空氣品質

Air quality

我國每年近 30 萬筆陳情,其中高達近 8 成皆屬於空氣、噪音等環境污染類型案件,顯示出國人對環境品質的重視。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,將有利監督人為污染以及預防自然危害,有效改善國人生活品質。
空氣品質
為了解決這個問題,政府推出「空氣品質物聯網」:
Before
77 座國家監測站
高精確、高成本,無法廣泛布建
監測數據更新頻率:
60分鐘
After
8600 個微型感測器
低成本、高覆蓋率,提升空品時空解析度
監測數據更新頻率:
3分鐘

計畫成果

    監測區域

    監測區域

    監測區域可覆蓋 105 個工業區及科學園區。
    感知區域

    感知區域

    能感知超過 6 萬個工廠的周遭區域。
    主動稽查

    主動稽查

    已經開出 7 千萬以上的罰鍰,追收短繳的空污費約 4 億。
但要做到這件事情,沒那麼簡單,需要布建基礎設施,收集數據,才有辦法利用大數據監控、打擊空氣污染,改善生活品質。來看看空氣品質物聯網到底做了什麼吧!

空品物聯網在做什麼

環保署與經濟部、科技部等部會合作,研發 PM2.5 感測元件以及空品感測器等技術,布建空氣品質基礎設施,收集空污數據,進行智慧稽查,計畫執行後,已追討短繳空污費 4 億,並罰款違法廠商近 7 千萬。同時推動環境感測元件科技系統國產化,發展數據分析預報模式,打造台灣成為智慧環境感測與應用的標竿國家。

01布建基礎設施

    建立感測器性能測試驗證中心

    提高 PM2.5、O3 等檢驗精準度,提高測試性能。

    空氣品質感測器設計研發

    強化國內自有技術能量,健全環境物聯網產業。

    全台廣布空氣品質感測器

    健全臺灣空氣感測網完整性,提升空氣品質預報精準度。

02數據整合

    納入民生公共物聯網資料服務平台

    收集並整合台灣各平台觀測資料供外界應用。

    建立空品物聯網運算營運平台

    提供空氣品質資料的介接環境,並有保存管理功能。

    建立智慧環境感測數據中心

    把平台的數據資料進行完整處理、收集、儲存、管理並供應給下游產業。

    空品感測資料展示平台

    整合空氣數據、列管污染源、並整合風向風場資料,並以視覺化方式提供;也提供即時公害陳情。

03數據後續應用

    促進空氣品質感測物聯網產業開展

    強化國內空品感測器相關技術、以及資料分析與預報能力,藉由國內場域驗證、公民參與及公開透明的數據,促進產業發展。

    輔助環保稽查

    從已蒐集的數據,分析污染源排放熱區,並針對可疑對象進行資料蒐集、比對,以利智慧執法。

布建基礎設施

空品感測器布建狀況?
至 109 年計畫結束,將布建超過 13,400 點的空氣品質微型感測器,覆蓋逾百個鄉鎮區、各縣市中小學、工業區與科學園區等,所收集之資料,能夠監控逾萬家工廠附近的空氣品質。
研發中的國產空氣品質感測器:
    光學式 PM<sub>2.5</sub> 感測模組

    光學式 PM2.5 感測模組

    • 國產自主開發的 PM2.5 感測器模組,具高準確度、微型化與低功耗。
    • 採用雙流道初篩設計,搭配風扇流速控制,讓多數小粒徑由主流道通過,其餘透過副流道帶走。
    • 當微粒通過主流道後,利用紅光雷射光,打在微粒上產生散射,由光電二極體吸收微粒,產生的散射能量後,會透過感測電路,轉換成電壓信號。
    • 類比數位轉換器取樣後,由微處理器內部演算法,計算出通過流道的「微粒數目」與「微粒產生散射」的能量,最後透過濃度校正計算,將校正參數寫入感測器內,使微粒散射能量信號,得以轉換實際 PM2.5 濃度值。
    微型 CO 氣體感測器

    微型 CO 氣體感測器

    • 本計畫所開發的感測器,可偵測微量一氧化碳濃度、具微型化與低功耗。
    • 利用微機電技術,將氣體感測電路,與微機構元件整合於微小化晶片中,藉由量測晶片的電阻變化,即時將訊號轉為數位化的氣體濃度。
    • 最後利用快速微機電加熱器與溫控操作,配合高靈敏材技術,大幅提升感測時的穩定性、靈敏度與準確性。
    薄膜式 NO<sub>2</sub> 氣體感測器

    薄膜式 NO2 氣體感測器

    • 此可攜式感測器對 NO2 偵測濃度範圍為 5 ~ 1000 ppb,解析度為 5 ppb。
    • 原理為金屬氧化物如氧化鋅,由於結構缺陷,具有半導體特性。當氣體分子吸附在金屬氧化物表面時,導電性將產生很大變化,可藉由測量電阻變化,得知氣體濃度。當 NO2 氣體分子吸附到感測薄膜表面,會使感測晶片電阻增加,進而得知氣體濃度。將此感測晶片搭配控制電路及無線通訊模組,形成一台可攜式 NO2 氣體感測器。
如何驗證感測器性能?
感測器性能測試驗證平台,是由環保署委託工業技術研究院建置,以提供感測器性能測試與驗證
目前中心提供 PM2.5 的感測器做測試,後續也將提供氣狀污染物感測器的測試,測試方式分為兩種:
    測站實地測試

