近年來，世界先進國家在交通方面都朝打造智慧型運輸系統(ITS)的目標前進。智慧型運輸系統主要趨勢就是希望結合電子、通訊、資訊及感測等技術，透過智慧車輛(Smart Car)及智慧道路(Smart Way)整合人、車、路的管理策略，提供即時資訊，以增進運輸系統的安全、效率及舒適性，並降低傷亡率，同時也減少交通對環境的衝擊，達到節能減碳的效果。
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| 圖1 協同式安全運作架構 |
智慧型運輸系統發展為行車安全帶來的變化，簡而言之，即為由過去單一車輛傳統式的自身機械安全，增加車對路(V2R)、路對車(R2V)、車對車(V2V)，甚至行人與車輛(P2V)之間的「協同式安全」(圖1)，以提升行車與用路人的安全；並藉由即時區域性路況的提供(R2V或I2V)，提升整體交通效能。此外，智慧型運輸系統結合移動式智慧型裝置(平版裝置、智慧型手機)及感測裝置，可提供各種不同的車載應用服務，且搭配前後端的車載服務系統及連接車身網路，可適時提供駕駛人車況、車輛異常警示、駕駛行為分析等，以減少事故發生及交通對環境的影響。
由於車輛是快速移動的物體，時速達數十到上百公里，且數十到數百公尺短中距離區域性的車與路、車與車間之通訊多為不特定對象，因此智慧型運輸系統要能順利運作，有賴IEEE 802.11p及IEEE 1609(美規)的5.9GHz車用環境無線存取(WAVE)/專用短程通訊(DSRC)協定技術。而透過WAVE與DSRC技術可實現的應用服務，舉例如下：
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車與路間通訊應用包括路口燈號警示、前方路況警示、行人通過警示、電子付費、停車場資訊、交通事故警示、工地/學校區域提示、動態導航等(圖2)。 |
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| 圖2 車與路間車載通訊應用服務 |
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車與車間通訊應用包括協同傳遞碰撞警示、車道變換警示、前方車輛煞車警示、碰撞前感測警示、緊急車輛接近警示等。 |
行動寬頻助力 ITS後端服務傳輸沒煩惱
至於智慧型運輸系統與後端服務系統、網際網路應用(V2I)的連結，可利用3G/寬頻分碼多重存取(WCDMA)、全球微波存取互通介面(WiMAX)、長程演進計畫(LTE)等無線寬頻技術；而與車內移動式智慧型電子裝置(平板電腦、智慧型手機等)的連線，則可藉由2.4GHz無線網路或藍牙等技術。此外，透過OBD協定與控制區域網路匯流排(CAN Bus)技術，駕駛可由大部分車身網路內的電子控制單元(ECU)取得車身資訊。至於定位、導航與定址服務(LBS)等應用，則需全球衛星定位系統(GPS)/全球導航衛星系統(GNSS)技術(圖3)。
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| 圖3 車載服務所需的通訊技術 |
完整的通訊系統，將可打造感測電子與車對外通訊(Sensor+OBD+V2R/V2I)的應用服務，如車況持續偵測、遠端車況診斷、駕駛人行為分析、路面狀況探測、碰撞事故反應、緊急交通事件通報與救援等。
從前面所述，可知WAVE/DSRC技術主要是使用於區域性不特定對象的V2V、V2R通訊應用服務。根據GIDAS研究指出，43%的交通事故是發生於路口，藉由路口號誌與車輛間的先進通訊，不僅可降低事故發生率達50%，亦可減少車輛於路口的等待時間，降低不必要的油耗。美國交通部也指出，近年來，有兩百多萬起的交通事故及超過20%的死亡車禍是發生在交通路口。因此可將WAVE/DSRC技通訊技術運用於容易發生交通事故的路口，以降低車禍的傷亡率，並增進交通的順暢性，提升行車效能與安全。
美WAVE/DSRC示警系統開跑
