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智慧運輸系統
林姿伶 .2018/12/19
摘要 2018年Frost & Sullivan選出全球50大新興科技,並基於成功機率、影響程度與層面評估重要科技未來的應用情境。50大科技主要分為九類,包含:資訊通訊科技(ICT)、醫療裝置與成像、微電子(Microelectronics) 、感測器與控制儀器(Sensors and Instrumentation)、化學與先進材料、先進製造與自動化、環境與永續性、能源與公用事業,以及健康與保健。本文將針對智慧運輸系統 (i-mobility)之情境進行描述。

一、 智慧運輸系統之情境說明
智慧運輸系統係指在智慧道路上行駛的自動電動車輛(EVs),經由感測器來蒐集與傳遞車與車間,以及車與道路間的交通資訊,再透過雲端資料庫來進行資料存取,並且處理分析所獲得之資訊。相較於現今的運輸系統,智慧運輸系統具備較低的維護成本,可減少道路事故的發生,有助於運輸系統的管理。

二、 關鍵技術
(一) 先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)
幫助車輛接收來自光達(LiDAR)、雷達及電腦視覺的數據資料,藉以提高行車安全,降低事故的發生率,目前已有商品化之產品推出。
(二) 自我修復道路
使用自我修復材料製成的道路,可自動修復裂縫與縫隙,有助於減少道路維護之需求,進而增加道路的使用壽命,提供長達80年的道路應用,藉以改善交通流量,荷蘭現已進行道路測試。
(三) 無線充電
道路內置無線供電設備,以無線充電的方式提供電力給具有無線充電裝置之車輛,目前該技術仍在開發中。
(四) 光達(Light Detection And Ranging, LiDAR)
主要是運用雷射量測目標物之距離,以建立車輛周圍環境的3D地圖,目前已有產品商品化,後續將進一步開發,可望應用於自動電動車輛。
(五) 混合雲的存取
接收傳感器與ADAS的資料訊息,並將其存取於多個雲端系統,依據數據資料與訊號頻寬分類危險性,目前正處於技術驗證中。
(六) 感測器的整合
將各感測器所偵測的資料訊息進行整合,以提供準確的環境視圖,現已商品化。

