資通訊科技運用於勞工作業安全監控技術之研發

ILOSH104-S312

勞動部勞動及職業安全衛生研究所

The Development of Monitoring Technique for Worker’s Safety Using Information and Communication Technology

104年度研究計畫ILOSH104-S312

GPN:1010500443定價：新台幣250元

地址:新北市汐止區橫科路407巷99號

電話:(02)26607600

傳真:(02)26607732

網址:http://www.ilosh.gov.tw

資通訊科技運用於勞工作業

安全監控技術之研發

ILOSH104-S312

資通訊科技運用於勞工作業

安全監控技術之研發

The Development of Monitoring Technique

for Worker’s Safety Using Information and

Communication Technology

勞動部勞動及職業安全衛生研究所

ILOSH104-S312

資通訊科技運用於勞工作業

安全監控技術之研發

The Development of Monitoring Technique

for Worker’s Safety Using Information and

Communication Technology

研究主持人：林楨中、王鵬堯

計畫主辦單位：勞動部勞動及職業安全衛生研究所

研究期間：中華民國 104 年 02 月 01 日至 104 年 12 月 20 日

*本研究報告公開予各單位參考*

惟不代表勞動部政策立場

勞動部勞動及職業安全衛生研究所

中華民國 105 年 3 月

i

摘要

過去勞工進入高風險區域巡檢或作業常發生災害，未能及時偵測勞工本身及環境

之狀態常是緊急救援失敗的主因，為有效防止勞工作業發生災害，如能運用最新資通

訊科技並整合各項智慧裝置進行安全監控，將可迅速確實的將現場危害訊息傳遞至管

理人員，協助管理人員進行安全決策，達到主動偵測與預防職災之效益，此為本研究

進行的目的。

本計畫主要研究成果如下：(1)檢討我國現行職場作業安全監控相關法規，實施現

場案例訪視，探討現存之問題，並對現行職場作業安全監控實施問題提出改善對策；

(2)以智慧手機為基礎，在物聯網的架構下整合GPS、WiFi及藍芽等各種室內外定位技

術，開發出智慧型人員多重定位安全監控系統的原型，使管理員可以透過Google Map，

查詢並顯示人員所在的位置；(3)開發自主連結的無線通訊技術(智慧型定位器)，在某

些工作環境中，現有3G/4G 訊號無法到達時，系統會自動切換搜尋，透過自建的無線

通訊環境將該工作環境之勞工位置回傳至地面的控制中心；(4)辦理系統原型測試評估，

以了解該系統的設計是否符合現場需求，並以測試結果為依據，作為系統評估及改善

的參考。

本研究透過智慧型巡檢及人員安全監控系統之開發，將巡檢及人員安全資訊即時

回饋至安全管理人員，研究成果將可運用於高風險作業區域之勞工安全監控及事故的

預防，並可促進國內利用資通訊系統進行現場安全管理的能力，同時有助於提升事業

單位執行巡檢的效率及效果，未來透過推廣將可對勞工作業安全監控之效能提升有所

助益。

關鍵字：安全監控、智慧裝置、安全檢查、資通訊科技

ii

Abstract When workers enter a high-risk area for inspection or work, occupational accidents

might occur. Delayed detection of the worker’s condition and the condition of the

environment is the cause for failed emergency rescue. To prevent accidents, this study

applies a safety monitoring technique by integrating information and communication

technology (ICT) and other smart devices to monitor the working conditions of workers and

relay any at-risk condition immediately to the management. This enhances the efficiency of

active monitoring and immediate rescue to prevent accidents.

The main results of this study include: (1) review safety monitoring related laws and

regulations and worksite case study to give suggestions to the current safety monitoring

systems; (2) develop a smart prototype device, using intelligent technologies (GPS, WiFi

and Blue Tooth), to track worker’s activities and positions on google map; (3)

self-connection technique that can automatically switch to the best positioning method when

3G/4G signals are not available and transmit the coordinates of the workers to control center;

(4) testing in confined space to predict if the design meets site requirements, and improve the

prototype system based on test feedback.

Through the invention of intelligent safety inspection monitor system, this research can

benefit safety monitoring of working conditions and accident prevention in high-risk areas.

This technique can also promote the growth of ICT industry. In the future, efficiency and

effectiveness of safety monitoring can be increased through the application of the developed

system.

Keywords: Safety monitoring, Smart device, Safety inspection, Information and

communication technology

iii

目錄

摘要 ....................................................................................................................................... i

Abstract ................................................................................................................................ ii

目錄 ..................................................................................................................................... iii

圖目錄 .................................................................................................................................. v

表目錄 ................................................................................................................................ vii

第一章 前言 ........................................................................................................................ 1

第一節 研究背景 ........................................................................................................ 1

第二節 研究主旨 ........................................................................................................ 3

第三節 研究方法及步驟 ............................................................................................ 4

第二章 智慧型無線資通訊科技運用於安全監控分析與文獻回顧 ................................ 6

第一節 現況分析 ........................................................................................................ 6

第二節 研究文獻回顧 .............................................................................................. 15

第三章 智慧型人員多重定位安全監控系統開發 .......................................................... 25

第一節 各項系統材料採購 ...................................................................................... 25

第二節 各項模組系統電路設計 .............................................................................. 29

第三節 各項模組的電路佈線及製版 ...................................................................... 32

第四節 系統使用情境 .............................................................................................. 36

第五節 APP 模組系統製作 ...................................................................................... 37

第四章 系統模組測試與可靠度評估 .............................................................................. 42

第一節 通訊模組測試 .............................................................................................. 42

第二節 警示模組測試 .............................................................................................. 43

第三節 耗電量測試 .................................................................................................. 46

第四節 定位準確靠度評估 ...................................................................................... 49

iv

第五節 無線通訊可靠度評估 .................................................................................. 54

第五章 系統整合與實廠測試評估 .................................................................................. 61

第一節 原型示範系統整合 ...................................................................................... 61

第二節 通訊成功率測試 .......................................................................................... 66

第三節 警報遞傳成功率 .......................................................................................... 68

第四節 人員位置判斷正確率 .................................................................................. 70

第五節 評估問卷 ...................................................................................................... 73

第六章 結論與建議 .......................................................................................................... 77

第一節 結論 .............................................................................................................. 77

第二節 建議 .............................................................................................................. 78

誌謝 .................................................................................................................................... 79

參考文獻 ............................................................................................................................ 80

附件一 職業職場工作環境安全監控案例蒐集 .............................................................. 82

附件二 職場工作環境安全監控案例現場訪視 ............................................................ 118

附件三 職場工作環境安全監控案例優缺點分析 ........................................................ 124

附件四 防水盒測試 ........................................................................................................ 131

附件五 人員安全警示系統系統使用說明書 ................................................................ 134

v

圖目錄 圖 1 訪視問卷 ........................................................................................................................ 11

圖 2 Man Down Locator ........................................................................................................ 15

圖 3 Hermes TRX 人員定位系統 ......................................................................................... 16

圖 4 MSA 救命器 .................................................................................................................. 18

圖 5 R&R SureGuard ManDown 救命器 .............................................................................. 18

圖 6 HM-11 產品尺寸及標注 ............................................................................................... 30

圖 7 HM-11 焊盤尺寸及間距 ............................................................................................... 30

圖 8 藍芽模組 ........................................................................................................................ 31

圖 9 各模組的電路佈線 ........................................................................................................ 32

圖 10 手提箱上層 .................................................................................................................. 33

圖 11 手提箱上層 .................................................................................................................. 34

圖 12 組合三視圖(下層第一、二、三部分組合) ............................................................... 35

圖 13 組合後之模組 .............................................................................................................. 35

圖 14 程式碼 .......................................................................................................................... 41

圖 15 自建 WiFi 環境與通訊模組測式 ................................................................................ 43

圖 16 警報模組測試 .............................................................................................................. 45

圖 17 用電量測試 .................................................................................................................. 48

圖 18 定位轉換測試示意圖 .................................................................................................. 50

圖 19 AP 遞傳示意圖 ............................................................................................................ 56

圖 20 AP 遞傳距離對遺失率(個數) ..................................................................................... 59

圖 21 AP 遞傳時間對遺失率(個數) ..................................................................................... 59

圖 22 手機參數畫面 .............................................................................................................. 60

圖 23 電池部份 ...................................................................................................................... 61

圖 24 Pelican 1010 micro case 防水防塵盒 ......................................................................... 62

圖 25 LEDER TOOLS ........................................................................................................... 63

圖 26 防水袋 .......................................................................................................................... 64

圖 27 工研院乾井示意圖 ...................................................................................................... 66

vi

圖 28 APP 連線測試 .............................................................................................................. 67

圖 29 APP 被動式警報 .......................................................................................................... 69

圖 30 監控平板人員警報畫面 .............................................................................................. 69

圖 31 APP 偵測定位 .............................................................................................................. 72

圖 32 評估問卷 ...................................................................................................................... 73

圖 33 乾井現場測試 .............................................................................................................. 76

vii

表目錄 表 1 系統功能模組 .................................................................................................................. 5

表 2 現行職場作業安全監控案例表 ...................................................................................... 6

表 3 監控案例現場訪視表 ...................................................................................................... 8

