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中 華 大 學

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Academic year: 2022

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中 華 大 學 碩 士 論 文

題目:車輛定位系統應用於高速公路電子收費 系統結合商車營運系統整合系統架構建 立之研究

系 所 別: 科 技 管 理 研 究 所 學號姓名: M09103069 蔡秀宜 指導教授: 張 建 彥 博士

中華民國 九十三 年 八 月

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車輛定位系統應用於高速公路電子收費系統結 合商車營運系統整合系統架構建立之研究

學生:蔡秀宜 指導教授:張建彥博士

摘 要

我 國 已 於 2004 年 2 月 26 日 甄 選 出 高 速 公 路 電 子 收 費 系 統 (Electronic Toll Collection, ETC)得標廠商;2006 年起,高速公路將開 始 採 用 紅 外 線 電 子 收 費 方 式 收 費;2010 年 7 月起,則將全面改採紅外 線 與 車 輛 定 位 系 統(Vehicle Position System, VPS)雙模並行方式收費。

VPS 係透過行動通訊系統、地理資訊系統結合衛星定位技術,可進行 車 輛 定 位 、 影 像 傳 輸 , 更 可 準 確 掌 握 車 輛 行 駛 里 程 以 進 行 通 行 費 率 計 算 , 及 協 助 商 用 運 輸 業 者 進 行 車 隊 管 理 , 提 昇 運 輸 作 業 績 效 ; 亦 可 進 一 步 與 金 融 系 統 連 線 成 為 電 子 錢 包 , 結 合 加 油 、 停 車 、 洗 車 、 大 眾 運 輸 系 統 等 相 關 產 業。至 於 國 內 ITS 九大發展領域中,與 ETC 應用相關 之 商 車 營 運 系 統(Commercial Vehicle Operations, CVO),近年來亦朝整 合 動 態 地 磅 (Weigh-In-Motion, WIM) 與 車 輛 自 動 辨 識 (Advanced Identification Systems, AVI)技術為重要發展趨勢。未來,商用運輸車 輛 在 快 速 通 過 高 速 公 路 ETC 完成自動扣款後,若仍須變換車道進入靜 態 地 磅 站 測 重 受 檢 , 不 僅 無 法 有 效 節 省 旅 行 時 間 , 而 變 換 車 道 所 產 生 的 交 織 衝 突 更 可 能 危 害 行 車 安 全,造 成 事 故 發 生。由 於 AVI 技術同時 為 ETC 與 CVO 之共同元件,鑑於前述因素,利用共同元件整合 ETC 與 CVO 兩系統,並以 WIM 為中介系統確實有其必要性,若能加以應 用 VPS 技術於其中,除可提高系統建置效益與節省相關建置成本外,

亦 能 達 成 商 用 車 隊 全 線 之 動 態 即 時 監 控 , 改 善 商 車 監 管 之 營 運 績 效 , 及 有 效 地 減 少 交 通 延 滯 情 況。有 鑒 於 此,本 研 究 認 為 未 來 將 VPS 應用 於 ETC 並結合 CVO(VPS/ETC&CVO)發展有其需求性、必要性與應用 迫 切 性 , 遂 進 行 VPS/ETC&CVO 之相關研究。

