接軌美歐技術發展　車聯網助力自動駕駛上路

在歐美政府政策與車聯網發展推波助瀾下，自動駕駛日益受到市場重視，車商、晶片商紛紛透過策略結盟優化技術能力，期能攻下更大市場版圖，根據CB Insights研究指出，隨著自動駕駛的熱潮持續延燒，除了傳統汽車大廠投入研發之外，矽谷為主的蘋果(Apple)、Google、特斯拉(Tesla)、甚至Uber也正在發起研發自動駕駛的戰爭，全球有超過30家公司投入自動駕駛研發的行列。本文將就歐美等國所採用之車聯網通訊技術及應用發展趨勢作一精要之探討，同時輔以國內目前車聯網應用與場域建置，以及車聯網結合自動駕駛技術發展進行說明。

加速自駕車發展　歐美推進車聯網/法規制定

針對歐美車聯網與自動駕駛政策發展近況方面，2016年12月13日美國交通部發布法規制定通知(Notice of Proposed Rulemaking, NPRM)[1]，將立法強制新小型車輛具備V2V(Vehicle-to-Vehicle)通訊技術，並附上法規影響評估報告[2]，其中預估2023年出廠輕型車輛V2V通訊技術普及率將達到100%。美國交通部亦於2015年至2020年進行WAVE 1與WAVE 2兩階段之CVPD(Connected Vehicles Pilot Deployment)試煉場域建置計畫，並於2015年9月14日宣布CVPD WAVE 1計畫獲補助城市，包括紐約市(New York City)、坦帕(Tampa)，以及懷俄明州(Wyoming)，其中紐約市將於市府所屬之1萬輛公務車安裝車對車通訊技術，運行於Midtown與Manhattan間，並搭配汽車對基礎設施(Vehicle-to-Infrastructure, V2I)技術升級交通號誌系統，並布建路側設備；Tampa將運用聯網車輛技術解決Tampa市中心尖峰時刻之壅塞問題，並保障行人安全；而Wyoming將運用車對車通訊技術與汽車對基礎設施技術，取得I-80東西向公路之交通流量，並將資訊散播予未安裝此技術之車輛。

美國州公路及運輸協會(American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO)於2016年12月啟動國家級SPaT(Signal Phase & Timing)Challenge，採用DSRC技術，目標為2020年境內50州每個州至少有20個SPaT智慧時相路口，並發布SPaT Implementation Guidance，鼓勵各州投入智慧時相路口建置，目前全美已有26州承諾將進行SPaT建置，並已有216個智慧時相路口運行中，後續將有2,121個智慧時相路口規畫進行建置，全美智慧時相路口布建情形如圖1所示[3]。

針對自動駕駛方面，美國汽車工程師學會(Society of Automotive Engineers, SAE)於2014年定義自動駕駛等級定義，如圖2所示[4]：

・Level 0無自動功能。

・Level 1駕駛支援：通過駕駛環境對方向盤和加減速中的一項操作提供駕駛支援，其他的駕駛動作都由駕駛者進行操作。

・Level 2部分自動化：通過駕駛環境對方向盤和加減速中的多項操作提供駕駛支援，其他的駕駛動作都由駕駛者進行操作。

・Level 3有條件自動化：由自動駕駛系統完成所有的駕駛操作。根據系統要求，駕駛者提供適時的應答。

・Level 4高度自動駕駛：由自動駕駛系統完成所有的駕駛操作。根據系統要求，駕駛者不一定需要對所有的系統請求作出應答，限定道路和環境條件等。

・Level 5完全自動駕駛：在所有駕駛者可應付的道路和環境條件下，均可以由自動駕駛系統自主完成所有的駕駛操作。

美國交通部2016年9月20日針對自動駕駛汽車所發布首項聯邦指導方針，其採用SAE分級標準，並於2018年10月4日發布Automated Vehicle 3.0政策原則。自2011年起，美國已有29個州政府與華盛頓特區等相繼通過自動駕駛車輛上路之法規，包括阿拉巴馬州、阿肯色州、加州、科羅拉多州、康乃狄克州、佛羅里達州、喬治亞州、伊利諾州、印第安納州、肯塔基州、路易斯安那州、緬因州、密西根州、密西西比州、內布拉斯加州、紐約州、內華達州、北卡羅萊納州、北達科他州、奧勒岡州、賓夕法尼亞州、南卡羅萊納州、田納西州、德州、猶他州、維吉尼亞州、佛蒙特州、華盛頓州，以及威斯康辛州，如圖3所示[5]。

