我國與日本推動智慧家庭數據應用環境政策比較研究

我國與日本推動智慧家庭數據

應用環境政策比較研究

成果報告

內政部建築研究所自行研究報告

中華民國 108 年 11 月

(本報告內容及建議，純屬研究人員意見，不代表本機關意見)

108301070000G0055

我國與日本推動智慧家庭數據

應用環境政策比較研究

成果報告

研究人員：林谷陶

內政部建築研究所自行研究報告

中華民國 108 年 12 月

(本報告內容及建議，純屬研究人員意見，不代表本機關意見)

ARCHITECTURE AND BUILDING RESEARCH INSTITUTE,

MINISTRY OF THE INTERIOR

RESEARCH PROJECT REPORT

A Comparative Study between Taiwan and Japan

Promoting Smart House Data Application

Environment Policy

BY

KU-TAO LIN

目 次

目次 ………

V

表次 ……… VⅡ

圖次 ………

IX

摘要 ………

XI

第一章 緒 論………

1

第一節 研究緣起與背景………

1

第二節 研究目的………

1

第三節 研究內容與方法………

1

第二章 文獻探討………

3

第一節 智慧建築發展的背景………

4

第二節 智慧建築應用科技………

6

第三節 智慧城市、社區與家庭………

9

第四節 大數據與雲端運算技術概述………

13

第三章 日本智慧家庭發展政策與環境………

23

第一節 日本智慧家庭推動過程………

24

第二節 日本建設業者對 AI 和 IoT 先進科技的認知……

27

第三節 日本經產省智慧家庭實證計畫………

30

第四節 日本智慧家庭大數據應用環境整備………

35

第五節 日本國土交通省下一代住宅類型評選…………

53

第四章 我國智慧家庭數據應用環境政策與整備………

59

第一節 我國近年來智慧生活的政策規劃………

59

第二節 我國智慧家庭數據應用環境規劃及整備情形…

67

第五章 結論與建議………

81

第一節 結論………

81

第二節 建議………

83

附錄一 108 年度自行研究期初審查會議紀錄………

85

附錄二 108 年度自行研究期中審查會議紀錄………

87

附錄三 108 年度自行研究期末審查會議紀錄………

89

參考文獻 ………

91

表 次

表 2-1 大數據的計量單位………

14

表 2-2 雲端運算技術及相關說明………

20

表 2-3 大數據與雲端運算的關係………

20

表 3-1 日本經濟產業省有關智慧住宅示範政策重點規劃……

27

表 3-2 使用 AI 和 IoT 等新技術帶來的變化……… 28

表 3-3 ECHONET Lite 設備定義控制命令種類……… 38

表 3-4 智慧家庭數據目錄項目列表………

45

表 3-5 智慧家庭數據目錄操作基本要求………

45

表 3-6 數據品質評估手法彙整表………

48

表 3-7 個人數據利用同意書確認與範本整理………

51

圖 次

圖 1-1 研究流程 ………

2

圖 2-1 物聯網架構及關鍵技術………

3

圖 2-2 智慧城市、社區技術、建築應用關聯架構………

8

圖 2-3 SeeClickFix 311 社區民眾網路報修 APP……… 11

圖 2-4 智慧家庭示意圖………

12

圖 2-5 大數據的六大特徵………

16

圖 2-6 Hadoop 生態圈……… 19

圖 3-1 超智慧社會(社會 5.0)服務平台………

24

圖 3-2 日本智慧住宅示範計畫關聯架構圖………

25

圖 3-3 日本智慧住宅示範計畫檢討報告………

26

圖 3-4 日本智慧住宅相關數據活用環境整備推進事業整體構

想圖………

31

圖 3-5 大和房屋資訊基礎設施開發架構………

32

圖 3-6 積水建設雲端資訊系統架構圖………

33

圖 3-7 日立公司產品生命週期相關服務系統圖………

33

圖 3-8 日本經產省 2018 智慧生活實際驗證事業組織圖……… 35

圖 3-9 日本智慧家庭的構成………

38

圖 3-10 零耗能住宅 ZEH 示意圖……… 39

圖 3-11 數據目錄應用架構與基本構造………

40

圖 3-12 智慧家庭數據目錄的定義………

41

圖 3-13 智慧家庭數據目錄的必要性………

42

圖 3-14 智慧家庭數據目錄擴大市場應用的實現………

43

圖 3-15 智慧家庭數據目錄通用化優點………

43

圖 3-16 智慧家居數據目錄的結構圖………

44

圖 3-17 智慧家居數據目錄的說明………

44

圖 3-18 智慧家庭數據目錄使用步驟圖………

46

圖 3-19 智慧家庭數據品質確保依據分析圖………

47

圖 3-20 數據目錄運用、管理基本方針概念圖……… 50

圖 3-21 生活空間之網路實際空間融合促進補助機制………

52

圖 3-22 健康生活住宅的意象………

55

圖 3-23 芙蓉發展健康管理使用介面………

56

圖 3-24 尿布處理機配置及設備構造示意圖………

57

圖 3-25 護理機構尿布處理流程系統圖………

57

圖 4-1 IT 產業典範轉移•資料為王……… 60

圖 4-2 接軌國際通訊標準完善行動加值服務環境………

61

圖 4-3 先進國家已積極布局兆位元級(Gbps)寬頻網路服務…

62

圖 4-4 我國建設寬頻網路服務建設願景、主軸及目標………

62

圖 4-5 行政院推動物聯網及人工智慧科技導入各項產業……

63

圖 4-6 行政院推動物聯網及人工智慧科技導入各項產業……

64

圖 4-7 台灣 AI 行動計畫實證場域與資料開放應用示意圖…… 65

圖 4-8 智慧家庭網路通訊架構圖………

70

圖 4-9 HNA 初始設定流程圖……… 70

圖 4-10 新竹小城既有建築物智慧改善內容………

74

圖 4-11 新店上河圖既有建築物智慧改善內容………

75

圖 4-12 台中北屯金鑽集合住宅智慧化改善內容………

76

圖 4-13 追求環境效率的智慧綠建築 蘭潭靜園………

76

圖 4-14 台灣受恩遠距居家照護智慧化規劃內容 ………

77

圖 4-15 台灣受恩遠距居家照護場域定位照護機制 …………

78

圖 4-16 設置智慧化居住空間展示中心 ………

78

圖 4-17 智慧化居住空間整合應用人工智慧科技發展推廣計

畫預估可實現之目標………

79

摘 要

關鍵詞：智慧建築、智慧家庭、大數據

隨著人工智慧(AI)、大數據分析、雲端運算、物聯網(IoT)、5G 行動通訊 等數位科技的發展，創新科技已逐漸改變整個世界樣貌，促成全球產業格局的 翻新，實質改變社會運作面貌，驅動政府公共治理發展創新。因此，為構思如 何應用在智慧化居住空間中產生大量數據進行分析，提升智慧化的程度。本研 究收集我國發展歷程相似的日本，並收集我國推動智慧家庭現況以先進科技提 升(AIOoT)發展過程中，相關部會擬定之政策及產官學合作的模式為何，與日 本進行比對分析，提出本所推動智慧家庭研發與推動的方向、策略與建議課 題。探討其智慧家庭相關數據應用發展背景、過程及政策，以借鏡推動經驗。 日本發展智慧家庭發展之初，主要簽訂係簽訂京都議定書《聯合國氣候變 化綱要公約》之後注重節能減碳，並隨著無線通訊網路發展，努力重點為無所 不在智慧城市； 2009 年左右開始注重推動城市的細胞智慧社區與智慧家庭， 尤其重點以住宅內部利用 HEMS 系統進行電力可視化數據的節能減碳措施，以此 平台為基礎結合日本各大廠商開發智慧家庭電氣產品。意圖利用"家庭"與"生活 "結合產出所有數據發展相關新興服務。 日本智慧家庭及大數據應用環境的整備情形，主要是由日本政府以及各大 產業、企業部門形成集團，進行場域示範驗證共同為日本「智慧社會 5.0」的 目標而努力。並早已獲得共識採取開放的態度訂定 ECHONET Lite 並成為國際標 準，讓每家公司在此目前國際大廠上的平台基礎上，提供更精進更有效率的雲 端服務；最近則以去中心化數據資料庫觀念，訂定智慧家庭數據目錄，作為媒 介智慧家庭數據應用之媒合平台，在保障數據庫安全及隱私前提之下，促進產 業創新發展。 我國政策面構想與日本推動情形類似，但目前僅止於技術面思考發想，智 慧家庭發展主軸並不明確，應該效法日本推動智慧家庭數據應用，結合建築、 家電與 ICT 業者進行智慧家庭數據應用實證探討。因此主要建議如下： 立即可行建議：

