中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

壹、研究緣起
台灣由於地狹人稠，都會區提供居住用地有限，因此山坡地社區比例極高。然而由於地質條件不良且面臨日益頻仍之極端降雨，坡地社區中的邊坡監測自動化為提供在地化預警的重要方法之一。由於預警所需的管理值建立需要長期的觀測以取得相關數據，因此監測儀器的耐久性與穩定性相當重要。社區中除了自然邊坡外，人工擋土設施中，地錨是常見提供穩固的方法，其工作荷重的變化相當重要，但相關之監測並不常見於坡地社區。建研所近年以坡地社區智慧防災系統研發為中心，已陸續完成自然邊坡與整合型一般人工邊坡智能感測器，本年度計畫除再加入預力地錨監測功能外，亦宜針對選定之坡面進行數值分析，以了解監測邊坡可能之破壞機制，並進一步提出可能之哀全監測管理值，以供未來本系統推動與應用之參考。
貳、方法與過程
基於前期計畫「山坡地社區智慧防災系統精進－人工邊坡智能感測器研發與雲端系統擴充應用」成果，已研發人工邊坡之智能感測器，本年度除致力改善人工邊坡智能感測器之耐候性外，為降低通訊成本與提高穩定性，改採用較為通用之NB-IOT進行訊號傳輸，另外針對常見之既有地錨邊坡進行檢測與維護外，並挑選其中具代表性之地錨進行揚起試驗與荷重監測，並提出制定安全管理值之方法。最後透過上述成果，作為推廣說明會之題材，以供社區居民、產業界、公部門與學界交流討論之題材，進一步促成商轉目的。
本(108)年度研究計畫具體目標如下：
一、強化與擴充前期開發之智能感測器：以建研所已研發之適合於一般社區人工與自然邊坡使用之整合型智能感測器為藍本，該智能感測器之最大特色為以高剛性之不銹鋼盒保護通訊元件、感測記錄模組與電源模組等，達到高耐候性之要求。當外蓋罩上後則相當低調，不亦引發居民關注，以免遭受破壞。另一特色為感測紀錄模組可持續擴充，因此今年度預期可順利將雨量計、水位計與地錨荷重計納入，並提升「防水與通風」之需求，故共包含雨量計、雙軸向傾斜儀、裂縫量測應變計、水位計與地錨荷重計等，透過地功耗無線傳輸模組進行連結，並佈設於示範山坡地社區中人工邊坡牆面進行監測。
二、地錨擋土牆檢測、監測與防蝕：於坡地社區邊坡選擇一既有地錨擋土牆，透過地錨設計資料與揚起試驗了解其設計荷重與殘餘荷重。經敲開錨頭進行目視或揚起試驗之地錨，使用目前業界最新穎之除鏽防蝕工法進行自由段錨腱與錨頭之保護。選定一支具有代表性之地錨以揚起試驗取得既存工作荷重資料後，裝設地錨荷重計，進行地錨荷重變化量監測。
三、研究低功率廣域網路傳輸方式於坡地監測之適用性，並整合物聯網系統至現有的感測器標準：新發展的低耗能長距離廣域無線網路技術(Low Power Wide Area Network, LPWAN)，包含LoRa、Sigfox、NB-IoT、Weightless等無線通信技術皆已逐漸成熟，全球的物聯網與通訊廠商也積極廣設各種跨域或獨立的LPWAN基地台，將長距離、高覆蓋率、低功耗、低成本優勢與高端傳感器和智慧裝置結合，開始提供相關創新服務。因此，如能透過此新一代萬物聯網概念 (Internet of Things, IoT)並透過LPWAN通訊技術加以實證，將可大幅擴展物聯網的應用情境，包含應用於各種生活需求，改善生活環境。低功耗廣域網路專為機器對機器(M2M)應用而設計，這些應用通常對應偏遠地區需求，由於偏遠地區數據傳輸率相對較低，需要較長的電池續航時間，以及可長期在無人看管的情況下運行。對未來進行防災業務而言相當重要，特別是人力無法時常到達之處。本研究將探討目前最常用之LoRa與NB-IoT技術在本示範場址應用之可行性與可能遭遇之困難。
四、於既有監測井設置自動化水位或水壓監測系統並建置一自動化雨量監測系統：地層中超額孔隙水壓之消長為邊坡穩定之主要因素之一，故掌握地下水頭之變化為邊坡監測之重要課題，因此本研究規劃於既有之水位觀測井安裝全自動連續自記式水壓計。影響地下水位或水壓變化最大的來源之一即為降雨，而現行常用之防災預警管理值為累積降雨量。因此結合雨量與水壓的監測，為重點監測項目。
五、整合監測數據至建研所防災資訊平台：本監測系統為整合場域即時監測資料以及提供使用者端簡潔且具有防災意義性的場域資訊，以視覺化呈現人工邊坡即時監測數據，讓社區民眾能直觀地掌握邊坡各監測狀況。
六、辦理社區說明會，並針對完成之自動化監測系統研題推廣應用機制與途逕：於計畫後其辦理，以此宣導此系統，並提升民眾之山坡地社區自主防災觀念，落實防災即時化、在地化以及效率化。
參、重要成果
一、強化與擴充前期開發之智能感測器
前期計劃案成功整合各感測器至一個箱體內，除可節省現場建置成本外，也可降低維護與巡檢成本。而耐候性與擴充性在本年度獲得驗證，可穩定執行監測工作，且不至於過度顯眼。本年度示範社區雖然已經有工程治理且自辦委託人工定期巡檢，但是頻率為半年一次，對於事件掌握相當有限，更無法提供即時預警功能。特別是颱風豪雨事件發生時之監測數據取得相當有限，透過本研究研發之強化整合型感測器即可解決此問題。本案採用之感測器為市售成熟之產品，皆可符合監測需求順利作動，然而由於試驗期間未發生重大颱風豪雨事件，精度與耐候性仍需後續監測成果方能評估。
二、低功耗傳輸系統建置方面
本案為改良過去採用之Weightness傳輸方式，本年度經過比較LoRa與NB-IoT兩種通訊方式後，採用較為容易架設之NB-IoT通訊技術於本研究。該技術已廣為應用於都會區之精密廠房中，然而應用於野外防災監測之案例仍在起步中，從建置至今已經遭遇各種不同之問題，包括供電、漏失率與韌體調整等。目前已確認可順利通訊，但漏失率部分需透過電信商一同合作處理改善，團隊已著手進行因應處理。
三、地錨擋土牆檢測與監測方面
