研究方法與步驟

水貯集系統操作，提高社區(建築)自主防災能力，提前針對豪大雨進行減災操作，

減少都市淹水損失。近年來，透過開放性網路共同協作平台及時運作與及時訊息 傳輸網路的建置等智慧防災技術已成為國際趨勢。故善用無線感測技術、雲端運 算、大數據分析及降雨預警通報機制，建立社區智慧雨洪管理物聯網，提升洪災 預防與應變的機能，使社區雨洪管理朝向智慧化。未來可以將社區智慧雨洪管理 物聯網層級，逐步提升至區域層級，再往上擴充到縣市政府層級的智慧雨洪管理。

有鑑於前述都市雨洪管理的發展趨勢，建築物雨水貯集系統係為未來都市水 資源控制與管理的一個重要項目，如何增進雨水貯集系統對於都市防洪及管理層 面之效益，針對系統精進的創新設計及巨量相關資訊連結實屬必然，故藉本次科 技計畫｢建築與城鄉安全防災韌性科技發展計畫(二)｣作｢智慧雨水貯集系統在建 築物雨洪管理及操作模擬研究｣，其成果可做為未來都市雨洪管理之重要範疇。

第 二 節

爰引內政部建築研究所協同研究計畫需求說明研究內容，將研究案之工作項 目如下：

研究內容初步之7 項研究內容，研究案之工作項目如下：

1. 蒐集分析國內外物聯網通訊系統之案例及相關軟體發展現況；

2. 彙整國內外降雨預報及防災預警方式之相關文獻；

3. 建築物雨水貯集系統智慧化之互聯網路相關設備及其資訊蒐集，並進行 設備型式探討及遴選之建議，以及系統架構之設計；

4. 研提智慧雨水貯集系統使用端(如：民眾、維護管理端等)之需求項目及相 關內容；

5. 探討降雨致災因子進而研擬建築物雨水貯集系統之防災預警及雨水排放 操作機制(如：排放時機、排放量等)，建立雨水貯集系統之智慧物聯網操 作管理模擬模式；

6. 利用預報或預警資訊連結實際降雨進行系統模式模擬及修正檢討；

7. 綜整上述成果進行示範案例遴選、程序規劃與模式模擬操作。

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以下則依據工作項目分述採用之研究方法：

壹、彙整分析國內外物聯網通訊系統之案例及相關軟體發展現況

本計畫擬收集國內外物聯網通訊之系統架構與相關案例，以及應用軟體發展 之現況進行探討，其研究方法概述如下：

1. 文獻收集—透過國內外期刊與研究發表之文獻、相關案例及國內外相關 廠商型錄或廠商提供的相關資訊進行蒐集彙整，以及物聯網路相關軟體 發展的現況作探討，並研究分析雨水貯集系統整合智慧物聯網的操作應 用之方法，其雨水貯集系統之物聯網通訊控制系統架構如圖1-1 示意。

2. 專家、產業技術諮詢及調查－主要針對國內不同型式之建築物雨水貯集 滯洪設施案例之運作情形、遭遇困難、滯洪排水操作情況及智慧物聯網 整合相關技術之建議事項等進行專家諮詢並邀請專家參與座談會。

圖1-1、雨水貯集系統之物聯網通訊控制系統架構示意圖 (資料來源：本研究蒐集彙整)

貳、彙整國內外降雨預報及防災預警方式之相關文獻

1. 文獻收集—透過國內外期刊與研究發表之文獻、相關計劃案研究成果進 行蒐集彙整，以及蒐集中央氣象局開放平台定量降雨預報格點資料，其 定量降水預報說明如圖1-2 所示。

2. 資料分析－針對文獻及相關資料進行初步彙整，探討國內外各種降雨預

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報及防災預警方式對於後續智慧化雨水貯集系統整合之適用性及優缺點 等，並藉由歷史資料歸納，為考量降雨強度、累積雨量與桶槽滯洪效益 的關係，訂定桶槽雨量警戒值，依據排放等級給定警戒燈號，以作為後 續智慧物聯網雨水貯集操作管理系統之參考依據。

3. 專家技術諮詢及調查－主要針對國內外降雨預報及防災預警方式實際使 用情形與資訊連結面臨的問題，以及智慧物聯網整合相關技術之建議事 項等進行專家諮詢並邀請專家參與座談會。

圖1-2、中央氣象局正式發布定量降水預報說明圖 (資料來源：中央氣象局)

參、建築物雨水貯集系統智慧化之互聯網路相關設備及其資訊蒐集，並進行設 備型式探討及遴選之建議，以及系統架構之設計

智慧雨洪管理系統於物聯網在概念上可分為三層架構，由底層至上層分別為 感測層、網路層與應用服務層。本研究針對建築物雨水貯集系統智慧化之互聯網 路相關設備進行蒐集並對其規格、型式、相容性及適用性等進行彙整分類，各層 架構說明及其運用的設備可分述如下：

1. 感測層－主要用來識別、感測與控制當下最末端的各種狀態，例如:流量、

水位、雨量、抽水量…等，接著，這些資料定期會經由感測裝置上的通 訊晶片，利用有線傳輸或感測區域網路的天線與無線存取點傳遞至現場 控制器或電腦設備，透過水位、流量警報系統，及遠端或現場的控制，