建議一：針對智慧建築、智慧家庭持續探討，提出數據分析所需資料格式、儲 存，提出符合開放、共享之機制建議，並發想在建築產業應用大數據 可能之智慧經濟情境與模式。 建議二：鼓勵於智慧化居住空間相關場域中推廣或研究，環境中各種建築設備、 感知設備，利用物聯網、互聯網之數據蒐集，利用雲端儲存運算結合、 人工智慧預測分析，回饋控制，以建議更具效益的管理模式及技術。 建議三：持續關注與大數據科技相關之互聯網、物聯網、雲端運算、人工智慧 或借鑒其他產業最新應用科技(如區塊鏈)等，探討智慧化居住空間可 能之應用，提出未來發展方向、策略及研究課題。 長期建議： 建議一：持續擴大研訂符合國際標準之智慧家庭裝置互連協定之範圍與內容， 並參考日本作法探討建立智慧家庭數據目錄。 建議二：持續爭取政府預算經費，投入公有建築物智慧化改善，且鼓勵進一步 朝向大數據、人工智慧之分析應用；此外，並可參考日本結合產官學 研機制，積極補助產業或私有建築業者投入進行實際場域示範驗證。

Abstract

Keywords: Intelligent Building、smart home、big data

With the development of digital technologies such as artificial intelligence (AI), big data analysis, cloud computing, the Internet of Things (IoT), and 5G mobile communications, innovative technologies have gradually changed the appearance of the entire world, promoted the refurbishment of the global industrial landscape, and substantially changed society. Operational appearance, driving the development and innovation of government public governance. Therefore, in order to conceive how to generate a large amount of data for analysis in the intelligent living space for analysis, improve the degree of intelligence. This study collects Japan, which has a similar development history in Taiwan, and collects information on the policies and models of industry-government-academic cooperation that the relevant ministries will formulate in the process of promoting the state of smart homes in China with advanced technology upgrade (AIoT). Put forward the directions, strategies and suggestions for promoting the smart home R & D and promotion. Discuss the background, process, and policy of its smart home-related data application development, and use it to promote experience.

At the beginning of the development of Japan's smart home, it was mainly signed after signing the Kyoto Protocol's “United Nations Framework Convention on Climate Change” and focusing on energy conservation and carbon reduction. With the development of wireless communication networks, efforts were focused on ubiquitous smart cities; around 2009, we began to focus on promoting urban Cell Smart Communities and Smart Homes, especially focus on energy-saving and carbon-reduction measures of electricity visualization data using the HEMS system inside the house, and use this platform as a basis to develop smart home electrical products in conjunction with major Japanese manufacturers. The intention is to use "family" and "life" to produce all data to develop related emerging services.

The development of the Japanese smart home and big data application environment is mainly formed by the Japanese government and major industries and corporate departments, which conduct field demonstration verification and work together for the goal of Japan's "Smart Society 5.0". And it has already gained consensus to adopt an open attitude to set ECHONET Lite and become an international standard, allowing each company to provide more sophisticated and efficient cloud services based on the platform of the current international manufacturer; recently, it has decentralized data The concept of database, setting up a smart home data directory, as a media platform for media smart home data applications, and promoting industrial innovation and development under the premise of ensuring database security and privacy.

第一章 緒 論

第一節 研究緣起與背景

隨著人工智慧(AI)、大數據分析、雲端運算、物聯網(IoT)、5G 行動通訊 等數位科技的發展，創新科技已逐漸改變整個世界樣貌，促成全球產業格局的 翻新，實質改變社會運作面貌，驅動政府公共治理發展創新。面對新興科技浪 潮，本所歷年推動智慧建築也因應此一趨勢推動「智慧化居住空間整合應用人 工智慧發展推廣計畫」，同樣構思如何應用在智慧化居住空間中產生大量數據 進行分析，提升智慧化的程度。 以往智慧居住空間中家庭部分智慧化程度不高，遑論取得各種服務及設備 所得數據進行分析應用。因此擬收集我國發展歷程相似的日本，其智慧家庭相 關發展背景、過程及政策，以借鏡推動經驗。

第二節 研究目的

了解日本推動智慧家庭智慧化設備與服務內容應用的現況與需求，以及數 據應用相關人工智慧(AI)、大數據分析、雲端運算、物聯網(IoT)、5G 行動通 訊等數位科技發展環境的建構情形。 收集我國推動智慧家庭現況以先進科技提升(AIOoT)發展過程中，相關部 會擬定之政策及產官學合作的模式為何，與日本進行比對分析，提出本所推動 智慧家庭研發與推動的方向、策略與建議課題。

第三節 研究內容與方法

本研究首先搜尋文獻，回顧國內外有關智慧建築、智慧家庭及大數據相關 政策標準相關期刊論文、報告，分析可供參考的推廣做法。

圖 1.1 研究流程圖 資料來源：本研究繪製

緣起目的

文獻探討

案例分析

分析探討

緣起背景

結論建議

需求服務

政策訂定

發展現況

第二章 文獻探討

隨著物聯網、人工智慧、大數據雲端計科技的不斷進步，全世界各先進以 及發展中國家莫不將發展智慧國家與智慧城市，視為全新產業發展、政府治理 以及各方面生活服務提升的努力方向。其中智慧建築早已被視為智慧城市的關 鍵節點。 智慧建築早期發展主要聚焦辦公建築類，當然智慧社區、住宅設備導入智 慧化也持續進行；而隨著社會人口與環境變遷，前述先進科技領域都關注到國 家與社會最基本的單元—家庭，希望能為智慧家庭的安全、節能、便利、健 康、娛樂等各方面需求，從科技上帶來了全新的思維與服務。 由於人工智慧、物聯網技術和雲端運算技術的進步與實用化，家庭住宅中 的階段，對每個物品都可以進行標識[1]，整體架構及關鍵技術如下圖 2-1 所 示。 圖 2-1 物聯網架構及關鍵技術 資料來源：原圖出自張志勇及陳正昌,《物物相聯的龐大網路—物聯網》,科學 月刊；本圖擷取自許志義等，《物聯網對商用建築節能措施之影響分 析》, 臺灣能源期刊第五卷第一期,2018。

(1)物：一切與家居相關的物體，包括電器、物品、食物等，都可以通過 RFID、 IPv6、二維碼等方式進行標識，形成唯一的編碼，成為智慧家庭的主體。 (2)感知：智慧家庭的物要求能夠感知環境、感知人，智慧家庭的產品也應該 具備感知功能，例如溫度、濕度感應、紅外感應、微波感應等。 (3)無線技術：智慧家庭將不再依賴於複雜的整合和佈線，無線技術的應用， 例如 WiFi、藍牙、ZigBee、電子載波等，使得智慧家庭產品變得即插即 用。 (4)溝通和對話：人與物、物與物的溝通將變得不再困難，隨著行動互聯網的 快速發展，智慧手機、平板電腦等便攜式電子設備成為人們的得力助手， 通過他們，人與物的溝通變得更簡約。 在以上各項人、物、環境之間的互動過程中，產生無數各式各樣的海量數 據；再從大數據平所捜集到使用者行為的資訊，彙整分析並做出決策，提供使 用者需求客製化的服務，還可能根據使用者習慣進行精準的業務操作和智慧創 新服務推薦。 本章將先就智慧建築發展背景摘要敘述，再就智慧建築現代先進科技進行 探討，最後回歸研究主題智慧家庭相關議題進行分析說明。 第一節 智慧建築發展的背景 人類文明幾千年的發展歷史，都與建築相關，從早期庇護的生存功能，逐 步演進各種功能化、儀式化的建築。從狩獵、農耕，而後隨著工業化的技術發 展，建築規模的擴大，以及生存環境和生存條件的功能擴展，建築物內裝置的 設備也越來越多；更隨著進入 20 世紀的通訊，及 21 世紀網路的資通訊發展， 也讓對建築物的各種設備互動及管理需求越來越迫切與複雜，資訊不僅成為社 會生產的重要資源，而且現代科技的應用逐漸成為人們日常生活的一部分。作 為現代科技與建築產業的結合，智慧建築已在全世界如火如荼的蓬勃發展。 一般來說，初期所謂智慧建築是以建築為平台，包含了建築設備管理、辦 公自動化及資通信網路等系統，集結構、系統、服務、管理及各子系統之間的