歐盟政府於2016年11月30日在比利時布魯塞爾宣布C-ITS Strategy正式啟動[6]，此策略為歐盟正式邁向CCAM(Cooperative, Connected and Automated Mobility)的初始里程碑，歐盟CCAM發展藍圖如圖4所示[7]，此舉主要為2019年歐盟道路車輛能彼此並與交通基礎設施通訊，運用ETSI(European Telecommunications Standards Institute)ITS G5與蜂巢式(Cellular)通訊技術，並結合C-ROADS與C-ITS Platform成果，如圖5所示[6]。目前歐盟政府針對C-ITS安全方面，已於2018年6月發布歐洲C-ITS布建與運作之憑證政策1.1版。

歐盟各國亦積極投入C-ITS大規模布建，其中C-ITS Corridor計畫為荷蘭、德國與奧地利政府自2015年合作啟動，於橫跨三國之高速公路布建C-ITS服務，包括道路障礙警示(Roadworks Warning, RWW)與探偵車輛資料蒐集(Probe Vehicle Data, PVD)。

在自駕產業方面，BMW、英特爾(Intel)與Mobileye三方合作，Intel推出的自駕車專屬Intel GO解決方案提供世界級處理器及現場可編程閘陣列(FPGA)技術，另瑞士Rinspeed推出自動駕駛電動概念車Oasis，運用恩智浦(NXP)技術確保自動駕駛汽車安全，包括繭式(Cocooning)雷達、V2X通訊、車用近距離無線通訊(NFC)，NXP BlueBox感測器、遠距離無線射頻辨識系統(RFID)等，透過先進的感測技術系統可以對汽車周邊環境進行360度精確監控。

車間通訊技術及應用

美國聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission, FCC)於1999年決定將5.9GHz (5.850~5.925GHz)頻段分配予汽車通訊使用。圖6為美國5.9GHz DSRC之頻段規畫，其以10MHz頻寬為單位，將75MHz頻寬劃分成7個頻道，頻道178為控制頻道(Control Channel, MAC)，其餘6個頻道為服務頻道(Service Channel, SCH)，其包含2個公共安全專用服務頻道(頻道172為車與車間公共安全專用服務頻道，頻道184為交叉路口公共安全專用服務頻道)，2個中距離公共安全/私用共享服務頻道(頻道174與176)，以及2個短距離公共安全/私用共享服務頻道(頻道180與182)。

美國材料試驗學會(American Society for Testing and Materials, ASTM)於2002年批准採納5.9GHz為規格制定頻段的DSRC標準E2213-02，並於2003年將新版標準E2213-03送交FCC，經同意後成為北美地區DSRC標準。此外ASTM亦將該標準推往電機電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)以促成IEEE 802.11p標準的誕生，而此標準已於2012年整合至IEEE 802.11[8]標準中。

美國交通部所規範之V2X應用可參考圖7[9]，WAVE/DSRC具有低傳輸延遲(0.002秒)、高傳輸距離(1,000公尺)與高傳輸速度(27Mbps)等特性，不但能夠符合上述行車環境安全性應用之需求，更因而被視為車間通訊的最佳無線傳輸技術，使用於提供安全與非安全性之行車服務應用。

國際車間通訊標準制定趨勢

IEEE 1609標準制定趨勢

美規車間通訊技術底層採用IEEE 802.11p標準，而上層則採用IEEE 1609系列標準。圖8為IEEE 1609標準架構圖，對應至開放系統互連參考模型(OSI Reference Model)，IEEE 802.11p標準制定實體層(PHY)與資料鏈結層中的媒介存取控制層之通訊協定，而媒介存取控制層中的多頻道運作(Multi-Channel Operation)至應用層之通訊協定則由IEEE 1609各個子標準所規範制定，各個子標準介紹如下：

・IEEE 1609.0 (Architecture)[10]

描述整個WAVE/DSRC的架構與提供多通道(Multi-channel)WAVE/DSRC裝置於移動車載環境下必要的服務。

・IEEE 1609.2(Security Services)[11]

定義WAVE裝置使用之安全訊息封包格式及其處理程序，包含WAVE管理訊息與應用訊息之安全保護方式與之管理功能以提供核心安全性功能。另外包含安全憑證管理系統與憑證管理相關功能。

・IEEE 1609.3(Networking Services)[12]

提供OSI(Open Systems Interconnection)模型中網路層(Network Layer)與傳輸層(Transport Layer)之服務於WAVE裝置與系統。其定義WAVE裝置管理與資料服務，並建立一套WSMP(WAVE Short Message Protocol)，即WAVE短訊協定。同時，IEEE 1609.3可向後相容傳統網際網路常用之通訊協定如IP(Internet Protocol)、UDP(User Datagram Protocol)及TCP(Transmission Control Protocol)等現行網路服務常用之通訊協定。於2015年底版本改為歐美整合版本，將可支援ISO與ETSI車載通訊標準功能。