三、 技術推動與相關政策
(一) 各國政府資金的注入
2016年,美國交通部(USDOT)撥款600萬美元,將專用短程通訊(Dedicated Short Range Communications, DSRC)安裝於美國33號國道的智慧道路上,用以連接車輛與道路間的資訊傳遞、提供道路上高速移動車輛的雙向溝通,以利自駕車輛的測試與研究開發。
2016年,加拿大交通部撥款50萬美元給阿爾伯塔大學(University of Alberta),用於自駕車輛與道路相互通訊的安全性測試;另外,又投入130萬美元於此專案,於艾德蒙頓(Edmonton)城市進行自駕車輛與道路間的安全性及相關應用程式之測試,其包含接近碰撞位置之警告、危險的超速駕駛等,以利安全開發並評估如何使自駕車輛技術與當地城市交通融為一體。
2017年,英國政府撥款1340萬英鎊,開發一個智慧行動生活實驗室(Smart Mobility Living Lab, SMALL),提供自駕車輛實際環境測試,其包含車輛相關系統的測試、移動服務的測試、數位分身模擬的實際驗證等,可作為未來移動解決方案。
(二) 美國專利申請案件
1.2015年至2017年,LiDAR的相關技術已有10,104件美國專利申請,專利權人包含Quanergy、LeddarTech、Velodyne LiDAR及Oryx Vision等公司。
2.2015年至2017年,ADAS的相關技術已有9797件美國專利申請,技術內容包含語音辨識、人臉識別、手勢識別,以及車輛與車輛間、車輛與道路間的通訊等,專利權人包含IBM、Google、Audi、Mobileye等公司。
(三) 實施概況與應用實例
太陽能道路:將道路結構分為三層,表層為樹脂與聚合物組成的透明混凝土,中間層為太陽能板,底層則是隔絕濕氣的絕緣層。其中,表層的安全係數比一般瀝青混凝土還要高,可承受交通工具的重壓,且該層為透明材質,可讓置於中間層的太陽能板發電。利用上述的道路結構,法國、荷蘭、中國及美國已開始測試或實施太陽能道路,讓道路達到發電效果,為路燈及車輛充電;中國於2017年在濟南興建了一公里的太陽能道路,將可供電於路燈、作為電動車充電站,以及加熱道路發揮融雪功能。
自我修復及無線充電道路:荷蘭台夫特理工大學(Delft University)的科學家開發出鋼質瀝青,加熱後的瀝青會熔化,填入道路的裂縫、坑窪,讓瀝青重新結合,使其具有自我修復能力;另外,利用鋼質瀝青中的鋼纖維具有導電之特性,可進行通訊,並為車輛充電。
電動汽車:自2017年,挪威、英國、荷蘭、比利時、法國等國家開始推動電動汽車的獎勵措施;印度亦規劃在國家高速公路上安裝電動汽車充電站,以增進使用上的便捷性。
5G通訊:SK電訊與Ericsson公司於韓國永宗島(Yeongjong-do)的寶馬(BMW)車道上進行5G的車輛通訊測試;華為公司在2018年的世界行動通訊大會(Mobile World Congress)上推出第一款5G晶片,美國與幾個歐洲國家目標是在2018年開始使用5G晶片。
車輛無線充電裝置:加拿大的Elix公司開發出可應用於車輛的無線充電裝置,不僅於美國加州的GoMentum Station測試,亦為該裝置申請專利。
光達(Light Detection And Ranging, LiDAR):Luminar公司已開發新款LiDAR,產品將分別應用於Toyota車輛及在Tesla Model S車輛,並進行環境測試;英國的Labsphere公司開發一款Permaflect材料,可進一步地應用於LiDAR的特性驗證。
專用短程通訊(DSRC):Panasonic公司與美國科羅拉多州交通局合作開發一個測試平台,藉由DSRC方法來實現車輛與車輛間、車輛與道路間的高速通訊,向車輛發送安全訊息,進行智慧運輸系統的無線網路通訊評估計畫。
混合雲的存取:華為公司已於2017年發佈混合雲存取的解決方案,將華為的FusionStorage分散式雲存儲系統與Veritas公司的Access網路連接存儲網關相結合,該方案支持非結構化數據資料的存儲,實現檔案與物件資料的雙向讀寫、雲上雲下數據資料自由流動、在線數據資料遷移等技術,實現大量非結構化數據資料的存取。
自駕車輛:2017年,在美國密西根州的安娜堡(Ann Arbor),福特汽車公司與披薩店家合作,測試自駕車輛的可行性,藉由該次的測試,幫助福特汽車公司了解客戶對自駕車輛的接受度。

四、 現況挑戰
(一) 智慧運輸系統包含自駕車輛與道路的開發、物聯網、大數據分析等眾多技術,需要彼此間相互合作與配合才能達成,其關係到各技術間資料傳輸的安全性、資料蒐集的完整性,以及各開發方的商業利益分配。
(二) 自駕車輛需要共用大量的資訊,其涉及到眾多科技廠與車廠間的合作,不僅要整合各感測器所偵測的資料訊息,還要訂定統一的標準,開發各車款可共用之技術,使車輛間的通訊模式一致,可共享訊息。
(三) 自我修復道路的初始成本相較傳統道路高25%,需要將傳統道路進行全面改造,對發展中國家來說,開發成本非常昂貴。
(四) 政府政策的完善性、資金投入,以及對知識技術的了解程度,其包含自駕車輛相關法規、道路交通法規、安全標準、聯網標準、測試審核、研究開發、管理規定、駕駛的權利義務等,以利後續推動、執行智慧運輸系統。

五、 未來發展
(一) Mobileye為智慧感測器的製造商,該公司與Intel公司正在開發合作駕駛輔助系統,期望在2021年推出Level 4、Level 5的自駕車輛。
(二) 中國規劃在2022年開通杭州與寧波航線,作為其首條高速智慧道路線。
(三) 華為公司預計在2022年將5G晶片應用於自駕車輛,並達成商品化。
資料來源 Frost & Sullivan