善建築物服務功能及提升生活居住品質外，同時隨著科技、社會與環境的發展 議題，智慧建築的發展也呼應結合了加強環境保護，與環境、社會、經濟可持 續性發展的要求；此外，資通訊尤其網路技術的爆炸性發展，更引起吾人生活 與工作上的的巨大變化，這一切都已持續反應到建築設計觀念和建築智慧化的 實踐中。 總結來說，智慧建築已成為資通訊等先進科技產業的整合應用平台，三十 年來獲得全世界已開發及開發中國家及地區的競相投入的發展，其技術、社會 與經濟背景為： (1) 社會背景 目前社會已經從物質交流的社會發展到資訊交流的社會，知識、資訊已經 成為越來越重要的資源，因此，人們對於生活的主要場域—建築物的功能要求 發生了巨大變化。人們對居住、學習、工作、休閒娛樂等等空間環境的要求越 來越高，在要求可靠、高效的通訊服務的同時，又希望居住環境安全、健康、 便利、舒適而且節能。 為了滿足人類需求不斷的要求，建築物的功能也必須不斷的提升，從初期 的各種自動化管理和服務設備導入應用於建築物內，而人工無法隨著充分發揮 這些先進設備的管理與效能之下，社會的需要促進了傳統建築自動化朝向智慧 建築而轉變，更同時也對人性化、環境與經濟永續有了更深入的體認與提升。 (2) 技術背景 智慧建築的發展是隨著資通訊科技發展的結果。近 20 年來，電腦與通信 科技發展迅速，在各行各業領域內，不論生活與工作都已從常用的語音通訊， 升級為現代化資訊通信需求，實現了圖文、語音視訊及多媒體資訊的寬頻傳 輸；傳統大樓設備的控制技術，則發展成為電腦分散式控制，集中管理的集散 型系統；而電腦相關的網路、數位、多媒體應用科技等已滲透廣泛應用於建築 產業的生產、經營、管理等過程。 現在各國都在爭建自己的資訊高速網路，而其中最重要的資訊網路節點— 建築物也必然要滿足各方面主客觀的要求。其中在智慧建築中的應用，包括建 立互聯網網路的基礎，良好的人機互動界面以處理多維資訊能力。在技術上，

發展的重點是可視化技術、虛擬技術和協同工作技術，這些必須密切結合應用 需求，強調優化的系統整合[2]。此外，隨著智慧化控制技術之感測器、物聯 網和大數據與人工智慧進一步導入的發展與應用，將進一步提高智慧化的控制 能力，節能效果更加顯著，舒適便利將更貼近人性化需求。 (3) 經濟背景 在現代化的今天，世界經濟區域集團化趨勢日益顯現，各國經濟逐步納人 世界經濟體系，資金、商品、人才和技術的國際化流動正在加速。世界經濟由 總量增長型向質量效益型轉化，產業結構也向知識集約型與高增值型轉變 [2]。因此，智慧建築在以現代高科技為基礎，知識、技術的密集形式將有較 高的應用產值，不僅提高了建築產業的技術水準，還能推動相關產業結構現代 化，讓建築產業的得到進一步的發展。

第二節 智慧建築應用科技

根據 2008 年，IBM 提出了"智慧地球"的概念，其中"Smart Building"即是 "智慧城市"是其組成部分之一，主要指 3I，即度量(Instrumented)、聯通 (Interconnected)、智慧(Intelligent)，目標是落實到公司的"解決方案"， 如智慧的交通、醫療、政府服務、監控、電網、水務等項目；其中特別指出， 智慧建築是為了適應資訊時代，資訊技術、通信技術和控制技術的快速發展和 在人們對建築物的高效化管理和舒適性控制以及多功能化的要求下應運而生的 [3]。換句話說，城市與社區導入智慧化的概念，是結合智慧建築的基礎，擴 充結合智慧社區、城市的智慧化技術架構與服務應用來加以探討。其實國外推 展智慧城市，就定義而言城市與社區幾乎不分，差別只在範圍大小而已；而推 動的步驟，更不可能一開始就從整個城市開始，更多案例是從城市中的一個區 段、園區、社區，乃至於其中一個治理項目，如智慧交通、智慧觀光、智慧水 治理等開始導入智慧化的應用。[4] 建築物智慧化的技術發展，從建築物內的智慧化系統上而言，可從傳統上 的各設備子系統縱向的自動控制應用，發展到各子系統間的聯動和優化的系統 整合；而技術上最後則是，所有建築物智慧化的系統整合平台再與建築物使用

功能的系統，例如體育館的賽事系統、住宅社區的管理維護功能進一步的結 合、整合。 世界上智慧建築的發展趨勢，除了上述技術與功能面向外，為了有效的將 智慧建築與綠色環保相結合，成為可持續性發展觀念中的重要組成，讓資通訊 和智慧化的技術系統，對於設備、系統更新有了相容性與適應性得到進一步的 認同與發展，將使建築物智慧化更為普及並帶動相關產業的快速發展。例如空 調、照明產品與系統智慧化程度的成熟與提升，將是各種產業發展與銷售的新 動能。 此外，智慧建築發展趨勢還有以下幾項技術特點： 1.科技化的智慧建築建設方法 建築工程具有規模大、工作複雜的特點。智慧化建築的建設和設計同樣也 是一項系統的工程，需要有科技化的建設方法；除了需要有智慧化導入需求分 析的需求工程技術[5]外，對系統的設計、設備的安裝和測試都要有相對應的 技術與對策。 2.開放式的智慧化建築構造 智慧化建築系統是一個動態的系統，建築物一般生命週期在 50 年以上， 而建築物內部的系統與設備一般保證期限為 5 年，而智慧型的硬體和軟體的保 證期限可能只有 2 年。因此，除了智慧型的設備的耐用性提升外，更重要的是 必須要求智慧建築要能方便對智慧型系統與設備的保養維護，而系統更要不斷 的適用與接納新的科技和技術發展所產出的產品，及時的更新設備。因此，在 建築物的構造與結構，以及智慧型產品與系統都要注重並結合開放式的觀念與 技術。[6] 3.廣泛使用多種先進科技 智慧建築、社區是城市的核心驅動力，應該透過高度的城市資訊化來滿足 城市管理和創新發展的需求，成為智慧城市推動實體的基礎設施並與資訊基礎 設施相互融合，成為城市智慧化的基礎；賡續發展的是以物聯網、互聯網等新 一代資訊通信技術在城市經濟社會環境發展各領域的充分運用為主軸，再利用 大數據、雲端技術，甚至是機器學習、人工智慧，以極大化開發、整合和利用

各類城市數據、資訊資源，為民眾、企業和社會提供及時、互動、效率的資訊 服務，以全面提升城市規劃發展能力、城市公共設施水準、增強城市公共服務 能力、激發城市既有產業活力並帶動新興產業的發展。具體而言，可以目前以 物聯網三層架構為核心的觀念解釋，就是結合互聯網技術、雲端運算概念如圖 2-2 所示，包括三層：感知層、傳輸層、應用層；資訊技術、雲端運算二平台 及垂直的資訊安全保障體系、資訊開放標準二支柱。[4] 圖 2-2 智慧城市、社區技術、建築應用關聯架構 資料來源：林谷陶，《永續智慧社區創新實證場域應用科技與查核機制之探討》，2017， 內政部建築研究所。 4.智慧建築的軟體和協定建立 智慧建築體現著一個非常廣泛的資通訊環境，在這個環境裡一個主幹網可 能要與大量的子網交織在一起，而且設備運行參數範圍大。此外，隨著 ISDN 和 BISDN 的快速滲入，我們有許多外部的網路協議與智慧化建築的網路接 口。所以如何定義一個智慧建築通訊協議以處理智慧化建築物所有內部的、外 部的接口需要，確實是一個重要的課題。[7] 雲端運算平台 大數據分析技術、人工智慧、 服務網路模式、分散式網路科 技、即時定位 資 訊 相 關 規 範 、 開 放 標 準 資 訊 安 全 保 障 體 系 感知層 傳輸層 應用層 外網、內網；固定、 無線；Bluetooth、Wi-Fi/GSM、CMDA (2G/ 3G/4G..) 公共安全 智慧交通 智慧醫療 智慧建築 智慧教育 智慧觀光 水資源 智慧治理 智慧經濟 RFID、智慧卡讀寫器 手機、攝影機 各式感測器 感知對象 道路、橋梁 路燈、溝井 人、智慧家電 建築、社區 車輛、貨物 溫度、濕度 氧氣、CO2 PM2.5、VOCs 光、音、氣壓 力、磁、影像 ………… 遊客 市民 各種網路 商家 操作 執法 管理者 電信網、有線電視 網、電腦網路；光 纖、銅纜、衛星； 現場匯流排 Bacnet、ModBus、Profibus... 監控 運算 傳輸 感測 服務對象 資訊技術平台 資料倉儲、資料挖掘 決策資源系統、BIM、 地理資訊系統、 虛擬實境、人機介面 PLC DDC、致動器

