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| 撰編：周滋靜 |
最後更新時間：7月 | 30日 , 2022 |
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| 透過空污測站檢測數據中發現，空污PM2.5其實不如我們所想像，是隨風從中國大陸飄散過來的，近七成的污染竟是來自台灣中南部地區，而產生PM2.5懸浮微粒的主要原因為稻穗收割後焚燒農地所致。 |
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 感測技術的聰明應用
透過氣體感測，我們能夠監控水果在運輸過程中的熟成度，或是腐爛的狀況；能夠分辨來自不同人身上的香水味；還可分析食物的營養成份，或是有沒有農藥殘留；藉由人體呼出的氣體，還能推測身體脂肪燃燒的多寡；在牧場，若是環境中「氨」的濃度過高，牛的泌乳量會減少，或是肉質也會較硬；教室內「二氧化碳」的濃度高低，也會影響學生的學習效果……。柏昇企業股份有限公司產品應用部劉承榮經理表示，感測技術在工控產業的應用已行之有年，但氣體感測已不再如過去傳統工業控制，只針對某些特定的氣體做監測，而是在感測器中小小的IC裡加載不同的感測元件，當某一氣味經過感測器，便能分析有哪幾種不同成份的氣體摻雜其中，進而分辨不同的氣味。
農業監控方面，台灣在精緻農業這塊發展得相當優異，因此也有跨領域的業者，致力將ICT技術與農業結合，如開發專屬的感測器，測量土壤的酸鹼度、保水度、溫度、濕度並與作物生長狀況結合，透過科技讓作物生長得更好。前陣子突如其來的霸王寒流，也造成許多養殖業的損失。劉承榮說明，養殖業雖然也可以透過感測器的應用去改善，減少因氣候急遽變化而產生的損失，例如，利用感測器與設備連動可以將池水加熱，但加熱的範圍太大，耗能支出成本與初期建置成本，可能無法符合其經濟效益。
城市佈建，空污監測的需求與應用
單單透過氣體感測就可以發展出如此多元的應用，更何況大環境的空氣污染，一直以來都是全球相當關注的問題。也因此，台灣在環境監控這一塊，做了相當大的努力。行政院環保署對於設置「空氣污染監測站」的理念是，各地除既有的監測站，與特定工業區設立的第二級監測站外，還要打造第三層的監測，因為光是透過既有的監測站所取得的數據，還不足以精確地找出污染源，而每一座監測站所要花費的金額動輒高達百萬、千萬。但如果採用物聯網，物物相聯的概念，就可以低成本、大量佈建的方式，達到更全方面的監測。另外，既有與新建的測站間，也要做相對的偵測數據比較，才能找出污染源。如某工廠偷排廢氣，該區域附近的測站依照距離的遠近、時間，濃度會呈現合理的數據變化，例如最接近污染源的測站，會優先測到濃度最大的數據，隨著空氣的擴散，愈遠的測站所測到濃度愈低，時間也較遲。此外，透過空污測站檢測也發現，空污PM2.5其實不如我們所想像，是隨風從中國大陸飄散過來的，近七成的污染竟是來自台灣中南部地區，透過監測器便可清楚地從時間、地點、濃度來判斷污染是來自境內或境外。
 「監測最大的目的在於提供感測數值作為應用之參考」，依污染源的監測數據資料，政府可做為相關政策研擬的依據，如應用於交通上，當監測站經過數據蒐集、分析，發現某一路段，或是某個時期空氣品質較差，可以再進一步針對行駛的車輛做分析、了解不同車種排放的廢氣量…等。再透過其它的方法、手段來降低廢氣的排放，或是將空氣品質的資料開放讓民眾自行主查詢，作為戶外活動安排的參考。劉承榮補充，目前國內外的作法，都是朝「開放監測數據」讓民眾或業者自行開發新的應用；另外，也有針對空污和疾病相關的研究，可供保險公司參考調整保費，或是公共衛生單位也可以運用數據，證明空污與一些流行性感冒是否相關的查證。