本 研 究 主 要 目 的 在 於 探 討 與 擬 定 一 VPS/ETC&CVO 整 合 系 統 架

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構 , 以 作 為 相 關 單 位 在 系 統 建 置 或 技 術 開 發 與 引 進 時 的 參 考 。 鑑 於 本 土 化 VPS/ETC&CVO 整 合 系 統 架 構 之 規 劃 設 計 需 植 基 於 使 用 者 的 需 求 狀 況 及 產 業 界 的 供 給 能 量 , 始 能 有 效 配 合 相 關 產 業 發 展 , 並 作 為 各 界 投 入 各 項 研 發 、 測 試 、 應 用 與 推 廣 等 工 作 之 依 據 , 因 此 乃 針 對 國 內 與 VPS/ETC&CVO 相關領域的供、需面現況與發展深入瞭解,進行相 關 系 統 的 功 能 需 求 與 產 業 的 技 術 供 給 水 準 之 現 況 調 查 , 依 供 、 需 上 之 配 合 程 度 , 篩 選 出 較 具 發 展 潛 力 之 子 系 統 項 目 與 相 關 應 用 技 術 , 據 以 研 擬 出 一 本 土 化 VPS/ETC&CVO 整合系統架構。本研究最終共篩選出 車 輛 子 系 統 、 管 理 中 心 子 系 統 、 貨 運 業 者 監 控 中 心 子 系 統 、(路 側 )運 行 控 制 子 系 統 、 加 值(儲值)服務子系統及帳務資訊處理子系統 6 大部 分 與 47 個系統功能項目,並提出 VPS/ETC&CVO 整合系統架構未來 可 行 新 增 項 目 的 五 個 建 議 發 展 方 向 :1.『提供行車天候資訊』、2.『雙 向 提 供 商 用 車 輛 即 時 定 位 資 訊 與 貨 物 配 送 資 訊 』、3.『整合 ETC 與 CVO 之 AVI』、4.『提供 ETC 之加值/儲值處理功能』、5.『提供發售電子付 費 票 證 之 服 務 』。 建 議 日 後 在 發 展 VPS/ETC&CVO 整合系統時,可針 對 調 查 分 析 所 得 之 各 單 位/機 構 的 供 、 需 程 度 給 予 不 同 之 系 統 功 能 界 定 , 以 發 揮 其 最 大 效 用 。

關 鍵 詞 : 車 輛 定 位 系 統 、 電 子 收 費 系 統 、 商 車 營 運 系 統 、 動 態 地 磅 、 系 統 架 構

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誌 謝

新 竹 兩 年 , 浸 潤 於 斯 。 暮 然 回 首 , 點 滴 在 心 頭 。

能 夠 順 利 完 成 碩 士 論 文 , 真 要 感 謝 系 所 師 長 們 在 這 段 期 間 予 我 許 多 的 指 導 和 鼓 勵。尤 其 要 感 謝 指 導 教 授 張 博 士 建 彥,無 論 在 學 術 研 究 或 是 待 人 處 世 方 面 皆 予 我 極 大 的 關 懷、教 導 與 教 誨,學 生 將 永 銘 於 心,

在 未 來 的 人 生 路 上 時 刻 提 醒 自 己 。 浩 瀚 師 恩 , 永 難 忘 懷 。

而 在 論 文 口 試 期 間,承 蒙 交 通 部 研 所 張 博 士 芳 旭 以 及 稻 江 科 技 大 學 陳 博 士 艾 懃 悉 心 指 教 論 文 疏 漏 之 處,並 惠 賜 良 多 卓 見,使 得 本 論 文 益 臻 完 備 , 於 此 特 表 謝 枕 。

亦 要 特 別 感 謝 淡 江 大 學 恩 師 陶 博 士 治 中,從 我 在 淡 江 大 學 求 學 階 段 ㄧ 直 到 中 華 大 學 唸 研 究 所 的 這 段 期 間 , 陶 老 師 在 百 忙 之 中 仍 抽 空 予 我 學 習 上 的 引 導 與 指 教 , 並 ㄧ 路 提 攜 和 關 照 。 能 遇 到 陶 老 師 這 位 亦 師 亦 友 的 貴 人 , 是 學 生 三 生 有 幸 , 上 輩 子 修 來 的 福 氣 , 特 此 深 表 謝 意 。 也 期 許 自 己 向 陶 老 師 等 師 長 看 齊 , 共 同 為 國 家 ITS 的 發 展 而 努 力 。 此 外 , 論 文 研 究 之 問 卷 調 查 階 段 , 承 蒙 產 、 官 、 學 、 研 界 諸 多 受 訪 單 位 不 吝 協 助 本 論 文 之 問 卷 填 寫 , 得 以 順 利 進 行 學 術 問 卷 調 查 計 劃 。 尤 其 要 感 謝 遠 東 電 子 收 費 建 置 營 運 公 司 邱 孟 佑 專 案 經 理 , 熱 心 接 受 本 研 究 訪 談 , 並 提 供 良 多 實 務 經 驗 , 以 及 能 有 幸 結 識 豪 洋 科 技 李 瑞 如 董 事 長 、 工 研 院 電 通 所 前 輩 楊 中 舜 大 哥 與 前 資 策 會 ITS 系 統 架 構 軟 體 產 生 器 開 發 者 王 東 棋 先 生 等 多 位 前 輩 貴 人 , 是 研 究 所 期 間 意 外 的 寶 貴 收 穫 。 承 蒙 諸 位 先 進 致 極 關 切 與 提 拔 , 無 法 盡 數 , 於 此 一 併 致 上 由 衷 的 謝 意 。

