智慧城市利用IoT與分析，預測及管理洪災問題

北卡羅萊納州卡瑞鎮攜手SAS和Microsoft，保護市民免於洪災，守護流域並協助友善環境開發。

民眾因為美麗的社區，頂尖的學校和為數眾多的公園。——這些都是讓許多人慕名搬遷至北卡羅萊納州卡瑞鎮的原因。過去 25 年，卡瑞鎮的規模擴增為原本的三倍，目前的人口超過 175,000 人。居民的湧入導致了新建案、購物中心、商業和娛樂場所的興盛。

隨著卡瑞鎮人口的不斷成長，這座具有小鎮風情的智慧城市擁有一個團隊，他們致力於運用頂尖技術造福社區。這包括使用物聯網 (IoT) 來確保更有效保護人民免受洪水影響，就新開發項目進行適當審查，以免導致洪水氾濫，並保護當地流域。

「我們希望卡瑞鎮成為每個人嚮往生活、工作和娛樂的地方。」卡瑞鎮資訊長 Nicole Raimundo Coughlin 如此表示。「智慧城市和 IoT 技術將驅動我們市政運作的未來，我很高興成為善用資料社群的一員。」

從被動到主動，再到預測

從道路、停車場、人行道和建築物等不透水表面流下的雨水，是卡瑞鎮的一大關鍵。「位於兩條河流域的上方是卡瑞鎮的特別之處，」智慧城市暨 IT 專案經理 Terry Yates 說到。「我們的水流會影響本州的其他社區。這代表我們的雨水計劃影響了卡瑞鎮及附近城市的市民。」

以前卡瑞鎮對洪水的應變方式是人工且被動的。「在卡瑞鎮擁有 IoT 感測器之前，居民就是感測器，」Yates 如是說。「但城鎮管理者應該在民眾致電前知道發生了什麼狀況才對。」

「以前在暴風雨來襲時，我們無法了解河流水位或水位上升的速度，因為我們沒有技術能觀察這些動態，」Raimundo Coughlin 補充到。「通常我們都是接到民眾的電話，通知我們發生了洪水。然後鎮上工作人員會聯繫公共工程或公共安全人員，派他們到現場設置路障、關閉道路、重新引導交通，並應對緊急情況。」

Raimundo Coughlin 了解，必須有更好的方法來為容易發生洪水的社區服務。「卡瑞鎮受到認可，被視為創新城市解決方案的領導者。我們致力於使用智慧技術和數據來最佳化城市營運並提高生活品質，因此是時候開始應用這些技術來預測和管理洪水了。」

卡瑞鎮的目標之一是運用分析和 IoT 來提高情境感知能力。在實施洪災預測解決方案之前，該鎮的資料存放在多個不同的系統中。「我們無法清楚檢視，」Yates 說。「我們必須前往不同地方手動協調回應。一切都還沒自動化。」

卡瑞鎮希望消除資料孤島，以利各部門和決策者可從更大範圍的資訊檢視中獲益，這是過去未能做到的。

「我們需要一個可擴充的解決方案，從被動轉向主動，最終達成預測，」Raimundo Coughlin 說。「在洪水氾濫時，時間是關鍵因素。想像一下，當一台上面有人的汽車被水沖走時，肯定是分秒必爭。卡瑞鎮的洪災預測系統以我們社區的安全為設計核心。」

SAS 和 Microsoft 合作推出最佳解決方案

卡瑞鎮的領導者會見了 SAS 和 Microsoft 的代表，著手規劃新的洪災預測解決方案。「我們聯繫技術合作夥伴，並將政府市政空間當做實驗室，以釐清所有資訊的意義，無論是在安全性、流程、整合還是資料擷取方面，」Raimundo Coughlin 提及。「這次的重要合作是創造雙贏的機會，我們能一起解決所有問題，這是我們有史以來做過的最佳決策。」

卡瑞鎮從這些討論中得到啟發，對未來有了明確的願景，進而推展由 Microsoft Azure IoT 支援的 SAS 洪災預測和整備解決方案。

「將來自不同系統的資料統一於一處檢視以獲得全面性視角，這點極為重要，」Yates 說到。「我們再也不會從 Excel 表格、公共安全系統中、或是雨水感測器等不同來源分別取得資訊。能夠將所有資料匯集到同一處，還能同時檢視並分析所有內容––這是本鎮的一項重大成就。」

