微型城市物聯網與大數據創新應用之整合架構研究-以智慧大學城為例

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(1)科技部補助專題研究計畫報告. 微型城市物聯網與大數據創新應用之整合架構研究-以智慧大學城為例(第2年). 報計計執執. 告畫畫行行. 類類編期單. 別別號間位. ：：：：：. 成果報告個別型計畫 MOST 107-2221-E-006-051-MY2 108年08月01日至109年07月31日國立成功大學建築學系（所）. 計畫主持人：鄭泰昇共同主持人：薛丞倫. 計畫參與人員：碩士班研究生-兼任助理：陳冠霖碩士班研究生-兼任助理：林雨寰碩士班研究生-兼任助理：吳宛霖碩士班研究生-兼任助理：林冠伶大專生-兼任助理：盧嘉勇博士班研究生-兼任助理：鍾佳君博士班研究生-兼任助理：Adam Fitriawijaya. 本研究具有政策應用參考價值：□否 ■是，建議提供機關內政部,教育部（勾選「是」者，請列舉建議可提供施政參考之業務主管機關）本研究具影響公共利益之重大發現：■否 □是 . 中華民國 109 年 08 月 10 日.

(2) 中文摘要：智慧城市是一項科技革命，讓城市能夠隨機應變，從大量的感測器讀取數據，將資訊輸入具判讀能力的雲端軟體，進而主動採取適當的行動控制城市運作，例如能源管理、健康安全、空間環境、交通移動、基礎設施等議題，本研究以智慧大學城作為微型城市之智慧化研究目標，從廣泛的感測器建置、搜集巨量資料，運用先進的 AI演算法分析資料後重新檢視未來城市規劃設計、資訊通訊科技與生活基礎設施如何互相影響，試圖找出一套原則引用到智慧城市設計與營運策略。本計畫提出以智慧大學城為中心的微型城市實驗計畫，以行動(Mobility)、節能(Energy)、永續(Sustainability)、健康(Health)、教育(Education)、大數據(Data)六大領域面向，提出物聯網(IoT)與大數據(Big Data)創新應用之整合架構，擘畫下一世紀微型城市的願景，並進行空間實體設備建置計畫。本研究簡稱MESHED 計畫，主要是研發一個微型城市物聯網與大數據創新應用之整合架構，以智慧大學城作為實際場域應用，整合物聯網與大數據分析方法與都市設計數位模型建構方法，第一年達成物聯網平台建置、大數據資料庫、3D視覺化資訊揭露、實體建置案例; 第二年達成人工智慧深度學習應用、微型智慧城市設計策略、以及都市設計數位模型自動衍生建構，預期成果可以導引智慧大學城實現一個微型智慧城市「生活實驗室」(Living Laboratory)，成為下一波創新產業發展的平台。中文關鍵詞：智慧城市、智慧校園、物聯網、大數據英文摘要： “Smart City” is a technological revolution that allows cities being adaptive and perceiving information from a large number of sensors. The information can be analyzed and interpreted to take appropriate actions to solve urban problems such as energy management, health and safety, city environments, traffic movement, infrastructures and other urban issues. In this study, a smart campus is considered as an example of micro cities. A wide range of sensors is installed to collect huge amounts of data, using advanced AI algorithm to analyze the data and then re-examining how urban planning and design is revised. Using ICT technology and smart infrastructure, a set of principles that can be used to guide smart city design and operational strategies is explored. The research work proposes a micro-city pilot project centered on NCKU smart campus. We focus on six categories: Mobility, Energy, Sustainability, Health, Education, Data. Using IoT and Big Data analytics, an integrated system architecture for innovation and application of smart campus is developed. To draw the vision of a micro city in the next century, we call this research work as the MESHED project. The objective of the MESHED project is to develop an integrated system architecture for innovative applications of IOT and big data in a micro city within two years. With.

(3) smart campus as the living laboratory, the project combines IoT technology, big data analytics, and digital model modeling methods for urban design. In the first year, the tasks include the establishment of the Internet of things platform, big data, database, 3D visualization of information disclosure, the case studies of smart cities applications. In the second year, the tasks include applying artificial intelligence to smart cities applications, design strategies for developing micro-smart cities, and generative design and digital modeling for urban design. The research outcome is expected to transform a smart campus into the living laboratory of micro smart cities that serves as a platform for the next wave of industry innovation. 英文關鍵詞： Smart City, Smart Campus, Internet of Things, Big Data.

(4) 行政院科技部補助專題研究計畫成果報告微型城市物聯網與大數據創新應用之整合架構研究以智慧大學城為例計畫類別：▇ 個別型計畫 □ 整合型計畫計畫編號： MOST 107-2221-E-006 -051 -MY2 執行期間： 107 年 8 月 1 日至 109 年 7 月 31 日執行機構及系所：國立成功大學建築系. 計畫主持人：鄭泰昇計畫參與人員：薛丞倫、鍾佳君、陳冠霖、盧嘉勇、林雨寰、吳宛霖、林冠伶、Adam Fitriawijaya 成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：▇精簡報告本成果報告包括以下應繳交之附件：出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份. 處理方式：二年後可公開查詢. 執行單位：國立成功大學建築學系中華民國 109 年 7 月 31 日. □完整報告.

(5) 目錄. 目錄 ............................................................................................................... 2 中文摘要......................................................................................................... 4. Abstract .......................................................................................................... 5 一、前言 ....................................................................................................... 6 二、研究目的 .............................................................................................. 8 2-1 物聯網(IoT)與大數據(Big Data)的創新整合 .......................................... 8 2-2 微型城市的發展架構 ................................................................................... 8. 三、文獻探討 ............................................................................................ 11 四、研究方法與步驟 ............................................................................... 13 4-1 以智慧大學城作為型城市範本 ................................................................ 13 4-2 微型智慧城市發展研究方法 .................................................................... 14 4-2-1 都市設計數位模型建構 ......................................................................................... 16 4-2-2 物聯網與大數據分析 ............................................................................................. 17. 4-3 微型智慧城市發展研究步驟 .................................................................... 20. 五、研究結果與討論 ............................................................................... 24 5-1 智慧城市規劃與應用 ................................................................................. 24 5-1-1 微型城市的理論基礎 ............................................................................................. 24 5-1-2 智慧城市的理論應用 ............................................................................................. 25. 5-2 都市設計之數位模型建構 ........................................................................ 29. 六、計畫成果自評 .................................................................................... 30 2.

(6) 6-1 在務聯網與大數據方面 ............................................................................. 30 6-2 在論文發表與成果創投方面 .................................................................... 31. 七、參考文獻 ............................................................................................ 32. 3.

(7) 中文摘要. 智慧城市是一項科技革命，讓城市能夠隨機應變，從大量的感測器讀取數據，將資訊輸入具判讀能力的雲端軟體，進而主動採取適當的行動控制城市運作，例如能源管理、健康安全、空間環境、交通移動、基礎設施等議題，本研究以智慧大學城作為微型城市之智慧化研究目標，從廣泛的感測器建置、搜集巨量資料，運用先進的 AI 演算法分析資料後重新檢視未來城市規劃設計、資訊通訊科技與生活基礎設施如何互相影響，試圖找出一套原則引用到智慧城市設計與營運策略。本計畫提出以智慧大學城為中心的微型城市實驗計畫，以行動(Mobility)、節能(Energy)、永續(Sustainability)、健康(Health)、教育(Education)、大數據 (Data)六大領域面向，提出物聯網(IoT)與大數據(Big Data)創新應用之整合架構，擘畫下一世紀微型城市的願景，並進行空間實體設備建置計畫。本研究簡稱 MESHED 計畫，主要是研發一個微型城市物聯網與大數據創新應用之整合架構，以智慧大學城作為實際場域應用，整合物聯網與大數據分析方法與都市設計數位模型建構方法，第一年達成物聯網平台建置、大數據資料庫、3D 視覺化資訊揭露、實體建置案例; 第二年達成人工智慧深度學習應用、微型智慧城市設計策略、以及都市設計數位模型自動衍生建構，預期成果可以導引智慧大學城實現一個微型智慧城市「生活實驗室」(Living Laboratory)，成為下一波創新產業發展的平台。. 關鍵字：智慧城市、智慧校園、物聯網、大數據. 4.

(8) Abstract. “Smart City” is a technological revolution that allows cities being adaptive and perceiving information from a large number of sensors. The information can be analyzed and interpreted to take appropriate actions to solve urban problems such as energy management, health and safety, city environments, traffic movement, infrastructures and other urban issues. In this study, a smart campus is considered as an example of micro cities. A wide range of sensors is installed to collect huge amounts of data, using advanced AI algorithm to analyze the data and then re-examining how urban planning and design is revised. Using ICT technology and smart infrastructure, a set of principles that can be used to guide smart city design and operational strategies is explored. The research work proposes a micro-city pilot project centered on NCKU smart campus. We focus on six categories: Mobility, Energy, Sustainability, Health, Education, Data. Using IoT and Big Data analytics, an integrated system architecture for innovation and application of smart campus is developed. To draw the vision of a micro city in the next century, we call this research work as the MESHED project. The objective of the MESHED project is to develop an integrated system architecture for innovative applications of IOT and big data in a micro city within two years. With smart campus as the living laboratory, the project combines IoT technology, big data analytics, and digital model modeling methods for urban design. In the first year, the tasks include the establishment of the Internet of things platform, big data, database, 3D visualization of information disclosure, the case studies of smart cities applications. In the second year, the tasks include applying artificial intelligence to smart cities applications, design strategies for developing micro-smart cities, and generative design and digital modeling for urban design. The research outcome is expected to transform a smart campus into the living laboratory of micro smart cities that serves as a platform for the next wave of industry innovation.. Keywords: Smart City, Smart Campus, Internet of Things, Big Data. 5.