短 短 兩 年 的 研 究 所 生 涯 中 , 求 學 的 過 程 艱 苦 , 但 慶 幸 有 班 上 ㄧ 群 可 愛 的 同 窗 好 友 相 伴 。 研 究 室 裡 因 為 有 大 長 、 阿 荃 、 Danielphon 峰 、 Dean 公 公、宜 祥、金 門 王、ㄧ 哥 小 松 和 我 們 女 生 間 一 來 ㄧ 往 的 逗 趣 對 話 , 得 以 紓 解 為 之 不 小 的 學 業 壓 力 。 尤 其 要 感 謝 大 長 這 兩 年 來 不 嫌 麻 煩 地 幫 我 解 決 ㄧ 些 電 腦 上 的 問 題 , 還 有 阿 荃 的 超 級 耍 寶 樣 , 總 是 令 人

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心 情 開 懷 , 以 及 摯 友 碧 真 在 學 業 和 生 活 上 的 互 相 扶 持 與 勉 勵 。 碧 真 , 永 難 忘 懷 和 妳 ㄧ 起 度 過 無 數 個 喜 怒 哀 樂 、 甘 苦 與 共 的 日 子 , 祝 妳 凡 事 能 夠 順 心 如 意 , 我 永 遠 支 持 妳 。

此 外 , 亦 要 感 謝 博 士 班 學 姐 泰 琳 適 時 提 供 課 業 上 的 協 助 , 還 有 士 淵 與 高 貴 在 口 試 期 間 所 給 予 的 支 援 與 鼓 勵,以 及 和 筠 翎、芸 綾、燕 燕 、 郁 伶 、 詩 淳 和 惟 元 等 ㄧ 同 參 與 「 中 國 大 陸 物 流 考 察 團 」 學 弟 、 妹 成 員 們 的 點 滴 回 憶 , 畢 生 難 忘 。

自 五 專 以 來 負 笈 在 外 求 學 已 有 十 個 年 頭 , 最 是 感 激 母 代 父 職 的 母 親 , 含 辛 茹 苦 , 一 手 把 我 培 育 至 此 , 讓 我 能 心 無 旁 鶩 地 專 心 求 學 , 來 日 若 有 絲 毫 成 就 , 皆 歸 於 母 親 的 勞 苦 功 高 。 浩 瀚 母 恩 , 無 以 回 報 。 感 謝 支 持 我 的 家 人 們,ㄧ 直 以 來 給 我 的 關 櫰 與 鼓 勵。親 愛 的 奶 奶 和 外 公,

感 謝 你 們 在 天 之 靈 保 佑 孫 女 於 學 習 的 路 上 能 走 的 平 順 , 感 念 你 們 生 前 對 孫 女 的 疼 愛 。

威志,謝謝你這半年多來的呵護與照顧。在無數個週末的日子裡,

不 辭 路 途 遙 遠 來 新 竹 陪 伴 著 我 , 陪 我 跑 歩 、 打 球 強 健 體 魄 , 還 協 助 我 做 論 文 的 問 卷 統 計 。 感 謝 上 天 美 麗 的 安 排 , 人 世 間 能 和 你 結 緣 , 未 來 願 能 和 你 攜 手 向 前 。 也 感 謝 陳 爸 爸 和 陳 媽 媽 , 給 我 們 機 會 相 處 , 也 許 一 開 始 我 們 在 一 起 的 時 間 點 不 是 很 適 切 , 但 希 望 有 朝 一 日 我 們 的 努 力 能 得 到 您 們 的 認 同 。