表 4 監控問題分類與解決對策建議 ...................................................................................... 9

表 5 訪視問卷統計表 ............................................................................................................ 13

表 6 受訪者的意見整理 ........................................................................................................ 14

表 7 系統材料 ........................................................................................................................ 25

表 8 HM-11 管腳定義 ........................................................................................................... 31

表 9 材料編號對照表 ............................................................................................................ 35

表 10 登入/註冊畫面 ............................................................................................................. 37

表 11 定位註冊功能說明 ...................................................................................................... 38

表 12 連線測試功能說明 ...................................................................................................... 39

表 13 警報功能說明/登出功能說明 ..................................................................................... 40

表 14 通訊模組測試材料 ...................................................................................................... 42

表 15 通訊模組測試結果 ...................................................................................................... 43

表 16 警報模組測試材料 ...................................................................................................... 44

表 17 警報模組測試結果 ...................................................................................................... 45

表 18 耗電量測試材料 .......................................................................................................... 46

表 19 耗電、充電測試結果 .................................................................................................. 47

表 20 定位測試實驗器材 ...................................................................................................... 49

表 21 實驗參數設定 .............................................................................................................. 50

表 22 定位 APP 使用畫面及說明 ......................................................................................... 50

表 23 定位轉換成功率結果 .................................................................................................. 53

表 24 定位轉換時間比較 ...................................................................................................... 53

表 25 定位轉換時間實驗結果(室內移動到室外) ............................................................... 53

表 26 定位轉換時間實驗結果(室外移動到室內) ............................................................... 54

表 27 無線通訊測試實驗器材 .............................................................................................. 55

viii

表 28 無線通訊測試實驗條件-1 ........................................................................................... 56

表 29 無線通訊測試實驗條件-2 ........................................................................................... 56

表 30 Ap 間隔 30m 總距離 120m 實驗結果 ....................................................................... 57

表 31 Ap 間隔 60m 總距離 240m 實驗結果 ....................................................................... 57

表 32 Ap 間隔 90m 總距離 360m 實驗結果 ....................................................................... 57

表 33 Ap 間隔 100m 總距離 400m 實驗結果 ..................................................................... 58

表 34 遞傳實驗總比較 .......................................................................................................... 58

表 35 系統測試日期紀錄 ...................................................................................................... 65

表 36 通訊成功率測試器材 .................................................................................................. 66

表 37 連線測試成功率測試結果 .......................................................................................... 67

表 38 警報成功率測試器材 .................................................................................................. 68

表 39 警報成功率測試結果 .................................................................................................. 70

表 40 人員位置判斷正確率測試器材 .................................................................................. 70

表 41 人員位置判斷正確率測試結果 .................................................................................. 71

表 42 評估問卷統計資料 ...................................................................................................... 74

