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Telematics资通讯平台整合无线通信智能上路
 

【作者: 邱簡謙,蔡其達】2008年03月25日 星期二

浏览人次:【9140】
  

Ubimetics车用资通讯环境

好莱坞电影变形金刚(Transformers)或机械公敌(I.Robot)的情境世界里,具有智能化与通讯技术的汽车概念,可达到与人互动并保护人身安全的功能。目前这样的汽车技术发展现况会是如何?


「汽车终于赶上了马车」!这是东京大学名誉教授山崎弘郎2007年底接受采访时开场的感言。翻开汽车产业150年的发展史,虽然车辆的心脏亦即引擎,在马力、扭力、行驶速度方面不断凌驾于马车之上,但直到最近,汽车才开始配备摄影镜头(CCD、CMOS)、雷达、GPS定位系统、无线通信组件等多种传感器与对外通讯能力。利用电子资通讯技术,汽车终于逐渐具备如马一般的感觉与智能,开始营造出可与外界联系互动的有趣应用情境。


换句话说,以资通讯技术为核心之各式先进Telematics应用与服务,是台湾与世界各国架构UNS(Ubiquitous Network Society)不可或缺之一环,我们可称之为Ubimetics,其愿景如图一所示。



《图一 从Telematics到Ubimetics示意图 》
《图一 从Telematics到Ubimetics示意图 》数据源:Teema,经济部技术处车载资通讯先期研究计划,2007年12月

Telematics概念与产业范畴

维基百科Wikipedia(http://en.wikipedia.org/wiki/Telematics)对于Telematics的广义到狭义的三个解释定义是:


  • ●最广义的telecommunications 与informatics技术之整合,即使用通讯装置传输、接收与储存资讯之科学与技术;


  • ●使用GPS全球定位系统整合电脑与行动通讯于导航系统;


  • ●最狭义的则是使用上述导航系统于陆上行车之应用,又称为Vehicle Telematics



结合狭义的导航系统与广义的Telematics车载资通讯技术,常与车用电子(Auto-Electronics)以及智慧型运输系统(ITS)相提并论。车用电子包含动力传动、底盘、安全、保全、车身与驾驶资讯等系统;而智慧型运输系统则包括交通管理、公共运输系统、商车营运系统、紧急事故系统、电子收付费系统或是弱势使用者保护系统等。车用电子若藉由通讯技术、提供讯息给行车加以运用的部分,算是属于Telematics范畴;ITS若藉由通讯技术、提供讯息给行车加以运用的部分,则又是属于Telematics范畴。此三大领域的主要参与者,包括相关车厂、政府部门与新兴业者,如图二所示。


《图二 AutoElectronics、ITS与Telematics的主要参与者 》
《图二 AutoElectronics、ITS与Telematics的主要参与者 》数据源:经济部技术处车载资通讯先期研究计划,2008年2月

Telematics技术演进

Telematics是以通讯网路为主干,串接道路与车或道路与人之间的沟通。若以通讯角度来区分Telematics系统演进,可分为三代。第一代Telematics 是例如导航系统的独立运作系统,较缺乏或仅有少部分无线通讯功能。第二代Telematics使用Vehicle-to-Infrastructure的通讯方式,藉由手机向驾驶传递应用服务内容,以GPRS为基础,提供驾驶行车安全及支援汽车本身(vehicle-centric)之应用服务,如GM OnStar、 KDDI G-Book、裕隆TOBE等。第三代Telematics的通讯形式为Vehicle-to-Any(V2X),包括vehicle-to-vehicle(V2V)、vehicle-to-RSU(V2R)、V2I、vehicle-to-person(V2P)等无线宽频多样性应用服务,可支援先进行车安全、防撞、预警等,以及支援人本身(people-centric)之创新应用服务,例如残障辅助等。


