本期主題:空氣品質感測物聯網

發行人 :蔡俊鴻

本期主編:張順欽

總編輯 :秦靜如

       

       

106年12月

全方位環境感測結合社群工具之時空軌跡應用

黃妤婕、李子川 / 宸訊科技股份有限公司協理、專案經理

摘要

  本文闡述本公司承攬行政院環境保護署(以下簡稱環保署)「圖資中心維運暨智慧環境應用計畫」執行成果,因應環境感測網推進進程,初探民眾環境感知能力、導入民眾外包,環保署推出應用服務提供民眾分享資料、紀錄生活軌跡,以回饋個人化環境服務與行動提醒。技術將地理空間技術與環境感測技術結合,作為環保署發展公民感測應用基礎,利用社群工具分享心情貼文,本年度亦規劃個人旅程應用服務,藉由現有社群網絡工具提供服務、快速分享;環保署亦將運用數據分析工具分析裝置使用服務時的時空路徑與環境數據,初步試辦結果發現當環境品質較惡劣時、使用者分享數量趨勢略增,使用熱門時段為民眾外出休憩時間,服務使用者雖多位於都會區、關注環境分享貼文者則散布於鄉鎮地區。未來年度擬持續透過服務擴充與分析數據累積,整合感測網、空間圖資擴展更多應用服務,如交通規劃建議、宜居住所或朋友圈互動、建議會面點等。

一、前言

  環境監測資訊與生活息息相關,例如環境污染、農業天氣變化或是生態棲地變化等,普羅大眾最有感的是天氣與空氣,這樣的監測資訊需要最即時、也涉及個人主觀感受與生理狀況。環保署長期執行的環境監測業務,目前我國空氣品質測站設立狀況,環保署設立76個國家級測站、連同直轄市政府26站、特殊性工業區所設35站、大型事業近70站。主要分布六大都會區,如高雄市、新北市、桃園市及臺中市等多數工業區所在縣市均有10個以上的測站資源。即時監測資訊需要校正和專業解釋,或藉由模式推估預測以公開資訊予全民,然而今日民眾對於環境品質資訊需求要求越來越高,冀求能更貼身、因地制宜。現有的監測站點密度能提供氣候服務的時空解析度,因此發展行動監測工具與活動執行是一可彌補此時空解析度不足的監測方式,以量取勝、精度較低的方式獲取大量廣布的資訊。

  開啟手機打開Google Map輸入地址或點選一個想去的地方,立即出現從所在位置出發的路線導引 (“Getting from here to there.”),空間描述是一種語言、共同的溝通方式,再加入時間與空間形塑構各種生活空間與其延伸事實。時序即將進入2020, Gartner預測將有260億感測器,搭配技術個人化智慧裝置使用,環保署除了擬定執行全方位環境品質感測發展及建置計畫,在本年度也搭配圖資中心維運暨智慧環境應用計畫,透過行動應用程式開發作為,導入Citizen as Sensors 概念。

  現今社會群眾透過行動裝置作為資訊載體,補足空間特性、資訊流與資訊關係人資訊,產生某地發生事故會打卡留言行為。本計畫利用民眾平日使用的資訊展示工具,也是民眾參與體現之一,同時可應用在環境管理面向。今日智慧行動裝置取得的GPS位置資料為了解人群移動的一個重要資訊來源,民眾通勤為典型代表一個人行程起終點與移動時間。透過民眾自願生產帶有環境訊息的空間資料時,有助於了解感知周邊發生的事情,透過時空間群聚分析軌跡資料發掘有意義的事件 (Andrienko et al., 2011),這些資料產生分析可以使民眾、決策者能更為理解環境,後續進而應用、並加入經營管理策略參考依據。

空品感測器數量金字塔
圖1. 空品感測器數量金字塔

  永續發展目標下,環境品質提升為環境規劃重要一環,公共空間,以公園、廣場、街道、河岸、機能用途如停車場;街道則依通行者區分為人行道、自行車道或徒步區;各種活動空間遭受的環境污染狀況差異頗大。2016年美國哥倫比亞大學一項為期五年計畫為探究單車族通勤過程暴露的污染程度,包含個人健康指標測量等偵測、透過實驗將建立紐約市街道尺度的污染地圖,提供外出單車族選擇較少污染的路徑應用服務。前行政院院長張善政 (2017)「智慧治理」論壇演說指出創造應用情境並導入民眾參與的基因,如手機安裝監測器回傳環境數據,是創造民眾有感的智慧城市作為;未來開發嵌入行動裝置的小型環境監測器,讓每個人成為移動式監測器,即時數據傳回雲端,結合空間圖資分析,讓民眾隨時了解自身的環境。