1

第一章 前言

第一節 研究背景

隨著高風險作業型態的增加，勞工發生災害之風險亦逐漸增加，屬於安全衛生管

理之勞工安全監控常無法即時呈現，尚需配合派遣人員自主性檢查，其方式不但耗費

人力且不易即時更新人員目前活動的情況，如能利用最新無線感知及資通訊技術，應

可研發新的監控技術，以提升高風險作業勞工活動自動偵測的效率與有效性，即時記

錄及統計檢查結果，將有助於立即掌握勞工人員動態巡檢結果。

過去我國參考美、英、日本、加拿大、澳洲、香港等國之經驗擬訂相關之「局限

空間安全工作計畫指引」可作為擬訂局限空間安全工作計畫、督導侷限空間作業、執

行侷限空間安全工作計畫、進行工作安全分析、自動檢查、員工教育訓練之參考，該

指引明確指主事業單位應針對作業場所的特質，以安全為首要條件，此指引之目的在

於協助事業單位訂定事宜之局限空間安全計畫書，避免發生類似職業災害，如按造此

工作計畫書再納入資通訊技術於勞工作業安全監控，將大幅降地災害發生率及增加救

援的時間。

對於局限空間作業法規與政策檢討，其中局限空間作業之基本守則有關專責監視

人員：於勞工從事局限空間作業時，應堅守在現場外面監視，除非有人接管，不得任

意離開，監視人員並應全程監視許可進入勞工之作業狀況，發覺有異常時，應即與作

業主管及必要人員聯繫，啟動救援程序，此點惟事業單位如實際執行將有所落差，主

因事業單位為減省人力成本而未派遣人員現場監視或管理監測不易與缺乏有效管理工

具等因素，另外由於局限空間作業為非經常性作業，即時發現缺失並通知改善，此執

行率也頗低，因此還是可能會發生勞工作業災害。

在過去也曾完成 RFID 應用於勞工定位、安全監控與承攬管理等研究，其中在 RFID

技術開發是整合過去勞工定位安全監控技術並應用在工作場所的安全監控系統，可以

協助降低工作場所的風險，上述研發具備 RFID 技術之多功能人員無線定位、長距離無

線資料傳遞、資料紀錄及警急求救等功能，可運用於工地之安全管理及門禁管制等，

但由於施工現場的動態性大，其安全衛生的管理，除事前計畫擬定與施工管理外，尚

需配合工地自主安全檢查，現階段之檢查記錄多以書面配合照片為主，在於事後進行

2

資料整理、統計、分析，不但耗費人力，且書面資料保存不易，結果不易即時呈現，

如能利用可攜式的智慧型記錄裝置，即時記錄及統計檢查結果，將有助立即掌握工地

動態巡檢結果，協助採行適當的風險控制對策，勞安所再利用前述研究之基礎融合現

在智慧型紀錄裝置的技術納入施工安全風險及檢查的即時資訊系統開發，運用智慧型

平板裝置進一步將檢查所累積的資料適時回饋給現場作業人員，此兩計畫因為新的資

通訊技術之研發及智慧型系統的運用，應可進一步整合，開發成更新的智慧型巡檢作

業及人員安全監控技術。

為保障工作者工作安全，勞動部近年來推動高風險行業監督檢查、跨部會合作、

鼓勵大型企業建置職業安全衛生管理系統、輔導中小企業工作環境改善、提升全民工

安文化等多項減災策略與措施，在各界的共同努力之下，使我國職業安全衛生水準不

斷提升，同時促使職業災害千人率逐年降低，根據勞動部最新統計資料顯示，去年(103

年)全年勞工保險職業災害保險給付千人率為 3.453(即每千名投勞保人數中，申請職業

災害給付之人數)，較102年的3.703下降6.8%，與100年的4.153相較，降幅更達16.9%，

創下歷史新低，顯示勞動部歷年推動之各項減災策略已有成效，配合職業安全衛生法

於今 104 年全面施行，勞動部已完成 60 種附屬法規之修(增)訂，持續運用各項減災策

略工具，積極與各界合作，督促事業單位落實職業安全衛生管理，過去勞工進入局限

空間巡檢或作業容易發生缺氧災害，若未能及時偵測勞工本身及環境的狀態並實施緊

急救援，經常發生重大職災，由於局限空間作業缺氧、中毒災害時有所聞，而現行條

文第 29 條之 1、第 29 條之 2 雖定有指派現場監視人員之規定，但部分於局限空間內部

作業之勞工，並無法由外部監視人員有效監視，因此新的職業安全衛生設施規則增列

29-7 條，要求雇主使勞工從事局限空間作業時，若有致缺氧或中毒之虞者，應使勞工

佩戴安全帶及可偵測人員活動情形之裝置，俾外部監視或救援人員及時採取救援措施，

有效預防職業災害發生。

在業界，這類從事高風險作業的勞工所配戴的安全監控裝置，稱為 Man Down

Locator 或俗稱救命器，根據上述的設施規則文件要求，將救命器所需的功能分成三個

部分：(1)能偵測人員是否活動、(2)能發出求救警報，(3)能通知視線外的救援人員。

為有效防止勞工作業發生之災害無法立即獲知即時訊息，運用最新資通訊科技

(ICT, Information and Communication Technology)進行作業之安全監控，應可大幅提高

3

職場安全救護的即時管理能力，然而，國內甚少投入勞工安全監控技術的研究開發，

有鑒於此，本研究利用最新資通訊技術，研發智慧化人員定位安全監控技術，隨時掌

握勞工作業安全與位置情況，達到主動偵測與預防之效益，本研究主要目的在於開發

人員定位安全監控系統雛型，將作業人員安全資訊即時回饋至安全管理人員，研究成

果可運用於高風險作業區域之勞工安全監控及事故的預防，並可促進國內利用資通訊

系統進行現場安全管理的能力，同時有助於提升事業單位執行安全監控的效率及效

果。

第二節 研究主旨

本研究計畫之主旨即在透過最新的無線感知及資通訊技術，研發新的人員定位安

全監控技術，以提高局限空間勞工活動自動偵測的效率與有效性，有助立即掌握工地

人員動態位置，另外此一智慧型職場安全檢查資通訊系統可適用於不同規模的職場環

境，包括大型企業或中小型企業，職場在導入安全監控資通訊系統後，現場安全人員

可透過智慧型裝置進行人員定位安全監控，並結合風險分析與風險評估方法，提供職

場安全風險的重要資訊給現場安全人員，在人員定位安全監控系統的開發與推廣，可

提高職場勞工安全作業檢查的效率與可靠性，並作為職場安全自主管理能力的象徵，

減少政府檢查資源的浪費，提高我國安全管理能力，其相關研究問題如下：

一、針對我國現行職場作業安全監控法規進行蒐集與整理、相關實施案例進行現場訪

視，探討其實施現況，同時對現行職場作業安全監控實施問題提出改善對策，

二、以智慧手機為基礎，在物聯網的架構下整合GPS、WiFi及藍芽等各種室內外定位

技術，開發出智慧型人員多重定位安全監控系統的原型，使管理員可以透過Google

Map，查詢並顯示人員所在的座標位置。

三、開發可自主連結的無線通訊技術(智慧型定位器)，當某些工作環境中(例如隧道工

程、地下室工程等)，現有3G/4G 訊號無法到達時，系統會自動切換搜尋，透過自

建的無線通訊環境(例如WiFi/BT等)將該工作環境之勞工位置、作業條件等資訊，

回傳至地面的控制中心，以確保安全訊息可正確送達。

四、辦理系統原型的測試評估以了解該系統的電源、防水及防塵功能設計是否符合現

場需求，同時進行使用者訪談以作為系統評估及改善的依據。

4

五、開發並實作一套可以展示上述技術的原型系統，將所有的硬體、軟體、使用說明

裝入手提箱中，以供技術展示之用。

第三節 研究方法及步驟

一、文獻回顧及現況問題探討：文獻回顧及相關法規要求，並針對國內安全監控法規

進行探究，依據現行營造安全衛生設施標準及職災案例資料進行蒐集分析。

二、智慧型無線資通訊科技運用於安全監控之分析：進行現行無線感知、人員定位之

技術探討。

三、高風險作業安全監控需求及機制研究：主要針對具有高風險作業需要監控之場所，

例如局限空間或廠區巡檢人員安全定位等，並完成資通訊技術運用在高風險作業

之系統規劃。

四、智慧型人員多重定位安全監控雛型製作：回顧我國現成職場作業安全監控相關法

規、進行職場作業安全監控實施問題及改善策略、開發智慧型定位資訊系統

五、並完成手持裝置人員無線感知及定位應用程式(APP)原型系統建置。

六、智慧型安全監控系統推廣應用規劃：依據研究成果彙整適用性及使用者評估意見，

並建立系統之推廣應用及技術移轉模式，完成資通訊科技運用於勞工作業安全監

控技術之研究。

本計畫將開發一組可用於室內或地下結構等不良通訊環境下仍能提供人員定位資

訊的智慧型人員多重定位安全監控系統，此系統所需的功能模組整理，如表 1。

5

表 1 系統功能模組

模組名稱 功能說明

人員安全偵測智慧手機

1. Android 4.4 以上智慧手機

2. 使用內建藍芽 4.0BLE，以掃描短距離室內定位器，計

算出手機於室內的座標

3. 內建 GPS，以確認手機在戶外的座標位置

4. 內建 2G/3G/4G、WiFi，以提供緊急狀況時所需之通訊

功能

5. 內建手機 ID 編碼，以提供後台軟體追蹤管理手機

防水防塵型中短距離無

線定位器

1. 提供 30-50 公尺中短距離的無線定位標籤功能

2. 當 GPS 訊號受到環境遮蔽時使用

3. 能廣播定位資訊所需的無線電波發射強度資訊

(TxPower)，使智慧型手機能計算出人員所在的座標位

置

4. 使用特製防水防塵袋以確保防水及防塵功能

5. 使用鋰電池供電，能提供長時間自主供電

WDS 無線網路

1. 使用 54Mbps 以上之無線網路 AP，作為資料傳送之基

礎架構

2. 具有 WDS 功能，可建立 WiFi 遞傳鏈

3. 使用特製防水防塵袋以確保防水及防塵功能

4. 使用鋰電池供電，能提供長時間自主供電

6

第二章 智慧型無線資通訊科技運用於安全監控分

析與文獻回顧

第一節 現況分析

一、我國現行職場作業安全監控案例資料蒐集

本計畫蒐集關於我國職場安全監控個案，並將這些個案分成六大類，分別為：人

員管控、安全裝置與設備、氣體感測監控、管理系統、影像監控及其他等，詳細各案

之編號、類別、名稱及執行地點整理如表 2：

表 2 現行職場作業安全監控案例表

編號 個案類別 個案名稱 實施場域 案例廠商

1 人員管控 電腦告示牌 某工地

2 人員管控 雲端式電子告示牌 某工地 全安安全工程股份

有限公司

3 人員管控 出勤門禁系統 各工作場域 倚辰科技有限公司

4 人員管控 工區人員出入管控 各工地 智基資訊股份有限

公司

5 人員管控 RFID 局限空間解決方案 化工業及電子

業廠區

微程式資訊

6 人員管控 人員定位與安全警示系統 化工廠全廠區 中鋼碳素

7 安全裝置與設備 施工圍籬 LED 警示燈 某交通建設、

建築工地

奧偉國際有限公司

8 安全裝置與設備 機械轉盤式告示牌 某工地

9 安全裝置與設備 iBMarker無線定位尋標器開

發計畫

中小企業 /生

產工廠

智匯無線科技有限

公司

10 安全裝置與設備 救命器計畫 救災使用 Grace industries,inc

11 安全裝置與設備 緊急救命器 從事作業時皆

可配戴

中華民國軍隊

12 安全裝置與設備 工業繩索技術與防墜落措施 高空作業場域 拔山企業股份有限

公司

13 氣體感測監控 氣體監控系統設計之最適化 某晶圓廠 交通大學

14 氣體感測監控 氣體監控系統 光電產業 科勝科技

7

表 2 現行職場作業安全監控案例表(續)

編號 個案類別 個案名稱 實施場域 案例廠商

15 氣體感測

監控

空氣品質監測系統 共同管道 國鈞實業

16 管理系統 勞動管理地理資訊系統

(GIS)

營造業 勞動檢查處

17 管理系統 工安巡檢系統 某工地 中宇環保工程股份有限公司

18 管理系統 工安追蹤管理系統 某工地 天機開發科技公司

19 管理系統 安全衛生管理系統 某工地 中鋼公司

20 管理系統 建廠安全網 廣輝電子 中科安全科技有限公司

21 管理系統 SEM 特種設備管理系統 某特種設備

製造業

台塑網科技

22 管理系統 Smart 巡檢系統 石化業、電

子業

台塑網科技

23 管理系統 臺北市營造業「一呼百應通

報體系」實施方案

營造業 勞動檢查處

24 管理系統 共同管道人員門禁管制 共同管道 國鈞實業

25 管理系統 門禁監控系統 各行業 某塑膠工業

26 管理系統 局限空間入槽的 E 化系統 化工業及電

子業廠區

台塑網科技

27 管理系統 勞動檢查即時監督管理系

統

營造業 臺北市政府勞工局勞動檢查處

28 影像監控 工業安全視訊管理系統 石化工業 藍眼科技

29 影像監控 數位網路監控方案 高雄世運主

場館等

艾菲科技股份有限公司

30 影像監控 遠端監控系統 各固定空間

場域

中美強科技

31 影像監控 百萬畫素網路攝影機監控

系統

營造業 晶睿通訊

32 影像監控 捷運大安森林公園站啟動

勞動安全視訊監控系統

捷運大安森

林公園站

台北市政府

33 影像監控 勞動安全視訊監控系統 營造業 臺北市政府勞工局勞動檢查處

34 影像監控 智慧移動式影像監視系統 某門禁等 倍米科技股份有限公司

35 影像監控 染布台車定位管理 染布廠 永達實業

36 其他 個人職場健康促進 各工作場域 百略醫學科技

8

二、監控案例現場訪視

為瞭解我國現行職場作業安全監控實施情況，訪視結果整理如表 3。

表 3 監控案例現場訪視表

編號 訪視案例 場域類別 日期

1 中鋼碳素化學股份有限公司 粉塵、局限空間 2014/6/30

2 永達實業有限公司 工業、染整業、紡織工業 2014/7/9

3 長榮空廚股份有限公司 低溫冷凍作業 2014/6/22

三、現行職場作業安全監控實施問題及改善對策

根據所蒐集之案例及現場訪視之結果，發現我國現行職場作業安全監控主要的方

式包括人員管控、安全裝置與設備、氣體感測監控、管理系統、影像監控等，這些實

際運行的監控方式，最簡單的方式是以人員管控為主的 RFID 身分辨識方法或是以影像

監控為主的即時錄影，也有高度複雜且完整的管理系統，例如中碳的人員安全與定位

系統及建安網等管理系統。

勞動部於 2014 年公告，局限空間缺氧作業的新設施規則修正辦法( 第 19 條之 7)，

在解釋文中要求在局限空間作業時，人員須配戴一個安全及可偵測活動之設備，當勞

工於無法由外部監視之場域作業時，應配戴可偵測活動的裝置，一般業界稱此類裝置

為救命器，進一步分析第 29 條之 7 規範之監控的要求，發現合法的救命器其使用情境

功能應包含 2 個要素：(1)能於視線外應監控；(2)需能監控人員是否活動。

目前蒐集的監控實施案例中，很少能完整地展現這些情境需求，德國、英國以及

其他所謂大英國協國家對於單獨工作者有明確的要求，即單獨工作者不只是行使人員

求救，其必須定期回報人員狀態，回報的方式則有兩種，(1)第一種為 Call-in，即監視

人員主動聯絡現場人員；(2)第二種為 Call-out，即現場人員藉由發訊息或通訊的形式，

主動聯絡監視人員，然而我國對於作業人員對外求救有明確的基本規範，然卻未表明

要求建立一定形式之通訊方式。

不論是第 29 條之 7 規範之監控的要求或是分析監控的實務現況，若要保護勞工更

安全，所需的監控系統要能夠偵測人員活動，針對救援方面，系統應能完成以下事項：

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通報人是誰、在何處通報、發生何事及需要救援者提供何種救援方式等，因此，建議

