| 土木防災預警之新趨勢探討-以「光纖感測」為例 |
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| 最後更新時間：7月 | 7日 , 2022 |
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| 近年來光纖感測技術已廣泛應用在建築結構、離岸風機、橋樑、隧道、邊坡等環境監測，由於光纖屬於被動元件且本質安全（有防爆之特性），相較傳統電子儀器之優勢具有體積小、傳輸距離遠、耐用性與穩定度高、維護性低，以及不受電磁波、雷擊、水氣等影響。 |
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依據不同之感測原理，可分為全分佈式及部分分佈式之感測型態。所謂全分佈式感測表示設置於監測現場之感測光纖或光纜，其光纖之每一點位可即時感應外在環境溫度、應變、聲波震動之變化，猶如人體的神經網絡，可時時刻刻反映身體的狀況，告知大腦何處有異常需要進行診斷及醫治。
部分分佈式感測為光纖作為傳輸訊號的介質，針對特殊結構、重要之區域進行感測器佈放，感測器可依照不同之監控性質，來進行設置以符合監測需求。且同一光纖可串聯多個不同形式之光纖感測器，並可透過樹狀結構進行擴充，以達到大區域監控之特性。
隧道線性結構溫度監控
隧道為長條線型結構，一旦災害事故發生時，救援路線因受限隧道兩端出入口，恐難以及時到達救援。以隧道消防設備監控設施而言，既有火警探測監控大都採用電子式感測器，以熱電偶或熱電阻感應外在環境溫度變化。整體系統建置時，需要大量配置管線、安裝極度複雜，不同型式感測器需配對符合之傳輸電纜及接收模組，系統相容性低。採等間距分區安裝，無法及時掌控隧道內部整體溫度變化。火災高溫情況下，系統無法在繼續維持正常運作，監控火災蔓延分佈情形。感測器常有誤報情況且發生故障時，不易進行更換，長期維護成本高。
使用光纖感測偵溫系統，可透過單一感測光纖(纜)，沿線連續監控隧道每一位置溫度變化，且光纜耐溫性極高，即使在高溫環境，仍可發揮作用。加上光纖(纜)不易受濕氣、突波衝擊、電磁波等干擾。整體系統可免除前述之諸多影響，對於系統之規劃建置、功能及後續維運，可大幅減少支出成本，提高管理效益。
照片1為應用於台11線跳浪隧道實景，感測光纜沿隧道頂部進行架設，光纜尾端則連結至隧道機房內之光纖偵溫解讀系統，並利用圖控軟體(SCADA)，如圖1以視覺化畫面，提供管理人員監控隧道內每一處溫度變化。當有異常狀況發生時，光纖偵溫解讀系統會傳送訊號觸發消防受信總機，以避免災害事故擴大。相關應用也同時使在蘇花改東澳東岳隧道之火警監控系統。
鐵路/道路邊坡落石監控
山區鐵路或道路邊坡，若行經路徑坐落於地質不穩定區域時，恐遭遇土石流、落石及邊坡滑動之危害，進而影響用路人的行車安全。其中以落石災害，較難以預測發生機制及滾動路徑，為避免災害發生，通常使用工程手段來進行防範，例如落石棚、攔索網等。但如果行徑路徑過長且礙於經費考量，可能無法全面以防護工程來解決，此時，必須倚靠監測預警系統來防範未然。
目前對於落石監控預警之方法，包含於現場架設影像監控系統，透過後端影像分析軟體，再來研判監控範圍是否發生異常狀況。或者於落石攔索網安裝電子感測元件，以偵測攔索網應變及應力變化，判別是否有落石掉落事件發生。但這些監測預警方法，需要大量多點佈設，感測儀器電力來源、耐用性、穩定性等必須納入考量。加上山區常有濃霧、暴雨，氣候條件不佳影響，夜間環境無法有效透過影像進行判別。諸如種種因素，藉由光纖聲波探測方式及背景聲波類型之建置，可有效分辨現場環境狀況是一最佳可行之方法。
由於聲音背景資料會與現場環境有所關聯，必須透過相關測試實驗及環境資訊的蒐集加以修正系統參數，該偵測系統經過約6個月的測試與調校，可成功判斷現場是否有落石災害事件發生，其系統偵測準確度可達到97%以上。
綜合前述案例成果，利用光纖全分佈式感測方式，不僅可大範圍監控現場環境應變、溫度、聲音等物理變化量，並可準確有效辨別事件發生位置，即時提供資訊給相關管理人員，且系統初期建置時，僅須佈放感測光纜，無繁瑣電子零件設備，不僅在耐用及穩定度可大幅提升，對於系統之後續維運支出成本也可大幅降低。 |
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