为因应第二代Telematics双向沟通需求,汽车产业链导入TSP(Telematics Service Provider)。第三代Telematics则引进V2V与V2P,具备多样性的通讯功能,超越TSP中央控管模式,进入Ad-Hoc 随意网通讯时代,将来更可能引出P2P (peer-to-peer)通讯,以及Web2. 0的行车应用情境。例如集体出游开车可将同一群组的使用者在地图上显示个别位置,或加入类似小部队的即时语音指挥通讯系统,让行车沟通更为便利顺畅。


Telematics技术发展趋势

1996年美国Telecom Act以来,电子产业面临数位汇流革命,现在语音、资料、影音服务朝向整合到以IP为基础之服务环境,如图三所示。



《图三 Network Convergence示意图 》
《图三 Network Convergence示意图 》数据源:资策会MIC,2005年12月

Telematics产业技术也正面临着类似变革,汽车产业发展整合为大车厂掌握的局面,但随着电子零件在汽车内所占成本比例越来越重要,平均由2001年占整车的19%,预估到2010年将会增加至40%的趋势,汽车产业在某种程度上已逐渐向资通讯技术产业概念靠拢,迈向整合式平台与开放式架构发展,亦从私有规格迈向使用标准化元件以降低成本。因此如同电子数位汇流,Telematics产业趋势是以发展单一整合式的平台来提供多样化的服务,如图四所示。



《图四 开放式Telematics 服务架构示意图 》
《图四 开放式Telematics 服务架构示意图 》数据源:BMW R&D(GST Forum),资策会网多所整理,2007年12月

当走向开放式与标准化后,如同资通讯产业一般,Telematics系统架构也会面临垂直整合和水平整合的课题。垂直整合主要是服务链中不同元件之间介面标准的订定;而水平整合主要是不同厂商生产的同类设备,例如OBU(On-board Unit)与RSU(Roadside Unit);或服务,例如跨不同行动电信营运商间撷取同一服务的IOT互通性(Interoperability Test)规范。这样的典范转移(Paradigm shift)正是台湾资通讯产业所熟悉,然而却是过去封闭式汽车产业所较陌生的,不过这也是台湾发展Telematics的契机。


Telematics服务平台:以日本VICS(Vehicle Information and Communication System)为例

以目前来说,Telematics服务平台营运较成功的是日本VICS,其营运成功有几个比较关键的因素。


交通讯息收集明确

收集交通讯息的方式有许多种,例如使用CMOS 影像感测器收集或是车速感测器等,不过收集影像与车速的资料格式并不相同,因此必须要有统一的标准整合,才可在同一个基础上开发后续应用。日本为使用感应器收集道路与交通资讯,在47个都道府县广设交通资料中心。日本为解决资料整合问题,由国家编列预算成立VICS Center来统合资讯,其后委由财团法人接手负责营运。日本政府交通中心提供各种不同格式的交通资讯,而VICS交通资料来源除了搜集政府所提供的交通资讯外,并汇入VICS自行布建的感测器收集资讯。经VICS Center整合两大资料来源后加以处理,然后透过VICS中心发送,让具备有VICS功能的OBU接收,提供行车资讯给使用者。


采用多重通讯方式传送讯息

先资讯若经由VICS中心发送,其传输界面有许多技术可考量。 VICS选择三种技术作为发送的载具:


  • ●高速公路由道路工团建置及维护光学/雷射讯号柱(Optical Beacon);●一般道路由警视厅建置及维护红外线讯号柱(Infrared Beacon);


  • ●透过日本广播电台NHK的FM播放网多重放送提供交通资讯;



这种分层架构可因应不同路段与不同使用者的道路资讯需求。


完备成熟的讯息提供设备市场

目前日本对于使用含有VICS功能设备的OBU,可以分为初阶版与进阶版。初阶版OBU只具备可解读FM RDS(Radio Data System) 副载波资讯之能力;进阶版OBU则可随着经过含有光学或红外线讯号柱的道路,就可及时更新道路资讯,使行车动向避免于塞车路段。除此之外,VICS并将OBU进行标准化整合,同时增加其他多方面的支援,目前OBU主要内建于车体,尚未发展PND(Portable Navigation Device)版。此外日本VICS在数位道路地图上,也有一个标准提供协力厂商共同开发。