要完整的保護勞工安全，其安全監控的系統應能解決以下之問題，如表 4。

表 4 監控問題分類與解決對策建議

監控問題分類 問題說明 解決對策建議

人的身分辨識

問題(意外當事

人是誰)

當發生危害時，最好能夠通報意

外地當事人的相關個人資料(例如：

姓名，緊急連絡電話，主管等等)，

以提供救援者快速判斷及聯繫，通報

的方式，目前常用的方式為：

請意外者自己說(透過對講機，

或是手機) 。

請監視人員說(透過對講機，或

是手機) 。

透過感應器/警訊註冊 (需專屬

感應配對) 。

目前的關鍵問題是配對資料很

難在臨時性的作業入口即時完成。

可以使用智慧手機

的社群軟體直接至

註冊。

可以使用全國通用

的身分辨識機制(例

如 身 分 證 上 的 條

碼)，但必須能連結勞

工個資) 。

可以在現場用語音

辨識或照片影像辨

識技術。

危害感應問題

(何處發生意外)

發生意外時，最好能夠很快地偵測出

意外地發生地點，以加速救援，目前

通報的方法可能是：

1. 請意外者自己說 (透過對講

機，或是手機)

2. 監視人員說(透過對講機，或是

手機)

3. 使用科技定位方法，包括相對

定位與絕對座標定位方法

通報位置的精確度將會直接影

響到救援的時效性，通報位置如何與

導航系統直接接軌，也是需要技術的

標準。

可以引進最新的是內外

定位技術，如：

室外定位方法：

GPS 定位 /基地台定

位/WiFi 定位等

室內定位方法

Wi-Fi 與藍牙(BT)/可見

光/超音波/地球磁場/慣性

定 位 /Zigbee/ 紅 外 線

/RFID。

建議採用一套適合

國內及國際的座標系

統，並且列入相關的作業

規範中，例如使用WGS84

座標系統。

危害感應問題 目前有部分的監控系統是以環

境感應器進行作業環境的警示，對於

勞工出現意外的情況，則是以動作感

建議大量的採用智

慧型設備，或是穿戴式裝

置，使勞工的動作可以長

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應器進行分析 (感應勞工是否暈

倒)，但這些系統間上沒有很好的介

面標準。

時間的被記錄與分析，提

前找出不安全的行為，減

少意外發生機率。

另外，建議在物聯網的架

構標準之下，建立一套感

應層及通訊層的資料標

準，可以促進整個產業的

發展，降低系統建置的成

本。

緊急應變問題

目前大部分的系統都是以單向

資訊發送至管理者的方式架構，但對

於意外發生時如何透過雙向溝通，讓

意外發生者可以協助評估現場狀

況，或是透過影像語音評估現場狀

況，將會是整個緊急應變計畫成敗的

重要因素。

透過建立雙向的通

訊頻道(包括數據、聲音、

影像)，可以直接與求救者

通訊，並且收集現場資

料，將有助於救援者該使

用何種救援資源與設

備，以提高救援的效率。

系統通訊的問

題

在不良的工作環境中(如：地下

結構) 現有常用的通訊系統可能失

效(例如 3G、4G 訊號不良，或是對

講機被遮蔽)，此時容易發生通訊障

礙，而影響監控及警報的執行。

建議發展自建的無

線遞傳網路，並且以具有

高度存活能力的系統為

主。

要解決勞安法之監視系統所的相關問題，整個系統中要能保持有效通訊、知其人

員活動狀態、且要能發出求救警報，該警報還需得知該人員的名稱、位置及聯絡方式

等資訊，並且系統要能在不良的工作環境(如：地下結構中 3G、4G 訊號不良問題)下可

自主通訊，此外，系統同時完成定期及臨時性作業、自備電池、以及防水防震等。

四、訪視問卷

填寫滿意度調查問卷，主要了解受訪者經過介紹後，是否可以清楚了解到這套系

統的設計功能、操作方式等認知情境，同時也希望能了解受訪者對這套系統的改善意

見，圖 1 為問卷樣張。

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圖 1 訪視問卷

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圖 1 訪視問卷(續)

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問卷調查總共訪談國內家廠商，受訪人數共計 34 人，有效樣本 34 份(N=34)，問

卷共分成 3 大部分，每次訪談時會由訪談員經過簡報號介紹人員定位與警式系統的使

用方式，經過充分的說明與討論後，發現從問卷統計上可以明顯看出大部分的受訪者

都能夠了解這套系統的使用方式，並能對這套系統是否能夠有效的預防職災做出專業

的建議，同時大部分的問卷都對這套系統持肯定的態度，受訪者對問卷中的問題回答

內容整理於表 5 訪視問卷統計表，訪談中受訪者的意見整理如表 6。

表 5 訪視問卷統計表

第一部份、廠商基本資料

廠商 工研院 永達

實業 日月光

大日

開發

中鋼

碳素 史谷脫

長榮

空廚

人數 9 1 1 10 10 2 1

第二部份、以下為各項問題之統計

1、貴公司主要有下列哪種作業環境(可複選)

作業

場所

高架

作業

局限

空間

高溫

潮濕

低溫

寒冷

異常

氣壓

非游離

輻射

游離

輻射

噪音

振動 其他

人數 11 11 4 2 2 2 6 9 1

2、貴公司是否有環安組織

狀態 無 有，願意提供 有，但不方便提供

人數 12 3 19

3、貴公司是否有環安管理資訊系統？

狀態 無 有 自行開發 委外開發

人數 13 15 10 5

4、貴公司是否有承攬商管理機制

狀態 無 有，願意提供 有，但不方便提供

人數 2 4 28

5、貴公司是否有承攬商管理資訊系統

狀態 無 有 自行開發 委外開發

人數 32 2

6、貴公司是否有局限空間作業監控管理機制

狀態 無 有，願意提供 有，但不方便提供

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人數 11 4 19

7、貴公司是否有勞工作業安全監控定位追蹤系統？

狀態 無 有，願意提供 有，但不方便提供

人數 22 1 11

8、經過介紹您認為此系統有哪些需要改善的功能？

9、經過介紹您認為此系統有哪些需要改善的功能？

第三部份、滿意度調查

1、公司對於高風險職場管理是否有需求?

分數 1 分 2 分 3 分 4 分 5 分

人數 1 5 15 13

2、示範後，請問您是否知道如何使用高風險職場管理系統?

分數 1 分 2 分 3 分 4 分 5 分

人數 1 5 13 15

3、示範後，請問您認為這套系統是否有效降低職業災害發生?

分數 1 分 2 分 3 分 4 分 5 分

人數 4 15 15

4、示範後，請問您是否願意試用此系統?

分數 1 分 2 分 3 分 4 分 5 分

人數 7 13 14

5、請問貴公司是否願意推薦此系統?

分數 1 分 2 分 3 分 4 分 5 分

人數 5 12 17

6、您認為勞動部是否應該繼續推廣這套系統?

分數 1 分 2 分 3 分 4 分 5 分

人數 5 14 15

表 6 受訪者的意見整理 Q8. 請問您認為此系統有哪些需改善的功能?

a.使用手環式

b.警報器

c.求救器

d.手機較不適合

e. 通信系統多元化

f. 通報方式除警報外,增加其他方式(如電話,簡訊,警示塔…等等)

g. 區塊式模組選配

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h.方便性

i.防水性

j.簡化

Q9. 請問您認為此系統有哪些需要增加的功能?