有效的立即進行抽、排水之控制。其運用的相關設備，如：水位計(壓力

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理人員及民眾，除了可以進行人為的判斷及操作，必要時也可進行緊急 疏散通知，提高突發事件的反應速度和處理能力。此層面乃將所有數據 整合模擬後，依使用者需求作適當的修正設計，呈現出有效的資訊成果，

以達到監控管理的目的。其運用的相關設備與資訊呈現方式，如：平面 顯示板、LED 顯示器、手機 App 程式、網路服務平台…等。

(a) (b)

圖 1-4、應用設備示意圖 (a)平面顯示板 (b) LED 顯示器 (資料來源：本研究蒐集彙整)

肆、研提智慧雨水貯集系統使用端(如：民眾、維護管理端等)之需求項目及相 關內容

本研究將研提智慧化雨水貯集系統使用端之需求項目及相關內容，初步分為 民眾使用端及維護管理端兩個部分，依其需求項目及相關內容說明如下：

1. 民眾使用端－主要係透過智慧化雨水貯集系統使用端介面增加大眾對雨 水貯集系統及都市水資源管理之認知。主要需呈現的項目包含即時雨水 貯集量(即時水位資訊)、雨水用水量、自來水補給量、水質資訊、降雨預 警資訊、計畫排水量等。

2. 維護管理端－主要係便於後端維護管理使用。主要需呈現除上述項目外，

還包含系統設備數據資訊、資料傳輸錯誤警示、歷史數據統計資料庫、

參數設定與校正等；如為區域性的維護管理端需各監測設備的定位地圖 與大數據資料庫等。

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圖1-5、智慧化雨水貯集系統使用端介面示意圖 (資料來源：本研究蒐集彙整)

伍、探討降雨致災因子進而研擬建築物雨水貯集系統之防災預警及雨水排放操 作機制(如：排放時機、排放量等)，建立雨水貯集系統之智慧物聯網操作 管理模擬模式

1. 探討降雨致災因子

根據 102 年經濟部水利署水利規劃試驗所研究指出降雨致災因子最主 要為短延時強降雨（佔 35%，其中颱風 25%，未達颱風等級者為 10%），其次 為夏季對流雨（27%），而鋒面雨（19%）居第三。本研究將探討分析各種降雨 型態與降雨量，提出主要致災因子，如：高洪峰流量，並藉由雨水貯集系統 雨水排放操作機制尋求解決之方法。

2. 防災預警及雨水排放操作機制

依排水量需求選擇適合的幫浦裝設於雨水貯集系統之貯水槽，可於透過 預警系統在降雨前將貯水槽內的水預先抽排出，保留空間作為滯洪空間，待 每場暴雨過後而進行宣洩，可大幅降低建築物造成的雨水逕流體積。本研究 擬藉案例模擬在降雨事件前透過降雨預報或預警資訊連結，使幫浦抽排而預 留滯洪空間，並分析其不同操作時機與排放量之差異，使雨水貯水槽抽排機 制可於每場降雨前進行針對性降雨的滯洪空間預留操作，預計可獲得更佳的 滯洪功效。

本研究防災預警係透過降雨預報或預警方式而進行資料運算，訂定雨水

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排放操作機制，並結合物聯網及雲端運算技術作資訊連結及操作指令，本研 究考慮降雨預測及預警方法說明如下：

(1) 定量降雨預報－擬透過定量降雨預報格點資料取得，嘗試藉由水利署 與荷蘭合作開發 FEWS_Taiwan 平台將資料轉換成所需資訊，提供多 維度時間序列資料展示、分析處理功能。

(2) 灰色預測－擬透過灰色系統預測模式作為短延時降雨之預測方式。灰 色系統預測模式之主要特性為系統的運作中含有不完整之訊息或不 確定之因素，即可視為「灰色系統」，灰色系統理論（Grey System theory）發展於 1982 年，灰色預報模型具備少量數據建模之優點，

非常適合應用來建立雨量預報模式。

(3) 降雨預警－擬透過歷史資料歸納，為考量降雨強度、累積雨量與桶槽 滯洪效益的關係，分析降雨特性，找出短、長時間累積雨量對於桶槽 水量抽排的影響，訂定桶槽雨量門檻值，依據排放等級給定警戒燈號 其預警顯示方式如圖 1-6 示意。

圖1-6、智慧化雨水貯集系統防災預警燈號示意圖 (資料來源：本研究蒐集彙整)

3. 雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置規劃

本研究雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置整體規劃流 程包含預報資料轉換輸入、研擬操作模式、檢討修正、研提使用端介面及 示範區操作模擬等，其工作項目說明及流程如圖 1-7 所示。

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圖1-7、雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置規劃流程圖 (資料來源：本研究蒐集彙整)

陸、示範案例遴選、程序規劃與模式模擬操作

透過雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置成果，遴選示範案例 進行智慧化雨水貯集系統設置之程序規劃，包含設施設備遴選建議及流程架構規

透過雨水貯集系統之智慧物聯網操作管理模擬模式建置成果，遴選示範案例 進行智慧化雨水貯集系統設置之程序規劃，包含設施設備遴選建議及流程架構規