各大重要橋梁，進行遠端之橋梁安全監測及危險預測，並持續提升網路監測平台之使用性、便利性與普及性，達到全民防災、強化社會抗災能力之效果。
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