(9) 一、前言【研究背景】隨著城市化的迅速發展，聯合國報告指出，全球 70 億人口中目前有一半目前生活在城市地區，到 2045 年城市人口將超過 60 億，2050 年將增加到 66%人口集中在都市，城市治理已經成為 21 世紀最重要的發展挑戰。伴隨在全球暖化、極端氣候變遷所帶來的海平面上升、暴雨、洪水、強颱、等等自然危機下，當代全球城市都面臨都市化下大量人口向城市集中、都市持續擴張、基礎設施缺乏、農地森林消失、水資源與生態失衡等等議題，巨大化城市內外非正式居住與仕紳化區域異質衍生各種空間、社會、文化問題，更有許多通過電信、媒體、生態評估、國外援助、或軍事力量來監測和影響一切事物的新型態智慧城市與超級城市空間節點 (hyper nodes) 等，都需要不斷更新的科學化監測和管理，以數據為驅動的都市設計，配合傳統非數據、以社會性、質性為主導的都市設計，來達成更加有適應性、韌性、環境與社會永續且創造最大福祉的城市。 2015 年聯合國成立 70 週年，世界領袖們齊聚聯合國紐約總部舉辦「聯合國發展高峰會」，認為這個時代面臨了世界上最迫切的社會、經濟和環境議題，不論開發中國家或已開發國家都必須協力解決，會後制定《2030 年永續發展方針》，規畫出 17 項永續發展目標 (Sustainable Development Goals, SDGs) (也稱為「全球目標」)，已經獲得 193 個聯合國會員國的認可，這些目標包含環境與社會面向，「永續城市」被列舉為第 11 個永續發展目標，其他目標如能源、健康、生態、氣候變遷、創新、生產、經濟等議題，都與未來城市的發展息息相關。近年來，台灣政府積極推動智慧城市為帶動資通訊科技升級的契機，預期融合「物聯網(IoT)」、「雲端運算(Cloud Computing)」、「大數據(Big Data)」三大領域，推動第四次工業革命，不只在資通訊科技進步中展現，背後大量數據分析和應用，更是智慧城市創新應用的重要基礎。行政院自 106 年度起推動「數位國家・創新經濟發展方案(簡稱 DIGI+方案)」，預計未. 6.

(10) 來八年(2017-2025)，政府每年投入 200 億元，建設永續智慧城鄉，提昇生活品質，帶動當前物聯網、大數據、雲端技術、綠能產業、智慧交通等國家重點產業發展，透過「智慧城市」的建設，期望在 2025 年時，導引成為下一波創新產業發展的平台。. 【智慧城市的趨勢】「智慧城市」是 21 世紀一個主要的趨勢，傳統的城市由水泥、鋼筋、玻璃構成城市的生活實體設施，未來城市透過網際網路連結串成一個城市神經系統，支撐著數百億人的日常生活，當城市基礎設施、市民隨身裝置與網際網路系統愈來愈聰明，且所有物件的訊息彼此主動串連時，新興城市開始對於新基礎設施進行智慧升級，透過龐大與多樣的智慧科技基礎設施來控制實體世界，形成智慧世紀的新興城市概念。智慧城市是一項科技革命，讓城市能夠隨機應變，從大量的感測器讀取數據，將資訊輸入具判讀能力的雲端軟體，進而主動採取適當的行動控制城市運作，例如智慧城市利用無所不在的數位科技掌控資源，優化城市與建築的能源調節、解決道路交通擁塞問題、維護市民安全健康、提高警覺關注空氣污染與疾病傳染路徑、創造新的消費娛樂型態，本研究重新檢視未來城市、資訊通訊科技與生活基礎設施如何互相影響，試圖找出一套原則引用到未來的智慧城市設計與營運策略。全球各地都在思考如何利用智慧科技解決當地的問題，全球智慧城市各有其亮點與訴求，其最終目標不外乎改善治理效能、增進市民生活品質、解決市民的痛點、促進環境永續發展，包括能源管理、健康安全、空間環境、交通移動、基礎設施等議題，智慧城市從廣泛的感測器建置、搜集巨量資料，運用先進的演算法分析資料後，讓政府的治理迅速了解狀況，得出結論並做出決策，企業也希望藉由大數據的搜集分析，了解消費者行為模式，進而改變策略、節省成本。. 7.

(11) 二、研究目的 2-1 物聯網(IoT)與大數據(Big Data)的創新整合本計畫的研究目標乃是探討物聯網(IoT)與大數據(Big Data)創新應用之整合架構研究，為了以實際城市案例作為研究對象，本研究以「微型城市」(Micro cities)為基準研究對象，特別是以人數在 1-3 萬人的智慧大學城鎮為例，因為一般的巨量城市工程浩大，牽涉到太多的變因與關係人(stakeholders)，很難在短期間內驗證智慧科技的成效，要立即配合大數據研究改變巨量政府的政策，也有實際的困難; 若以微型城市為研究對象，一方面治理面積小，有利於物聯網的建置與大數據的搜集，二方面因為治理的區域容易掌握，政策的配合變更迅速，能有效的立即做策略規劃，反映數位治理的效能。本研究計畫以智慧校園作為微型城市的範例，與非數據驅動的既有校園規劃結合，探索新的方法來對數據進行可視化、分析評估、辨識使用與行為模式，有更充分的連結與擷取下資訊的揭露、更參與式、更動態且有效的管理、更有效投入的策略與介入。 2-2 微型城市的發展架構微型城市的發展架構有三個層次，第一層次是在資料(Data)層級，先從物聯網(IoT)的實體建置，透過感測網路(Sensor Network)搜集資料，儲存於雲端;第二層次是在服務(Service)層級，透過大數據資料分析，針對城市居民的需求與痛點，提出創新的服務或是解決城市治理的困難;第三層次是在應用(Applications)層級，配合創新服務的特點，改變城市的治理策略，增加城市治理的效能，並提供創新商業模式平台，以智慧城市帶動產業的創新，整體的發展目標如圖 1 所示。. 8.

(12) 圖1-1. 智慧城市發展從 IoT、Big Data Analysis 到策略規劃、數位治理、策略規劃、商業模式的發展脈絡關係城市是人類活動的產物，也是生態體系的一環，提升城市的永續發展是聯合國 SDGs 重大的挑戰，城市在未來扮演更重要的角色，在迅速擴張的同時，城市是科技創新應用的來源，智慧科技提供創新服務，並聚集群眾的力量，制定新的生活規範，徹底改變基礎建設與未來生活的概念。 2-3 智慧城市的發展議題為了增進城市產業、策略與數位治理效能，各國政府無不致力於智慧城市的發展，推動一個整合的智慧城市 Living Lab 實驗平台，聚焦物聯網、大數據，AI 人工智慧、AR/VR 等科技技術在城市的應用服務發展，但是在執行上遭遇了許多的問題： 1.. 城市居民需求痛點難以預測：不管是氣候變遷、科技日新月異、居民的全球移動，. 以及文化、政治、社會與世代差異，導致預測城市居民未來的需求與生活的痛點愈來愈困難，若不仔細探索城市居民未來需求，便很難投入資源解決未來的問題，另外科技創新宜以「因地制宜」的「適當科技」置入社區或城市，而不是一味的強制科技管理。 2.. 城市物聯網平台缺乏統一標準：城市的感測網路除了傳統的 Wifi 無線網路覆蓋率，. 還需要一個支援低複雜度、低成本、低功耗的無線通訊協定(IEEE 802.15.4g)，包括 LoRa、 Sigfox、ZigBee 等技術，不同公司使用不同的平台，目前並沒有統一的標準可以依循。 9.