    測站實地測試

    將空品感測器與美國聯邦參考方法(Federal Reference Methods, FRM)、美國聯邦等效方法(Federal Equivalent Methods, FEM)的空氣監測設備,共同放置於應用地點,進行平行比對。感測器參考的儀器,常用於測量大氣氣體濃度或顆粒污染物,為業界廣泛認可的最佳技術。
    實驗室測試

    實驗室測試

    實驗室系統的優勢,在於透過調控不同細懸浮微粒濃度(0 ~ 300µg/m³為主),以及測試腔體內的溫度與相對溼度,進一步評估同型號機器 7 大參數,包含模組變異、數據接收率、與參考方法之相關係數(R²)、精密度、偏移誤差(準確度)、溫濕度干擾效應、偵測極限等參數。
如何確保感測器數據品質?
環保署與地方環保局布建之感測器,需要於布建前先進行性能測試驗證,並與環保署標準監測站平行比對。布建後,也需定期維運巡檢、不定期現場查核,以確保感測數據品質。

數據整合

建立空氣品質監測視覺化平台,開放數據加值應用:
數據整合
  • 民生公共物聯網資料服務平台
    除環保署測站外,亦收攏中研院、科技部等其他公開空品資料庫,提供各界API介接,刺激空品感測數據加值應用。
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  • 環保署-aiR空氣網(WOT)
    收入全台環保署微型空品感測器(智慧城鄉空品微型感測器)的即時感測狀況,並結合時空資料,以動態視覺化方式呈現空污分佈。
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  • 環保署-空氣品質監測網
    以中央、地方、大型事業及特殊性工業區域監測數據為主,除了有區域性空品即時概況播報以外,亦提供空品區域預報、潛勢分析及測站環境影像等諸多實用功能。
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數據後續應用

收到數據後,可以做什麼呢?
    空氣品質分析和預報

    空氣品質分析和預報

    可透過高解析度的空氣品質預報,進行預報與預警,不但能準確預測異常污染,降低空氣污染危害,更能透過數據進行智慧執法。例圖為 2018 年 4 月 3 日,成功預報中國大陸西北地區沙塵暴,將於 3 日後侵襲台灣地區。
    分析污染潛勢

    分析污染潛勢

    透過整合後的數據,包含列管污染源 (PRTR)、固定污染源連續監測資訊 (CEMS)、即時公害陳情、風場及風向等資料,結合 AI 分析與視覺化動態地圖,呈現微型感測器的即時數據變化、時空變化、污染潛勢、即時告警資訊,並用巨量數據,精確定位污染熱點和時間點。
    偵測異常污染事件

    偵測異常污染事件

    分析全台各工業區與重點區域,感測區域內時間、空間環境異常事件,並整合公害陳情資訊及即時通訊軟體,即時推播污染事件資訊予稽查人員,使稽查人員快速了解現場狀況,提升稽查效率,實現智慧治理與執法應用。
    污染事件回溯

    污染事件回溯

    事件發生後,可即時查看污染動畫變化。亦可移動時間軸回溯資訊,提供 72 小時內數據動態播放。
輔助環保稽查
稽查單位依分析結果,將有限的人力與時間資源做有效的配置:
    Step 1
    監控與分析

    監控與分析

    分析比對資料,研定可疑污染區域
    Step 2
    周界巡查

    周界巡查

    實際派員於區域制高點,尋找可疑污染源
    Step 3
    科技工具蒐證

    科技工具蒐證

    利用科技工具搜查,掌握污染空品證據,例如無人機盤查、機動式微型感測器監測及 FLIR 氣體洩漏檢測
    Step 4
    後續稽查與取締

    後續稽查與取締

    透過現場督察蒐集事業相關資訊,就近利用科學儀器偵測溢散排放,精準打擊污染目標
空氣品質物聯網,透過建立智慧化環境監測,提供國人生活周遭環境即時、在地的空氣品質現況。以高解析度時空感測數據,協助執法人員鑑別污染熱區,及污染時間熱點,使環境執法稽查精確出擊,並研發環境物聯網感測元件,強化國內自有技術能量,開發 PM2.5 及 CO 空品感測技術,確立國產自主化空品感測技術發展。

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規劃單位
主辦單位
執行單位
  • 環保署
  • 經濟部技術處
  • 中研院
  • 氣象局徽
  • 國震中心
  • 國家災害防救科技中心
  • 國家高速網路與計算中心
  • 經濟部工業局
  • 消防署
  • 水利署
  • 農委會
  • 內政部營建署
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