第一節 研究緣起與背景
壹、研究緣起
人們對於環境的需求隨著時代演進有所不同，在都市中人們皆希望能提升生活水 平，導致都市必須擴增居住容積，使得建築物趨向高層化，超高層建築物(建築物高度 達 25 層或 90 公尺以上者)[17]、大型購物商場或地下街商場等特殊建築物，日益增多，
為了使建築物容積提升，內部的設計也趨向了複雜化的趨勢，樓層間的逃生也變得更 為複雜，以超高層建築為例，除面積廣闊、使用性複雜、開口通道眾多等內部使用因 素外，一旦發生火災，易造成延燒快速、高溫、高熱與濃煙聚積等危險，皆考驗著消 防部門的應變能力，且當火災發生時，濃煙密布、光線昏暗且四處人影竄動，導致避 難者恐慌不安，且因室內設計動向複雜，逃生時往往只能依靠固定式逃生標示作為逃 生依據，若火勢或囤積物堵塞了出口，避難者不僅失去了逃生的黃金時間，也有可能 會造成更多的人員傷亡。
有鑑於此，內政部建築研究所在民國 101 年「結合行動通訊之智慧型主動預警及 避難導引系統研究」之研究，利用無線感測器網路的特性開發一室內安全監控以及緊 急逃生系統，運用無線感測網路提供環境資訊 (如溫度、濕度、照度等)，結合無線射 頻系統進行室內人員定位標示。透過持續監控環境資訊，偵測是否有火災事件發生，
並標定火源及危險區域。當火災事件發生時，即時主動將火災警報傳送至手持行動裝 置 App，並且利用發展成功的分流逃生演算技術，依不同人員的位置規劃逃生導引路 線，傳遞至人員的行動手持裝置上，導引人員避難。
但考量手機關機、遺落或其他無法使用智慧型行動裝置等問題，內政部建築研究 所在民國 102 年「電子火災逃生指示地圖與避難引導系統研究」之研究，延續 101 年 的計畫加以改良，將導引模式由智慧型手機轉移至電子看板，延續運用無線方式感測 環境與無線射頻技術進行人員定位與環境感知，並提升導引規劃演算法，能依照人群
多寡、出口擁擠程度與出口狀況做判斷，運用分流概念將人群以不同出口作導引來降 低出口負擔。
但鑒於多次專家學者提出的建議與研究，發現運用無線射頻技術定位人員位置，
並非為最佳選擇，原因在於人員不會主動配戴，且考量到百貨與商場，要求消費者入 場配戴，不僅花費成本，也無法被大眾所接受，因此，本研究將既有的成果做整合外，
並加入與以往不同的閉路監控系統作為室內人流定位基礎並結合逃生引導規劃演算法，
在緊急時刻運用數位電子看板與智慧型手機導引來建置一套智慧型結合影像技術避難 引導系統。
一、閉路監控系統
閉路監控系統(Closed-Circuit Television; CCTV)[2] 是指在特定地區進行視訊傳輸，
常運用於監控人員出入、固定區域監控、環境安全或人群流量控管等，目前已有許多 大樓與百貨公司會在環境中架設攝影機並與系統連線做環境監控與維安控管，將錄製 之資訊以影片檔案之方式(如：avi、wmv、mp4…等)儲存，以利後續方便調閱查證。
人流計數上有許多應用，例如常常在百貨公司或賣場外面所看到的容留管制系統，
容留管制系統會在出入口裝設計數器，經由計算進出的人數，統計出目前館內人數，
以便做空間人數容留控管，其目的是為了維護館內的服務品質及顧客安全，並了解在 何時才會為百貨最大收入來源。有鑑於此，本研究希望能將監控人群之數據納入逃生 演算法之計算數據之一，運用閉路數位攝影機之特性，針對固定區域中所拍攝的影像 計算建築物中各區域內的人數，不僅解決人群不會在非特定場合攜帶電子標籤，也能 夠了解環境中相對應狀況，以立在火災發生時能夠全權掌握環境內所有資訊。
若於百貨商場運用此方法不僅能將資訊提供給業者作為該區域的業績考量，也能 使業者自行了解百貨商場內哪些區域須是顧客最喜歡的，哪些區域須要改進，使得商 場之營運更為成長。
二、智慧型行動裝置
智慧型行動裝置(Smartphone)，隨著時代的進步，已在人們的生活中開始普及，其 功能上從單一的話筒功能發展至今，早已成為一台個人化的智慧型微電腦，不僅能運
用智慧型手機查詢相關資訊、還能隨時隨地接收從各地傳來的訊息。
目前市面上的智慧手機所運作的嵌入系統為 iOS 與 Android 系統為主，其 Android 開發性又高於 iOS，且應用軟體開發費用又遠比 iOS 低上許多，若想製作個人化或自 行開發應用程式，也不須透過複雜手續及可測試，因此智慧型手機的功能也相對得越 來越多，使得現在的智慧型手機早已超越了多年前的家庭主機，且台灣 Vpon 也針對 2013 年台灣行動市場提出一份報告指出[18]，全台有 1,270 萬隻不同的智慧型手機連 線到 Vpon 行動廣告，且每個月遞送廣告量高達 15 億，由此可見得手機已成為人們生 活中的一環。