這套解決方案是基於卡瑞鎮的雲端優先策略所建置。「雲端能讓現場人員在需要時立即獲得所需的資訊，」Yates 說。「而且我們能快速輕鬆地更改架構，若在地端部署相對困難得多。」

「我們很有幸能和 SAS 及 Microsoft 建立穩固的關係，因為他們不僅是技術供應商，更是真正的合作夥伴––關心我們正在做的事、了解我們的願景，以及對卡瑞鎮的深遠影響。」Raimundo Coughlin 說到。「對我們而言，這個結盟是夢想成真。」

分析與 IoT 的實際體現

暴雨部門是卡瑞鎮內運用 SAS Analytics for IoT 的主要部門之一。暴雨管理人員從太陽能供電的行動網路感測器接收資料，感測器可測量水的高度和深度、水流和降雨量。來自感測器的資料會上傳到雲端並與天氣資料相結合。然後暴水部門可以分析資料，並和其他如公共工程、公共安全和資訊技術等部門共享資訊。

「我們的 IoT 前導專案位於卡瑞鎮中心的Walnut溪流域，」雨水開發經理 Matt Flynn 說。「我們在整個流域的多個區域放置雨量計和水流感測器，現在我們可以監測，從模型及系統建議作法所反映的實際地面狀況。」

卡瑞鎮使用感測器、Azure Maps 天氣預報資料和 SAS 事件串流處理，希望提高對水位上升狀況的警覺性，更有效地預測可能發生洪災的位置，以提供進一步的警示，並透過自動化改善緊急應變。

「雨水測量儀器能讓我們了解暴風雨的變化性多大。」Flynn 說。「我們能看到某處是否在下大雨，而某處雨量不多。然後，水流感測器能提供關於河川的水流資訊。我們擁有的真實資訊能夠回饋給模型，並查詢這是否為模型最初的預測，又或是有新資訊提供不同結果？」

這些模型是動態的，能不斷接收新資訊，而這有助於卡瑞鎮了解實際發生的情況以及如何改善。讓工作人員能夠確認要注意的特定區域。

有了預測分析帶來的助力，卡瑞鎮能超前了解已發生的事情和原因，進而發掘洞察，更有效地為未來的洪災做好準備。工作人員能利用資料、統計演算法和機器學習技術，依據資料來判斷未來可能發生的結果，並提前發出警報。

除此之外，SAS 視覺化分析還為卡瑞鎮提供互動式儀表板、報表、商業智慧及數據分析——將傳統資料與位置資料結合，以便在地理環境中進行分析。戶外使用者可透過行動裝置登入雨水 IoT 儀表板。即使他們不在辦公室，所需的資訊也唾手可得。

「擁有視覺化資訊非常重要，因為你可以輕易吸收理解。」Raimundo Coughlin 表示。「您不必是資料科學家，也能理解結果。你不是在挖掘一堆資料，試圖找出一些東西。你是在查看實際向你呈現事物狀態的圖片。」

卡瑞鎮使用 Microsoft Azure IoT Hub 導入感測資料，並將其與 SAS Viya 上的 SAS 解決方案相連。「當這些都就位了，我們便能即時查看系統中的所有資料，進而知道哪裡需要調整，例如將某些感測器移動到更穩定的位置。」Raimundo Coughlin 說。「Azure IoT 平台的延展性成為我們架構的重要組成部分，而 SAS 提供領先業界的分析，能整合即時和歷史資料中提出洞察。」

有了可靠的資料流，卡瑞鎮便能夠採取更有效的措施，預測洪災的真正影響。由於不同地點的降雨量不同，卡瑞鎮可以看到住家、公司、道路和其他建築受到影響時間。而建模能幫助人員更有效地準備和規劃行動方案。

透過機器學習監測水流

雖然卡瑞鎮才剛開始探索人工智慧 (AI) 在洪災預測和管理中的作用，但工作人員已經看到了其發展的可能性。

「現在我們正處於使用 AI 的初期階段，我們對這個領域的發展感到振奮。」Yates 表示。「在機器學習方面，有個例子是，當鎮上遇到下雨時，感測器發現情況出現變化，於是便開始更快速傳送資料，無需任何形式的人工干預。」

在偵測感測器發生問題方面，AI 也發揮著重要作用。「我們有一個回饋迴圈來監控電池和電量，而且該系統正在不斷學習。」Yates 表示。「偵測到異常時，我們可以傳送到工作需求單管理系統供查看。將水流視覺化對我們來說無比重要，這體現我們能擁有看到實際發生狀況的能力。」