a. 系統雙通確保率 100%

b. 斷電時確保機制

第二節 研究文獻回顧

一、救命器

職安衛生設施規則增列 29-7 條，要求雇主使勞工從事局限空間作業時，若有致缺

氧或中毒之虞者，應使勞工佩戴安全帶及可偵測人員是否活動之裝置，並且該裝置在

勞工於一段時間無活動時，應可發出警報，俾外部監視或救援人員及時採取救援措施，

有效預防職業災害發生，這類從事高風險作業的勞工所配戴的安全監控裝置，稱為 Man

Down Locator 或俗稱救命器，根據上述的設施規則之要求，將救命器所需的功能分成

三個部分：(1)能偵測人員是否活動、(2)能發出求救警報及(3)能通知視線外的救援人員，

目前這種救命器有多家公司開發，其中 Motorolla 就開發出對講機(Motorola HT 1250

models)，可針對勞工姿態做出判斷，並在水平不動的狀態下發出警報，通知外面的監

視人員，如圖 2，Hermes 更進一步發展出具有 GPS 定位功能的警報器，可以由地圖追

蹤人員的安全與位置，如圖 3。

圖 2 Man Down Locator

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圖 3 Hermes TRX 人員定位系統

國際上尤其是大英國協國家(例如加拿大與英國)對於單獨工作者的安全監控機制

訂有特別的法規，要求雇主要提供適當的聯繫方式及保護機制以確保勞工在單獨工作

時的安全，例如加拿大在 Part 28 of the Occupational Health and Safety Code 就針對單獨

工作者所需配戴的電子式安全監控裝置提供了幾種方式，其基本安全架構就是對於單

獨工作的人員，管理人員與勞工間必須經常保持聯繫，以確保勞工的安全，同時在發

生危難時，能夠在第一時間建立與求救勞工的通訊，以進行危害評估並採取適當的緊

急應變機制。

(一) 發展環境評估與趨勢分析

根據上述國內外的資料來看，勞工安全監控系統，是一項國內外都極為重視

的發展趨勢，綜合所國內外的規定，一套完整的勞工安全保護機制應該必須完成

幾項任務：

1.需要能夠持續有效的保持監控端與勞工間的通訊狀態，並在通訊中斷時發出警

訊。

2.需要能夠自動檢查勞工的活動，並且定期回報。

3.需能發出求救警報，並且通知視線外的救援人員。

(二) 保持有效通訊

過去與監視人員保持通訊的最好方式，是透過無線對講機(WalkiTalki)，但在

智慧手機已經極為普及的時代，保持通訊的方式，是透過 3G/4G 行動數據網路，

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向監控端的伺服器，定期發出特定封包，這種自動的通訊檢查方式，不僅可以確

保勞工隨時可與監控站建立聯繫，也可以將工作環境條件(例如氣體濃度、噪音量

等)上傳到監控站，進一步確保工作環境的安全性，但是許多危險性工作場所(例如

地下工程、隧道工程、儲槽等)會因為遮蔽問題，造成 3G/4G 訊號無法穿透而產生

通訊中斷的問題，在這些工作場所的勞工安全防護，就需要靠自己建立的 WiFi 與

藍芽等無線通訊系統，並需要能將這些自建的通訊系統，快速的與智慧手機建立

通聯關係。

如果 WiFi 或是藍芽訊號需要穿過比較長的距離(例如 1KM)，或是穿過重重

的障礙物(例如水泥隔間)，此時無線訊號必須透過遞傳鏈，才能到達目的地，目前

WiFi 訊號可以使用 WDS 功能，建立多重的訊號遞傳，而藍芽的遞傳模式(BT MESH)

則正在開發中。

(三) 偵測人員是否活動

勞工活動感測可透過 3 軸加速器的動作訊號分析完成，目前已發展完成的技

術可以判斷勞工是直立工作狀態，或是橫躺在地板上，如果勞工躺在地上工作(臥

式作業姿態)則系統會感測到 3 軸訊號的微小動作變化，而判定為臥式作業，也不

會發佈警報，但是如果勞工躺著休息，若動作停止超過設定的時間(一般為 30 秒)，

系統會認為勞工楚於暈倒狀態而發出警報，由於勞工在工地躺著休息是不安全的

行為，因此這種警報是安全措施一種。

目前幾乎所有的智慧手機都內建有 3 軸加速器，因此可以透過撰寫軟體，分

析動作訊號，而完成人員活動的狀態偵測。

(四) 發出求救警報

傳統最簡單的警報，是透過聲響，許多救命器(圖 4 及圖 5)提供高達 95-100

分貝的聲響(在 30cm 處)，以提醒周遭的夥伴有人需要救援，除了聲響外，救命器

多半也提供閃燈，作為在黑暗或煙霧環境中的指示，但是這類近身警報器，因為

沒有通訊功能，如果附近沒有工作夥伴，或是工作夥伴也同時出現意外，此時警

報就無法有效的通知救援人員，因此如何將警報有效且持續的送出，並且被監試

人員接收確認，是系統安全性的關鍵問題之一。

警報的傳遞，需要依賴可靠的通訊系統，不管是使用 3G/4G 或是 WiFi/BT 通

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訊，警訊都必須正確且快速的傳遞，此外，監視人員及救難人員在接收到警訊後，

也需要在第一時間與受困(或受傷)勞工建立直接的通訊，以便掌握勞工的狀況，若

是勞工能夠與監視人員對話，監視人員就能直接了解勞工的問題及所需的協助，

若是勞工無法言語，或是失去意識，此時通訊狀態就可轉成監聽狀態，透過現場

的聲音了解可能的狀態。

智慧型手機或智慧手錶，在這種緊急狀況，是比較容易建立通訊的一種方式，

因為大部分的智慧手機(或手錶)都具有 GSM/3G/4G 多種通訊方式，也具有 WiFi/BT

的通訊功能，可以透過撰寫 APP 在勞工發生意外時，主動撥號求救，也能夠透過

APP，自動建立與監控站的語音通訊與數據通訊，透過手機內建的錄音系統，也可

以將手機變成監聽裝置，是一個較為全面的安全監控方式，而且智慧手機因為是

量產的產品，生產成本便宜，維修較容易。

圖 4 MSA 救命器

圖 5 R&R SureGuard ManDown 救命器

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二、定位技術

勞工發生意外時，如果監試人員就在附近，通常可以直接確認意外發生的地點，

但是如果是單獨工作者，或是監視人員不在，或是監視人員也出現意外，則意外發生

地點的通報，就變得非常重要，對於第二階的救援人員而言，若能在第一時間確認意

外出現的位置，同時與發生意外的勞工建立通訊，就可以更快速的進行緊急應變，增

加救援的效率。

(一) GPS/(GLONASS/GNSS 定位

要了解位置，在戶外衛星訊號良好的地方與大氣條件下，可以使用全球導航

衛星系統(GNSS)接收機，GNSS 可大幅提升智慧型手機定位精確度，由於 GNSS

接收機可同時支援美國全球衛星定位系統(GPS)及俄羅斯全球導航衛星系統

(GLONASS)兩種衛星定位系統，並以交錯方式發射衛星星曆資料，因而能提高訊

號接收靈敏度與定位速度，已成為智慧型手機標準配備。

大部分智慧型手機用戶對定位和位置服務的期許是在任何環境之下，智慧型

手機都能提供不中斷的緊急通報和適地性服務(LBS)；在最低的功率消耗和硬體成

本之下，提供最佳的定位精確度和可靠度，原本美國因為擔心敵對國家或組織會

利用 SPS 對美國發動攻擊，故在民用訊號中人為地加入選擇性誤差(即 SA 政策，

Selective Availability)以降低其精確度，使其最終定位精確度大概在 100 米左右；

軍規的精度在十米以下，2000 年以後取消對民用訊號的干擾，因此，現在民用 GPS

也可以達到十米左右的定位精度(GPS.GOV)，目前手機定位和位置服務的精確度

可以從 1 公尺到 100 公尺，基本上，超過 100 公尺的誤差將會大幅降低或者是限

制位置服務的應用程度，為能夠涵蓋更多的定位方式，目前手機上的 GNSS 接收

機定位會支援多衛星系統，除傳統 GPS 功能外，新世代 GNSS 接收機須能支援各

國衛星系統，例如俄羅斯 GLONASS、歐盟伽利略(Galileo)系統、日本準天頂衛星

系統(Quasi-Zenith Satellite System, QZSS)和中國大陸的北斗(Compass)系統。

另外，大部分手機也具有輔助式全球衛星定位系統(AGPS：Assisted GPS)功能，

AGPS 是一種在一定輔助配合下進行 GPS 定位的運行方式，它可以利用手機基站

的信號，配合傳統 GPS 衛星信號，讓定位的速度更快，一般 GPS 使用太空中的人

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造衛星來進行三角定位 ，以獲得經緯度坐標，通常需要一個可視天空的開放環境

和至少 4 顆 GPS 衛星信號才能進行 3D 定位，AGPS 系統是由手機先利用所在細

胞位置的基地台來進行定位，由於基地台的位置固定(已知)，這個時候再利用手機

內的 GPS 接收器搜尋附近位置的 GPS 衛星即可快速定位，開機以後大約只需要

10 秒以內就能夠計算出位置，而且精確度更高。

(二) 手機基地台定位

傳 統 全 球 行 動 通 訊 系 統 / 整 體 封 包 無 線 電 服 務 / 寬 頻 分 碼 多 工

(GSM/GPRS/WCDMA)系統基地台定位技術，例如利用細胞/小區(Cell/Sector)位置

資訊的定位方式、CDMA2000 系統所採用的先進上鏈三角定位(AFLT)、利用網路

量測回報的定位(NMR)技術、利用 4G 長程演進計畫(LTE)的觀察抵達時間差

(OTDOA)的定位技術。

除了 GPS 系統可以提供定位的功能，由於手機必須在某一個細胞的基地台通

訊範圍內才能通訊，所以也可以利用基地台協助手機定位，由於美國聯邦通訊委

員會(FCC)規定美國的系統業者必須提供手機行動定位服務，以確保手機的使用者

發生緊急事件的時候，救難人員能夠知道使用者的正確位置，所以各家系統業者

開始發展行動定位系統，目前常見的包括：

1. CI/CSI 技術(Cell-ID/Cell-Sector Identification)：利用行動電話細胞識別碼與

手機所在的細胞位置來進行定位，在都會區由於人口密集，細胞較小，定

位精確度大約數百公尺；在郊區由於人口較少，細胞較大，定位精確度大

約數十公里。

2. AOA 技術(Angle of Arrival)：利用手機與基地台的方位角計算位置來進行

定位，並且透過方向性天線與兩個以上的基地台判斷手機的位置。

3. TOA/TDOA 技術(Time of Arrival/Time Difference of Arrival)：利用三個以上

的基地台傳送到手機的訊號時間延遲，來計算手機與基地台的距離而判斷

手機的位置，每個基地台必須加裝位置測量單元(LMU：Location Measure

Unit)，成本較高，TOA 的定位精準確大約 200 公尺，TDOA 大約 100 公尺。

4. EOTD(Enhanced Observed Time Difference)：利用三個以上的基地台接收到

手機的訊號，再傳送給最近的位置測量單元(LMU)，這樣一來數個基地台

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只要加裝一個位置測量單元(LMU)即可，成本較低，定位精確度大約 100