最 後,謹 以 此 論 文 獻 給 我 敬 愛 的 母 親、先 父 和 天 上 的 奶 奶、外 公 , 以 及 摯 愛 威 志 與 所 有 關 懷 我 的 師 長 、 家 人 和 好 友 們 。

秀 秀 謹誌 記 于 新 竹 吾 班 研 究 室

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目 錄

摘 要 ... i

誌 謝 ... iii

目 錄 ... v

圖 目 錄... vii

表 目 錄... xi

第 一 章 緒論 ... 1

1.1 研究背景與動機 ... 1

1.2 研究目的 ... 2

1.3 研究範圍與對象 ... 3

1.4 研究內容與流程 ... 3

1.5 研究方法 ... 4

第 二 章 文獻回顧 ... 6

2.1 相 關 應 用 技 術 探 討... 6

2.1.1 車輛定位系統 ... 6

2.1.2 車輛定位技術 ... 9

2.1.3 無線通訊技術 ... 14

2.2 VPS 應用於 ETC 與 CVO 整合探討 ... 21

2.2.1 電子收費系統 ... 21

2.2.2 商車營運系統 ... 41

2.2.3 電子收費系統結合商車營運系統(ETC&CVO) ... 49

2.3 ITS 系統架構發展概況與建立方式之探討 ... 55

2.3.1 ITS 系統架構發展概況回顧 ... 55

2.3.2 建構系統架構之分析與設計方法以及建構方式探討 ... 64

2.4 小 結 ... 74

第 三 章 系統供需現況調查與分析 ... 79

3.1 調查計畫研擬 ... 79

3.1.1 確認調查對象 ... 80

(10)