三、數位電子看板
數位電子看板(Digital Signage)[23]已逐漸與建築物融為一體，在一般住宅大樓中，
管理員已運用數位電子看板將公告資訊傳遞給住戶，不僅大量減少紙張的開銷，也無 須擔心資訊過期或資訊錯誤無法更換的問題，在百貨上也有許多商家將電子看板運用 在廣告上面，不僅能夠運用亮麗生動的畫面吸引消費者，也可以隨著季節變換或是新 產品的推出更換廣告內容，不須再運用傳統的人形立板作為奪目的標誌，也大大減少 耗材的開銷，且根據研究機構 iSuppli 預估，全球數位電子看板市場從 2005 年至 2010 年，平均每年得成長幅度達到三成的高成長幅度，到 2011 年時，數位電子看板市場規 模已達到 146 億美元，而用於室內設施的數位電子看板全球市場規模占 75 億美元。
但市面上大多得數位電子看板皆以封閉式的方式運作，所以擴充性與實用性並未 想像中的大，大多數商家都是額外連接撥放器或電腦做撥放的動作，而本研究所提出 的數位電子看板是結合開發度與高彈性的 Android 嵌入式系統，並搭配無線網路 (Wireless Netwrok) 使電子看板能夠做無線溝通提升可用彈性。
四、無線感測網路
無線感測網路(Wireless Sensor Network, WSN)，是由許多分散於環境中的自動感測 節點所組成的一種無線通訊計算機網路，經常被使用於監控、感測環境改變或是物理 狀態(如：溫度、照度、濕度、壓力、二氧化碳、汙染物等)，在造價上比起其他無線感 測器相對便宜，因此在一般企業也有許多運用將 WSN 納入其中。
無線感測網路最初起源於戰場上的監測等軍事方面的應用，用於偵測敵方環境資 訊，於天空大量釋放，將感測器布滿敵軍領地，即可獲得敵軍環境資訊，經過多年發 展應用後，現今已被普遍使用於許多不同的領域，在生活上例如：環境及生態監控、
智慧住宅、安全照護…等，在環境感測上也有許多應用，就如同偵測敵方技術一樣如：
地質偵測、環境變化感知、橋梁位移偵測，水位偵測等。
WSN 可分為獨立型電源與外接式電源兩種，獨立式電源為使用水銀電池做為電力 來源，多為運用偵測大環境感知，或需要埋於土中等等，可透過靭體撰寫使得 WSN 可 以分批被喚醒，如此可使環境感知時間拉長；外接式電源多為感測某個特定地點如：
公共場所環境等，因不需要特別去移動，其原因在於希望 WSN 能長時間監控環境。
五、無線射頻輔助定位技術
無線射頻技術(Radio-frequency identification;RFID)，是一種透過無線電頻率的電磁 場與相同頻率的標籤做溝通，運用在人們的生活中也不計其數，如：悠遊卡、門禁卡、
物流監控….等。
在室內中運用可自供給電源之 RFID 主動式標籤，使環境中部分人群能由監控系 統了解人員所在狀況，運用訊號強弱方式定位出人員所在之位置，只需透過讀取器、
主動式標籤、中介軟體等並搭配適當之演算法即可定位出較為精確的定位結果，其應 用上可做為室內人員監控、人員控管與避難逃生等，在室內定位優於 GPS 定位之精準 度，在環境中能使工作人員或服務人員配帶，在中央監控時即可給予該配帶主動式標 籤之工作人員協助其他人員逃離。
六、避難引導規劃演算法
當大型建築物發生緊急危難事件需要進行人員疏散時，如何讓人群以最快的時間 並且安全有效率的逃離災害現場，大幅減少人員傷亡是本計畫首要解決的問題。演算 法的目的在有效且及時的將大樓內部的人往逃生出口導引，以人員安全為最優先考量，
並使用分群的概念將避難者分為不同的群體並分開導引在遠離火源的同時以最有效率 的路徑前進以漸少逃生時出口及路徑的負擔。以安全且有效率的路徑將人員往出口導 引，讓人群可以在最短時間內安全的離開火場。
本避難逃生演算法延續去年「電子火災逃生指示地圖與避難引導系統研究」所提 出之逃生演算法，以結合宏觀 (Macroscopic) 以及微觀 (Microscopic) 兩種概念的方式，
導引人群避開火源的同時也考慮人群之間可能造成的推擠、踐踏等問題。於演算法設 計中考慮了溫度、人群密度、逃生路徑是否有足夠的光源及距離火源遠近等條件作為 逃生路線規劃時的判斷條件，在演算法運算時首先考慮各區域中人群的密度避免區域 的人群密度過高造成危險以及依照不同的判斷條件做出相對應的路徑更改，並將同一
導引人群避開火源的同時也考慮人群之間可能造成的推擠、踐踏等問題。於演算法設 計中考慮了溫度、人群密度、逃生路徑是否有足夠的光源及距離火源遠近等條件作為 逃生路線規劃時的判斷條件，在演算法運算時首先考慮各區域中人群的密度避免區域 的人群密度過高造成危險以及依照不同的判斷條件做出相對應的路徑更改，並將同一