二、方法

  物聯網以各種方式利用「物件」收集的資訊,有利於了解使用者行為、服務或改善產品,環保署將利用群眾外包力量,以民眾參與為核心,讓服務對象成為幫政府蒐集數據的提供者,並將數據加值與轉化成對日常生活有感的服務;本年度將提出環境Plus概念,空品心情功能提供民眾管道抒發己身對於環境現象感受,而記錄個人環境軌跡則是透過全方位環境感測資料蒐集,提供民眾健康資訊,覺察日常生活中的環境風險。前述設計皆是運用民眾黏著度的社群工具作為媒介、分析使用者對於環境感受與行動。

  智慧環境感測網的資料導入與應用

  除了環保署既有各類環境監測資料,台灣現有微型感測器如LASS,起初由創客(Maker)自行發起,組織民眾與專家實作、提供開放資料API。而環保署為了擴大環境感測網密度,鼓勵公民參與,在生活環境佈建空氣感測器,這些個人感測器讓民眾擁有監測其呼吸到的空氣的能力。本年度環保署持續開發新型感測器,能以其他傳輸方式將即時資料上傳於「環境即時通」可查閱相關即時資訊。

  透過電子地圖服務和感測數據結合在一起,以手機作為社群互動載具,結合環境監測資訊查詢服務(由上到下)、提供民眾互動提供個人環境感受訊息(由下到上);藉由雙方資訊流通、企圖提供給大眾更精準的環境監測情況。

研究資料框架
圖2. 研究資料框架

  本研究探討問題:

  一、區位與活動關係 不同的空間型態所產生活動型態不相同。

  二、時段與活動關係 不同時段活動型態和使用情形、族群不相同。

  初步以活動(動作)型態做為分類的依據,後續為探求實質空間感受描述或空間型態差異分析,包括探求居住環境的污染情況?哪些地方與時段需要避免外出? 與民眾切身相關行動指引有關的等等問題。空品心情的活動型態可區分運動類型、通勤方式、空品防範與遊憩行為;而個人環境分析未來設計可區分室內外、戶外運動類別及使用交通工具方式,再加入個人基本資料分析環境品質暴露程度,環保署嘗試將集合時空異質性資料,未來提供對應之個人化智慧服務與大數據技術,加值應用後輔助服務使用者做決策,例如提供使用者推薦路徑規劃、或是建議可前往的活動地點。

STD-clusters (Space, Time, Direction)  of m-events 軌跡示意圖
圖3. STD-clusters (Space, Time, Direction) of m-events 軌跡示意圖

  三、案例

  環保署開發產品-「環境即時通」主要使用者位於都會區,106年度推出空品心情分享功能,民眾透過社群工具分享照片於地圖與Facebook動態牆,體現群眾外包(Crowd Sourcing)--- 「民眾即感測器(citizen as sensors) 」,精神,企圖探究民眾所描述的環境感受與實際空間使用關聯。

  空品心情貼文使用者由北自南、東擴散,夏季來臨較少人分享、AQI指標平均也較好,都會區民眾分享與AQI指標變化無相關。目前執行發現位於台中市、屏東縣與嘉義縣使用者貼文與AQI指標較相關,北高兩市使用者與AQI指標無正相關,推測可能都市微環境變化因子多變。

空品分享與AQI空間關係(逐月變化)(2017/03-2017/06)
圖4. 空品分享與AQI空間關係(逐月變化)(2017/03-2017/06)

  推展至今,使用現象為貼文分享時北中南都會區為主,當AQI指標不佳時、中南部使用者分享機率較高。負面心情時AQI指標常是橘色提醒等級,中南部民眾分享則多是負面心情,北部都會區則混合不同心情等級。周二至周五時空品心情分享時AQI指標較低;而當AQI指標較高時、心情指數較低。周末晚間心情愉悅程度高,周四較無感於環境變化;周末使用者活動類型則較集中於休憩活動,推測與環境即時通使用者逾七成多落在25-44歲青壯年男性有關。