地錨擋土牆的地錨品質與既存荷重檢測在國內發生林肯大郡、國道3號滑坡事件後，在公路邊坡施作相當密集，然而在坡地社區施作之案例卻相當少。探究其原因不外乎社區居民對於身家所在周遭之地錨類擋土設施並不熟悉，或因不知聯繫專業檢測人員之管道，或自主出資檢測費用意願低落等，導致地錨品質持續劣化卻未被發現而失去除鏽防蝕保護的時機，縱使後期發現，可能剩餘之功能或既存荷重已相當低落。因此大量推廣費用與品質能兼顧之地錨擋土牆檢測與監測方法，為本研究案重要成果之一。以本年度示範試區而言，已願意出資進行相關作業。
四、山坡地社區智慧防災監控平台建置方面
本平台以開源程式建立，提供使用者整合的場域即時監測資料以及簡潔且具有防災意義性的場域資訊。首先透過人工邊坡監測物聯網監測資料庫接收場域資料，如本案於示範社區的整合型感測器，同時亦建立與本場域相關資料。此外為讓本整合平台能提供使用者端更多元的服務，亦介接防救災相關公開資料，如氣象局即時雨量以及國家災害防救科技中心公開示警訊息。且此平台已連結納入本所105年「山坡地社區建築管理履歷資料庫平台」，以利應用。
五、山坡地社區智慧防災系統應用推廣說明會方面
本計畫於民國108年09月01日與108年10月08日於位於新北市新店區之示範社區辦山坡地社區智慧防災系統應用推廣說明會。除了向山坡地社區居民說明與推廣山坡地社區邊坡監測的重要性與導入智慧防災即時監測系統的有效性，提升邊坡災害預防及應變作為，並了解山坡地社區居民對於此系統之看法及其需求藉此進行精進，且此次說明會參與之居民、里長、里民、業界代表與專家學者皆對於此抱持強烈興趣也相當認同其必要性。
肆、主要建議事項
建議一：邊坡監測系統成效驗證：立即可行建議
主辦機關：內政部建築研究所
建研所歷年主辦多項關於坡地社區自然邊坡、人工邊坡等監測設備與系統之研發，以及相關監測管理值之推估方法，並以示範社區進行驗證示範工作。然而因為尚未遭遇足夠規模之天災事件以驗證各種監測器之管理值，且可能因類似試驗造成社區居民之疑慮，因此建議未來相關參數取得與管理值驗證試驗，可考慮選擇於無保全對象之擋土設施或空地以模型試驗進行。
建議二：地錨擋土牆巡檢、維護與宣導裝設監測系統：中長期建議
主辦機關：直轄市、各縣(市)政府
協辦機關：內政部營建署
坡地社區經常採用背拉式地錨擋土牆作為爭取用地之方式，雖然目前新建坡地社區對於監測邊坡之規範，然而既有坡地社區之擋土設施監測則無； 由於既有坡地社區中傳統地錨之服務現況(包含鏽蝕情況、既存荷重)無法 由外觀或居民自主巡檢得知，勢必得透過專業技術團隊執行外觀檢視、揚起試驗、除蝕防鏽、荷重監測等工作。目前各地方政府主管單位已在執行年度例行性之相關社區邊坡巡檢作業，因此建議各地方政府主管單位協助宣導啟發社區居民自主尋求專業協助之相關意識。
建議三：人工邊坡智能防災系統商轉應用：中長期建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：各保險商業同業公會、各公寓大廈管理維護商業同業公會
邊坡社區之擋土設施可由本研究研發之相關檢監系統進行長期邊坡監測作業，以提供坡地社區啟動擋土設施維護與更新進行、或防災避難之參考依據。然而這些研發成果仍需推廣與商轉之單位。建議保險業者與物業管理業者可推出應用坡地社區整合性監測之相關商品。設計該產品所需要之大量坡地社區災害生命財損報告，建請內政部營建署於保險業者與物業管理業者提出需求時提供相關資料。

Hillside residential communities in Taiwan are threatened by landslide disasters caused by extreme rainfall events, thus the forecasting and warning system based on automation monitoring system on slopes is crucial for the communities. To accumulate huge amount of monitoring data to establish the Slope Management Forewarning Value, the durability and stability of monitoring devices is the key components. Most of slopes with artificial retaining structures are protected by anchors, however the working load of the anchors are rarely monitored. This study aims to integrate a monitoring unit for pre-stressed anchors into the intelligent monitoring system for artificial slopes developed by ABRI. Numerical simulations on the selected slope will be conducted to investigate possible failure mechanism. A complete monitoring package for landslide disaster forecasting and warning system is developed and used in promoting the automation monitoring services for hillside residential communities.