自2010年起，美國MDOT(Michigan Department of Transportation)即規畫具有WAVE/DSRC通訊功能的路側裝置(RSU)，連結交通號誌建立警示系統，經由路側裝置透過WAVE/DSRC通訊，將路口紅綠燈的訊號傳遞給接近車輛的車上機(OBU)，讓駕駛人能提早知道前方路口的燈號與秒數。搭配Dilemma Zone及Green Passage演算法，WAVE/DSRC示警系統可提供建議給駕駛人，維持何種速度前進，即可讓車輛順利通過該路口，或是告知已無法通過該路口，請減速以避免發生危險。這樣的警示系統，可提醒駕駛減少不必要的緊急加速或減速，除可降低事故發生，亦可節省車輛油耗。
MDOT並於2011年在密西根州奧克蘭郡做實車場域展示測試，在這次的實車展示測試中，密西根大學運輸研究所(UMTRI)與台灣資訊工業策進會亦攜手合作，而採用的路側裝置與車上機設備，即為資訊工業策進會與台灣泓格科技(ICP DAS)合作製造的I-VSCG(III-Vehicle Service and Communication Gateway)，UMTRI並向泓格科技採購路側裝置設備，掛載於Long Lake及Telegraph Roads進行長期展示。
在此實車場域計畫中，連結路口交通燈號控制設備的I-VSCG路側裝置，透過WAVE/DSRC通訊技術，傳輸路口燈號的訊號相位和時序(SPaT)訊息到車上機，車上機再基於DGPS/GNSS精準定位資訊，依其行車資訊(車速、前進方向、停止線距離等)與環境資訊(路段長度、道路速限等)，進行建議車輛行駛速度的估算(圖4)，以達成行車安全與效率並重的應用，如於可安全煞停之前提下盡可能通過最多路口。此外，I-VSCG路側裝置亦可提供前方路口橫向來車的警示、即時區域路況廣播等應用服務。
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| 圖4 實車場域計畫搭配SPaT等資訊及演算法，提供駕駛人行車建議。 |
實車場域計畫除在有號誌的路口，可透過WAVE/DSRC廣播SPaT交通號誌資訊，讓駕駛人在較遠或視線不佳的情況下，知道前方路口號誌與秒數外，還可搭配GPS/GNSS全球定位、車速等資訊的演算法，建議駕駛人行車速度。
另一方面，實車場域計畫也可利用WAVE/DSRC技術，在更容易發生交通事故的無號誌路口，廣播橫向來車、行人通過等警示資訊，以提醒駕駛人及行人注意，甚至將路側裝置設計為隱藏式的交通控管指揮系統，提供不同方向駕駛人維持何種速度可以順利通行，或是應該減速、暫停，以便讓另一個方向的車輛優先通行。
在一個無交通號誌的路口，裝設一個具有WAVE/DSRC通訊功能的路側裝置，功用是做為隱藏式的交通控管指揮系統(圖5)。該系統可透過與各車輛車上機之間的通訊，由車輛提供GPS/GNSS定位、方向、車速等資料，路側裝置基於這些收集到的整體資料，計算各車輛通過路口所需的時間，然後回饋給車輛駕駛人，建議其應該維持速度通過，或該減緩速度或暫停，除可避免不必要的緊急煞車，節省油耗，也可避免車禍意外的發生。
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| 圖5 WAVE/DSRC路側裝置可在無交通號誌的路口，提供隱藏式交通控管。 |
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| 圖6 行人通過路口警示示意圖 |
除此之外，隱形交通控管指揮系統亦可提供行人穿越無交通燈號路口的警示給接近的車輛駕駛人，並提警示給過馬路的行人車輛接近的資訊(圖6)。
隱形交通控管指揮系統設計上可於路邊設置路側裝置，當行人要過馬路時，按下通行按鈕，路側裝置透過WAVE/DSRC通訊技術，廣播行人通過警示及該處的GPS座標，車輛上的車上機接收到廣播訊息後，計算其到該處的距離，提供不同的警示訊息給駕駛人，路側裝置則可以聲音方式提示行人，有車輛接近中，請小心注意。
以上所述，為利用WAVE/DSRC通訊與應用技術，協助交通路口更順暢安全的一些例子，隨著車載資通訊技術及裝置的演進，以及車載應用服務的陸續開發，未來車輛與交通環境協同式安全模式，會越來越加聰明與安全。目前台灣政府也正加速推動場域示範與測試，以便建置更具智慧型的交通運輸系統，讓更多的台灣廠商加入車載資通訊領域的開發與生產，以帶動台灣在國際新興產業的發展與價值。
(本文作者任職於資策會智慧網通系統研究所)