空品分享貼文與AQI指標空間分布(2017/03-2017/06)
圖5. 空品分享貼文與AQI指標空間分布(2017/03-2017/06)
空品分享數量與AQI關係(周間變化) (2017/03-2017/06)
圖6. 空品分享數量與AQI關係(周間變化) (2017/03-2017/06)
周間心情分享時活動類型
圖7. 周間心情分享時活動類型
周間心情分享變化
圖8. 周間心情分享變化
AQI指標與心情關係圖
圖9. AQI指標與心情關係圖

  個人環境分析

  環保署利用「環境即時通」作為應用服務平台,加入第三方社群驗證工具,使用者可自主開啟紀錄軌跡。持續記錄位置,採用環保署國家級測站 AQI 數值,並使用環保署空品推估濃度模式面化,每日提供呼吸旅程報告,結合地理運算技術,持續記錄使用者移動軌跡、空間運算後繪製使用者整日暴露於不同分級污染的時間比例,凸顯不同時空的數值變化。未來可利用微型感測器空污資料,配合個人移動資料,估算個人空污暴露情形。

使用者時空軌跡示意(某日12-16時)
圖10. 使用者時空軌跡示意(某日12-16時)
使用者連續三天活動軌跡示意
圖11. 使用者連續三天活動軌跡示意

  以三維散布圖(圖 10)呈現使用者一日時空路徑,多數固定於同一位置,估計於室內活動居多;而散布圖(圖 11)可知使用者連續數日於小區域固定活動;未來推出的服務將依據使用者自行設定使用情境,提供對應分析數據,個人化服務報告將隨著使用者社群驗證紀錄,同時環保署服務亦會提供網頁版,便利民眾探索區域暴露的環境品質狀況。

  四、結論

  環保署近年發展「環境即時通」成為民眾必需之生活應用服務,安裝人次於106年度6月超過31萬、使用者遍布全球,台灣則集中於都會區,使用者分布生活圈型態多元,使用時間主要在出門前、行進時。本研究探討區位與活動關係,結果顯示隨著地景地物愈複雜、微環境尺度變數多時,民眾感受與大氣環境監測數值相關程度較低,然而不同的空間型態所產生活動型態不相同。時段與活動類型,明顯反映民眾生活行為,符合平日與假日活動型態,熱門查詢時段與分享時段不同、周末心情指數較好。然而使用族群特性依地域不相同,使用頻度依序台中、台北、高雄,而中南部較為關注空氣品質不佳時給予回饋,持續性回饋使用者曾出現於高屏地區,前述現象描述性分析與發現,後續擴大資料蒐集服務可參考;終極目標,欲透過服務使用者分享資料蒐集環境大數據,與環保署環境監測資料與進階分析資訊結合,轉化為環境感知或行動參考服務民眾。

  未來將持續精進空間型態差異的分析與使用文字分析探勘,由社群分享文字訊息來獲取有用的資訊,例如預測微環境變化、災情分析和輿論趨勢等,也為地理資訊研究帶來不同視野;此外,運用數據分析工具持續滾動分析、並給予服務使用者回饋,包括行動建議、生活行為或是朋友圈通知與互動促進等效益。另個人環境暴露計算服務限制,在於所需軌跡資訊,使用者會有隱私權顧慮,然而使用者產生內容或透過環保署服務平台提供的數據、影像圖檔、訊息文本等內容;環保署將整合、模糊化內容提供次級資料予民眾參考,同時使用者可自主選擇是否公開顯示社群個人頭像。

  為擴大感測資料蒐集層面,將持續整合民間不同類型感測器,建立民間資料流通管道。軟體服務持續結合視覺化、空間圖像化平臺展示功能,二來建立跨單位環境感測分析數據共享機制、跨部會合作分享流通;又資料分析將成為智慧環境感測應用服務之核心,分析後所得資訊或資料產品,將做為環境永續治理的策略參考。硬體面,整合地方政府及大型公營事業機構監測網、聯合國內產業,善用各類監測設施特性差異,形成多階層的空氣品質監測體系,以利民眾掌握在地環境資訊。最後,持續以公眾需求為中心,透過社群連結促使民眾關心生活環境品質,創造資料流動的正向回饋。簡而言之,環保署以鼓勵感測器佈建與群眾分享為發展目標,創造環境感測網的最大效益、提供雙向適地化環境資訊,提升環境品質新價值。

參考文獻

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