・IEEE 1609.4(Multi-channel Operation)[13]

描述多通道無線電運作、WAVE模式、媒體存取控制及實體層，包含控制通道與服務通道(Service Channel, SCH)區間時間的運作、優先存取的參數、通道切換的規範及管理服務。

・IEEE 1609.6(Remote Management Services)[14]

歸類於應用層，提供可相互操作服務以管理WAVE裝置。其主要描述一遠端管理服務，包含WAVE裝置的識別服務，並採用IEEE 1609.3標準定義之WAVE管理服務及WSMP(WAVE short message protocol)識別服務。

・IEEE 1609.11(Over-the-Air Electronic Payment Exchange Protocol for Intelligent Transport Systems)[15]

具體描述付款(Payment)與身分確認(Identity Authentication)所需之電子付款服務層及配置(Profile)，並描述WAVE/DSRC應用之付款傳送機制。其定義使用WAVE之電子付款設備，例如車載設備(On-Board Unit, OBU)與路側設備(Road-Side Unit, RSU)，基本技術互通，但未提供完整的互通方案。需注意的是，IEEE 1609.11並未完整定義電子付款服務之應用層協定，其主要功能為定義介接ISO組織所訂立之電子付款應用層標準與IEEE 1609.3之功能介面與必要資訊轉換處理。

・IEEE 1609.12(Identifier Allocations)[16]

描述IEEE 1609系列標準中所使用的提供服務識別值定義(Provider Service Identifier, PSID)。其列出現行WAVE系統中ID分配之規則，及目前已分配使用的ID值。

ETSI TC-ITS標準制定趨勢

歐洲電信標準組織(European Telecommunications Standard Institute, ETSI)[17]為EC(European Commission)官方認可的歐洲標準發展組織，ETSI TC-ITS以發展智慧型運輸架構相關標準為主要目的，其標準制定架構如圖9[16]所示，ETSI TC-ITS由5個WG組成，各個WG簡述如下：

・WG1(Application Requirements and Services)

規範ITS中基礎應用之需求與服務，並制定Applications與Facilities兩層之通訊協定。

・WG2(Architecture and Cross Layer)

發展適合所有ITS之通訊架構與跨層管理協定，並扮演歐洲ITS通訊架構之協調者角色。

・WG3(Transport and Network)

規範Networking和Transport兩層之協定，並利用車載網路特有之地理位置資訊特性，發展制定GeoNetworking及IPv6相關協定。

・WG4(Media and Medium Related)

規範控制通道和實體層兩層相關之標準，其將歐洲ITS使用之頻譜劃分為ITS-G5A、ITS-G5B與ITS-G5C三個部分，並兼顧其中之相容性。

・WG5(Security)

制定ITS相關之安全性議題，筆者自2014年4月起，擔任WG5副主席職務迄今，協助規畫與推動ETSI ITS通訊安全標準制定方向，負責TR 102 893 TVRA安全標準制定，此草案為車載安全通訊標準制定之基準，規範車載環境中威脅、弱點與風險分析，該草案已於2017年3月正式出版，並推動惡意行為偵測(Misbehavior Detection)新工作項目TR 103 460成立，並為此工作項目之負責人。

歐洲標準化委員會(European Committee for Standardization, CEN)與ETSI於2014年2月ETSI ITS Workshop宣布協同式智慧型運輸系統(Cooperative Intelligent Transport Systems, C-ITS)第一版標準正式發布，其主要依據2009年歐盟指令(Mandate M/453)，希望滿足不同製造商所生產之設備能彼此與道路系統通訊之需求，達到Day-one Application布建之成熟度，而目前ETSI目前正著手制定第二版標準，主要涵蓋更多使用案例(Use Cases)，包括TR 103 298自動跟車(Platooning)、TR 103 299協同式可適應性巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control, C-ACC)、TS 103 561行動協調服務(Maneuver Coordination Service)、TR 103 562集體感知服務(Collective Perception Service)，以及TR 103 300-1/2/3弱勢道路使用者(Vulnerable Road Users, VRU)等。

ISO TC 204標準制定趨勢

ISO(International Organization for Standardization)是由世界各國國家標準制定機構代表與工商業廠商所成立的國際標準組織制定機構，目前共有161個國家會員，其中由119個Full Members，39個Correspondent Members，以及3個Subscriber Members組成。ITS相關的TC204於1992年成立，負責路運中有關資訊、通訊與控制的標準制定，並涵蓋ITS的相關應用，如旅行資訊、交通管理、大眾運輸、商業運輸、緊急服務與商業服務等，目前ISO TC 204 WG14標準組織已開始進行自動駕駛相關標準制定，包括ISO 23374-1/2/3/4自動代客停車系統(Automated Valet Parking Systems)，以及ISO 22737低速自動駕駛車輛(LSAD(Low-speed Automated Driving) Systems for Limited Operational Design Domains)等。