FM RDS(Radio Data System)技术持续发展

利用电台FM广播传送资讯已有一段时日,以往FM系统上的RDS 副载波系统,基本上已能提供交通资讯,但早期传输技术只能给RDS提供比较低的1200 bps传输速度,导致RDS的应用受到局限。也因为许多行车人并不一定需要非常详细的即时资讯,因此VICS在推动对于资讯即时性与区域性不具严格要求的FM副载波资讯播送方面,具有突破性进展。


最近亦有研究利用FM RDS副载波技术来提供高速资讯服务的系统。美国的Digital DJ系统,传输速度可达16 Kbps,可利用附有LCD萤幕的收音机显示图片资料,日本NHK和Digital DJ正合作开发此种技术。未来台湾也即将会以欧洲标准TMC(Traffic Message Channel)格式为基础的FM RDS-TMC系统,来升级交通资讯传输应用。


产、官、学、研共同合作组成推进体制

日本在发展VICS系统时,整合产、官、学、研是最难也是最关键的部分。经过多方折冲,最终透过VICS Center整合产业链业者意见,共同定义行车资讯格式化标准。目前台湾在这方面是以交通部运输研究所为推手,已陆续在全台建置交控中心与交通资料讯息中心,并整合隶属国道、省道、县市道各中心之间的资讯。台湾业者也希望积极导入WiMAX 与专用短距离通讯DSRC(Dedicated Short Range Communication)等先进技术,来提供加值型创新应用服务。


此外考量驾驶者安全,VICS交通资讯显示方式是由日本交通道路法立法所定义,例如文字显示字数15字内,显示二行字为限。相关VICS系统架构与处理流程可以图五示意。



《图五 VICS系统架构示意图 》
《图五 VICS系统架构示意图 》数据源:VICS,资策会网多所整理相关数据重新绘制

Telematics标准发展

国际上有许多组织在订定Telematics发展标准,例如ISO、IEEE、OSGi、AUTOSAR Partnership、AMI-C、ETSI、3GPP、TIA等。目前较受瞩目的有DSRC、OSGi VEG、AUTOSAR、SAE J2735等。其中以美国VII(Vehicle Infrastructure Integration)计画以IEEE 802.11p的DSRC技术最受瞩目。北美802.11p DSRC与其他无线技术的比较整理如下表所示。


(表一) 802.11p与其他无线技术比较表

?

802.11p DSRC

Wi-Fi

Cellular

WiMAX

延迟

<50 ms

Seconds

Seconds

Seconds

移动性

>60 m/h

< 5 m/h

>60 m/h

>60 m/h

通讯距离

< 1000 m

< 100 m

< 10 Km

< 15 km

带宽

通讯距离

6~54 Mb/s

< 2 Mb/s

1~32 Mb/s

通信频宽

10 MHz

20 MHz

< 3 MHz

< 10 MHz

通信频段

5.86 ~5.925 GHz

2.4 GHz,

5.2 GHz

800 MHz

1.9 GHz

2.5 GHz

IEEE标准

802.11P (WAVE)

802.11a

N/A

802.16e


IEEE 802.11p标准以和ASTM E2213-03相容为出发点,采用5.9GHz频段,利用IEEE 802.11a作为底层通讯技术。为避免规格不一,影响市场接受度,IEEE 802.11p除与ASTM E2213-03相容之外,也与ISO组织下的专门制定车用规格的TC204(Intelligent Transport Systems)的WG 16建立沟通管道。 TC204 WG16也决议将支援最终的IEEE 802.11p版本。TC204 WG16制定的CALM M5(Communication Air interface for Long and Medium range Microwave 5GHz),主要规范车子快速移动时,车对车通讯、不断线通讯与多媒体影音下载等应用。 CALM M5采用5GHz频段,因此也是利用IEEE 802.11a作为传输技术。 CALM还有其他版本利用2.5G与3G作为通讯技术的CALM Cellular等。