第三節 智慧城市、社區與家庭

智慧城市有賴於人類社區及建築、創新生態系統、數位基礎設施和電子化 服務之間的協同運作網路，從而實現更高的問題解決和資源效率的實踐。這種 城市典範的特點還在持續的轉型，這種轉變是由創新生態系統、寬頻網路和資 訊科技的變化所促動。 城市在成長期和衰退期間發生變化。在成長的時期，通過增加和擴大工業 區、商場、大學、港口、中央商業區、文化設施、住宅區等建築和基礎設施的 引入而改變；在經濟衰退時期，通過重組或關閉製造區、造船廠、火車站、碼 頭和退化地區。 在智慧城市的範例中，主要藉由區域更新和復興，通過開發和採用更創新 的營運方式、降低能源和水的使用、在無形經濟中產生更少的浪費、面對全球 競爭變得更加開放與高效，並通過全球化的獲利解決方案等來加以改變。城市 所有分區(中央商業區；住宅、商業、工業、教育和休閒)、基礎設施和公用事 業(交通、能源、建築、水和廢物)等都受益於創新和資訊科技的聯合部署。因 此公民、組織和政府透過科技的利用發展了創新的作為，確實可實現了減少二 氧化碳、低環境足跡、節能、可持續交通等競爭力和可持續性的目標。

一、智慧社區與智慧家庭

社區就是在一定地域內發生社會活動和社會關係，有特定的生活方式並具 有成員歸屬感的人群所組成的相對獨立的社會生活共同體。在我國，典型社區 就是城市住宅社區和鄉村地區的村落。下面以城市社區為例闡述智慧社區。 1.內涵和特點 社區是城市功能區域，家庭住宅是城市的細胞，因此智慧社區與家庭是智 慧城市的重要組成部分。智慧社區是指管理和服務智慧化水準較高的社區。與 傳統社區相比，智慧社區具有如下特點： (1)自動化：在智慧社區中，各類設施的自動化程度較高。例如，採用 RFID 技術的社區感應卡，在住戶進出社區、單元門時，能夠自動感應並開啟大 門； 樓道燈具有紅外感應功能，住戶晚上上下樓時自動開啟。

(2)整合化：在智慧社區中，相關設施之間可以相互通信，進行聯動。例如， 當傳感器感知有人翻牆時，立即啟動報警系統。甚至調轉視訊監控攝影機 進行人臉識別功能，紀錄定發送保全及派出所。 (3)智慧化：在智慧社區中，資訊系統的智慧化程度較高。例如，在社區安全 防災領域，社區門禁系統、視訊監控系統可以識別人臉；在社區住戶服務 方面，可以根據某個住戶的個人情況推送資訊，提醒其辦理，例如繳費， 領取掛號信包裹等事務。 發展智慧社區，有利於提高社區管理水準，創新社會管理方式；有利於社 區住戶服務的水準的提高，使社區更宜居；有利於豐富社區住戶的生活，創和 諧社區。 2.新一代資訊技術在智慧社區及住戶中的應用 (1) 物聯網技術 在智慧社區中，物聯網技術可以應用於社區安全防災、自動抄表、環境監 測等領域。對社區而言，單一的視訊監控已經無法滿足業主對安全防護的需 求。採用物聯網技術建立社區邊界安全防護系統，通過振動傳感器進行目標分 類探測，並結合多種傳感器組成協同感知的網路，實現全新的多點融合和協同 感知，可對入侵目標和入侵行為進行有效分類和高精度區域定位。採用智慧化 的水錶、電錶、瓦斯表，可以根據需要自動將讀數發送到水、電和瓦斯等供應 機構，減少人工抄表所需的人員、時間等。通過在社區放置一系列的傳感器， 可以實時感知社區的大氣污染物(如 PM2.5)、溫度、濕度、有害氣體等，為社 區及住戶提供警示資訊。 (2) 雲端運算技術 在智慧社區中，雲端運算技術可以應用於社區管理、住戶娛樂等領域。隨 著社區物業或設施管理建設的深入，社區管理服務系統逐步向基層延伸。社區 管理是典型的基層電子政務，是提高社區管理和住戶服務水準的重要手段。社 區物業管理服務公司採用雲端運算技術，可將所有與社區有關的資訊系統都可 以運行在社區雲平台上，提高管理效率和服務質量。電信、廣播及有線電視等

營運業者可以通過"雲端電視"為住戶提供視訊、音頻、網路遊戲等客製化點播 服務，豐富社區住戶的休閒娛樂需求。 (3) 行動互聯網技術 在智慧社區及家庭中，行動互聯網可以應用於社區資訊推播服務、電子支 付等領域。利用移動智慧終端，社區住戶可以在網上辦理有關事務，尋找家政 服務。利用手機的移動支付功能，可以交納社區管理費、水費、電費、瓦斯費 等。 此外，例如國外 SeeClickFix 是一個手機應用程序(如圖 2-3 所示)，社區 及住戶還能夠通過智慧手機報告他們發現的問題，如發現城市或地區公共設施 損壞、道路存在坑洞、亂倒垃圾等。所有的投訴對社區及住戶都是可見的，而 區域或社區的其他住戶可以投票贊同，表示確實存在這一問題。華盛頓和舊金 山已把 SeeClickFix 合併為他們的 311 資訊服務程序中。SeeClickFk 可以自動 生成問題報告，並將這些報告以電子郵件的形式發送給當地政府相關部門。 SeeClickFix 有助於讓地方政府有關部門發掘一些自身可能難以發現或註意到 的問題，讓本地住戶參與社會治理。 圖 2-3 SeeClickFix 311 社區民眾網路報修 APP 資料來源：https://seeclickfix.com/

二、智慧家庭

所謂智慧家庭，就是指通過智慧化程度較高的家電、家具等家居環境，過 上高度數字化生活的家庭。智慧家庭是未來家庭的發展方向，是滿足廣大人民 不斷提高的物質、文化生活需要的必然要求。 從應用領域來看，智慧家庭包括智慧客廳、智慧臥室、智慧廚房、智慧衛 生間、智慧健身房、智慧書房等如圖 2-4 所示。 圖 2-4 智慧家庭示意圖 資料來源： http://newjust.masterlink.com.tw/HotProduct/HTML 智慧家庭 -MoneyDJ 理財網 物聯網技術是智慧家庭的核心技術。利用物聯網技術，智慧家庭系統可以 感知住戶每個人的需求，並自動服務；從具體設備來看，智慧家庭由一系列智 慧家居產品和中央控制器構成，其中智慧家居產品包括智慧冰箱、智慧空調、 智慧洗衣機、高解析度互動電視、體感遊戲設備、智慧家具等。 1.智慧家電 智慧家電就是微處理器和電腦技術引入家電設備後形成的家電產品，是具 有自動監測自身故障、自動測量、自動控制以及自動調節與遠方控制中心通信 等功能的家電設備。家電的進步，關鍵在於採用了先進控制技術，從而使家電 從一種機械式的用具變成一種具有智慧的設備。例如智慧空調，藉由室內機上 增加的感測(例如紅外線感應)裝置，可根據家人數量的多少以及人所處的位

置，調節空調風量和送風角度。又如智慧洗衣機可根據衣物多少自動添投洗衣 粉的洗衣機、智慧冰箱自動掃描存儲食物保持週期從而提前發出預警等等。 而預期未來智慧家電的三個發展方向：多工智慧化、自適應進化、網絡 化；多工智慧化是家電盡可能在其特有的工作功能中模擬多種人的智慧思維或 智慧活動的功能。自適應進化是家電根據自身狀態和外界環境自動優化工作方 式和過程的能力，這種能力使得家電在其生命週期中都能處於最有效、最節能 和最好品質的狀態。網路化的家電可以由住戶實現遠程控制，在家電之間也可 以實現互操作。物聯網家電是指能夠與互聯網連接，並且通過互聯網可對其進 行控制、管理的家電產品。 2.智慧家具 智慧家具是國內較不熟悉的一項智慧家庭應用領域，在國外係指採用現代 資訊科技技術，將各種不同類型的訊號進行實時採集，由控制器對所採集的信 號按預定程序進行記錄、邏輯判斷、反饋等處理，並將處理資訊及時上報至訊 息管理平台，可對使用者的需求做出自動反應的家具。 因此，智慧家具是傳統家具與資訊技術相結合的產物。智慧家具的新穎之 處在於運用先進技術進行功能改進，如通過置入機械傳動、傳感器、控制電 路、單晶片和嵌入式電子計算機等組件，使家具具備一定的智慧。與傳統家具 相比，智慧家具更加人性化，是家具行業的一個發展趨勢。 此外，各國因應少子化、高齡化的社會變遷，以及環境問題，莫不針對社 區與家庭內外部的智慧化需求，運用先進雲端運算平台、大數據分析等結合實 證場域進行探索與實驗，以期促進建設、家電、資通訊等各產業的整合發展、 提升生活品質及生活服務效率與節省人力資源。