(13) 3.. 解讀資料背後的意義(The Meaning behind the Data)：當政府推動開放資料 (Open. Data) 公開分享，因為政府公務員的保守心態，許多重要資料難以釋出，使用者或程式開發人員很難取得真正有用的資料，況且城市資料浩大繁瑣，資料格式缺乏統一制定，各單位互相推諉責任不願釋放資料，必須由下而上先分析城市居民的需求痛點，再由上而下具體的指定所需釋放的資料，以現階段的組織架構與目標痛點不清楚的狀況下，很難達到大數據分析所產生的應用價值。 4.. 智慧城市 Living Lab 實驗範圍：Living Lab 實驗範圍理想上應該多大？這個問題. 過去沒有精準的研究，一般以為新興都市郊區最容易實施智慧城市 Living Lab 實驗，所以政府經常在都市重劃區或新興產業園區，劃定智慧城市的實驗區，一方面新興園區讓所有的基礎設施得以重新建置，二方面政府權力容易掌控，但是因為新興園區通常缺乏市民的活動，園區生活與市民嚴重脫節，即使新的都市重劃區，也不是單純的由上而下建置感測網絡、導入無人車等新科技，就可以成為一個宜居的城市，以韓國松島失敗的案例說明，從黃海淺灘爭得的一千五百畝地拔地而起，企圖將智慧建築擴及整個城市，讓溫室氣體排放量減少三分之一，最後失敗收場，因為地點選擇的關係，並非所有市民都願意移居至松島，而且因為填海造陸的關係，破獲了原有的生態，導致國際的負面評價，因此建置一個城市 Living Lab 的實驗平台，必須兼顧智慧、生態、循環、社會等不同的城市面向。 5.. 物聯網導致城市硬體維護費用增高：城市導入物聯網，雖然得以搜集大數據分析，. 但是物聯網將導致城市硬體維護的費用增高，因為所有的智慧感測設備都需要定期保養微調，以確保感測數據的準確性，若是城市裡有幾千萬個環境感測裝置，所需的維護管理人力物力也必須配合增加，如果無法有效地克服這一個問題，智慧城市將很難達到永續經營的目標。 6.. 智慧城市硬體建置、數據分析到治理策略的時效性：城市有了大數據分析之後，. 必須立刻做出正確的決策，以不同的政策或策略驗證假設的準確性，但是以目前政府的角色，要整合所有的處室政府單位即時參考大數據做出正確的政策並不容易，即使有了正確的資料分析，也經常有人質疑資料的準確性，甚至害怕實驗失敗導致市民問責，就算最後依據大數據做出政策回應，整個單位之間的協調過程耗費時日，對於大數據輔助城市數位治理，有必要進行組織重整以增進整體的數位治理效能。. 10.

(14) 三、文獻探討在都市設計的領域，Grahame Shane 教授提出的 Recombinant Urbanism(Shane, 2008)以 Enclave, Armature, Heterotopia 三種都市基因元素的重組，架構了從農村聚落、工業城市、到當代網絡城市的空間形態的變遷，並且進一步整理戰後全球觀點下的都市設計(Shane,2011)，闡釋一種同時允許集中與擴散的新形式、關注社交與公共性的超城市(metacity)，與都市中各種新社交、媒體、網路等結合為一個不可分割的生態，自下而上參與在新的都市群島來發揮更大的作用。更進一步，Thakuriah and Zellner 對大數據與城市規劃的普遍研究與應用的各種種類做全面的整理 (Thakuriah and Zellner, 2015)，探索大數據在都市分析、視覺化、理解並詮釋的目標，除了在動態的管理、發掘模式與關係之外、更要俱備參與式的操作與介入，進而提升都市的治理與政策的重整等來面對可能的挑戰。智慧城市的相關概念，最早由 William Mitchell 教授於 1996 年提出 City of Bits (William, 1996)，嘗試從網路與數位通訊的發展，提出虛擬空間與數位城市鏈結的概念，接續此概念，在 2015 年 Mitchell 教授在 MIT Media Lab 提出未來城市 CityCar 的概念(William, BorroniBird, and Burns, 2015)，逐步開啟了學術界對於未來城市移動的研究，包括 MIT 可感知城市實驗室(Senseable City Lab) 研發“哥本哈根輪" (Copenhagen Wheel)，將電子構件建置於腳踏車後輪，變成混合動力的電動腳踏車，並藉由感應器可以和智慧型手機軟體連線，讓使用者在騎乘時可以獲得相關資訊; 另外一個面向的研究，可感知城市實驗室開發了一種智慧型城市地圖技術，可將城市人流與物流的資訊透過新的互動技術呈現出來，探討大數據如何影響城市生活(Offenhuber and Ratti, 2014)、並勾勒未來城市生活的樣貌與未來可感知回應的智慧建築的可能性(Ratti and Claudei, 2016)，相似的發展還包括柏克萊大學研發數位工具表現城市實體運作、社交、生態的視覺化資訊(Monchaux, 2016)。大數據、物聯網、人工智慧等科技發展，將城市基礎建設進行數位升級，促成了智慧城市的崛起，全球許多大都會已經從大量的感測器取得資料，輸入具有智能判讀力的軟體，從都市規劃、建築設計、地理資訊、公共衛生、水利工程、民主制度、市民科技等，優化城市的治理效能，除此之外，不斷改寫的創新商業模式，也孕育城市創新與分享。從智慧城市發展的不同視角，可以歸納為幾方面相關研究：. 11.

(15) l. 基本概念：描述智慧城市的基本概念與應用研究(Picon, 2015)(Mone, 2015) (Khatoun and Zeadally, 2016). l. 數位治理：探討智慧科技如何塑造未來城市的樣貌(Townsend, 2014)(Ratti and Claudei, 2016)(Klein and Vega-Barachowitz, 2016)(中衛發展中心, 2017). l. 整合應用：探討智慧城市的整合服務 (Stimmel, 2016) (Bates and Friday, 2017) (Crooks, et.al, 2017) (EY Advisory & Consulting Co. Ltd, 2017). l. 公民科技：透過市民與專家合作參與解決城市問題(Irwin, 1995) (Bonney, 2009). l. 開放資料：透過開放資料研發智慧城市的創新應用服務(Goldstein, 2013)(Sashinskaya, 2014). l. 科技應用: 物聯網(Atzori, Iera, and Morabito, 2010)(Kelly, 2016)、大數據(MayerSchonberger and Cukier, 2014)、霧運算(Perera, Estrella, Reief-Marganiec, and Cvasilakos, 2017). 城市是人類活動的產物，也是生態體系的一環，提升城市的永續發展是聯合國 SDGs 重大的挑戰，城市在未來扮演更重要的角色，在迅速擴張的同時，城市是科技創新應用的來源，智慧科技提供創新服務，並聚集群眾的力量，制定新的生活規範，徹底改變基礎建設與未來生活的概念。. 12.

(16) 四、研究方法與步驟 4-1 以智慧大學城作為型城市範本為了聚焦於微型城市的研究，本計畫提出以智慧大學城為中心的微型城市發展，以行動(Mobility)、節能(Energy)、永續(Sustainability)、健康(Health)、教育(Education)、大數據(Data) 六大領域面向，擘畫下一世紀微型城市的願景，並進行空間實體設備建置計畫，本研究簡稱 MESHED 計畫，主要是建立在主持人主導的內政部建築研究所計畫「永續智慧社區創新實證示範計畫 2016-2018」，內政部建研所計畫以成大校園為 Living Lab，逐年建置智慧硬體設施，本科技部計畫則偏重於軟體應用與大數據之微型城市理論建構，智慧大學城之範疇分述如下： 1.. Mobility：建置校園公共自行車系統，實驗如何以 GPS 追蹤行動路線，一方面解決校園腳踏車的問題，同時利用大數據分析，提供校園道路系統規劃與自行車站體選址參考. 2.. Energy：建置一棟校園智慧建築，進行智慧節能、調控服務與能源管理，利用節電決策輔助系統分析，實驗研發能源視覺化的資訊揭露藝術裝置，進行互動式呈現. 3.. Sustainability：建立校園生態系統，以循環經濟模式，實驗建築材料循環再利用的設計方法. 4.. Health：建置戶外環境感測與室內空氣品質感測服務，以 App 進行資訊揭露，提供社群分享. 5.. Education：建置未來教室實驗基地，從智慧門禁、租借管理、到智慧節能，進行互動教學實驗，並以人臉辨識技術，記錄上課情況，以數據分析提供教學改進方針. 6.. Data：利用 Microsoft Azure 雲端運算平台，實驗建置微型城市開放資料與大數據分析平台. 13.

(17) 圖 4-1-1 以智慧大學城為中心的微型智慧城市發展指標智慧大學城雖然是一個微型城市類型，在建置實驗過程仍然充滿了各種面向的挑戰與複雜度，基本上，大學位於城市的涵構中，很難分清楚實際城市與大學的界線，因此本研究計畫以成功大學未來發展無邊界校園為研究目標，大學城本身是一個極為複雜的環境，從地理特色、氣候環境、城市規劃、交通流量、人口分佈等城市面向，到行動、節能、永續、健康、教育、大數據等校園規劃面向，有許多的問題都是相互關聯，本研究希望研究成果，例如大學城的數據，能夠與台南市智慧城市系統進行串接，善用大數據資料整合、創新整合服務、以及新商業模式的開發，優化現有整合方式、應用與服務，形成大學、城市、產業的鏈結典範。 4-2 微型智慧城市發展研究方法根據以上的智慧城市需求分析，本計畫提出一個研究架構，分為四個層面，如圖 3 所示： l 第一層是城市基礎設施，包括建築物、道路、下水道管線、交通系統、電力系統、網路系統等基礎設施，足以支持城市運作與居民生活的設備等; l. 第二層是是設備聯網，在城市基礎設施內建感測網路，監控整個城市的動態;. l 第三層是資訊系統，建構城市資訊模型(City Information Models)，將監測數據輸入雲端系統，結合資料處理軟硬體，將訊號變成可用的情報，利用群眾感知(Crowd Sensing) 的技術，在社群媒體(Social Media)挖掘特定的模式與策略，據以提供更上層的決策; l 第四層是城市資訊建築師，提供一套完整的管理辦法與作業流程，運用數位運算達成城市有效的管理。. 14.

