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智慧建築系統多,怎樣驗收才確保正常運作?|林一平專欄

智慧建築系統多,怎樣驗收才確保正常運作?|林一平專欄
資通訊領域的老前輩戴克斯特拉(Edsger Wybe Dijkstra)。圖片來源:林一平
2021-10-29
文、圖・林一平
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智慧城市應用的核心是軟體,必須確保其正確運作;驗收時也必須詳細測試,以確保符合品質要求。

但驗收測試並不簡單。

資通訊領域的老前輩戴克斯特拉(Edsger Wybe Dijkstra)這麼說:「程序測試可以顯示錯誤的存在,但絕不能證明其不存在!」(Program testing can be used to show the presence of bugs, but never to show their absence.)

程序測試不容易。更不幸的是,因為合約的規範不明確,產生極大的灰色地帶,也使驗收資通訊智慧應用建置驗時常生紛爭。而智慧化程度越高,客戶和提供解決方案的廠商對於智慧產品的功能,有更不同的想像,爭議也愈大。

這種情況尤其常發生在驗收智慧建築的時候——因為其系統造價昂貴,運作功能也複雜。

國際市調「機構聯盟市場研究」(Allied Market Research)調查發現,IoT、感測網路等科技進步,2020年智慧建築市場規模達350億美元,年複合成長率約30%。智慧建築將不同的子系統整合在同一座建築物,所衍生出共通化管理的挑戰,需要資通訊串聯與系統整合,才能有效發揮各子系統的智慧功能。

這些新需求,也使傳統合同難以規範驗收方式。

「合同法」(Contract Law)中的傳統報價和接受公式,確定於19世紀。驗收時,先針對客戶要求和業務流程進行正式測試,以確定系統是否符合驗收標準;客戶也能決定是否接受該系統,讓買賣各方達成合同的共識。

然而,具彈性的智慧系統若依傳統方式簽訂合同,很可能會因誤導行為、歪曲接受權而引起爭議。隨著資通訊技術快速發展、產品智慧彈性增加,這個現象將更明顯。

目前,智慧建築系統相關標準繁多,包括通訊、建築自動化及空調能源、物聯網等都有多套標準;無論哪一種資通訊標準,都已逐步朝向網路化、數位化、開放式架構的趨勢發展。

由於一棟建築物中通常導入多種系統,其通訊協定及資料格式也各自不同;如何整合各種系統並收集所需資料,是建築智慧化的關鍵因素。

現階段,市場既有的智慧建築能源管理系統紛雜,不同類型的智慧建築子系統各自獨立、資料格式界面分歧,造成不同裝置、子系統間資料傳輸與溝通困難,不易做整體監控管理,也增加廠商研發時間與系統整合的不便,影響未來智慧聯網朝異質網路服務的開放與共通性發展。

換言之,智慧建築在系統各自獨立的情況下,會造成物聯網系統隔閡,影響產業未來發展。

針對智慧建築能源管理系統的應用情境與需求,台灣資通產業標準協會(TAICS)訂定智慧建築能源管理系統資料格式標準,適用於智慧建築能源管理系統下,各子系統或裝置與整合系統監控平台間的資料交換,以供智慧建築的能源監控平台使用。

然而,大部分建築承包商沒有仔細研讀TAICS規範,並提供界接軟體;當客戶要求以TAICS標準方式驗收時,廠商便大幅提高價格,引發更多爭議。

因此,我們和智邦科技合作,設計一套自動介接系統SpecTalk,能讓廠商能將其智慧系統自動介接到符合TAICS規範的測試平台,進行驗收。SpecTalk不涉及子系統或裝置內部的資料交換,廠商只要提供其系統的使用者程式介面(API),將之填入SpecTalk自動產生的使用者介面(GUI),就可自動驗收。

而經過TAICS認證後,廠商API對接SpecTalk GUI的組態,也可自動儲存在TAICS的數據中心,未來可加速廠商解決方案的商品化。

舉例來說,下圖是SpecTalk自動測試的範例。這個應用以二氧化碳感測器控制電動窗戶,以提升房間的空氣品質。

SpecTalk-自動監測-智慧城市-智慧建築-自動窗戶透過SpecTalk,當感測器發現室內二氧化碳濃度過高,就會自動打開窗戶。

當二氧化碳濃度過高時,會觸發控制路徑打開窗戶。透過測試的二氧化碳輸出即時圖表,SpecTalk可自動檢測二氧化碳濃度能否控制在設定值以下。此外,在模擬模式下,SpecTalk可生成一個設計過的開關序列,來打開和關閉窗戶;並在窗戶打開時,自動檢查二氧化碳值是否降低。

中國醫藥大學的水湳校區位於台中市水湳經貿園區,下圖是教學研究大樓,如DNA組織般的流線設計,中間開了一個晶亮有神的「中醫大之窗」;這隻「建築上的眼睛」彷彿有生命,似乎在旁觀路上來去的芸芸眾生,吸引不少路人佇足朝聖。

中國醫藥大學-水湳智慧校區-智慧校園-SpecTalk-發電設備中國醫藥大學水湳智慧校區中,流線設計設計的教學研究大樓和蛋狀宿舍大樓(左圖),以及發電設備(右圖)。

上圖蛋狀的宿舍大樓,地下室有發電設備。我們經過設計,能透過SpecTalk,依照TAICS規格來測試發電設備以及其他智慧系統。(延伸閱讀|智慧校園與永續城市的基本功:架構10年「資通訊共同管溝」|林一平專欄

另一個例子是台中明德中學的景觀水池。這水池附近已架設了監視攝影機,讓SpecTalk利用既有的攝影機測試水池的運作。

SpecTalk自動產生一連串控制序列,可開關噴泉(圖四-1);而攝影拍攝到的噴泉影像(圖四-2)會傳送到SpecTalk伺服器,SpecTalk再利用Yolo人工智慧辨識功能,判定噴泉運作是否正常。

明德中學-SpecTalk-噴泉-自動監測-智慧校園明德中學的噴泉附近設有監視器,利用SpecTalk系統和人工智慧判斷噴泉運作情況。

那路燈又該如何測試?利用攝影機及Yolo模組,SpecTalk以類似噴泉的測試原理,也可輕易得知路燈是否正常運作。

明德中學-SpecTalk-路燈-自動監測-智慧校園明德中學的路燈也透過類似做法,控制路燈運作。

測試原理及實作非常簡單:SpecTalk會先自動生成一個介面程式,和廠商的智慧應用介面對接;接著,待測設備可透過SpecTalk,按照TAICS的標準數據格式進行測試。

我們將詳細做法寫成一篇論文「SpecTalk: Conforming IoT Implementations to Sensor Specifications. Accepted and to appear in Sensors.」,很快被《感應器》(Sensors)期刊接受刊登,感興趣的學者可下載全文。

SpecTalk可將TAICS與符合TTC(日本)、TIA(美國)、IEEE(美國)、CCSA(中國)、ETSI(歐盟)、ARIB(日本)、TSDSI(印度)、MTSFB(馬來西亞)和TTA(韓國)開發規範的所有智慧應用程式,進行互通;通過這個簡單過程,TACIS數據格式可轉換為其他國際標準組織指定的格式,使台灣也可和國際接軌,並保證未來城市的應用品質。(延伸閱讀|吳奕軍專欄|全台數萬座智慧路燈,如何不成個人隱私漏洞?

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