第四節 大數據與雲端運算技術概述

城市、社區與住宅受到新興互聯網科技、智慧環境和使用者驅動創新的影 響。物聯網(IoT)、傳感器和智慧設備網路、嵌入式系統，語義網、使用者和 民眾的互聯網、雲端運算及大數據分析的科技趨勢，產生一種新型的城市空間 智慧，即嵌入式空間智慧。這種形式的智慧提高了以前僅僅基於 Web 科技(Web

2.0、社群媒體、群眾外包平台)的城市資訊和知識能力，並開啟了城市、社區 與住宅創新和電子化服務新的循環。 集體智慧和社群媒體是城市空間智慧能的主要驅動因素。他們提供了用來 組織市民參與創建和使用協作空間、群眾外包平台、混搭，以及其他線上參與 方式等適當科技層次的資訊。現在，轉向智慧環境和嵌入式系統提供了一種新 型的城市、社區與住宅空間智慧－嵌入式空間智慧－這有賴於傳感器、即時資 訊和隨著城市功能產生的海量數據(千兆等級以上)。[8] 所謂大數據(Big Data)是指無法在一定時間內用一般軟體工具對其內容進 行抓取、管理和處理的數據集合。隨著世界各國資訊通信建設的深入，許多政 府部門和企業積累了海量的數據資源，迫切需要利用大數據技術對這些數據資 源進行處理、分析和挖掘，提高政府行政管理和公共服務水準，以及企業的生 產經營管理效率，使海量的數據資源轉化為巨大的社會財富。

一、大數據技術概述

1.歷史背景 大數據概念最早是由美國 EMC 公司於 2011 年 5 月提出的。2011 年 6 月， 由 EMC 贊助、IDC 編制的年度數字宇 宙研究報告《從混 沌中汲取價值》 (Extracting Value from Chaos)發布。根據 IDC 過去 5 年的研究發現，全球數 據量大約每兩年翻一番；2010 年，全球數據量跨入 ZB 時代，預計到 2020 年全 球數據量將達到 35ZB。2011 年 6 月底，IBM、麥肯錫等眾多機構相繼發布了大 數據相關的研究報告。大數據的計量單位如表 2-1 所示。[9] 表 2-1 大數據的計量單位 符號 名稱 容 量 容量說明 TB 太字節 1024 GB Twitter 每天產生 7 TB 的數據，是 60 年來紐約 時報單單詞量的 2 倍 PB 拍字節 1024 TB Google 每小時處理的數據約為 1PB EB 艾字節 1024 PB 全中國每人 1 本 500 頁書的資訊量約為 1 EB ZB 澤字節 1024 EB 2011 年以前全人類的資訊量約為 1.2 ZB YB 堯字節 1024 ZB 資料來源：金江軍,《智慧城市：大數據、互聯網時代的城市治理》電子工業出版社, 北京,2016。

隨著全球資訊化的深入發展，世界各國的數據量急劇增長。據統計，全球 103-105 年內產生的數據量比以往 4 萬年產生的數據量還要多。2009 年，美國 離散型製造業的數據量達 996 PB (1PB≒106GB)，政府部門的數據量達 848 PB， 傳媒產業的數據量達 715 PB，流程型製造業的數據量達 694 PB，銀產業的數據 量達 619 PB 可見各行各業數據量之大。 隨著電子商務、物聯網、社交網路等發展，新的數據源和數據採集技術不 斷出現，使數據類型不斷增多，各種非結構化的數據增加了大數據的複雜性， 使傳統數據庫技術無法對其進行高效的分析。在互聯網時代，數據的移動已成 為資訊系統最大的開銷。資訊系統需要從"數據圍著處理器轉"轉變為"處理器 圍著數據轉"。 麥肯錫認為，大數據在為商業和消費者創造價值方面具有巨大的發展潛 力。許多產業都可以利用大數據提高市場資源配置和協調能力，減少不必要的 浪費，促進新想法和新見解的產生。大數據技術的運用對各個產業都具有重要 意義，在某些產業將產生更大的收益。雖然許多產業都呈現出大數據增長的態 勢，但不同產業的數據量有所不同，數據產生和儲存的類型也有所區別。政 府、金融、電信、互聯網、航空等產業的數據量規模較大。這些產業比其他產 業更加具有通過大數據來創造價值的潛力。例如，金融、電信產業擁有大量使 用者，通過客戶細分和自動化算法可以從利用大數據中獲取非常大的收益。互 聯網公司收集了大量的使用者在線行為數據，必將通過大數據的使用而大幅獲 益。 2.大數據的特性 大數據不僅包含了海量數據，還包含複雜類型的數據。大數據包括交易和 交互數據集在內的所有數據集，其規模或複雜程度超出了常用技術按照合理的 成本和時限捕捉、管理及處理這些數據集的能力。大數據具有如下六大特徵 (如圖 2-5 所示)：

圖 2-5 大數據的六大特徵 資料來源：本研究繪製 (1)數據容量(Volume)極大：各種設備產生的海量數據，其數據規模極為龐 大，遠大於目前互聯網上的資訊流量，PB 級別將是常態。 (2)數據差異化(Variety)程度大：各種設備、服務過程產生數據種類繁多， 在編碼方式、數據格式、應用特徵等多方面存在差異性，形成大量的異構 數據。 (3)處理速度(Velocity)快：涉及到感知、傳輸、決策、控制開放式循環的大 數據，對數據實時處理有著極高的要求。 (4)複雜度(Complexity)高：數據庫處理過持久儲存的數據不再適用於大數據 處理，需要有新的方法來滿足異構數據統一接入和實時數據處理的需求。 (5)時效性(Vitality)強：數據持續到達，並且只有在特定時間和空間中才有 意義，透過傳統數據庫查詢方式得到的"當前結果"很可能已經沒有價值。 (6)可視化(Visualization)：以上各種數據特性，已經無法單從數據本身觀 察，必須藉由可視化將讓數據科學家尋求問題以及探索數據集新特性的一 種方式。 2.關鍵技術 管理和分析大數據的關鍵技術主要包括 Big Table、商業智慧、雲端運 算、Cassandra、數據倉庫、數據集市、分佈式系統、Dynamo、GFS、Hadoop、 速度 (Velocity) 差異化 (Variety) 時效性 (Vitality) 複雜度 (Complexity) 可視化 (Visualization) 容量 (Volume) 大數據

言、結構化數據、非結構化數據、半結構化數據、SQL、流處理、可視化技術 等。 從實際應用觀點而，大數據人才大致可以分為以下三個方向[10]： (1) 偏重基建與架構的「大數據架構」：

 架構理論：關鍵字有高併發、高可用、平行運算、MapReduce、Spark

等。

 資料流程應用：關鍵字有 Flume、Fluentd、Kafka、ZMQ 等。

 儲存應用：關鍵字有 HDFS、Ceph 等。

 軟體應用：關鍵字有 Hive、HBase、Cassandra、PrestoDB 等。

 視覺化應用：關鍵字有 HightCharts、ECharts、D3、HTML5、CSS3

等。

以大數據架構專業人員而言，在上述架構理論層面、資料流程層面、儲存 層面、軟體應用層面等都需要比較深入的理解和實務應用。尤其是需要至少從 每個層面中挑選一個可以完全純熟應用的產品，然後組合成一個完整的應用情 境，在造訪強度、實作成本、功能應用層面都能滿足需求，這是一個合格的大 數據架構專業人員必須具備的最低要求。 (2) 偏重建模與分析的「大數據分析」 大數據分析的人才注重的是資料指標的建立，資料的統計，資料之間的聯 繫，資料的深度挖掘和機器學習，並利用探索性資料分析的方式得到更多的規 律、知識，或者對未來事物預測和預判的手段。以下是大數據分析關鍵技術：

