災難會迅速影響人類和地球的福祉。無論是由自然發生的事件(如颶風或洪水)還是由人類活動(如工業事故)引起，突發災難性事件都會對人類、環境和經濟造成傷害。

但是預先警告是有准備的。災害預防系統可以在拯救生命和減輕經濟損失方面發揮關鍵作用。越來越多的基於傳感器的物聯網技術可以提供危險事件的重要預警或在管理後果方面發揮關鍵作用，從而減少進一步的傷害。

根據聯合國減少災害風險辦公室(UNDRR)，災害預防和預警系統可以將重點從管理災害轉移到管理風險。這有助於打破災難-應對-依賴的循環。這種方法的經濟效益是巨大的。聯合國減災署稱，投資1美元使基礎設施具有抗災能力可以節省4美元，否則這些錢將用於重建。

從洪水到石油泄漏：災害類型分類

那么，哪些類型的災害最爲普遍？它們會產生什么樣的影響？它們分爲兩類：自然災害和人爲災害。兩者都會產生重大影響，包括人員傷亡、經濟損失和環境破壞。最常見的自然災害包括洪水、幹旱、野火、地震（圖 1）和海嘯。2023 年，自然災害在全球造成約 95,000 人死亡，經濟損失約爲 3800 億美元。

與此同時，人爲災害可能包括工業事故、石油泄漏、建築物倒塌、高層火災、交通事故和恐怖主義行爲。人爲災害造成的死亡人數可能因其性質和規模而有很大差異，但全球死亡人數可能高達數萬人。

因此，人們對技術和災害預防/預警策略產生了濃厚的興趣。基於傳感器的物聯網、無线技術和基於人工智能的分析相結合是該領域取得許多進步的關鍵。這些技術可以通過使互聯設備收集和共享數據來徹底改變災害預防。收集到的見解可以爲更明智的決策奠定基礎。

物聯網在災害預防中的積極作用

讓我們更詳細地了解這些技術是如何組合在一起的。低功耗傳感器和設備構成了災害預防系統的基本組成部分，無需頻繁維護即可在偏遠或惡劣的環境中長期部署。這些傳感器可以檢測特定條件的變化，例如溫度、振動和氣壓，爲即將發生的地震和海嘯等自然災害提供關鍵的預警指標。

它們還可以測量和監測洪水易發地區的水位，讓當地社區在風險較高時遷往地勢較高的地方。部署傳感器還有助於防止人爲事故。例如，煙霧探測器可以提供火災警報，空氣質量監測器可以指示有害物質的釋放或高水平的空氣污染。

先進傳感器、人工智能和通信技術的作用

技術進步意味着傳感器現在更小、更節能，從而可用於更多應用。微機電系統 (MEMS) 技術的發展使傳感器小型化。同時，新的電池架構提供了更高的能量密度，使它們在現場的使用壽命更長。傳感器還可以集成太陽能、熱能和振動能量收集系統，使設備能夠在更廣泛的環境中獨立運行。

但基於傳感器的數據收集只是難題的一部分。部署結合人工智能和機器學習的基於軟件的系統對於分析數據以預測和檢測潛在災難至關重要。人工智能可以在模式識別、預測分析和異常檢測中發揮重要作用——通常是實時的——盡快向相關部門和公衆發出警報。基於人工智能的計算可以在雲端或邊緣進行，具體取決於安全性、延遲和對大數據存儲容量的需求等因素。

第三，對於基於雲的系統，5G 和 LoRa等先進通信技術極大地提高了災難場景中的數據傳輸速度和可靠性。這些協議具有自己的一套性能特徵：5G 在數據速率、範圍和延遲方面更勝一籌，而 LoRa 在電池壽命、功耗和成本方面更勝一籌。因此，災害預防和預警系統的开發人員可以選擇多種物聯網技術來滿足他們的需求。

突出現實世界項目的好處

在本節中，我們將介紹現實世界中防災技術的應用示例。例如，在美國，加利福尼亞大學聖地亞哥分校的 ALERTCalifornia 公共安全計劃涉及部署物聯網傳感器、攝像頭、無人機和人工智能來檢測和監控加利福尼亞州的野火（圖 2），從而改善早期檢測和響應。

ALERTCalifornia代表第三代高性能無线研究和教育網絡(HPWREN)，該系統在美國已經發展了大約20年。早在2003年的雪松火災中，應急管理人員就已經在使用由事先安裝的高分辨率運動檢測相機和傳感器捕捉的實時野火圖像，這凸顯了無线技術在有效管理野火情況中的作用。

高清攝像機大約每兩分鐘平移、傾斜、變焦並進行 360 度掃描，每次掃描 12 個高清幀，以提供火災風險的完整可見性。攝像機還提供 24 小時監控，具有近紅外夜視功能。同時，帶有掃描儀的無人機會生成有關掃描表面的三維信息，而激光雷達遙感則使 ALERTCalifornia 能夠檢查易發生火災的環境。人工智能用於數據融合和分析，以理解所提供的數據。

與此同時，英國正在部署基於物聯網的基礎設施，以提供洪水威脅的早期預警，確保公共安全和基礎設施保護。例如，在劍橋郡的亨廷登郡區，由劍橋郡和彼得伯勒聯合管理局和亨廷登郡區議會資助的洪水傳感器試點項目使用通過 LoRa 網絡連接的傳感器來收集實時河流流量和水位數據。當檢測到洪水風險時，居民和企業會收到警告，以便他們採取行動，確保安全並限制對房屋和其他基礎設施的損壞。

災後恢復

ALERTCalifornia 和洪水傳感器項目只是衆多全球舉措中實時災害預警和預防計劃的幾個例子。物聯網網絡在許多災害中都發揮了重要作用，不僅有助於減少或避免損失，而且還爲災後恢復提供了關鍵援助。

在颶風或洪水期間，由於蜂窩網絡受損而導致的通信中斷會極大地阻礙災難恢復進程。2017 年波多黎各發生瑪麗亞颶風後，部署了臨時蜂窩設備來恢復被風暴摧毀的通信網絡。使用太陽能傳感器和衛星連接的通信集线器，建立了臨時通信鏈路，使應急響應小組能夠有效協調救援工作並到達需要援助的孤立社區。

在一份關於 2017 年大西洋颶風季的報告中，全球移動通信系統協會 (GSMA) 強調了實施增強型預警系統的重要性。此外，他們還指出，使用預警系統啓動可折疊網絡桅杆具有潛在優勢，可以在颶風到來前有效降低塔架。這種主動措施不僅可以防止損壞，還可以簡化風暴消散後的重新連接工作。

隨着感知、通信和分析技術的進步，物聯網在協助人爲和自然災害恢復方面的價值將不斷上升。通過實施低成本、堅固的解決方案，機構可以加快關鍵基礎設施的恢復，支持重要的救援任務，並收集有價值的數據，以推動制定未來的預防战略，例如增強的防洪措施或抗震建築。

結論：物聯網可以拯救生命和保護環境

災害預防和預警是物聯網的一個很好的例子。堅固耐用的低功耗傳感器、無线連接和基於人工智能的數據分析相結合，使當局和急救人員能夠訪問過去無法收集的實時信息。這些信息可以帶來更有效的決策。隨着技術的進步，這些系統將變得更加普及，並提供對我們周圍世界的更細致的洞察。

基於物聯網的系統和技術將繼續存在。它們將繼續在災害預防和管理、拯救生命、減輕經濟損失和保護自然環境方面發揮關鍵作用。

標題：物聯網如何徹底改變災害預防和響應

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