前言：
為實現臺灣國家發展委員會提出的永續發展目標，能夠在虛擬空間中建立分身的數位孿生，已成為「智慧國土、永續發展」政策下不可或缺的關鍵技術。透過整合靜態空間資訊和動態感測資料，數位孿生能夠有效模擬真實世界中的各式情境，為決策者提供準確且即時的資訊輔助。
 
綠島由於得天獨厚的自然景觀與生物多樣性，觀光產業在近年急速發展，衝擊了離島有限的先天資源及脆弱的生態環境。人潮促成的小規模社會經濟體系、加上臺東縣府近年建置的三維地理資料，使得綠島成為數位孿生理想的創新實驗場域。
 
此項以綠島作為舞台的永續發展計畫受益於台東縣政府鼎力相助，以及國家科學及技術委員會研發能量的支持(NSTC 113-2122-M-008-002-)，企盼透過綠島永續發展藍圖的設計為臺灣國土永續樹立典範。
 
研究方法：
本計畫為包含四個子計畫之綜合型研究，子計畫各自針對不同的面向進行研究、互為補充，形成綜合性解決方案，以實現綠島的永續發展。此計畫目前進入第二年執行期。
子計畫一 跨域資訊整合之智慧型多維數位孿生機制：
整體計畫基礎，規劃不同規格與主題的空間單元，建立標準並透過識別碼整合不同領域的資料；提供智慧化服務機制，促進各子計畫以及公部門跨域資源分享，並設計永續發展的統計指標。
 
子計畫二 綠色能源永續島發展計畫：
針對綠島永續能源議題開發加值應用，以遙測數據結合空間資訊進行太陽光電評估，提升綠島能源自給能力，實現能源供需平衡；透過量化觀光人流資料，並配合消防安全措施規劃再生能源儲能設施，企盼建立穩定可靠的能源供應體系。
 
子計畫三 多元遙測於森林資源調查及碳儲量推估：
結合遙測科技以及深度學習技術進行綠島森林資源調查，透過提升精度準確識別，萃取樹種以及立木參數，精準推估森林碳儲量，為有關部門提供永續碳平衡之重要空間資訊。
 
子計畫四 以氣象與風場模式整合動靜態資訊評估風力發電潛力：
整合高解析度大氣模式與風場模式並建立綠島城市尺度動態風場模型，藉此評估大型和中小型風機發電效益，支持政府再生能源自給政策，適應未來淨零排放的要求。
 
研究成果：
一、建立整合跨域多元資料之數位孿生平台雛形
子計畫一已完成對現有資料的盤點與初步整合，並建立基礎的多元地理資訊管理環境，透過設計並實現跨域資訊的整合架構，促進不同領域資料的共享以及應用；將透過永續發展指標設計，提供一目了然的數據分析與視覺化展示面板雛形（圖1至圖5），未來可提供台東縣府作為決策制定參考。

圖1、數位孿生整合系統介面雛形
 

圖2、不同時期遙測影像資料以swipe window進行比較
 

圖3、建物資料與工私有土地服務套疊
 

圖4、三維建物渲染效果
 

圖5、數位孿生資訊儀表板介面雛形
 
二、校正太陽輻射數據並透過分析提出再生能源設施示範規劃
子計畫二使用衛星影像透過Heliosat模型，估算2012至2023年的逐時太陽輻射值，並建立標準氣象年資料(圖6)。根據此結果將地表量測值與衛星數據進行校正（圖7及圖8），並應用於建物尺度太陽能光電潛力評估。以中研院綠島觀測站為例，提出具體的再生能源設施規劃建議（圖9至圖11），證明可有效評估綠島在再生能源自給能力；同時進行全島尺度全年發電量推估，為永續能源政策提供參考(圖12)。
 

圖6、標準氣象年逐月太陽輻射地圖(Wh/m²)
 

圖7、標準氣象年與地表測站太陽輻射值移動平均
 

圖8、在地化屋頂太陽輻射分布
 

圖9、中研院綠島觀測站逐月在地化標準氣象年太陽輻射值及每天用電度數
 

圖10、中央研究院綠島觀測站及周邊建物適合架設屋頂範圍接收輻射值
(上圖)及屋頂潛在發電量(下圖)
 

圖11、中研院綠島觀測站及周邊建物可架設屋頂範圍規劃
 


圖12、全年發電量推估(發電量=建物屋頂平均接收太陽輻射*面積*轉換效率*折減係數)
 
三、提升森林資源分類精確度以有效推估碳儲量。
子計畫三整合遙測技術並以機器學習進行的森林資源調查，最終整體分類精度達85%（圖13）；碳儲量推估採用10m解析度的Sentinel-2衛星影像搭配CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型進行綠島最小單元的碳儲量推估，結果顯示與USGS 500m MODIS衛星影像的趨勢相近，同時顯示出更高的空間解析度（表1）。透過量化分析森林固碳吸存量，為綠島的碳儲量提供了關鍵數據支持；未來將進一步導入光達點雲提升推估精度(圖14)，這對於實現「2050淨零排放」政策目標至關重要。
 

圖13、訓練資料及預測成果展示
 
表1、綠島測試區成果比較表

 

圖14、光達點雲之應用
四、整合高解析度動態氣象數據與靜態地形建物模型發展建物尺度風場
子計畫四建立綠島的風場模型，開發綠島高精度氣象預報執行建物尺度風場模擬，提供風力資源分布圖（圖15）；建立風機選址互動式應用（圖16），呈現三維風場資訊，模擬設定風機位址、評估不同類型風機的發電效益，以規劃最佳風力發電設施之配置。未來規劃評估不同時間段和季節的風力發電潛力，提升規劃的精確性，為政府和相關機構制定長期的風力發電和能源管理策略提供更有效的資料數據支持。

圖15、綠島地區建物風場局部模擬
 

圖16、風機選址可互動式應用
 
結語：
數位孿生在綠島永續發展中扮演了極其重要之角色，本團隊透過多元空間資訊技術的應用，為綠島提供一個具自然資源管理和能源自給能力的藍圖。特別感謝臺東縣政府對於本計畫的全力協助，提供了各項研究所需的重要數據與相關資源。並基於國家科學及技術委員會的經費支持，不僅鞏固了本計畫的研究根基，更促進了研究成果的應用與推廣，為綠島的未來發展奠定了堅實的基礎。藉由深入探討與應用數位孿生技術，綠島將能夠成為其他地區永續發展規劃之典範。本團隊未來將持續進行綠島數位孿生的推動、探究永續發展之相關研究與應用，企盼未來能有更多機會與各界共同合作，為臺灣這塊土地的永續發展貢獻更多力量。