IEEE 802.11p是以美国DSRC规划的方向为主,美国联邦通讯委员会(FCC)也正式核定5.9GHz的频段认证,作为专用于车辆短距离的通讯技术,并加强车用安全,包括碰撞警示、道路危险警示等。由于美国每年约维持2亿辆汽车保有量,位居全球之冠,倘若美国VII计画实验成功,并于2010年后提案呈交国会通过立法,则自2012年起所有销往美国之车辆,均需加装DSRC 5.9 GHz车载设备,这波商机估计将可持续约20~30年。


美、欧、日政府、组织、业者之Telematics策略

目前美欧日等国均大力推动Telematics,并且均规划Field Trial来试验,图六为美欧日ITS/Telematics推动时程示意图。



《图六 美欧日ITS/Telematics推动时程示意图 》
《图六 美欧日ITS/Telematics推动时程示意图 》数据源:经济部技术处车载资通讯先期研究计划,2008年1月

至于中国第十一个五年计画中资通讯的发展策略,不论是由Se​​rvices、Infrastructure或促动新兴产业的New Growth Engine角度看来,ITS与Telemetics都是其重点发展项目。



《表二 中国11/5计划资通讯的发展策略一览表 》
《表二 中国11/5计划资通讯的发展策略一览表 》数据源:Telcordia,2007年6月

综合各国发展现况,目前各国政府在此产业上是透过National Initiatives主动参与,主要策略为降低因车辆造成之意外伤亡,在技术发展上则强调第三代Telematics与多样性的行车通讯。从区域来分,日本在ITS政策、车厂推动及交通环境等条件下,车载导航发展冠于全球,政府政策为推动车用安全最大动力。美国市场胃纳量最大,但其导航应用因在交通环境、消费者认知不足下需求尚未热烈,不过车用安全则因车厂及政策积极推动下,主动/被动安全发展蓬勃。欧洲由于区域政治关系,强调多国协同合作,在交通环境、使用者需求及法规驱动下,对PND及车用安全需求亦相当蓬勃。



《图七 美欧日政府、组织、业者发展Telematics计划示意图 》
《图七 美欧日政府、组织、业者发展Telematics计划示意图 》数据源:资策会MIC及网多所整理,2007年12月

由于各国政府积极投入,法规议题不可避免,但若过早制订会限制Telematics产业发展,但也可促进市场需求。法规议题上有许多层面需被探讨,例如行动位置的保护与应用,隐私权的保护与尊重;此外目前因使用导航设备而造成许多误导以致伤害的案例,在法律上也引起许多纠纷。因此在发展Telematics产业同时,各国法规也是需要被分析与探讨的重点。


Telematics的主要服务内容

归纳整理美欧日先进国家在Telematics的发展重点,相关诉求约可归纳为安全、效率、便捷三类。



《图八 归纳Telematics主要应用服务示意图 》
《图八 归纳Telematics主要应用服务示意图 》数据源:资策会MIC整理,2007年12月

其中,相关车厂参与安全领域角色着力甚深,并使用许多车用电子技术保护车辆与行车人之安全,此领域包含行车预警、车内防护、紧急报知等子领域。效率领域的主要参与角色为政府部门,负责ITS基础建设建置、维护与收费等,此领域包含车队管理、车流控管、用路付费等子领域。便捷领域主要的参与角色是新兴TSP业者,应用资通讯技术来提供行车便利的各项服务,此领域包含定位资讯、数据服务、乘客娱乐、行车旅游等子领域。


台湾Telematics发展潜力

过去台湾研发单位与业界对Telematics均有所投入,从产业观点而言,公部门对于基础建设过于保守,目前道路建设没有一并将资讯流纳入考量。然而产业大环境未臻成熟也是重要原因。随着美国运输部的VII计画逐渐加温,以及资通讯产业寻求3C以外的迫切感,近期Telematics产业逐渐受到政府与业界的重视。教育部资通讯科技人才培育先导型计画亦成立车载资通讯教学推动中心(Promotion Center for the Telematics Consortium),加速人才培育,该中心由成大黄崇明教授担任主持人,由成大、台大、中正、逢甲、台北大学与东华大学共同组成教学研发联盟,相关网址为http://www.pctc.csie.ncku.edu.tw。