 資料庫應用：關鍵字有 RDBMS、NoSQL、MySQL、Hive、Cassandra 等。

 資料加工：關鍵字有 ETL、Python 等。

 資料統計：關鍵字有統計、機率等。

 料分析：關鍵字有資料建模、資料採集、機器學習、迴歸分析、聚

類、分類、協同過濾等。

此外還有需具有專業領域的知識，才能針對專業領域的需求進行資料收集 及分析；畢竟各種產業甚至每家公司的業務形態都大有不同，只有對這些業務 形態和業務流程有了充分的理解，才能把資料分析做到融會貫通，正確建立模 型和解讀數據。 (3) 偏重應用與實作的「大數據開發」

大數據開發人才注重的是伺服器端開發、資料庫開發、呈現與視覺化、人 機互動等銜接資料載體、各層面的資料加工，以及使用者的功能實作。以下是 大數據開發研究的主要範疇：

 資料庫開發：關鍵字有 RDBMS、NoSQL、MySQL、Hive 等。

 資料流程工具開發：關鍵字有 Flume、Heka、Fluentd、Kafka、ZMQ

等。

 資料前端開發：關鍵字有 HightCharts、ECharts、JavaScript、D3、

HTML5、CSS3 等。

 資料獲取開發：關鍵字有爬蟲、分詞、自然語言學習、文字分類等。

以上三類中，大數據開發和大數據架構方向有很多技術關鍵字是重複的， 但重點不一樣。區別在於「應用」階段著重的是懂得這些這種技術能為大家提 供什麼功能，以及使用這種技術的優缺點，並擅長取捨；「開發」階段則注重 的是熟練掌握，快速實作。 3.大數據分析與雲端運算技術[9] 大數據分析技術與雲端運算技術有著內在的本質聯繫，概括來說，雲端運 算技術為大數據分析技術提供了基礎體系結構，主要關注儲存和計算資源的虛 擬化和分佈式計算架構。大數據分析技術是構建在雲端運算基礎體系結構之上 的應用層技術，是海量數據的高效分析處理算法與技術。更進一步地解釋是， 雲端運算技術相當於一個分佈式操作系統，將大量的硬體和軟體資源虛擬化之 後再進行分配使用，雲端運算思想的起源是麥卡錫在 20 世紀 60 年代提出的， 其核心理念是把計算能力作為一種像水和電一樣的公用事業提供給使用者。在 雲端運算應用領域目前領先的互聯網公司是 Amazon 公司，它為雲端運算提供 了商業化的標準，以及充滿活力的開源雲端平台 OpenStack。 OpenStack 開源雲平台主要由三部分組成，分別是 OpenStack 軟體、公有 雲與私有雲、工具與服務軟體。它之所以受到業界廣泛青睞，主要有 3 個方面 的原因：首先，OpenStack 的軟體開發週期短，數據儲存、查詢和分析速度 快，運行性能高，能快速部署應用；其次，OpenStack 的靈活性高，其外掛程 式架構允許多業內領導廠商提供專有程式，因此受到業界的廣泛支持，使

OpenStack 能與企業已有數據中心的許多組件協同工作；最後，OpenStack 遵 循開放原則，其開源社區可快速提供創新的產品和新功能。 縱觀大數據和雲端運算領域的發展歷程可以看出，目前的大數據分析技術 一直在向著近似於傳統數據庫體驗的方向發展。Hadoop 軟體架構使我們能夠 用普通機器建立能夠快速處理 TB 級數據的商業集群，從而降低了並行處理大 數據的技術和設備門檻。然而由於 MapReduce 技術的內在局限性和軟體開發複 雜性等原因，限制了 Hadoop 架構在大數據分析中的應用場景。因此不斷有各 項補充、替代技術推出，如 pig、Latin 和 Hive 分別是 Yahoo 和 Facebook 發起 的計畫。Pig 是一種編程語言，它可加載數據、表達轉換數據以及儲存最終結 果。Hive 是一種數據倉庫工具，可以把 Hadoop 下的原始結構化數據變成 Hive 中 的表 ， 從 而 為 大 數 據的 查 詢 帶 來 了 近 似於 結 構 化 查 詢 語 言 (Structured Query Language, SQL)的使用者體驗。 因此將 Hadoop 稱作架構並不準確，更多人喜歡稱 Hadoop 為生態圈，因為 它除了有計算和儲存功能外還提供了相當多的元件，來完成大數據各方面的工 作。Hadoop 生態圈的組件非常多，圖 2-6 所示為 Hadoop 1.0 環境中的生態圈 組成，爬蟲工具、叢集化儲存、工作流、資料流程、互動式腳本、NoSQL 資料 庫、資料倉庫、資料採集框架，幾乎是應有盡有[10]。 圖 2-6 Hadoop 生態圈 資料來源：高揚,衛崢,尹會生,《白話大數據與機器學習》碁峰資訊,台北,2017。

然而迄今為止，上述技術的數據處理效率上仍無法達到傳統的關聯性數據 庫的查詢效率，因此在大數據的分析查詢領域仍有很長的路要走，雲端運算技 術及相關描述見表 2-2[9]。 表 2-2 雲端運算技術及相關說明 雲端運算技術 說 明 虛擬化技術 軟硬體隔離，資源整合 雲端運算平台管理技術 大規模系統運營，快速故障檢測與恢復 MapReduce 編程模型 分佈式編程模型，用於並行處理大規模數據集的軟體架構 海量數據儲存技術 分佈式存儲方式儲存數據，冗餘儲存方式保證系統可靠 資料來源：金江軍,《智慧城市：大數據、互聯網時代的城市治理》電子工業出版社, 北京,2016。 整體而言，雲端運算技術作為底層的基礎架構，為大數據分析提供了數據 儲存、組織、查詢和分析計算的技術手段，支撐著上層的大數據分析業務。與 雲端運算技術相比，而大數據分析技術主要關注的是實時交互式的查詢效率和 分析能力，著眼於數據本身，更注重實際應用。在大數據分析領域研究數據採 集和儲存的目的是對其進行分析和挖掘，從中抽取新的模式，形成新的認識和 知識。而雲端運算技術關注的是資源虛擬化和分佈式計算技術，目的是為大數 據時代的商業應用提供基礎體系結構，實現資源的按需分配。大數據分析技術 與雲端運算技術的關係是互補的，二者的關係參見表 2-3。從大數據分析的角 度來看，二者是相輔相成的，大數據根植於雲端運算，雲端運算關鍵技術中的 海量數據儲存技術、海量數據管理技術、MapReduce 編程模型，都是大數據分 析技術的關鍵基礎。 表 2-3 大數據與雲端運算的關係 大數據 雲端運算 總體關係 雲端運算技術為大數據提供了有力的工具和途徑,大數 據分析技術為雲端運算提供了很有價值的用武之地 相同點 都是為數據儲存和處理服務，都需要佔用大量的儲存和 計算資源，因而都要用到海量儲存技術、海量數據管理 技術、MupReduce 等並行處理技術 差異點 背景 現有的數據處理技術不能勝 任社交網路和物聯網產生的 大量異構數據，但這些數據 具有很大價值 基於互聯網的服務日益豐 富和頻繁 通過互聯網更好地調用、

方面的資源和能力 對象 數據 資訊技術資源、能力和應 用 推動力量 從事數據儲存與處理的軟體 廠商和擁有大量數據的企業 生產計算及儲存設備的廠 商、擁有計算及儲存資源 的企業 帶來的價值 發現數據中的價值 節省資訊技術部署成本 資料來源：金江軍,《智慧城市：大數據、互聯網時代的城市治理》電子工業出版社, 北京,2016。