(18) 圖 4-2-1 微型智慧城市的四層科技架構智慧城市研究方法牽涉到都市設計與資訊科技二大面向研究方法的整合，為了更具體的探索智慧城市的建構過程，以及未來資訊建築師所應扮演的角色，本計劃根據以上的研究架構，從(1) 都市設計數位模型建構方法、(2) 物聯網與大數據分析方法二大面向同步整合以下的研究方法：. 15.

(19) 4-2-1 都市設計數位模型建構本計畫採法都市設計的數位模型建構方法，以都市考古學/系譜學的研究，結合「Cinemetrics 影像度量」、融合哲學家德勒茲的影像哲學及 Schizoanalyses 分裂式分析的方法與步驟，進行對都市量度工具的選取、都市空間、時間與其他可計量資訊的尺度、紋理進行繪圖與再現 (McGrath, 2008)。並且著重從生活風景中的重新擷取與繪圖分析，探討當代的生活景緻所蘊涵的空間本質與設計的可能，從貼近身體尺度對例行的、日常的生活做觀察，包括影像、物件的再現與重組、訪談等等，來進一步發掘深刻的都市設計議題與討論。然後對應議題來擬定都市設計策略，逐步形成有計劃與內容的空間概念，並得以進行空間相關設計。過程中是不斷來回反饋、發散與收斂的設計思考過程。. 圖 4-2-1：都市設計的數位模型建構方法與大數據分析之都市設計. 16.

(20) 4-2-2 物聯網與大數據分析本計畫主要由物聯網與大數據兩個面向規劃研究機制並獲取城市發展所需要的資訊，再應用對照組演算法分析比對該資訊源對未來城市發展所需之關鍵點，並提供可行的建議與改善方針，資訊蒐集與分析研究是智慧城市研究的關鍵，特別聚焦在群眾感知資訊分析方面，分為社群網路的文字與地圖據點的攝影圖像兩種資訊種類，具體研究方法為：(1)建立資訊蒐集架構、(2)建立資訊整合平台、(3)進行數據分析與可視化呈現、(4)提供智慧化營運管理流程本研究計畫以空氣品質監控為例，設定社群網路的文字資訊搜刮研究內容為智慧校園中空氣汙染因素的潛在因素分析與預測空氣汙染發生的人工智慧訓練。藉由兩種智慧校園的資訊來源收集與演算法的對比訊練，當帶有空氣污染高度關聯的關鍵字出現在社群網路中的時候，來預測空氣品質警訊，並依照關鍵字尋找空氣汙染的潛在因素。具體步驟為： (1)建立資訊蒐集架構、(2)感應數據的收集與整合、(3)社群網站的資料抓取、(4)演算法建立與分析、(5)機器學習訓練與污染監控預測 1.. 建立資訊蒐集架構. 首先建立資訊獲取的流程架構，根據資訊來源分為兩種流程：裝置感應與群眾感應，裝置感應的部分來自智慧校園內設置各種空氣感應裝置，蒐集各時間內各個感應點的空氣品質、溫濕度等環境氣候資訊；另一方面由網路社群媒體以搜刮方式抓取帶有關鍵字的文章資訊，使用自然語言分析各個關鍵字的出現數量來尋找空氣汙染的潛在因素與預測空氣汙染的發生。. 圖 4-2-2：網路社群媒體搜刮關鍵字的方法流程. 17.

(21) 2. 大數據的搜集與整合透過智慧校園的空氣和子感應裝置佈點可以取得校園內各點的空氣組成與溫濕度等資料，將這些資料換算成空氣品質指標 AQI(Air Quality Index)值，視覺化圖表並標記 AQI 值較高的時間與空間點，由空氣品質監控系統在社群網站搜尋該時間空間下產生的文章，再進一步解析其關鍵字。如圖 5 為智慧校園內某個觀測點的空氣品質數據圖表，由此圖表可以清楚得知該觀測點範圍內，何時的空氣品質最差，選定該時段與地點作為社群網路資訊的蒐尋標的。. 圖 6：智慧校園內某觀測點的空氣品質數據圖表. 3.. 圖 7：智慧校園內路燈上設置空氣品質感應裝置(空氣盒子). 社群網站的資料抓取. 必須透過反覆的搜刮與抓取才能取得數量充足並且足以做為參考的關鍵字，每隔 12 小時搜刮一次並統計其數量。在出現次數較多的關鍵字之中找出對空氣品質有關聯性的關鍵字，統計其在觀測時間中出現的數量，可以了解各個關鍵字在時間軸上的變化，並比對與空氣品質是否具有關聯性。搜刮的目標網站不限於某特定社群，以容易取得關聯資訊為先決條件。將數量龐雜的網頁文字資訊分段成詞語有助於關鍵字之參數化與機器學習之訓練。如圖 7 為社群網站文字資料的抓取流程，將各種不同格式的網頁結構全部抓出純文字並儲存成關鍵字資料庫。. 圖 8：大數據資料抓取(data scraping)的流程. 18.

(22) 4.. 演算法建立與分析. 針對空氣比值較差的時段，對具有地域關聯性的 BBS (Bulletin Board System)版面文章加以搜刮，已取得可能帶有空氣品質變差的原因關鍵字，在本次實驗中選擇使用 BBS 留言板的原因是其具有開放性、公開性、非營利、使用率高等有利於研究分析之特色。蒐集到的資料可以用自然語言分析斷詞並統計每個詞出現的數量，從中挑選具有指標意義的關鍵字，取用這些已經選定的關鍵字來預測導致空氣品質不良的潛在因素。如表(1)為空氣品質感應裝置所蒐集資料，對於 AQI 值達搜刮標準時所標記的時間與空間點，根據這些標記點對社群網站進行關鍵字搜索，所得資料如表(2)，對表(2)資料進行斷詞分析與統計則可得資料如表(3)。. Fri Nov 16 12:15:16 2017. 2. AQI. 時間/日期. 觀測點 ID 1. 值. Fri Nov 19 12:15:42. ID. 51 105. 2017. 1. 鍵字空氣品. 2. 質. 3. 表 1：某觀測點取得之空氣品質指標(AQI. 指定關. 次數. 7. 新聞. 187. 區域. 164. 表 3：指定關鍵字的出現次數統計. 值)高峰點. Data time interval: Nov 16 2017 to Nov 20 2017. 表 2：AQI 高峰點時間地點範圍內帶有空氣品質相關字詞之文章資料(部分隱私資料隱藏) ID. 作者. 標題. 時間/日期. IP. 1. 使用者. “文章標題”. Fri Nov 16 12:48:13 2017. 001.128.201.3. “ 文章內. 2. ID 使用者 ID. 001.128.256.1. 容…”“ 文章內. “文章標題”. Fri Nov 16 13:02:18 2017. 文章. 容…”. 將關鍵字與空氣品質均予以量化後，可以用這兩個變數之間的關係設定一函式 fi(x)= aix+bi，使用多種關鍵字可以得到各個關聯的參數值，再使用統計方法取得具有常態性的 a. 與 b 值，則可以得到關鍵字對空氣品質之函式，在下一個步驟中就可以使用這個函式，將搜刮得來的關鍵字資料投入其中以訓練機器學習來判斷各個關鍵字與空氣品質的關聯性。. 19.

(23) 圖 9：關鍵字對 AQI 值函數圖表. 5.. i. keyword. x. y=fi(x). ai. ID. 自然語. 1. 言空氣品. 2. 105. 1. 5. 2. 質新聞. 52. 105. 1. 53. 3. 區域. 46. 105. 1.13. 53. AQI. bi. 常數. 表 10：關鍵字對 AQI 函數之演算法參數轉換例. 機器學習訓練與污染監控預測. 使用關鍵字對空氣品質之函式可以分析在社群網站上所出現之各個關鍵字之於空氣品質的關聯係數，可以得知那些關鍵字代表著空氣品質已經變差，並且架構出隱性關鍵字判斷之決策樹，來判斷當哪些指定關鍵字出現時，其所包含的文章是否帶有可能對空氣品質造成影響的隱性關鍵字，此隱性關鍵字即是語意上並非強烈指向空氣品質，但是對空氣品質之指定關鍵字具有高度關聯性，我們假設這些隱性關鍵字就是造成空氣品質變差的潛在因素，透過決策樹與關鍵字對空氣品質函式來分析 AQI 高峰點所搜刮到的社群網站文章以尋找隱性關鍵字，未來當這些隱性關鍵字頻繁的出現時，可預測空氣品質即將變差，或者防範、改善空氣汙染的問題。. 圖 11：關鍵字決策樹深度學習法. 20.