公尺。

(三) WiFi 定位

Wi-Fi 基地台定位的作法可分為兩種，一種方式是透過手機掃描基地台 Wi-Fi

訊號的強弱，並從手機端演算定位，另一種方式，則以 Google 的 WiFi 定位最為

人所熟知，Google WiFi 定位是依靠偵測附近周圍所有的無線網路基地台 (WiFi

Access Point) 的 MAC Address (類似 10-78-D2-93-58-C2 )，然後比對資料庫中該

MAC Address 的座標，交叉連集出所在地，此法須有網路連線做資料庫查詢才能

完成定位，Google 獲取路由器地理位置的方式從大的方面來說有兩種：(1)Google

街景小車在拍攝街景的過程中順道把 WiFi 信息也給採集下來，Google 街景小車

記錄眼前的 WiFi 信號對應的 MAC 地址，並記錄當時的地理坐標，(2)用戶在定位

的時候，順便把自己周圍的 WiFi 信號對應的路由器的 MAC 地址和地理位置上傳

到了 Google 的服務器中，用戶購買的新路由器的 MAC 地址並沒有在 Google 的數

據庫中，Google 也無法知道該路由器的位置，但是，當用戶在周圍定位時，路由

器的 MAC 地址和通過其它方式(如 GPS 或周圍其他路由器的坐標)獲取到的用戶

位置會被 Google 默默的記下來，通過這種分包的方式，使用過程中間接幫助

Google 完善 MAC 地址的數據庫。

當路由器的位置更換後，首次進行定位將不再精確，但是 Google 的數據庫具

有自我學習功能的，Google 會在自動修正地址位置信息記錄，如果在新的位置多

次使用 Google 定位，結合 GPS 定位和其他 WiFi 信號，Google 會修正該路由器

MAC 地址對應的地理位置信息，之後會慢慢精確，這也是公共場所的定位精確度

較高的原因。

通過上述定位原理的講解，不難看出Google的WiFi定位技術需要幾個條件：

(1)周圍有 WiFi 信號；(2)用戶能夠連網，當 WiFi 訊號被搜尋到時，可以透過 WLAN

定位技術取得更為精確的位置資料，無線局域網(WLAN)基於 IEEE802.11 協議，

是以無線信道作傳輸媒介的計算機局域網絡，是計算機網絡與無線通信技術相結

合的產物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統有線局域網的功能，能夠

使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的寬帶網絡接入，移動用戶對信息的即時性和

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就地性的需求越來越強烈，就給基於 WLAN 的位置服務提供廣闊的發展空間，

(WLAN 定位技術)，室內無線定位常用的三種方法。

1.接收信號強度定位法

接收信號強度定位法是通過信號強度和已知信號衰弱模型來估計接收點

與待測點的距離，根據多個接收點距離待測點的距離值畫出圓，多個圓的重

疊部分就是待測物體，在移動裝置中，接收信號強度常用接收信號強度指標

RSSI 來表示，在理想環境中這種方式可以獲得較為精確的定位，然而 RSSI

受信號反射、散射、繞射等多重路徑衰減與遮擋影響非常嚴重，實際上存在

較大誤差。

2.到達時間定位法

到達時間定位法和接收信號強度定位法類似，只不過計算接收點和測量

點之間的距離是採用無線信號傳播時間乘以無線信號傳輸速度，由於無線信

號傳播速度是 30W km/S，這就要求待測點和多個接收點之間要有非常精確的

時間同步，然後高精度時間獲取成本非常昂貴，即使微秒級的時間誤差也會

造成數百米的距離誤差，因此在短距離定位上誤差較大。

3.接收信號角度定位法

接收信號角度定位法的工作原理是利用定向天線量測出信號來源方向，

多個接收點同時按照接收角度畫出直線，直線的交點就是目標位置，信號角

度定位法的優點是不需要每一個接收天線都做時間同步，誤差來源主要是角

度解析的誤差，在距離越遠的時候角度解析的誤差影響越大，同時由於信號

反射和折射可能造成最終計算出來的被測點是發射點而不是被測物體本身，

另外由於定向天線的製作對測量角度的計算影響較大在實際應用較困難。

(四) 藍芽 iBeacon 定位

iBeacons 是基於 Bluetooth LE 技術，全稱為 Bluetooth Low Energy，又可簡

稱為 BLE，低功耗藍芽由諾基亞在 2001 年開始研發，其目的是為了發展一套相容

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於標準藍芽，並且在功耗與製造價格上能進一步優化的標準，2004 年 Nokia 發布

了低功耗藍芽標準，2006 年以 Wibree 技術的品牌名稱首度問世，2007 年與藍芽

技術聯盟達成協議，併入標準藍芽並正式定名為低功耗藍芽。

BLE 最重要的特點在於它的低能耗，一些 beacon 設備靠一顆微型電池就能夠

持續發送一個信號兩年左右，傳統藍芽和 LE 藍芽使用的都是相同的波段

(2.4GHz-2.4835GHz)，BLE 協議的傳輸速率比較低，因此除了用於發現設備和做

一些簡單通信之外，不太適合用於傳輸大量的數據流，在協議條款上，LE 和傳統

藍芽的信號都能夠覆蓋到 100 米的範圍，它是一種基於 BLE(低功耗藍芽)的信號

廣播設備，每一個設備有一個唯一的 ID(UUID+Major+Miner)，iBeacon 利用這種

特性，在一個區域內廣播自己的信號，通過這種方式它就完成對一個特定的區域

的標記，當用戶拿著手機進入 iBeacon 的範圍時，手機中的 APP 將會被喚醒，這

樣手機就可以感知到用戶的地理位置發生了變化。

BLE 透過 TX power 的廣播參數，可確定和 beacon 之間的距離，TX power 是

距離設備 1 米測得的信號強度值(RSSI- Received Signal Strength Indication，接收到

的信號強弱指標)，假如接收到的信號強度減弱了，那麼可能在遠離，只要知道 1

米距離的 RSSI，以及當前的 RSSI 計算出當前的距離是可能的(可以從接收到的信

號中一塊獲取到這些信息)，目前 iBeacon可以使用下列 4種方法達到定位的目的：

1.標籤定位指利用信號源作為定位錨點，將用戶位置固定到某一個錨點上，標

籤定位流程如下：預先取得室內信號來源，包括水平座標，樓層，再來掃描

訊號，當掃描到與數據庫對應的信號來源，以 RSSI 最大的信號源所在位置

最為當前的定位位置。

2.三角定位通過 RSSI 值至用戶與信號源間的距離(rssi-dist mapper)，在通過基

本幾何運算計算確定用戶的位置，三角定位定位流程如下：預先取得無線信

號源的幾何位置，包括水平座標，高度，接下來掃描信號，當掃描到至少三

個已知信號源信號，根據預置的 rssi-dist mapper 計算出用戶與各個對應信號

源的直線距離，並進行三角定位計算，得出目前的水平位置座標。

3.指紋定位是三角定位的變種，指紋定位通過比較已知的無限信號強度的分布

(指紋)與用戶採集的信號強度，尋找出定位區域最匹配的區域，指紋定位流

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程如下：預先取得室內無線信號強度的區域分佈，及勘測區域，再來掃描信