目前整体大环境的发展趋势为:


Telematics平台组合多样化

无线通讯技术快速发展,使Telematics平台的发展组合趋于多样化。例如过去交通讯息传播主要靠广播方式,不够即时、也无法针对个别需求设计,随着无线宽频基础建设的完备,各式各样行动应用越来越多元化。


半导体和光电带动新兴资讯技术

半导体、光电技术的发展,带动新兴资讯技术领域。例如导航系统由2D发展到3D地图,甚至像Google一样可即时下载与呈现影像,这些都需要高效率的CPU处理能力。


GPS定位应用蓬勃发展

GPS卫星定位系统正朝向大规模运用,带动前瞻技术的应用与发展。行车应用离不开位址资讯加值服务,过去纯粹的GPS定位误差不小,平行路面或高架桥间也在电子地图上难以区分,导致导航不精确。新技术使得定位更加准确,加速了新型LBS (Location-based Service) 开发应用越来越广。


欧美日政策推波助澜

欧美日国家政策支持,使得具备车载机的车辆快速增加,这将对交通控制与管理、运输规划及行动生活应用,带来全面革命性的变化。例如以欧洲而言,eCall计画便是串连欧洲各国的紧急报知服务,主要由EU跨国来主导。


再从台湾产业环境来看。过去汽车产业价值链的核心为车厂,然台湾在全球汽车产业链相对弱势。不过在汽车产业的第三波变革中,车厂已不再像过去拥有压倒性地位。新的汽车产业链将加上Telematics所代表的资通讯产业与服务产业所构成,如图九所示。



《图九 Telematics变革汽车产业链创造新兴价值示意图 》
《图九 Telematics变革汽车产业链创造新兴价值示意图 》数据源:资策会MIC,2006年6月

美、欧、日、中、甚至南韩,均已规划或已投入ITS/Telematics计画,因此2005~2006连续两年,台湾行政院产业策略会议都以发展ITS为重大决议之一,其中Telematics为ITS之核心技术。以日本之先进经验为例,与ITS基础建设相关之Smartway,和以车用电子为主体之Smartcar间,透过以资通讯为主体之Telematics应用与服务串接起来,期许作为引领整体产业进步的火车头角色,如图十所示。



《图十 日本的ITS产业政策发展示意图 》
《图十 日本的ITS产业政策发展示意图 》数据源:经济部技术处车载资通讯先期研究计划,2007年12月

展望未来

在多元标准和新兴应用带领下,Telematics技术可望藉由系统整合创新商业模式,改变传统汽车工业的生态。台湾在资通讯产业如Notebook-PC、UMPC、Mobile Phone、WiMAX、GPS以及PND具有产业优势;此外在扮演Telematics主干角色的通讯网路建置上,目前大力发展的WiMAX M-Taiwan计画,可作为Telematics创新应用服务所需宽频通讯基础建设的试验场。未来整合台湾与国际厂商资源,快速建置车载平台与应用系统,与国际大车厂或车用系统厂及零组件厂商合作,是目前切入Telematics产业链的重要关键。


(本文作者邱简谦为WiMAX技术中心经理;蔡其达为WiWAX技术中心副主任)


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Steven Wang发言于2008.04.21 09:17:37 AM

我們真的很需要這些熱心的讀者協助我們一起改善現有的缺失!

有這些讀者才是我們進步的動力。

Korbin Lan发言于2008.04.09 12:04:16 PM
感謝指正啊!!
liman发言于2008.04.09 09:47:09 AM

剛剛試了一下, promotion center for the telematics consortium的網址錯了.

你們附的是 www.pctc.csie.ncku.edu.tw

正確的是 pctc.csie.ncku.edu.tw

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