劉承榮分享，以智慧城市展空污監測這一塊的發展來看，芝加哥是標竿城市，芝加哥除了在大環境的監測應用、交通監測技術都相當地純熟，甚至已經開始在監測設施的外觀上下功夫，以期與城市裝置藝術融為一體。
抗干擾、低耗電、高敏感、高穩定的感測需求
除上述提及行政院環保署對於空污監測站的設計理念，其實智慧城市的發展趨勢是朝「長距離傳輸、低耗電的無線通訊」，劉承榮表示，柏昇在智慧城市傳輸這一塊的發展以LoRa傳輸技術為主，LoRa的傳輸距離長達15到20公里，早期智慧城市所用的無線傳輸技術為Zigbee，但傳輸距離不長，且需佈建眾多的傳輸節點，而LoRa屬於星狀網路，只要透過一個Gateway就可以直接連結。另外，無線傳輸要避免受到干擾，在設計上要有一些跳頻的機制，LoRa有一個標準機制，能夠自行控制每一個傳輸點的傳輸時間，因此不受其它訊號干擾。目前台北市僅透過10幾個基地台，就可以涵蓋全台北市的網路傳輸；荷蘭、比利時等也將LoRa這個傳輸技術納為國家重點發展的無線網路技術。
 「目前設計感測器最大的挑戰在於解析度、穩定度和耗電量。一般二氧化碳感測元件的解析度最低只能測到濃度1PPM，無法測到1 PPM以下的濃度，以這樣的技術，放置在室外環境只能測到背景值，無法突顯濃度的變化。另外，為了長時間適應環境變化，感測器也要具備高穩定度。再來是耗電量的問題，劉承榮表示，一般氣體感測器可有2至3年的壽命，但採用不同感測技術的耗電量不同，像偵測PM2.5粉塵類的感測元件耗電量很高，需以市電供應電力；一般偵測氣體採用的電化學式感測元件，耗電量則很低，只需電池供電即可。另外，感測器最主要的耗電量是用於無線傳輸，如果無線傳輸速率、頻率不高的話，感測器可用到3年以上不是問題。
傳統電化學式的感測器費用昂貴，而半導體則易受環境影響，只能測出相對變化，後來隨著感測技術的進步，市場需求的增加，現在應用於居家的VOC揮發性有機化合物、CO2二氧化碳、甲醛HCHO、溫度、濕度感測器都相當便宜；而應用在室外環境污染監測的感測器也相當的多元，如PM2.5、二氧化碳、二氧化氮、臭氧、二氧化硫、溫度、濕度、噪音、大氣壓力、UV等，都已有成熟的技術，進行偵測。
未來將著手於水質監測的應用、第一手資訊優勢
未來，柏昇會朝水質監測這一塊發展，劉承榮表示，台灣之前發生鉛管汙染水的疑慮，連美國都有類似的問題。一般水質監測會針對酸鹼度和混濁度，來判斷是否含有重金屬，或是懸浮物含量過高，但水質監測應用的感測器現階段價值不斐，從數萬元到幾十萬元不等，為此，柏昇也希望能夠發展出較經濟，並可以大範圍佈建的感測器。
柏昇不僅是感測元件的代理商，也是感測設備製造商。代理商的優勢使柏昇可以直接與原廠聯繫，獲得到第一手的資訊，並早一步熟悉新的感測技術、了解感測器的特性、掌握knowhow、學習如何校正、確保品質、以及觀察元件長期使用狀況…等。另外，劉承榮表示，柏昇對於無線傳輸技術的涉獵非常廣，雖傳統工控領域對於無線傳輸的穩定度，仍有十分大的疑慮，但近年來市場上無線傳輸的解決方案不斷推陳出新，有愈來愈多使用者紛紛表示關注，因此，柏昇相信無線傳輸目前所面臨的瓶頸，必定能夠一一克服。
在智慧城市這一塊，台灣的廠商也漸漸看到了趨勢，很多有規模的ODM廠商也開始投入，未來台灣可以朝比較不一樣的氣體監測、氣體分析發展，做出獨特性，而不是只侷限於常見的感測技術，劉承榮表示，台灣的研發及生產基礎很好，再加上對成本的有效管控，我們工控的產品，在國際市場上，仍具有相當的競爭力。 |
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