第三章 日本智慧家庭發展政策與環境

在開放式創新影響而不斷變化的創新生態環境下，以物聯網(IoT)、大數 據、機器人、人工智慧(AI)、再生醫療和腦科學等新興先進技術進展為基礎， 帶動產業經濟和社會結構發生巨大變化的新時代已經來臨，在經濟與社會認知 改變，產業結構急速變化的時代，預期藉由強化非連續性與破壞式創新，融合 網路空間與實體空間，實現社會全體最適生活與工作的新經濟社會，已經成為 世界性發展趨勢。 與德國「工業 4.0」、美國「先進製造」等專注製造業的發展策略不同， 日本為兼顧經濟發展與社會課題而率先倡議「社會 5.0」，目的在利用科技創 新發展解決日本面臨的少子老齡化、人口結構老化導致勞動力不足、能源、資 源、糧食短缺、環境問題、自然災害、安全保障等社會課題挑戰，透過物聯 網、大數據、人工智慧、機器人等第四次工業革命(「工業 4.0」)先進技術發 展為基礎，以及跨領域融合擴展應用到所有產業和社會生活中，藉由科技創新 政策方向導引與落實未來社會創造的行動方案達到日本在產業創造新價值與新 服務、生活與生存方式的改變，不僅要提升產業競爭力，還要提升生活的便利 性及解決日本當前社會存在的問題，實現以人為本的超智慧社會(社會 5.0)。 [11] 日本政府認為想要實現「社會 5.0」，應從廣泛物聯網收集的大數據進一 步分析應用、創造價值是關鍵，應致力推動人工智慧、大數據分析技術相關研 發，利用作為共同基礎功能開發的數據庫，並引導實施多個系統進行協作和數 據流通應用。重點措施：推進人工智慧、大數據分析技術發展以及不同來源數 據的綜合分析，支持透過物聯網的有效數據收集和利用來創造新價值（經濟產 業省、文部科學省負責）。促進國家和地方公共機構擁有的醫療、教育、基礎 設施關係等各種數據公開，以適合用於各種領域的機器可讀數據流通應用。此 外，為了實現個人隱私和科技創新之間的兼容性，繼續澄清處理個人資料的規 定，促進個人資料利用的基礎(內閣官房、內閣府共同負責)[11]。

圖 3-1 超智慧社會(社會 5.0)服務平台 資料來源：邱錦田,《日本實現超智慧社會(社會 5.0)之科技創新策略》, 財團法人國 家實驗研究院科技政策研究與資訊中心,2017。 https://portal.stpi.narl.org.tw/index/article/10358

第一節 日本智慧家庭推動過程

日本早從 1987 開始推動智慧建築，而在 1997 年 12 月在日本京都簽訂京都 議定書《聯合國氣候變化綱要公約》之後注重節能減碳，並隨著無線通訊網路 發展，努力重點為無所不在智慧城市； 2009 年左右開始注重推動城市的細胞

據的節能減碳措施，以此平台為基礎結合日本各大廠商開發智慧家庭電氣產 品。意圖利用"家庭"與"生活"結合產出所有數據發展相關新興服務。因此，推 動"智慧生活政策"主要負責部會主要是經濟產業省[12]。 日本推動智慧家庭各階段過程如下說明： 一、2009 年〜智慧住宅示範計畫： 日本 2009 年開始的智慧住宅示範計畫，是由住宅建商、集合住宅開發 商、能源公司等在多個實驗場域(部分，多戶住宅)進行示範實證；通過設備、 服務、天氣等優化控制區域能源創造，及消費設備、家用電器、住宅設施等， 並兼顧住戶的意圖和偏好，展示創造舒適的生活環境和降低碳排放量的環境友 善目標。 此一階段企圖在消費者控制下與社區和社會共享住宅內"資訊"的系統，是 透過能源需求和供應等此類資訊的利用為基礎，來巧妙地使用和控制能源的機 制。通過這種機制，智慧住宅得以實現上述：優化住宅/區域/廣域內的能源生 產/消耗(節能，減少二氧化碳排放，電力負荷平衡等)，並營造舒適的住房環 境及提供新的增值服務[12] 。整體架構如下圖 3-2 所示： 圖 3-2 日本智慧住宅示範計畫關聯架構圖(本研究譯釋) 資料來源：三菱總合研究所 平田直次,《スマートホームからスマートライフへ〜日 本における取組の現状〜》,「建築數據與智慧生活」國際研討會,內政部 建築研究所, 2018,台北。 能源生產/消費 優化 舒適生活環境 的創作 新的加值 服務提供 傳感器設備 遠端/自動控 制設備 操作指南 可視化 標準界面規格 通用基礎設施(家庭伺服器，eco伺服器) 能源消耗設備、能源創造和儲存設備、家用電器、住宅設備， 控制傳感器等 根據客戶偏好、意圖、選擇、天氣數據等外部因素進行控制。 家用電器 能量產生 裝置 能耗設備 住宅設備 監控設備 HEMS／BEMS／CEMS 促進加值服務提供商的進入 智慧住宅 基於消費者決策，偏好等的自動化

二、2014〜2015 年大規模 HEMS 資訊基礎設施改進計畫

透過與電信公司和家電製造廠商合作成立能源管理公司，於日本全國招募 約 14,000 戶家庭推動建立 HEMS(家庭能源管理系統)和智慧電表，並以此為平 台藉由電力可視化數據(消耗數據)展現創新的服務，提供節能改善支援服務、 區域資訊/優惠券分發服務、HEMS 住戶所在社區相互之間相關的服務。 因此，此階段重點在於建構"大規模 HEMS 資訊基礎設施"，以整合、處理 和分析 HEMS 數據，進行 API 的標準化研究，以平順地聚合來自不同規格的多個 HEMS 服務的數據、考慮有 HEMS 數據隱私資訊過濾的使用環境，並導入相關可 能的服務。 過程經日本經濟產業省於 2017 年 5 月針對此一階段智慧住宅資料各項措施 檢討結果如下圖 3-3： 圖 3-3 日本智慧住宅示範計畫檢討報告(本研究譯釋) 資料來源：http://www.meti.go.jp/press/2017/05/20170523004/20170523004-1. Pdf。 三、2016 年〜智慧住宅擴大領域至智慧生活 日本經產省收集以往業者實證經驗的反應要點包括[13]： (1)若不將數據的活用服務，讓消費者對於益處可視化，就難以在企業規模下 正式推動參與市場。 (2)必須要先醞釀可以讓消費者接受個人數據的利用與活用的社會氛圍。 (3)當前最必須的則是「建立範本」。同時，為了可以讓消費者安心、安全， 必須要有活用個人數據與資訊安全／產品安全等最小限度之規則，但也必 ・資訊基礎設施建設 在14,000戶家庭監控室引入HEMS，並對每個家 庭電力數據於雲端進行集中管理。 ・提供電力數據 用於獲取HEMS數據的API的標準規格制訂。 ・隱私權保護規則的建立 考慮隱私權意識下利用電數據環境。 在沒有重大障礙情況下進行約一年的操作 可以將導入實現的API所獲取的功率數據， 提供給服務供應商 很少有服務的費用是能夠承受的，因此無 法創建商業模式 ・建立新服務 提供HEMS數據的利用進行監控服務。 制定"HEMS數據處理手冊α版"

日本經產省自 2016 年起重新規劃進行「智慧家庭數據應用環境推動」實證 計畫，係將上述業者反映意見納入進行—居住空間與生活數據、網路安全與導 入服務應用的場域驗證計畫。該計畫由日本三菱總合研究所擔任計畫總管理 者，公開招募評選出大和房屋、積水建設、與日立製作三家公司提案並執行實 證項目，預期找出可以解決的社會議題與創新的商業模式。所規劃 2017〜 2019 年三階段實證計畫內容如下 3-1 表。 表 3-1 日本經濟產業省有關智慧住宅示範政策重點規劃 2017 年度： 線路連接相關最 低限度規則整理 2018 年度： 針對各個社會課題創造服務(建 立範本) 2019 年度〜 擴大生活數據活用服務的案例 (拓展商業版圖) ①數據目錄 高齡人士生活支援：保護/支援 促進健康健康増進 (以服務為起點之數據活用) ✓ 建立可以收集與分析精緻數據 的基礎 ✓ 確認對於服務有效的數據 ✓ 創造可以與解決社會課題相關 的消費者利益 ✓ 驗證 PF 等業者之商業模型 (數據流通、行銷、廣告等) 依據成功案例創造服務市場：高 齡人士生活支援/減輕家事負擔/ 娛樂 ✓ 服務提供業者與製造商之擴張 ✓ 透過平台間合作擴張經濟圈 ✓ 資訊銀行、數據共有事業等之 實際驗證 ②資訊安全/ 產品安全 ③個人數據活用 資料來源：https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/connected_indu stries/smart_life/pdf/smart_life_180713.pdf，本研究摘要翻譯。

第二節 日本建設業者對

AI 和 IoT

先進科技的認知

依據日本社團法人房地產協會一份對於 AI 和 IoT 等先進科技運用於城鎮發 展的方式研究報告[14]指出。隨著人工智慧，物聯網和大數據等 ICT 科技的進 步，將使房地產以及建設業者的事業產生巨大變化，並對社會產生重大影響。 預期人們的價值觀也將從擁有轉變到使用的注重，從商品功能轉變到生命週期 服務的提升等方向，也因此將創造出應對這些價值觀變化的新事業領域和新商 業模式。 為了克服日本的社會問題，需要針對"促進提高生產力和工作方式"，使 用新技術作為解決方案，但在房地產與建設產業中，必須與城市中所有關係 人、商品和資訊的進行密切的聯繫與流通，並透過社區’住宅與家庭生活發展