號，當掃描到已知信號源的 rssi 值，按 rssi 強弱順序，選取一個信號源 rssi，

計算它和勘測區域中所有位置該信號源的 rssi 差值，將差值最小位置集合作

為最優定位區域，通過計算來自不同信號源的信號強度差值，獲得每個信號

源的最優定位區域，計算所有信號源最優定位區域的重疊部分，重疊部分的

質心即為定位估測。

4.基本混合定位：三角定位與指紋定位可以通過 BLE，RFID，二維碼等信號

模組，為室內設置一些定位錨點，可以有效地降低定位誤差與定位位置跳動，

例如，當使用指紋定位時，如果兩個區域具有相同的指紋，則可在其中的一

個區域附近佈置一個 iBeacon，通過檢測 iBeacon 信號的存在進行區域的選

擇同時使用三角定位與指紋定位，在某些場合可以提高定位的準確度，如當

信號強度非常大的時候，指紋定位由於不同區域的指紋太過接近而跳動，而

三角定位則可以避免這種跳動。

從目前終端手機設備來看，只要 iPhone、iPad是 iOS 7版本，並且是 iPhone 4S、

The New iPad 以後的版本裝置全都支援 iBeacon 技術，而 Android 手機的使用中，

像是 Samsung Galaxy S3、HTC One 等支援 BLE，Android 系統也只要 4.3 版以上

可透過 App 支援，因此，從技術層面來看，Android 手機同樣也能擁有這樣的功能，

而使用智慧型手機作為位置和定位服務時必須考慮所有的技術都必須向下相容且

無縫接軌(Seamless Handover)，才能使定位服務更為完備。

25

第三章 智慧型人員多重定位安全監控系統開發

第一節 各項系統材料採購

根據所需要之硬體模組使用，蒐集目前的商用模組，在經由測試並比較商用模組

過後，選擇符合本使用之模組，選用之模組如表 7：

表 7 系統材料

配備品項 數量 產品規格

馳為HI8平板電

腦

1 作業系統 Windows8.1/安卓 4.4

重量352(g)

尺寸211.2*123.2*7.9(mm)

主要參數

處理器英特爾 64 位處理器 Z3736F

處理器類型四核

處理器主頻2.16GHz

系統記憶體2GB 超大運行記憶體

記憶體類型高性能 DDR3L

存儲容量32GB eMMc

存儲擴展最大支援 64G TF 卡擴展

顯卡晶片Intel HD Graphics 7 代 PC 級顯卡

感測器重力感測器 光線感應器

螢幕參數

螢幕尺寸8 英寸

解析度1920*1200

顯示比例16：9

螢幕特性原裝頂級視網膜 IPS 黑鑽屏

螢幕描述電容式多點觸摸

網路通訊

網路通信WiFi

WiFi 功能802.11 b/g/n

藍牙功能極速藍牙 4.0(超低功耗)

媒體功能

攝像頭後置美國OV頂級 200萬攝像頭+前置 30萬攝像

頭

揚聲器AAC 立體揚聲器

26

配備品項 數量 產品規格

音訊功能內置 HiFi 音效晶片

視頻播放最高支援 4K(4096*2160 解析度)

電池類型聚合物鋰電池

電池容量 4000mAh(毫安小時)

TWM Amazing

A5S 智慧手機

4 頻率系統 GSM1800, WCDMA, GSM900

作業系統(平台)Android 4.4

處理器 MediaTek MT6572M, 1GHz

處理器分類雙核心處理器

主螢幕尺寸 4.5 吋

前置鏡頭 200 萬畫素

內建相機畫素 500 萬畫素

RAM 記憶體 1GB

ROM/內建儲存空間 8GB

SIM 卡插槽 micro-SIM

傳輸介面藍牙, USB

主螢幕解析度 854*480pixels

主螢幕色彩 1600 萬色

上網方式 3G / WCDMA, GPRS, EDGE, Wi-Fi / WLAN

機身重量 155g(公克)

電池容量 1850mAh(毫安小時)

尺寸 133.9*67.5*9.4 (mm)

TL-MR3040

無線路由器

4 連接介面1 個 10/100Mbps WAN/LAN 連接埠

1 個 USB 2.0 連接埠供 3G 數據機使用

1 個 micro USB 連接埠供充電使用

LED電源，WLAN，乙太網路，Internet

按鈕電源 ON/OFF 按鈕，重設按鈕

尺寸 (長 x 寬 x 高 )3.9 x 2.4 x 0.6 英吋 (100 x 62 x

16 公釐)

重量94 克

電源供應器內置 2000mAh 的可充電電池，5VDC/1.0A

外部電源適配器

天線類型內置天線

使用頻率2.4-2.4835GHz

無線標準IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n

訊號速率Up to 150Mbps

27

配備品項 數量 產品規格

EIRP

28

配備品項 數量 產品規格

輸出電壓 DC 5.1V

輸入電流 2.0A(TYP)

輸出電流 1.5A(TYP)

電芯容量 5200mAh

額定容量 3000mAh

充電時間約 3 小時 (使用 5V/2A 插頭及標配數據線)

約 5 小時 (使用 5V/1A 插頭及標配數據線)

產品尺寸 91*55*21.9mm

負載檢測自动检测负载插入和拔出

安全保護本產品支持輸入高壓保護，輸入防反保護，輸

出過流保護，輸出過壓保護，輸出

短路保護，電池過充過放保護，電芯 PTC 保護，充

電/放電溫度保護

保護恢復使用充電器進行充電動作，即可恢復

充電溫度 0℃-45℃ (TYP)

放電溫度-20℃~+60℃(TYP)

重量 155g

小米行動電源

5000 型

1 產品型號 NDY-02-AM

電池類型高品質鋰離子聚合物電池

輸入電壓 DC 5V

輸出電壓 DC 5.1V

輸入電流 2.0A(TYP)

輸出電流 2.1A(TYP)

電芯容量 3.7V/5000mAh(TYP)

額定電容量 3300mAh(TYP)

充電時間約 3.5 小時 (使用 5V/2A 充電器，標配數據

線)

產品尺寸 125*69*9.9mm

負載檢測自動檢測負載插入和拔出

安全保護本產品支援輸入高壓保護，輸入防反保護，輸

出過流保護，輸出過壓保護，輸出短路保護，電池過充

過放保護，充電 / 放電溫度保護

保護恢復使用充電器進行充電動作，即可恢復

充電溫度 0℃-45℃ (TYP)

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配備品項 數量 產品規格

放電溫度啟動輸出溫度：-20℃~+60℃(TYP)

重量 156g

野牛 16 口充電

座

1 充電器適用形式 直充

充電電壓 5V

充電電流 2A

防水袋 8 材質： PVC

110V 電源線 1 主機電源線 1.8 米

額定最大容量：7A / 125V / 875W

007 手提箱 1 尺寸 40 x 20 x 9 cm

材質 鋁

18650 電池盒

(電池 1 入)

4 尺寸 96*24*22 mm

輸出接口 5.0V – 1A

輸入接口 5.0V – 1A

材質 ABS+PC

第二節 各項模組系統電路設計

所採用之藍芽模組為 HM-11 型藍芽模組，HM-11 細部 如 圖 6、圖 7 及 表 8，藍芽

模組如圖 8 採用 TI CC2540/1 晶片，配置 256KB 空間，支持 AT 指令，使用者可根據

需要更改角色(主、從模式)以及串口串列傳輸速率、設備名 稱、配對密碼等參數。

30

圖 6 HM-11 產品尺寸及標注

圖 7 HM-11 焊盤尺寸及間距

31

表 8 HM-11 管腳定義

No Name Description CC254X

1 UART_RTS UART interface P1_5

2 UART_TX UART interface P1_6

3 UART_CTS UART interface P1_4

4 UART_RX UART interface P1_7

5 NC NC P2_1

6 NC NC P2_2

7 NC NC PIN2

8 NC NC PIN3

9 VCC V3.3 VCC

10 NC NC or VCC

11 RESETB Reset if low

32

第三節 各項模組的電路佈線及製版

一、各項模組系統的電路佈線

本計畫設計一套攜帶型人員安全定位監控系統如圖 9，內容物包含：1台平板電腦、

4 支智慧型手機、4 組定位器、4 組無線路由器、5 個行動電源、一組 16 口 USB 充電

器、8 個防水袋、一只手提箱如圖 10、圖 11 及圖 12；及 2 支程式並透過 16 口 USB 充

電器充電，如表 9，所有模組均集中在手提箱中如圖 13。

圖 9 各模組的電路佈線

33

(二)泡棉製版

本系統使用鋁製手提箱做為所有模組之容器。

(a)上層第一部分

(b)上層第二部分

(c)組合三視圖(上層第一及第二部分組合)

圖 10 手提箱上層

34

(a)下層第一部分

(b)下層第二部分

(c)下層第三部分

圖 11 手提箱上層

35

圖 12 組合三視圖(下層第一、二、三部分組合)