(24) 4-3 微型智慧城市發展設計策略本計畫研發微型智慧城市發展五大設計策略，逐步開發智慧城市的應用： n. 策略 1》循序漸進，先小規模著手. 大數據指的是所涉及的資料量巨大到無法透過人工或商業軟體處理，大數據的四個 V 屬性：Volume, Velocity, Variety, Veracity 適用於智慧城市的應用，必須倚賴大數據技術在合理時間內，擷取、管理、處理成為執政者、管理者與市民所能解讀的資訊。今日大數據科技所帶來改變，是一種循序漸進的變革，本計劃從自身所處的大學城開始，以及校園既有的運作模式，訂定應用大數據的進程，逐步導入大數據分析; 預定偵測的項目如下： l. 環境動態感測：空氣品質感測目前在成大光復校區已經建置 40 個微型空氣盒子，偵測溫度、濕度、PM2.5、PM10 等空氣品質因子，本計劃將根據現有的數據資料進行分析，擬定對環境變化的即時反應，成大 CK-Bike 公共自行車系統也建置完成，未來加裝 GPS 可追蹤腳踏車路線，作為校園規劃之參考。. l. 有效的資源利用：成大校園電力系統已經加裝智慧電錶、以及空間管理預約系統，如何做資源的有效利用？需要政策與大數據分析的相互配合。. l. 異常偵測：校園安全、交通事故、登革熱預防等異常事件的偵測是師生與市民最關心的焦點。. l. 提供具參考價值的預測：如何利用現有的資訊預測未來的狀況，需要在計劃開始即進行籌劃。. 每一個城市或校園有個別的文化與訴求，一開始把目標訂得太大容易失焦，本計畫從現況小規模做起，蒐集更多數據、分析數據、善用數據，之後再隨著時間持續擴大範圍，建立完整的 IT 策略，進而在校園規劃、使用、營運等環節，建立更好的數位治理與運作流程。在建置微型城市的第一步驟(例如大學城物聯網)需要聚焦於三大元素：(1)資料、(2)連結、 (3)設備，資料包括文字、影像、聲音、數字和符號，需考慮如何將訊息轉變成知識; 連結包括傳遞資料、融合資訊與感知; 設備包括感測器與雲端平台，不同類型感測器所扮演的角色差異性極大，有些也可以有互補性，例如影像、氣體、化學、慣性等感測裝置，實際應用的情境是各種訊號的融合。. n. 策略 2》打造視覺化 IT 系統. 21.

(25) 智慧城市以市民為主體，由於人是視覺化的動物，因此智慧城市應以視覺化呈現，讓參與團隊可以隨時且快速取得想要的資料，如此有助於激發工程師對創新的渴望。是以本計畫透過視覺化呈現，讓使用者快速掌握數據，並且願意層層剝開數據背後可能潛在的問題或機會，為智慧城市帶來更多創新。. 圖 4-3-1：視覺化系統介面設計-以智慧大學城為例. n. 策略 3》善用人工智慧\深度學習\大數據演算技術. 利用人工智慧之深度學習方法，讓機器具備學習的能力，可大幅提高大數據分析的價值。對此，本計劃不斷透過大數據演算技術，預期達到：. n. l. 資源最佳化. l. 預測、推估或防範未來. l. 異常偵測特殊現象. l. 民生痛點、需求與路線推薦. l. 了解因果關係提供政策參考依據. 策略 4》結合大數據分析與可視化的都市設計數位模型建構. 結合基礎設施式的校園感測網絡系統所蒐集的數據，作為有效的工具來辨識使用與行為模式，發展新的方法來對數據進行可視化、分析評估、並且與傳統及經驗模式建構下的校園空間規劃與設計整合。. 22.

(26) 圖 4-3-2：結合大數據的都市設計數位模型建構示意圖. n. 策略 5》由下而上的感測數據，來驅動新的都市設計. 結合更多元的媒體與影像裝置，在生活、移動載具、貼近身體尺度的感知與互動，探索新的方法來連結、擷取、與創造更多使用者數據，除了對市民、學校師生有更充分資訊的揭露外，要發展更具備參與式、投入的策略與介入。來進行動態且有效的城市或校園的治理。. 23.

(27) 五、研究結果與討論本計劃分為二年執行，計畫執行第一年之研究成果為(1) 智慧城市規劃應用、(2)物聯網與大數據分析，分述如下。 5-1 智慧城市規劃與應用在智慧城市規劃方向提出微型城市的概念，以智慧大學城為例規畫建置相關研究項目，並提出兩個研究方法加以實驗操作。 5-1-1 微型城市的理論基礎 <理論方面>： n. 研究理論方面採用大數據統計與資料挖掘以蒐集研究所需的資訊，並應用統計分析軟體分析統計數據並比對其地理資訊，再透過機器學習將比對方法流程化以大量分析，試找出智慧校園領域中，各種環境統計資訊與居民活動之間的關係，並針對其因果關係，提供在維護管理階段可以最佳化智慧校園的管理維護建議。. n. 建立智慧城市之研究理論架構、以及智慧城市物聯網之大數據資料庫，依據使用者之實際需求、痛點解決策略，進行理論實務與操作驗證，研究的理論範疇包括：以智慧大學城之實體建置案例分析，建立智慧城市設計準則與規劃策略感測網絡、大數據與物聯網在智慧城市的整合應用、網路公民科學如何影響未來建築與都市設計. <技術研發方面>： n. 本計畫研發一個智慧城市的雲端環境平台，快速建構 API 之程式介面，將必要之核心技術門檻研擬為開放教材，開創以智慧大學城為基礎之智慧城市創新研究領域。. n. 在資料擷取方面，主要分四個階段進行：(1)建立資訊蒐集架構、(2)感應數據的收集與整合、(3)社群網站的資料抓取、(4)演算法建立與分析、(5)機器學習訓練與污染監控預測. 建立智慧城市的資訊平台網路架構，分為四個層級、多重模組：(1) 資料層級建置感測網路、(2)服務層級建置智慧型應用服務、(3) 社區層級結合學術與社區社群、(4)政府層級改造數位治理策略，在每個層級涵蓋不同的模組層面(layers)，包括資訊互動介面、軟體. 24.

(28) 模組、雲端資料庫、操作系統模組、硬體模組等，如圖 16 所示。. 圖 5-1-1 微型智慧城市的資訊平台網路架構. 5-1-2 智慧城市的理論應用 <應用方面>： n. 國家今年提出的科技政策綱領中，積極推動智慧城鄉計畫，目標是透過物聯網（IoT）、雲端技術和大資料分析技術，提昇產業升級，也為智慧生活帶來加值的效果，本計劃以智慧大學城為基礎整合物聯網與大數據之智慧城市研究，便是將城市資訊化的關鍵技術之一。. n. 結合智慧與雲端科技，藉由智慧城市的研究與城市實驗場的建置，導入智能設計系統整合的關鍵技術，從大量的感測器讀取數據，讓城市能夠隨機應變，將資訊輸入具判讀能力的雲端軟體，進而主動採取適當的行動控制城市運作，逐步提升智慧城市的效能，促進台灣產業的轉型。. 25.

(29) 圖 5-1-2 實體建置感測網路、3D 視覺化資訊揭露(以智慧大學城為例). n. 能源與空氣品質揭露裝置預期完成「Magnetrix Curtain」電子紙帷幕，是一組結合電子紙與建築帷幕系統的裝置，設置在成大校園 C-Hub 成大創意基地，13 公尺總高度的玻璃牆面懸浮貫穿二至五樓的樓梯間中心內。延續之前與元太科技電子紙的研究合作的「Magnetrix」電子紙‘磁’磚中試驗以磁耦感應線圈對電子紙來供電與控制，電子紙帷幕則運用兩種常用的建築帷幕玻璃：第一種將電子紙及附屬電路封裝於複層玻璃內部與外界完全隔絕，電子紙以 5x5 公分像素大小製作排列成垂直間隔條紋圖案。第二種將電子紙以膠合玻璃方式，加熱與玻璃完全緊密貼合，電子紙則以單一像素來呈現漸層捲動的變色效果。兩種都連接到一組 Arduino 控制器，與玻璃脫開的磁線圈來供電並且透過磁耦交流頻率作為傳輸訊息的控制。. n. 可程式化之互動裝置將連結到前期所建置的智慧校園感測網絡系統，成為智慧校園 IoT 物聯網的一部分。電子紙帷幕裝置呈現的垂直條紋，加上可程式控制顯示的電子紙圖案，不只對應著戶外自然的樹林與大榕樹下的氣根形態，用來強化樓梯間人流與上下移動的垂直性與移動本質，同時也將探索來呈現、轉化、反應動態的校園環境感知資訊，並透過個人手機、平板等行動裝置上的應用程式，來與貼近身體的感知有所互動。進一步透過這些新的被連結的系統、與其所產生、連結的新數據，數據驅動的校園空間與規劃策略、實驗創新設計介入的可能性。. 26.