為居民和環境帶來更好的成果

雨水不僅會影響居民、建築物和道路，還會對環境產生重大影響。未經處理的雨水流入下水道系統和水溝，通常帶有碎片、沉積物、細菌和化學物質而進入附近的溪流、河流和湖泊，之後都會讓水質變差並危害水中生物。

「暴雨管理是工程和非工程實務的結合，」Flynn 表示。「這能讓我們選擇開發不會加劇水質問題的地區，避免引發或惡化下游區域的洪災問題。」

暴雨部門預計在卡瑞鎮所有流域執行和Walnut溪一樣的專案。該專案的下一階段將在Swift溪放置雨量計和水流感測器。「我們知道Swift溪的情形完全不同，我們很想知道資料會顯示出什麼，」Flynn 如是說。

卡瑞鎮以捍衛居民和環境而感光榮，現在更能有效地保護居民和環境免受洪災危害。

「SAS Analytics for IoT 的強大之處在於，能幫助鎮議會為社區做出更有利的決策，同時展現這些決策背後的邏輯。」Flynn 解釋到。

「這些資料能協助驗證為何我們選擇在某些地方開發新的社區和商業區，同時避開某些地方，以及為何我們決定在某些地區收購土地以建立野生動物生態廊道。SAS 確實為我們提供了可信度，這對政府而言是無價的。」

為他人著想

鎮長辦公室主任 Danna Widmar 負責管理暴雨部門，以及其他幾個致力於幫助居民的團隊。這些團隊運用數據分析來檢測、重新評估，並確認鎮內能採取哪些不同的措施，以產生最正面的影響。數據分析為人們提供可靠的資訊，好讓他們能就房屋、財產和福祉做出明智的決定。

「雖然卡瑞鎮無法控制大自然，但我們會盡量幫助人們面對當地發生的狀況。」Widmar 表示。「洪水帶來不確定性，而這種不確定性是人們所背負的重擔。我們會在此支援，協助大家應付這種重擔。」

特殊專案團隊結合了數據分析、同理心和行動，致力於了解人們在洪災和雨水問題上面臨的困難。

「建立動態模型，並在現場使用 IoT 裝置，能讓我們更有把握預測實際發生的狀況，這對我們和卡瑞鎮居民而言極為重要。」Widmar 表示。「現實情況是，我們無法根除洪水—我們的要務是減輕其影響。有時候這非常困難，但我們仍須了解鎮民的觀點。如此一來，當我們一起努力時，才更有可能提出有利於社區的解決方案，社區就是我們所有人的家。」

洪災造成的影響不僅需要實際的清理與修復，洪災也可能是一種震撼的情感體驗。「如果你的房屋或財產因洪災而損失，要考量的事情太多了。」Widmar 說到。「你不僅要處理災害的實際後果，還得應付在失去帶有價值和情感的東西後，所帶來的壓力和悲傷。」

「由於我們所做的是由分析驅動，所以能夠做出客觀、冷靜的決定。雖然我們知道我們無法徹底解決洪災問題，但我們能使用資料來改善社區成員的生活品質。當決策或行動是由資料所驅動，而且還有數據分析的支援時，這對我們的鎮議會和居民而言具有十足的意義。」

卡瑞鎮及更多更美好的未來

卡瑞鎮進行分析的範圍超出了該鎮本身。卡瑞鎮與區域合作夥伴分享其感測器資料，包括北卡羅萊納州緊急應變管理部門、韋克縣、羅里市，以及埃佩克斯、莫里斯維爾和霍莉斯普林斯鎮。

「洪水氾濫不僅是卡瑞鎮的問題或北卡羅萊納州的問題，而是一個全球性問題。」Raimundo Coughlin 說到。「為了解決洪災問題，我們絞盡腦汁並努力規劃，我們的鎮有一個絕佳的機會與其他城市和州分享我們的工作和發現，展示我們社區是如何使用分析和 IoT 來更完備地準備並應對洪水問題。」

無論卡瑞鎮各個職員的個人角色為何，他們都有一個共同的優先要務，那就是社區的安全和福祉。「我們受惠於整合的 SAS 和 Microsoft IoT 解決方案，擁有可靠的資料，以及能夠輕鬆解讀資料的工具。」Raimundo Coughlin 表示。「這使得卡瑞鎮能就洪水做出最佳決策，進而協助我們更有效地保護居民。我們不只是分析數字而已，更是為家人、朋友和鄰居著想。」