通向可持續樹木管理之路

2020-03-25

「每棵樹都是活著的生命!」土木及環境工程學系教授暨副系主任王幼行教授一邊欣賞科大海旁附近山坡的一棵大樹,一邊有感而發。2018年9月, 颱風「山竹」襲港,將這棵樹幾乎吹斷一半。王教授最初心想大樹受此重創,也許「難逃一刧」,但它卻如奇蹟般存活下來;樹木應對惡劣天氣的韌力和復原能力,的確叫他驚喜不已! 事實上,隨著氣候轉變,極端天氣越趨頻密。為了監測這棵樹的穩定性,王教授在樹幹底部裝設了智能感應器,以便監察其傾斜角度。

這個安裝在樹上的感應器,是由以王教授為首的研究團隊研發,而且源自七年前一項由學生主導、運用遙感技術探測斜坡穩定性的專題研習項目。

土木工程研究生陳斌祥是王教授團隊的成員。他說:「身為工程師,我們要尋找一個可以準確評定樹木健康狀況的方法。透過研究一棵樹的物理數據,可以準確評估樹幹傾斜是否不可逆轉,並於必要時立即進行補救。」 

2017年,香港特區政府主動接觸研究團隊,探討將遙感技術用於監測樹木的可行性。當時,市場上的傳統感應器無法符合樹木感應器的兩大基本要求:第一、數據傳輸不會受極端天氣干擾;第二、省電耐用。

2018年2月,王教授的團隊成功為研發這套用於監測樹木穩定性的智能遙感技術取得一年半外界經費;與此同時,他們亦孜孜不倦,花了一年時間提升技術,最終取得突破:改良後的感應器使用長距離廣域網絡 (LoRaWAN),不但可實時傳輸數據,而且功耗低,非常省電。

有關數據會發送至處理中心進行大數據分析,以便讓樹木得到及時處理。年半間,團隊已先後研發三代感應器,使數據傳輸距離增長四倍。

有效管理樹木向來是政府其中一項要務。城中珍貴的古樹與大自然密不可分,颱風對其威脅尤大;樹木一旦倒下,更會危害市民安全。

2018年8月底,天文台預測本地歷來威力最強的颱風「山竹」將直撲香港。研究團隊因此加速優化其程式設計,在短短一星期內,成功將 32個第三代感應器安裝在元朗大棠和市區的部分樹木。 

「山竹」一役雖導致 46,000 棵樹木倒塌 ,但亦為研究團隊提供了珍貴的第一手科學數據,可用於分析爲何有些樹木會因此倒塌,而有些卻可以屹立不倒。

王教授指出:「我們的最終目標,是運用人工智能準確診斷樹木的健康狀況。即使樹木看似情況不妙,我們仍可使用感應器持續監察它的情況,給它復原的機會,而不是立即把它砍掉!」

感應器亦有助減輕本地數百樹藝師的重擔。研究團隊將教導樹藝師使用感應器,並根據這些使用者的意見進一步改良裝置。

繼取得校外資助,王教授又參加科大於2019年7月開展、為期兩年的「可持續發展智慧校園」計劃,以繼續研發能從太陽能板採收能源,並使用人工智能分析數據的第四代感應器。

王教授說起這項目的緣起時,不忘歸功由科大學生主理的「創客空間」。他和研究團隊其後的努力,都是從這個基礎起步。陳斌祥說,大學除了提供硬件支援,最重要是給予團隊嘗試和探索新事物的自由,以及鼓勵他們活用創意和科技解決日常問題。

研究樹木多年,王教授對這神奇物種的感情與日俱增,直言自己乃「愛樹之人」,希望盡力加以保護。團隊成員之一的黃義龍對王教授之言深有同感:「樹木都是活的生命體,對人類貢獻良多,但它們不能為自己發聲。現在正是我們代勞的時候!」

智能感應器使用長距離廣域網絡 (LoRaWAN),不但可實時傳輸數據,而且功耗低,非常省電。
智能感應器使用長距離廣域網絡 (LoRaWAN),不但可實時傳輸數據,而且功耗低,非常省電。
王教授(左六)的團隊繼續研發能從太陽能板採收能源,並使用人工智能分析數據的第四代感應器。
王教授(左六)的團隊繼續研發能從太陽能板採收能源,並使用人工智能分析數據的第四代感應器。