(30) 。圖 15：以電子紙作為能源與空氣品質揭露裝置(成大智慧大學城). n. 推展多元互動式且貼近身體尺度的數據揭露裝置結合校園共享單車與站體、室內外牆面等空間，運用電子紙與媒體影像，在生活場所、. 移動載具等不同尺度的空間或裝置上，有多種與都市設計模型結合的大數據分析與可視化的揭露。. 圖 17：以電子紙作為智慧校園資訊揭露的顯示裝置(成大智慧大學城). n. 推展公民科學由下而上的數據來驅動的都市設計. 結合第一年成果的揭露裝置，探索成為公共空間來創造事件且生產新的互動，進一步連結、擷取、與創造更多使用者數據，發展更具備參與式、投入的策略與介入，來進行動態且有效的城市、校園與產業的鏈結。在第一階段以社群媒體蒐集環境感受的實驗裡面，我們嘗試利用爬蟲技術抓到了相當數量的社群網站關鍵字，然而卻無法精確的鎖定關鍵字的發出地點與實際上可能產生環境問題的地點，為了解決關鍵字與地點不同步的問題，在第二階段的實驗裡面採用了定點打卡並同時取得對環境評價的社群媒體感受方式，將社群媒體本身作為感應裝置，透過網站 27.

(31) 與手持式裝置給使用者使用並取得相關的資訊，進而對城市環境進行評估。本階段之實驗為打卡點之交通易達性與環境感受評價的實驗內容。. 圖 5.2 透過問卷模式取得打卡點之環境狀況在使用者打卡的同時會紀錄使用者編號(Id)、打卡時間(Time)、網路位址(IP)、地理座標點(Coordinate)，將易達性評分統計後，依照色階區分並標是打卡點在地圖上，當使用者開啟這個地圖服務的時候，可以了解其所在地的交通易達性，以及由感應裝置所測得的環境狀態如空氣品質、氣溫濕度等，再參考這些資訊，選擇適合的交通方式。當累積足夠的城市交通易達性資訊後，可以與都市環境資料對比疊合，評估交通方式與環境之間的影響程度，以及使用者的體驗狀態，評估該基礎設施是否規劃在最適合的位置，透過這個評估方式，來修正智慧城市的設施規劃，以達到優化的目的。. 28.

(32) 5-2 都市設計之數位模型建構根據以上的研究成果，本研究嘗試以大數據驅動之自動衍生都市參數化設計，探討在以數據驅動智慧永續城市等發展下，如何影響都市的空間型態發展，透過物聯網IoT與AI人工智慧機器學習，數據驅動於都市參數化設計中，可將數據與都市型態運算整合，輔助都市資料判斷與設計上決策。. 圖 5.2 自動衍生都市設計 (陳冠霖, 成大建築碩士論文 2020). 29.

(33) 六、計畫成果自評 6-1 在微型智慧城市實踐與理論建構方面本研究計畫以微型城市智慧大學城的實體與虛擬整合基礎設施建置為基礎，整合物聯網與大數據之科技技術，探討智慧城市相關技術整合策略，以及未來城市的智慧設計方法，也是智慧城市產業升級不可或缺的部分，是國家科技計畫推廣成功與否的重要指標之一。 n. n. n. 對於國家發展之貢獻: 1.. 本計劃符合行政院推動「數位國家・創新經濟發展方案(簡稱 DIGI+方案)」的發展宗旨，以智慧大學城實現一個微型智慧城市之「生活實驗室」(Living Laboratory)，導引成為下一波創新產業發展的基礎。. 2.. 本計畫「生活實驗室」的成果，可以作為實踐智慧城市的參考，結合 AI 智慧、綠能、低碳的示範區域。. 對於學術研究之貢獻: 1.. 本計劃以創新的方法進行都市設計與資訊科技整合，從學術領域的二大支派(1)都市設計數位模型建構方法、(2) 物聯網與大數據分析方法，匯流成為一個智慧城市的新理論。. 2.. 從理論的建構到實體的建置，本計劃以 Living Laboratory 的方式，進行學術與產業的鏈結。. 對於產業之貢獻: 1.. 本計畫與佳世達科技-明基逐鹿軟體公司、永豐餘集團 E-Ink 元太科技合作，進行實體建置計畫，強化產學教育訓練。. 2.. 本計劃勾勒一個未來「資訊建築師」的角色，可結合設計、創意與科技、物聯網與大數據應用，催生跨域整合新職業。. 6-2 在物聯網與大數據知軟體開發應用方面本研究提出社群網路資訊為智慧城市發展層次之概念，蒐集各層資訊並疊合城市物理環境加以分析，試從此方面獲得智慧城市發展可能遇到的問題與改善的建議方向。. 30.

(34) 資訊蒐集與分析初步以空氣品質監控為例，設定社群網路的文字資訊搜刮研究內容為智慧校園中空氣汙染因素的潛在因素分析與預測空氣汙染發生的人工智慧訓練。藉由兩種智慧校園的資訊來源收集與演算法的對比訊練，當帶有空氣污染高度關聯的關鍵字出現在社群網路中的時候，來預測空氣品質警訊，並依照關鍵字尋找空氣汙染的潛在因素。在爬蟲抓取社群網路資訊之後，並發展使用社群網站作為蒐集城市使用者感官資訊之方法，建置手持式裝置與單機電腦共用之社群網站，蒐集相關資訊並提出與城市發展相關聯之演算法加以分析。. 6-3 在論文發表與成果創投方面 n. 論文發表與獲獎: 在論文發表與設計獲獎方面，以社群網路關鍵字分析空氣品質之相關成果在 2018 年. 5 月於 CAADRIA 國際會發表論文ㄧ篇，博士生鍾佳君獲得該年度青年卓越獎(Young CAADRIA Award)(Chung, A. and T. Jeng, 2018); 同年另外一篇 CAADRIA 國際會發表論文則是整合 VR 技術與眼動追蹤技術開發傳統都市街道設計原則(Zhang, Jeng, and Zhang, 2018); 另外則以 Blockchain 技術於建築供應鏈管理之研究在 2019 年於 CAADRIA 國際會發表論文一篇。 n. 成果創投: 以社群媒體蒐集環境感受的實驗，本研究開發出利用網路爬蟲技術的市民科學應用，. 其後續發展原型投以成功大學技轉育成中心所辦之創新圓夢計畫 2019，以期獲得更有力之發展助力，該專案目前在審核當中。. 31.

(35) 七、參考文獻 Agtmael, A. V. and F. Bakker, The Smartest Places on Earth: Why Rustbelts Are the Emerging Hotspots of Global Innovation, Public Affairs, 2016 Bates, O. and A. Friday, “Beyond Data in the Smart City: Repurposing Existing Campus IoT”, IEEE Pervasive Computing, pp. 54-60, April-June, 2017. Chung, A. and T. Jeng, “Information Extraction Methodology by Web Scraping for Smart Cities”, T. Fukuda, W. Huang, P. Janssen, K. Crolla, S. Alhadidi (eds.), Learning, Adapting and Prototyping, Proceedings of the 23rd International Conference of the Association for Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA) 2018, Volume 2, pp.515-524. (Young CAADRIA Award) Crooks, A., K. Schechtner, A. K. Dey, and A. Hudson-Smith, “Creating Smart Buildings and Cities”, IEEE Pervasive Computing, pp. 23-25, April-June, 2017. Goldstein, B., Beyond Transparency: Open Data and the Future of Civic Innovation, Code for America Press, 2013. Goldsmith, S. and S. Crawford, The Responsive City: Engaging Communities Through Data-Smart Governance, Jossey-Bass, 2014. Hsu, Y-C. and I. Nourbakhsh, “When Human Computer Interaction Meets Community Citizen Science: Empowering Communities through Citizen Science”, Communication of the ACM, Vol. 63, No. 2, February 2020. Jeedigunta, S., Shape Up for Smart Cities, Hyderabad, India, 2018. Khatoun, R. and S. Zeadally, “Smart Cities: Concepts, Architecture, Research Opportunities”, Communications of the ACM, 2016, Vol. 59 No. 8, Pages 46-57 Mayer-Schonberger, V. and K. Cukier, Big Data: A Revolution That Will Transform How We Live, Work, and Think, Eamon Dolan/Mariner Books, 2014. Mitchell, W., City of Bits: Space, Place, and the Inforbahn, The MIT Press, 1996. Monchaux, N. D., Local Code: 3659 Proposals about Data, Design & The Nature of Cities, Princeton Architectural Press, 2016. Mone, G., “The New Smart Cities”, Communications of the ACM, 2015, Vol. 58 No. 7, Pages 20-21.. 32.

