SHM 結構健康監測平台 - 混合雲架構與成本互動白皮書

使用者與邊緣採集 Edge & Client

端點與呈現

Web 儀表板前端 S3 + CloudFront

工程師與監測人員 SPA 儀表板

前端託管$7.41 /月

行動應變通知 LINE Bot / SMS

即時超標秒級告警推播與應變通知

地端硬體採集

結構感測器陣列 MQTT / LoRaWAN

三軸振動加速度計、傾斜儀、沉陷計與邊緣閘道器

氣象與地震 API CWA Open Data

中央氣象署地震速報與環境風雨即時整合

AWS 託管平台核心 (雲端中樞) 託管精簡備援 (Fargate)

物聯網入口

AWS IoT Core MQTT Broker

雙向 TLS 1.3 認證，SQL 規則引擎即時過濾投遞

裝置入口$181.78 /月

應用服務入口

ALB 負載平衡器 HTTPS (TLS)

對外流量分流、健康檢查與 WAF 防護防線

ALB + 固定 IP$30.88 /月

應用運算層

ECS Fargate 容器叢集 Express API & Worker

處理平台邏輯、設備註冊與 Stage 1 輕量物理閾值即時告警

運算資源$146.19 /月

資料庫與快取層

InfluxDB 2 時序資料庫

毫秒級高頻結構振動數據存儲

時序 DB$240.82 /月

MongoDB Atlas 文件資料庫

結構設定檔、Metadata、使用者權限

平台 DB$494.38 /月

ElastiCache Redis / BullMQ

非同步工作排程與熱點狀態快取

工作佇列$71.54 /月

Amazon SQS (AI Task Dispatch Queue) Message Queue

非對稱調度：雲端將深度診斷運算排入 SQS，地端顯卡工作站以 Long-Polling 主動拉取接單

地端實驗室 GPU 算力池 .89 實驗室 (地端顯卡)

任務接單器 (受控出站)

SQS Long-Polling Worker Python Daemon

僅對外發起 HTTPS 請求拉取任務，地端無需開啟防火牆對外 Port

重度結構診斷引擎

Stage 2 深度結構診斷 PyTorch / CUDA

• 非線性模態識別 (Modal Analysis)
• 多感測器特徵融合 (Data Fusion)
• 結構損傷與剩餘壽命預測

地端顯卡硬體資源 NVIDIA RTX / A100

使用既有實驗室伺服器，避開高昂 AWS G4/G5 實例費用

AWS GPU 租金節省約省 $800+ /月

診斷報告回傳 REST Callback

將運算完成的結構特徵矩陣與評估報告透過 API 回傳雲端入庫

點擊任一卡片檢視架構詳細說明 System Overview

點擊架構方塊以固定檢視細節

1. 核心職責與定位

目前展示的是 SHM 混合雲端物聯網與地端非對稱 AI 算力架構。系統將高可用性的資料收發與輕量即時告警交給 AWS 雲端，重度結構神經網路運算保留在地端顯卡工作站。

2. 通訊協定與資料流

感測器採集 (MQTT 1883) → 雲端資料庫入庫 (InfluxDB 2 / MongoDB) → SQS 異步跨雲派工 → 地端 Worker 長輪詢接單 → API 報告回傳入庫。

3. 架構決策與成本考量

此設計成功避開了 AWS 昂貴的 GPU 實例費用 (每月省下 $800+ USD)，且地端採用受控出站 (Outbound Only) 方式拉取任務，免去地端機房開啟對外防火牆 Port 的資安風險。

SHM 平台系統架構與成本白皮書

1. 核心職責與定位

2. 通訊協定與資料流

3. 架構決策與成本考量

✦ 自訂模組自由搭配計算機

自訂組合費用試算

託管精簡備援 (推薦方案)