• 技術名稱
  • 海洋環境監測與防災行動物聯網
  • 計畫單位
  • 國立中央大學
  • 展區位置
  • 僅供線上展示
  • 聯絡人
  • 陳孟遠
  • 電子信箱
  • mychen@mporg.tw
技術說明 海洋是臺灣賴以生存發展的憑藉及利基,「海洋基本法」及「國家海洋政策白皮書」明訂對於所轄領海及經濟海域進行完善的海洋環境調查與監測是其首要工作,高品質的監測調查數據是藍色經濟永續發展的基礎,也是海域環境保護、保育、復育,海域執法、污染監控與海洋災害減災救災的依據。
由於海洋環境中巨浪強風衝擊與高鹽高濕腐蝕,相關儀器操作維護困難,加上核心關鍵技術封閉,海洋現地監測儀器價格昂貴,每一筆觀測數據之取得成本高昂,使得全面性完善的監測不易實現。而衛星遙測技術雖有其監測範圍廣大的優勢,但時間上卻是間斷而難以連續,資料一致性與正確性也待驗證,尚無法取代現地觀測技術。
隨國內外海洋現地監測儀器需求快速增加,海洋監測儀器研發趨勢走向微型化、低價化、監測參數多樣化、資料衛星即時傳輸的方向發展。因應海洋儀器發展趨勢,本研究目標為:利用台灣消費性電子產業優勢以及IoT技術,進行感測元件技術整合,發展微型化海洋環境監測浮標,將以往尺寸3公尺高、2.5公尺直徑、重達數噸,價格數百萬新台幣的浮標,縮減為0.4公尺高、0.5公尺直徑、重僅數千克的微型化產品。進一步發展演算法,反演高精細海面水位、波浪方向譜、海面粗糙度、風速風向、海表流速及溫度鹽度等產品,以最低的經濟成本量產具國際商業市場競爭力的海氣象監測浮標。同時建立即時資料鏈結進入資料庫與圖台系統,提供簡明易懂的資料服務。最重要的是:主要關鍵技術與設計放棄申請專利,以開放原始碼概念發公開表於論文中,期望能大幅降低監測儀器成本,使可以大量部署於全球海面,提供即時海氣象監測數據,裨益數值預報產品修正提升海象預報準確度。
研製微型浮標關鍵技術包括三個面向:第一為微機電晶片感測元件的整合:利用單晶片處理器整合科氏力陀螺儀與高精度導航衛星定位系統,用以高頻紀錄浮標姿態動態與精確定位,第二,發展演算法:直接在MCU上利用浮標姿態動態計算海表面不同尺度的水面坡度,計算海面粗糙度參數,再透過海洋大氣邊界層理論反演海表風速與風向;由定位差分計算流速;另一方面利用多源訊號處理演算法,處理同步紀錄的浮標動態訊號,由交錯譜分析反演海面波浪能量密度在頻率域與方向的分佈。最後發展時間序列自回歸分析模式,對於監測數據在線上進行資料品管,計算產品最後透過衛星回傳。第三部分為系統整體的耐海性:包括改善殼體構型與浮力設計以增加隨波性、氣密設計強化、電力管理模組開發等。
科學突破性 本系統的目標是形成一個全球尺度的海洋監測移動互聯網,用相對極低的成本獲得相對大量數據的空間覆蓋率。然而廉價感測晶片與衛星定位的功能表現較弱,本研究是在演算法內增加濾波及時間序列自回歸分析等功能改善訊號品質,並測試、評估各種晶片效能,在可接受之品質下減低系統生產成本,滿足海洋科學研究與監測作業需求。
產業應用性 近年來全球海洋產業因新資源與新區域開發蓬勃發展,其中發展特別迅速產業包括海洋離岸風能、船運與油氣開採運輸、海域觀光遊憩、海洋牧場與箱網養殖等,而這些海洋產業開發在環評承諾要求下以及滿足自身操作營運避險所需的環境監測需求與也隨之提升。本研究所開發之微型化浮標提供上述產業在海洋監測需求的解決方案。
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