(36) Offenhuber, D. and C. Ratti, Decoding the City: Urbanism in the Age of Big Data, Birkhauser Verlag AG, 2014. Sashinskaya, M., Smart Cities in Europe: Open Data in a Smart Mobility Context, CreateSpace Independent Publishing Platform, 2015. Singleton, A.D., S. Spielman, and D. Folch, Urban Analytics, SAGE Publications Ltd, 2018. Stimmel, C. L., Building Smart Cities: Analytics, ICT, and Design Thinking, CRC Press, 2016. Picon, A., Smart Cities: A Spatialised Intelligence, Architectural Design, Wiley, 2016. Thakuriah, P., N. Tilahun and M. Zellner, “Big Data and Urban Informatics: Innovations and Challenges to Urban Planning and Knowledge Discovery”, Proc. of NSF Workshop on Big Data and Urban Informatics, Pages 4-32, 2015. Townsend, A. M., Smart Cities: Big Data, Civic Hackers, and the Quest for a New Utopia, W. W. Norton & Company, 2014. Zhang, L, T. Jeng, and R. Zhang, “Integration of Virtual Reality, 3-D Eye-Tracking, and Protocol Analysis for Re-Designing Street Space”, , T. Fukuda, W. Huang, P. Janssen, K. Crolla, S. Alhadidi (eds.), Learning, Adapting and Prototyping, Proceedings of the 23rd International Conference of the Association for Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA) 2018, Volume 1, pp.431-440. EY Advisory & Consulting Co. Ltd (文系でもわかる人工知能ビジネス), 2020 我們這樣生活、那樣工作，大是文化，2017. 中衛發展中心，智城慧市大未來：全球趨勢、智慧應用、案例解讀，完全啟動下世代產業新商機，中衛出版社，2017. 鄭泰昇，《互動建築：空間即媒體、介面、與機器人》，(中英文)，田園出版社, 2011. 鄭泰昇，「智慧建築」,《台灣建築學會會刊》，第 67 期，2012 年 7 月陳冠霖，《大數據驅動之都市參數化設計方法探討:以低碳永續社區為例》，成大建築研究所碩士論文，2020. 成大智慧大學城 http://smartcampus.cpd.ncku.edu.tw/. 33.

(37) 八、附件壹、CAADRIA2018 國際會議報告 n. 會議名稱：第 23 屆亞洲地區電腦輔助建築設計研究國際會議(CAADRIA). n. 時間：2018 年 5 月 17 日─ 5 月 20 日. n. 地點：中國、北京. n. 主辦單位：中國清華大學建築學院一、. 參加會議經過. 本次第二十三屆亞洲地區電腦輔助建築設計研究國際會議，由北京清華大學建築學院主辦，本次會議共有來自全世界十幾個國家參與，本屆會議主題是「學習、原型創造與適應」(Learning, Prototyping and Adapting)，5/12-17 為學生工作營，主題為數位製造，在 5/17 下午由工作營成果發表會並接著研討會開幕式， 5/18-19 兩天的國際會議發表，分為四個場地同步進行，共發表 113 篇論文，議程主題包括 : Digital Fabrication and Construction, Design, Cognition and Interaction, Parametric and Generative Design, Addititive Manufacturing, Urban Issues, Design Practice, Addititive Manufacturing and Optimization Processes, Mixed Reality and Interactive Environments, Building Information Modelling and Interoperability, Environmental Analysis - Adaptive Facades, Smart Built Environment and Internet of Things, Computational Fluid Dynamics and Optimization, Shape Studies and Design Synthesis, City Modeling and Thermal Comfort, Robotic Fabrication and Automation, Human-Computer Interaction and Wearables, Visual and Spatial Studies, Generative, Algorithmic and Evolutionary Design, Digital Fabrication and Construction, Virtual Reality and Interactive Environments,. Adaptive. Materials and Kinetic Architecture, BIG Data, Clustering and Information Processing, Computational Design Processes, Theory and Education, Augmented and Mixed Reality in Architecture, Architecture and Urban Form and Analysis, BIG Data and Machine and Deep Learning。. 本次會議共安排五位 Keynote Speakers: 34.

(38) 1. 馬岩松(中國) 演講題目：“Architecture and Emotion” 主講以感性思維進入建築設計的思考方式，以情感流動驅動設計的想法，在高度數位化與高科技的現代環境中保有對設計的純粹熱情。 2.. Ali Rahim (美國) 演講題目：”Design Innovation”. 介紹 Ali Rahim 應用參數式設計搭配建築材料特性所設計與施工的建築作品。 3.. Hernan Diaz Alonso(美國)－”Dejavu”. 以「意識感」帶動參數式設計所創作的建築設計，強調意識的流動，搭配參數化設計，帶領觀眾前往超現實的建築設計領域。 4. 邵韋平(中國) 演講題目：“Design & Construction of Phoenix Center based on Digital Technology” 介紹鳳凰中心從設計到施工完成的完整過程，集合了參數化設計，建築資訊模型所建造出具有高度現代感與科技感的鳳凰衛視大樓。 5.. Philippe Block(瑞士)－”Reimagine Shell Structures- Strength Through Geometry”. 從結構的角度出發，利用參數式設計運算給予建築材料不同的結構設計，使建築材料具備不一樣的組成樣貌，並在發展參數式設計的同時以節省資源為訴求，引導科技進入對環境更具意義的領域。. 圖一： Keynote Speakers 成大參與本次會議，共發表二篇論文，分別為: 1. Chung, C. and T. Jeng, “Information Extraction Methodology by Web Scraping for Smart Cities” 2. Zhang, L., T. Jeng, and R. Zhang,” Integration of Virtual Reality, 3D Eye-Tracking, and Protocol Analysis for Re-Designing Street Space”. 35.

(39) 二、. 與會心得. 本次 CAADRIA 會議首度在北京清華大學主辦，充分顯示北京清華大學建築學院積極發展數位技術的企圖心，在觀察各國論文發表後，歸納出幾個趨勢： 1. 中國大陸建築數位科技在過去十幾年來，一直偏重於實務的應用研究，今年中國的論文包括清華大學、同濟大學、東南大學等名校，同時出現了大數據分析、人工智能等基礎應用，未來的發展不可小覷。 2. 清華大學建築學院定位 CAD 為未來建築自動化的工具，積極發展機器手臂的建造科技，目的是取代未來下一世代建築的人工需求，除了舉辦本次 CAADRIA 國際會議，同時爭取到歐洲機器人相關會議的主辦權，可見其旺盛之企圖心。 3.. CAADRIA 整體論文仍然偏重技術開發與建築設計實務的應用，很明顯的已. 經從電腦輔助設計領域，轉向智慧製造、擴增實境、人工智能、智慧城市等多樣化發展，以資料為基礎的建築與都市設計探索研究，開始有明顯增多的趨勢，純理論如設計認知與設計方法的研究明顯數量降低。 4. 本次大會選舉出下一屆主席 Dr. Christine Herr，Dr. Herr 為德國裔，曾經受聘於成大建築系，目前在中國蘇州國際大學任教，Dr. Herr 期許將 CAADRIA 轉回到設計方法的應用，而不只是數位技術的開發，2019 年的 CAADRIA 大會由紐西蘭 Victoria University of Wellington 取得主辦權，後續發展值得關注。. 三、. 得獎. 成大的研究獲得與會學者的肯定，博士生鍾佳君獲頒「年輕研究獎」(Young CAADRIA Award)。. 圖二：成大建築博士生鍾佳君獲頒大會年輕研究獎(Young CAADRIA Award) 除研討會外，建築博士生鍾佳君也參予了這次在會議前所舉辦的工作營，整個工作營均以數位製造為中心發展。實際參與當中的 Computational Plasma Cutting – 36.

(40) Parametric Assemblies 組，由 RWTH Aachen Univeristy 的 Sigird Brell-Cokcan 教授帶領的團隊進行一連串的設計發想與數位製造過程，並與來自中國各地的建築系學生交流，收穫豐富。. 1.. 圖三：與工作營同學、講師 Ethan Kerbe 在作品前合影；設計過程. 四、. 攜回資料名稱及內容. l. CAADRIA2018 國際會議論文集. l. 年輕研究獎(Young CAADRIA Award). 圖六：年輕研究獎(Young CAADRIA Award) 獎狀 (鍾佳君). 37.

(41) 貳、CAADRIA2019 國際會議報告 n. 會議名稱：第 24 屆亞洲地區電腦輔助建築設計研究國際會議(CAADRIA). n. 時間：2019 年 4 月 15 日─ 4 月 17 日. n. 地點：紐西蘭、威靈頓. n. 主辦單位：維多利亞大學 Victoria University of Willington 五、. 參加會議經過. 本次第二十四屆亞洲地區電腦輔助建築設計研究國際會議，由位於紐西蘭威靈頓的維多利亞大學建築學院主辦，本次會議共有全球 668 篇論文摘要投稿，篩選了 395 篇摘要進行全文投稿，經過 172 為國際審查委員審核，共錄取 183 篇全文論文 Full Papers，本次會議來自全世界十幾個國家參與，本屆會議主題是「智慧&情報」(Intelligent & Informed)，4/15-17 三天的國際會議發表，分為四個場地同步進行，共發表 183 篇國際論文，議程主題包括: Artificial Intelligence & Machine Learning, Design Education, Digital Conservation & Heritage, Generative Algorithmic & Evolutionary Design/Techniques, Smart Buildings/Cities/Regions, Building/City/Region Information Modeling/Management, Theory, Philosophy and Methodology, Digital Fabrication & Construction, Digital Fabrication & Construction, Robotics, Human-Computer Interaction/Collaborative & Collective Design, Virtual/Augmented/Mixed/Interactive Environment, Design Cognition, Practice & Interdisciplinary，除了論文發表之外，並主辦二場次圓桌論壇，主題包括 Education in Time-Based CAAD Realms, Accelerating Impacts of Computational Design，探討電腦輔助設計在建築教學的新觀念，同時舉辦博士生聯盟 Post-Graduate Students Consortium，讓博士生可以分享彼此的研究心得。. 圖一: CAADRIA 大會於維多利亞大學建築學院中庭正式開幕. 38.