表 9 材料編號對照表

圖 13 組合後之模組

編碼 模組名稱 數量 編碼 模組名稱 數量

A 馳為平板 1 E 小米 5000 型行動電源 1

B A5S 手機 4 F 防水袋 8

C 無線路由器 4 G 16 口 USB 充電座 1

D 小米 5200 型行動電源 4 H 110V 電源線 1

36

第四節 系統使用情境

預設的使用情境為臨時性的局限空間作業，例如： 人孔維修、儲槽清理作業、汙

水池歲修清理作業、隧道工程…等等，同時設施具有戶外之出入口，且局限空間內缺

少 3G/4G 等電信訊號之區域，根據局限空間作業準則要求需設有監視人員一人，作業

勞工需取得相關資格並事先申請工作許可，本計畫所設計之系統可供一位監視人員及

三位作業勞工使用，以下為本系統所設定之使用情境：

一、 監視人員帶著作業許可證(紙本)及警示系統手提箱到局限空間現場。

二、 開啟警示系統(馳為 Hi8 平板，BenQ T3 手機，TP-Link TL-MR3040 無線 AP)，

定位器(iBeacon HM-11)及 AP 分別裝入防水袋中。

三、 監視人員帶著 AP①在警示系統手提箱附近建立 wifi 環境。

四、 監視人員手機及平板連上 AP①。

五、 依序佈置 AP②在手提箱與局限空間中間位置，AP③佈置在局限空間入口處。

六、 如為該局限空間為第一次作業，則需要在局限空間入口處掃描 gps 及定位器 mac，

都掃到後點下拍照，拍下入口後按下確認，進行位置註冊。

七、 進入局限空間佈置 AP④，監視人員使用勞工手機測試通訊是否正常(使用系統內

建測試功能)。

八、 確認通訊正常後，監視人員帶著定位器佈置警示區域(局限空間入口處內側)，佈置

完成後離開局限空間。

九、 勞工到達現場，分配勞工手機，開啟監控程式，已有註冊身分的直接輸入工號或

刷卡，沒註冊身分的使用手機現場註冊，註冊完畢後平板程式重新啟動。

十、 勞工進入局限空間前，在外面連接 AP④，測試手機監控程式是否可以正常運作(使

用系統內建測試功能) 。

十一、確認正常後進入局限空間作業(進入安全監控狀態)。

37

第五節

A

PP模組系統製作

表1

0登

入/註

冊畫

面

畫面

名稱

主畫面

登入

註冊

主畫面

畫面

說明

主畫面

-登入

輸入人員帳密或刷卡即可登

入系統

首次使用系統或臨時人

員，在此畫面註冊資料，確

定註冊完成後再登入系統

登入後顯示人員名稱

38

表11定

位註

冊功

能說

明

畫 面 名 稱

主畫面

室內

室外

畫 面

說 明

主畫面

-定位註冊

顯示

RS

SI強度最大之

iBea

con的

mac，

若搜尋不到

gp

s會顯示室內

搜尋到

mac值，經緯度，點下拍照拍下局限空間門

口，再輸入區域代碼及區域名稱，點選註冊即完成

39

表1

2連

線測

試功

能說

明

畫面名稱

主畫面

連線測試

畫面

說明

主畫面

-連線測試

當所有設備已連接

AP，點選測試，測試系統連線狀態，是否有橋接正常

40

表1

3警報功能說明

/登出功能說明

畫面名稱

主動式警報

被動式警報

登出

畫面

說明

按壓螢幕中間【

SO

S】，

即可

發出主動求救

當系統偵測到手機為靜止狀態

30

s後

①手機發出警報，詢問是否有異狀，【否】

為解除，【是】平板收到警報，

②若再持續靜止

30

s，平板將會收到求救

訊息

連點兩下後人員登出系統

41

一、程式碼

各部分程式碼，如圖 14。

(a)定位註冊

(一)警報

(b)警報

(二)連線測試

(c)連線測試

圖 14 程式碼

42

第四章 系統模組測試與可靠度評估

第一節 通訊模組測試

有鑒於勞工作業時可能發生意外而無法及時求救之情況，本計畫設計一款對

講機通訊模組，在同一個 WiFi 網域下可以建立通訊，此模組可供勞工不只在緊

急事件發生時求救之用，也可與監視人員聯絡作為一般溝通通訊之用，隨時回報

作業情況。

一、測試目的：

測試通訊模組在使用 WDS 遞傳建立的 WiFi 網域下是否可以順利通話。

二、測試材料：

表 14 通訊模組測試材料

編號 器材 數量

1 TWM Amazing A5S 智慧手機 2

2 通訊模組 1

3 TP-Link TL-MR3040 無線分享器 4

4 三腳架 4

三、測試方法：

(一) 安裝通訊模組程式至智慧型手機中。

(二) 支手機分別連接同一個 WiFi 網域，並且開啟通訊模組程式，完成對講

機連接，如圖 15。

(三) 使兩位同仁開始對話。

(四) A 使用通訊模組呼叫 B，當 B 聽到後再使用通訊模組回應 A。

(五) 次數 50 次。

43

四、測試結果與討論：

經測試結果顯示，在 50 個批次實驗中，通訊模組都表現正確的結果，成功

率達到 100%，顯示此模組可以如原先預期結果的一樣，通訊模組可以正確的傳

達訊息，測試結果如表 15。

表 15 通訊模組測試結果

呼叫次數 回應次數 成功率

50 50 100%

五、測試照片

圖 15 自建 WiFi 環境與通訊模組測式

第二節 警示模組測試

勞工作業場所常常潛在著危險性，勞工進入作業場所作業時，大多時候是在

監視人員視線外的單獨作業，當意外發生時監視人員無法立即得知，在無法立即

救援的情形下，常常會造成無法挽回的後果，目前已發展完成之技術，可以判斷

勞工式直立工作狀態，或是橫躺在地板上，若勞工躺在地上工作(臥式作業姿態)

則系統會感測到3軸訊號的微小動作變化，而判定為臥式作業，也不會發佈警報，

但如果勞工躺著休息，若動作停止超過設定的時間(一般為 30 秒)，系統判斷勞

工處於暈倒狀態而發出警報，由於勞工在工地躺著休息為不安全之行為，因此警

報模組為保護勞工於發生意外時，爭取救援時間之安全措施，目前幾乎所有的智

44

慧手機都內建有 3 軸加速器，因此可以透過撰寫軟體，分析動作訊號，而完成人

員活動的狀態偵測。

警報模組分成兩種，一是主動式求救警報，另一種則是被動式求救警報，主

動式求救警報為勞工可透過手機自行點選發出求救警報給監視人員的方式，被動

式警報則是當手機的三軸加速器發現在各方向無加速度變化，系統判定勞工為暈

厥狀態而發出警報。

一、測試目的：

測試警報模組在使用 WDS 遞傳建立的 WiFi 網域下是否可以順利傳遞。

二、測試材料：

表 16 警報模組測試材料

編號 器材 數量

1 TWM Amazing A5S 智慧手機 2

2 警報模組 1

3 TP-Link TL-MR3040 無線分享器 4

4 三腳架 4

三、測試方法：

實驗人員於測試前攜帶設備至實驗地點，將本系統之通訊及定位設備放置於

適當位置，並打開電源，由測試人員攜帶智慧手機至最遠工作區域時打開 APP

進行警報遞傳測試，此測試分成兩個項目進行，如圖 16：

(一)主動式警報：

1.A 與 B 持有手機。

2.兩隻手機連接 WiFi，並開啟警報模組。

3. 假設 A 發生意外且主動發射求救訊號給 B，B 則觀察受否有收到 A 的

求救訊號。

4.共計 50 次。

45

(二)被動式警報：

1. A 與 B 持有手機。

2. 將兩隻手機連接 WiFi，並開啟警報模組。

3. 假設同仁 A 發生意外暈厥。

4. 手機三軸加速器發現手機已無動作為靜止狀態，警報模組則判斷為意

外發生。

5. 發射求救訊號給 B，B 則觀察受否有收到來自 A 手機的求救訊號。

6. 共計 50 次。

四、測試結果與討論：

經測試結果顯示，在 50 個批次實驗中，警報模組都表現正確的結果，成功

率達到 100%，顯示此警報模組如原先預期結果所示，能正確的傳達警報訊息給

監視人員，測試結果如表 17。

表 17 警報模組測試結果

警報方式 發動次數 接收次數 成功率

主動式警報 50 50 100%

被動式警報 50 50 100%

(a)自建 WiFi 環境與警報模組 (b)被動式測試

圖 16 警報模組測試

46

第三節 耗電量測試

一、測試目的：

由於系統可能需使用於臨時性的工作環境，需使用電池電源以供驅動定位器

及部分無線通訊設備使用，因此必須了解各模組在運作時之耗電情形，以作為在

作業環境實際使用時的參考。

二、測試材料：

表 18 耗電量測試材料

編號 器材 數量

1 馳為 Hi8 平板電腦 1

2 TWM Amazing A5S 智慧手機 1

3 TP-Link TL-MR3040 無線分享器 1

三、測試方法：

(一) 馳為 Hi8 平板電腦

將平板電量充滿後，開啟平板中央控制 APP，連接網路模擬實際現場

定位監控之情形至電量完全耗盡，並使用手機置計時器計時記錄其工作時

間。

(二) TWM Amazing A5S 智慧手機

將手機電量充滿後，開啟手機定位監控 APP，連接網路模擬實際現場

安全警示及對講機功能至電量完全耗盡，並使用手機置計時器計時記錄其

工作時間。

(三) TP-Link MR3040 無線路由器

將 4 個已充滿電的 AP 橋接，再使兩支手機分別連上第一台 AP 及第四

台 AP，接著讓連接到第四台 AP 的手機，使用 ping tool app ping 連接第一

台 AP 的手機至其中一台 AP 電量完全耗盡，並使用手機置計時器計時記錄

其工作時間。

47

四、測試結果與討論：

平板電池容量為 4000mAh，其工作時數可達 4.8 小時，搭配小米 5000 型行動電

源(3300mAh)可使平板作業時間延長至 8.76 小時，足夠提供勞工一天 8 小時之工

作時數，手機分為兩支，一支為監視人員手機，另一支為作業員手機，分別安裝

監視人員程式及作業員程式，因兩支程式內容不同，使用手機資源的程度及耗電

量會有所不同，