國內車間通訊產品研發與建置現況

隨著車間通訊標準的制定，各家廠商陸續開發出符合歐美規標準之OBU與RSU。在經濟部技術處支持下，工研院所研發之工研院車載通訊組件(ITRI WAVE/DSRC Communications Units, IWCU)，是為提供智慧型運輸系統以及道路上安全性提昇而發展出的一套整合型無線通訊通道系統，基於該通訊組件，工研院最新研發iRoadSafe智慧道路安全警示系統，如圖10所示，為國際首套V2X系統解決方案，不但符合美國V2V應用趨勢，更創新結合路側通訊、路側感測與路側看板，克服V2V裝機普及率問題，提供所有用路人車V2V完整安全警示能力，自2016年起，已於全台９個城市(基隆市、台北市、新北市、新竹市、新竹縣、台中市、南投縣、台南市、高雄市)共計21處建置示範場域，如圖11所示。

國內車聯網結合自動駕駛發展現況

在經濟部技術處支持下，工研院攜手資策會研發國內首套滿足自動駕駛需求之環周感知次系統(Surrounding Sensing Subsystem, S3)，整合光達、雷達、攝影機、衛星定位、慣性導航、V2X等感測與通訊元件，具備深度學習影像辨識、三維光達感測、多重感知融合、即時事件推理、即時建圖與定位、感知次系統驗證等關鍵核心技術，並針對台灣與亞洲特殊道路環境設計(如複雜號誌路口、汽機車混流、大雨)，S3運作情形如圖12所示。

工研院亦與國內車電廠車王電子、電動巴士廠華德動能、車輛整合運動控制系統新創公司iAuto先期合作，研發ITRI ADV(Autonomous Driving Vehicle)自動駕駛電動中型巴士，如圖13所示，除搭載自主研發之S3感知次系統，亦可於特定場域提供自動接駁能力，相對於國外自駕小巴系統，ITRI ADV可乘載17人，並具備開放號誌路口通行與雨天、夜間行駛能力，搭配台中世界花卉博覽會，於水湳智慧城場域作試運行並開放民眾搭乘體驗，運行期間為2018年12月21日至2019年1月20日，展示自動定速巡航、自動車道維持、自動緊急煞車、自動定點停靠、自動號誌停等，以及自動迴轉道迴車等自駕能力。水湳智慧城自駕場域亦結合智慧路側系統，如圖14所示，透過提供路口號誌時相與非視線危險人車訊息，使自駕車具備開放路口通行能力，展示優先號誌、自駕車接近、路口盲點/行人偵測等能力，如圖15所示。

在經濟部技術處支持下，「自動駕駛感知次系統產業合作夥伴計畫」(S3 Partnership Program, S3PP)已於2018年正式成立，主要招募車聯網業者、先進駕駛輔助系統(ADAS)相關業者、車用感測器業者，以及汽車電子業者等，目前已吸引亞勳科技、鼎天國際、朋程科技、光寶科技、新鈳電子、英業達、車王電子、華電聯網、明泰科技及遠傳電信等10家業者加入，以感知次系統協助台灣ICT產業搶攻車輛自動安全防護系統及自駕車應用商機。

針對國內產業標準推動方面，台灣資通產業標準協會於2016年11月10日正式成立車聯網與自動駕駛委員會，其組織架構如圖16所示，此委員會主要為針對次世代智慧交通以及車聯網所帶動的V2X與自動駕駛發展，制定與國際接軌的產業共通標準，強化產業上下游之整合，以提升我國產業競爭力，筆者亦擔任其中車聯網通訊技術工作組組長職務，後續將導入國際V2X通訊標準作為國內車聯網通訊產業標準制定之依據。

兼顧安全/行車體驗　自駕車發展再下一城

車聯網通訊技術結合自動駕駛的發展，使得人、車、路與環境之終端設備、服務設施、路側設備等將透過異質網路無縫整合，將分散的資訊得以融合，促使用車人與車輛及周遭環境之互動，再加上與自駕車應用結合，有效提供自駕車提前掌握前方路況來車與行人，以驅動自駕巴士進行決策控制，未來如何快速整合多重感測與路側資訊，同時兼顧自駕安全及使用者體驗，將成為下世代車聯網與自動駕駛技術發展之一大挑戰。

(本文由台灣資通產業標準協會提供，作者為工研院資通所車載資通訊與控制系統組車載資通訊系統設計與驗證部副經理)