(42) 本次會議共有三個的主題演講(Keynote Speeches)，包括： 6. “Diffusive Architecture: Pluripotency & Entropy”－ Prof. Philip Beesley (School of Architecture, University of Waterloo, Canada) Prof. Philip Beesley 提出他對於未來建築的看法，他認為傳統上建築基本上是一個「建築外殼」(Building Envelop)的概念，透過材料與數位革命，建築外殼可以逐步虛化進行「擴散」作用，於是他提出「擴散建築」(Diffusive Architecture)的概念，認為一個細胞可以分化爲其他種細胞(Pluripotency)，類似「熵」(Entropy)的擴散作用，試圖抓住建築的不確定性，他的設計方法乃是以輕亮的羽毛，嵌入感測裝置，形成他的互動設計作品風格，可以隨人與物的互動感測，空間得以進行主動的反應，互動空間的主動圍閉與擴散，成為新的一種互動經驗，他的作品擴及歐洲的各大城市。 7. “Designing New Socio-Economic Imaginaries” －Prof. Chris Speed (Chair, Design Informatics, University of Edinburgh, UK) Prof. Chris Speed 的演講主要是以社會學與經濟學的觀點，提出為未來世界的「想像」 (Imaginaries)，整個城市因為網路革命的關係，價值主張(Value Proposition)已經不同於以往，逐步趨向一個分散式自主的社會，Prof. Chris Speed 以新興科技區塊鏈(Blockchain)為切入點，資料價值重新解構重組，當物聯網 IoT 嵌入城市生活各個角落，區塊鏈技術使得城市的社交與經濟活動產生劇烈的變化，例如人在城市行動可以透過區塊鏈的智慧契約(Smart Contracts)，在城市行走探索中也可以產生交易行為，當所有的 IoT 物件透過區塊鏈加值擁有錢包，咖啡機可以在咖啡豆用完時，自動叫咖啡原料公司來補充咖啡豆，然後自動從咖啡機錢包自動扣款，吹風機嵌入人工智慧 AIoT 技術，可以自動提醒使用者，何時使用綠電比較省錢，使用者可能得等候一段時間，才能使用綠電的吹風機，否則就是支付較高的電費使用吹風機，整個社會的經濟活動，將隨著區塊鏈技術的導入，而產生巨大的變化。 8. “Design is Real, Complex, Inclusive, Emergent & Evil” －Prof. Justyna Karakiewicz (Urban Design and Architecture, University of Melbourne, Australia ) Prof. Justyna Karakiewicz 是都市設計的教授，她從當初她畢業的英國建築聯盟(AA)的畢業設計案例談起，當時設計出一棟節能的太陽能房子，卻不知道如何實踐？慢慢的全球開始永續的風潮，技術的演進讓她可以進行綠建築的實踐，而建築的複雜度，透過創新科技的運用，逐漸的將模擬軟體運用到都市設計的範疇，她舉一個她負責在香港的都市設計案 39.

(43) 例，希望藉由風的導入，解決都市熱島效應的問題，都市模擬軟體適時扮演一個重要的角色，最後她的結論是提出良心的建言，表示建築設計如果不適度兼顧地球永續的問題，建築師也可能是扮演邪惡(Evil)的角色，做出傷害地球永續的設計。. 圖二: CAADRIA2019 三個主題演講(Keynote Speeches). 六、. 與會心得. 本次會議由紐西蘭威靈頓的維多利亞大學建築學院院長 Marc Aurel Schnabel 教授主辦，發表論文多達 183 篇，來自將近 20 個國家的學者與研究生參與盛會；在會議的安排上，將正式會議議程延長到三天，然後在每天的議程中，早上安排 Keynote Speeches，下午安排產業界舉辦圓桌會議，並特別獨立出一個研究生非表會(Post-Graduate Students Consortium)，讓各國的研究生特別是博士生，得以相互交流研究成果，提攜後進的意味濃厚，大會前三天進行工作營交流，成果就在 CAADRIA 會議現場中庭展覽。今年個人帶領成大建築研究所博士班二名、碩士班一名參加論文發表，題目為： “A Blockchain Approach to Supply Chain Management in a BIM-Enabled Environment” 第一作者乃是印尼籍博士生Adamai Fitriawijai，並由其負責論文簡報，因為前一天的 Keynote Speaker Prof. Chris Speed提出區塊鏈技術的趨勢，因此成大所發表的此篇區塊鏈應用論文，立即獲得許多與會學者的重視，簡報中先簡介區塊鏈技術，再導入BIM技術整合建築供應鏈，是本次大會中唯一進行區塊鏈實作的論文。本次帶領碩博士生們參加 CAADRIA 國際會議，因為學生們是第一次出國用英文簡報，因此反覆進行英文簡報訓練，每天回到旅館，亦持續密集會議、反覆練習英文，學生們經常是到深夜才能休息，雖然對於師生體力是一個負荷，但是經過國際會議論文發表的訓練與洗禮，研究生普遍獲得自信與成就，不但經歷一場國際會議難忘的訓練，也開啟研究生的國際視野，對於未來的發展具有啟發性的影響。 40.

(44) 圖三：CAADRIA 研究生論文發表現場今年個人受邀請擔任 CAADRIA Session Chair 場次主持人，負責場次 Building/City/Region Information Modelling/Management，本場次有許多 BIM 相關的論文發表，許多新軟體平台的開發，亦引發熱烈的討論，場次主持人現場如下圖：. 圖四：擔任 CAADRIA Session Chair 場次主持人本次 CAADRIA2019 會議從投稿的篇數來分析，有幾個主題變得非常熱門，第一熱門的研究主題是「智慧建築/城市/區域」(Smart Buildings/Cities/Regions)，資料數據的模擬與視覺化成為研究的顯學，其次熱門的研究主題是「數位製造與營建」(Digital Fabrication & Construction)，運用大型機器手臂進行堆磚與新材料試驗，不過比較起來，今年的數位製造有稍微退燒的趨勢。今年比較特別的研究主題是「人工智慧與機器學習」(Artificial Intelligence & Machine Learning)，部分學者開始探索人工智慧與機器學習在建築的應用，從今年幾個熱門崛起的研究主題，可以窺視未來電腦輔助設計的國際研究趨勢。 41.

(45) 107年度專題研究計畫成果彙整表計畫主持人：鄭泰昇. 計畫編號：107-2221-E-006-051-MY2. 計畫名稱：微型城市物聯網與大數據創新應用之整合架構研究-以智慧大學城為例成果項目. 質化（說明：各成果項目請附佐證資料或細單位項說明，如期刊名稱、年份、卷期、起訖頁數、證號...等） . 量化. 期刊論文. 0. 研討會論文. 0. 篇. 專書國學術性論文內專書論文. 0 本. 技術報告. 0 篇. 其他. 0 篇. 期刊論文. 0. 國學術性論文外研討會論文. 0 章. Chung, A. and T. Jeng, “Information Extraction Methodology by Web Scraping for Smart Cities”, T. Fukuda, W. Huang, P. Janssen, K. Crolla, S. Alhadidi (eds.), Learning, Adapting and Prototyping, Proceedings of the 23rd International Conference of the Association for Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA) 2018, Volume 2, pp.515-524. (獲得Young CAADRIA Award) Zhang, L, T. Jeng, and R. Zhang, “Integration of Virtual Reality, 3-D Eye-Tracking, and Protocol 篇 Analysis for Re-Designing Street 3 Space”, , T. Fukuda, W. Huang, P. Janssen, K. Crolla, S. Alhadidi (eds.), Learning, Adapting and Prototyping, Proceedings of the 23rd International Conference of the Association for Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA) 2018, Volume 1, pp.431-440. Fitriawijaya, A., H. Tsai, and T. Jeng, "A Blockchain Approach to Supply Chain Management in a BIMEnabled Environment", Proceedings of the 24th International Conference of the Association for Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA) 2019.

(46) 本國籍參與計畫人力非本國籍. 專書. 0 本. 專書論文. 0 章. 技術報告. 0 篇. 其他. 0 篇. 大專生. 1. 大專生獲得Python程式訓練與能力. 碩士生. 4. 碩士生獲得Python程式訓練、網路爬蟲技術、大數據分析、以及智慧校園實踐. 博士生. 1. 博士生鍾佳君獲得國際會議 CAADRIA2018年度青年卓越獎(Young CAADRIA Award). 博士級研究人員. 0. 專任人員. 0. 大專生. 0. 碩士生. 0. 博士生. 1. 博士級研究人員. 0. 專任人員. 0. 人次. CAADRIA國際會發表論文. 其他成果博士生鍾佳君獲得國際會議CAADRIA2018年度青年卓越獎（無法以量化表達之成果如辦理學術活動 (Young CAADRIA Award) 、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及其他協助產業技術發展之具體效益事項等，請以文字敘述填列。） .

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