來促進這種期望。基於這樣的背景認知與考量，房地產以及建設業者的問題是 未來在建立城鎮和房地產、建設產業之間，如何運用和管理新技術將有巨大的 影響與變革；另外，從城市的變化、城鎮建設以及工作方式，生活習慣變化， 以及使用者觀點的環境的變化切入探討之後，可以從"運動/城市空間"、"工作 /辦公空間"、"居住/生活空間"等三個場景中看到具體的變化。 表 3-2 使用 AI 和 IoT 等新技術帶來的變化 資料來源：日本一般社団法⼈不動産協会,《AI・IoT 等、新技術の活用とまちづくり のあり方調査報告》,2018。https://www.fdk.or.jp/f_suggestion /.../30_AI_IoT_chosa.pdf

一、城市空間的運動/變化的未來趨勢

旅遊便利性大大提高，公共交通系統也發生了變化，隨著道路和停車場的 重組，將轉向以人為本的城鎮發展。 1.生活環境的變化：在需要時隨時隨地使用傳播與移動服務。 2.改變商業環境：由於汽車使用的變化，城市空間和土地使用的變化，新的以 及道路和停車場的重組，促進服務和空間發展

二、工作/辦公空間的變化的未來趨勢

隨著工作場所和工作方式的多樣化，辦公空間中的人們行為和空間利用 形式發生了顯著變化。辦公室靈活地與外界合作，成為創造思想的互動場所。 辦公室演變成一種實現工作與生活的設備 1.生活環境的變化：不固定於一定場所工作方式的普及，型態從注重工作、生 活，轉變成注重工作-生活的平衡。 2.商業環境的變化：辦公空間提供的具價值的多樣化服務；辦公室的使用也將 多樣化，資訊通信技術的使用將更受重視，以實現靈活的工作方式。

三、住宅/家庭生活空間改變的未來趨勢

移動˙城市空間 自動駕駛、汽車共享/乘坐共享、移動支持、交付機器人 工作˙辦公空間 電話會議，遠程辦公，共享辦公室，多語種指導，自動翻譯 住宅˙生活空間 智慧住宅，智慧生活，智慧犯罪預防和防災，節能，能源創造， 遠程監控和監控服務

因為硬體和軟體服務的結合，使得生活方式和家庭生活各階段有更靈活 的生活方式；因此，利用硬體和軟體新技術的高附加值服務將成為新的收入模 式。 1.家庭生活環境的變化：利用普及的新科技術，內置於高附加值服務的住宅， 將促進在人工智慧和機器人，成為未來家庭生活不可或缺夥伴的社會情境的 加速實現。 2.商業環境的改變：強調提供對住戶有價值的軟體服務的新業務模式的普及， 而建築技術與房地產的分佈均將有巨大的變化。

四、使用者與業者對於住宅/生活空間改變的觀點

1.消費者的觀點： 從消費者的角度來看，利用人工智慧和物聯網等新技術，記錄使用者的醫 療保健數據，可以創新應用適合家庭或熟悉區域內每個人的生活服務。其他設 備、生活記錄累積的數據，還因此可能有新的選擇與家庭生活方式和生活各階 段相匹配的服務，預計將實現更加永續和彈性的生活。 隨著物聯網和傳感器科技的進步，住宅/社區本身已成為負責儲存數據和 提供生活服務的基礎設施；例如，在家庭和社區嵌入的傳感器可以自動測量和 儲存身體健康相關的數據，如血壓和溫度、移動記錄和空間使用情況。更因為 通訊技術的進步，住戶將來在家中或熟悉的社區空間中，能夠完整的接受健康 諮詢和診斷以及必要的生命支持服務等服務。 未來對人類與社會的聯繫至關重要的是，人工智慧和機器人更密切，且具 個性的與住戶合作成為夥伴，支持整個生命生活的各個階段；在未來，諸如住 宅和本體和物品之類的所有東西都將通過網路連接起來，為整個生活提供建議 與支援，並且期盼更能促進人與人，人與社會之間的溝通聯繫。 2.房地產/建設業者的觀點 從住宅銷售及建設業者來看，將能夠比以往更精準地預測消費者需求並在 進入後參與生活方式的持續服務提供，更可能是創新價值的來源。因此，隨著 AIoT 科技引入房地產行銷和市場變化前景的預測，以及包括後續房地產營運 管理技術、服務的提升，有希望創造一種新的商業模式。

3.商業服務業者的觀點 以服務為核心普及的新商業模式，將隨著使用 AIoT 新科技而提供高附加 值的服務，預計房地產的價值也將擴展到軟體層面的服務；因此傳統業務結構 將更加細分衍伸之外，還期望因此透過提供預期消費者潛在需求的服務來增加 獲得利潤的機會。而傳統的房地產行銷技術，將因傳感器、圖像分析等技術的 導入，可以數據為基礎客觀地進行房地產評估，從而更加精準、效率更高，並 更加普及。

第三節 日本經產省智慧家庭實證計畫

日本經產省於 2016 年起重新規劃進行「智慧家庭數據應用環境推動」實證 計畫下，公開招募日本三菱總合研究所擔任整合主持任務，並評選出的大和房 屋、積水建設、與日立製作三家公司的提案，進行執行實證計畫，預期找出可 以解決的社會議題與創新的商業模式。以下再就此近二年成果與實證案例，分 別介紹說明之。 日本經產省於 2017 年正式實施的實證實驗，主要建立了可以讓家電等物 品連動運作的平台，並且透過使用者介面加以使用。實際驗證主題包括：1)招 募監測者與建立實際驗證環境、2)建構機器間連動的系統、3)針對解決社會問 題的服務進行實際驗證；整體智慧住宅相關數據活用環境整備推進事業構想 [15]如下 3-4 圖所示。

圖 3-4 日本智慧住宅相關數據活用環境整備推進事業整體構想圖(本研究譯釋) 資料來源：南 裕介,《Business Realization and Cyber Security for the Smart Life》,

「建築數據與智慧生活」國際研討會, 內政部建築研究所, 台北,2019。 實際建置包括 30 獨立式住宅和 31 戶集合住宅，共約 61 戶家庭的實證場 域，住戶均可於住宅建立的各種界面上享受各種設備的操作和服務。而透過實 際監控所提供的服務，整合了不同公司間合作的問題，包括(①數據整合、② 安全/產品安全，③數據隱私權使用規則等。 以下再就三項子計畫，生活方式相關服務的實證內容摘要說明如下：

一、大和房屋

大和房屋負責建構 30 獨立式住宅監控的實證場域，協同日本重要的資訊 企業包括富士軟體(UI 雲建構)、NEC(HEMS 數據提供)、索尼 CSL(電腦科學實驗 室)(GW 建設)、松下(空調)、夏普(空調)、三菱電機(空調)、菲利普斯(LED 照 明)、Ukay Engineering(BOCCO 機器人)、IIJ(智慧電錶)、Aiphone(AI 對講 機)、Yahoo(myThings)等，進行語音識別機器人、社群網路等與家庭電器、設 備、控制機能之間的合作。 住 宅 營 建 業 者 等 UI 提 供 者 服 務 提 供 者 機 器 製 造 商 UI ① UI ② UI ③ 機器雲端 ① 機器雲端 ② 機器雲端 ③ 機器雲端 ④ 機器 ① 範例：空調 範例：冰箱機器 ② 範例：門鎖／監視攝影機機器 ③ 機器 ④ 其他 (吸塵器、照明、電視等)

UI雲端 ① UI雲端 ② UI雲端 ③

服務 ① 不由機器提供的服務 服務 UI雲端 ② 服務 雲端 ① 服務 ② 機器相關服務 ‧因應外部環境啟 動／關閉與調整 溫度等 ‧食材管理 ‧資訊發布 (食譜等) ‧門鎖遠距開啟 ‧居家安全＋宅配 管理 ‧啟動／關閉等 ．音樂發布 ．天氣預報發布 ．行程發布 等 機器的① ~ ④的 ．使用狀況(用電 量可見化) ．資源回收服務 ．召回服務 等 服務提供者要在提供服 務時 ‧確保可以連接所有UI 機器製造商 ‧提供網路連線+機 器雲端 ‧要能連接多種UI ‧提供機器相關服務 (也要與服務提供者合作) 住宅營建業者(包含租 賃業者)需要 ‧選擇UI (包含語音 辨識) ‧募集監測者，進行 整體協調 (連接機器與服務，使其連動)