3.1.2 調查問卷設計 ... 81

3.1.3 問卷調查與回收 ... 82

3.2 供需調查結果統計分析 ... 83

3.2.1 系統需求統計分析... 84

3.2.2 系統供給調查統計分析 ... 99

3.2.3 系統需求與供給能力調查統計結果綜合分析比較 ... 112

3.3 小結 ... 116

第 四 章 本土化 VPS/ETC&CVO 整合系統架構之建立 ...125

4.1 研 擬 本 土 化 VPS/ETC&CVO 整合系統架構之規劃內容 ...125

4.2 建 立 本 土 化 VPS/ETC&CVO 之整體運作流程與整合系統架構 ...148

4.2.1 VPS/ETC&CVO 整體運作流程 ...148

4.2.2 VPS/ETC&CVO 整合系統架構 ...154

第 五 章 結論與建議 ...163

5.1 結論 ...163

5.2 建 議 ...166

參 考 文 獻 ...168

附 錄 一 : 系 統 供 需 調 查 問 卷...171

附 錄 二 : 供 需 問 卷 發 放 單 位 名 冊...191

附 錄 三 : 系 統 供 需 強 度 與 等 級 及 發 展 優 先 性 彙 整 表...193

附 錄 四 :VPS/ETC&CVO 整合系統架構整體關聯表 ...198

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圖目錄

圖 1.1 研究流程圖 ... 4

圖 2.1 應用於 ITS 資訊與通訊平台之 VPS 架構 ... 8

圖 2.2 德國 GPS/GSM 應用於貨車之 ETC 系統架構圖 ... 28

圖 2.3 巴黎 IdF 地區測試運作式意圖 ... 32

圖 2.4 TELEPAY 系統架構圖 ... 34

圖 2.5 自動控制銷售系統之實體架構圖 ... 35

圖 2.6 ETC 基本功能架構規範圖 ... 40

圖 2.7 「民間參與高速公路電子收費系統建置及營運」計畫預定時 程 ... 40

圖 2.8 CVISN 電子式超載篩檢運作示意圖 ... 43

圖 2.9 日本 ILS 之架構規劃圖 ... 45

圖 2.10 我國 CVO 系統架構圖 ... 48

圖 2.11 智慧型物流配送系統整合發展架構圖... 49

圖 2.12 WIM&AVI 測試系統運作流程圖 ... 53

圖 2.13 WIM&AVI 之資訊流向圖 ... 54

圖 2.14 歐盟 ITS 系統架構整體展開示意圖 ... 58

圖 2.15 加拿大國家級 ITS 系統架構之發展流程圖 ... 59

圖 2.16 中國大陸 ITS 系統架構研究流程 ... 60

圖 2.17 邏輯架構與實體架構關聯圖 ... 61

圖 2.18 我國 ITS 系統架構發展流程圖 ... 62

圖 2.19 結構化方法之設計流程圖 ... 65

圖 2.20 物件導向方法之設計流程圖 ... 66

圖 2.21 由上而下設計示意圖 ... 68

圖 2.22 由上而下測試之虛擬模組關係 ... 69

圖 2.23 廣泛式架構資料流擴充連結編輯(低階模組部分) ... 69

圖 2.24 廣泛式架構資料流擴充連結編輯(子系統部分) ... 70

(12)

圖 2.25 廣泛式架構資料流擴充連結編輯(實體架構部分) ... 70

圖 2.26 由下而上設計示意圖 ... 71

圖 2.27 由下而上測試模組關係 ... 71

圖 2.28 特定式架構資料流擴充連結編輯(低階模組部分) ... 72

圖 2.29 特定式架構資料流擴充連結編輯(子系統部分) ... 72

圖 2.30 特定式架構資料流擴充連結編輯(實體架構部分) ... 73

圖 2.31 VPS/ETC&CVO 相關系統應用技術彙整圖 ... 77

圖 3.1 供需問卷調查與分析流程圖 ... 80

圖 3.2 產、官、學、研界之系統功能需求項目建議優先強度圖 .... 86

圖 3.3 各界對「車輛定位系統」次項目之子項需求建議優先強度 圖... 89

圖 3.4 各界對「車機/車上單元實體」次項之子項需求建議優先強 度 圖... 90

圖 3.5 官、學、研界對「中央監控管理中心」次項目之子項需求 建 議 優 先 強 度 圖... 90

圖 3.6 官、學、研界對「區域地磅站監理控制單位」次項目之子 項 需 求 建 議 優 先 強 度 圖... 91

圖 3.7 官、學、研界對「動態地磅測重區」次項目之子項需求建 議 優 先 強 度 圖 ... 91

圖 3.8 產、學界對「外部監控中心」項目之子項需求建議優先強 度 圖... 92

圖 3.9 官、學、研界對「影像辨識執法系統」次項目之子項需求 建 議 優 先 強 度 圖... 93

圖 3.10 官、學、研界對「基地台」次項目之子項需求建議優先強 度 圖 ... 94

圖 3.11 官、學、研界對「衛星定位系統」次項目之子項需求建議 優 先 強 度 圖 ... 94

圖 3.12 產、學、研界對「加值服務系統」項目之子項需求建議優 先 強 度 圖... 95

圖 3.13 各界對「帳務資訊處理系統」項目之子項需求建議優先強 度 圖 ... 96

(13)

圖 3.14 產、官、學、研界之系統需求型態分佈圖 ... 97

圖 3.15 整體之系統需求型態分佈圖 ... 97

圖 3.16 個別單位之系統供給主項目的供給強度(技術成熟度)圖 ..101

圖 3.17 產、研界對「車載系統」次項目之子項供給強度圖 ...102

圖 3.18 產、研界對「車輛自我檢測與診斷系統」次項目之子項 供 給 強 度 圖 ...103

圖 3.19 產、研界對「中央監控管理系統」次項目之子項供給強 度 圖 ...104

圖 3.20 產、研界對「區域地磅站監理控制單位」次項目之子項 供 給 強 度 圖 ...104

圖 3.21 產、研界對「貨運業者監控中心」次項目之子項供給強 度 圖 ...105

圖 3.22 產、研界對「路側子系統」次項目之子項供給強度圖 ...106

圖 3.23 產、研界對「通信系統」次項目之子項供給強度圖 ...107

圖 3.24 產、研界對「加值服務系統」次項目之子項供給強度圖 .107 圖 3.25 產、研界對「帳務資訊處理系統」次項目之子項供給強 度 圖 ...108

圖 3.26 產、研界之系統供給技術型態分佈圖 ...109

圖 3.27 整體之系統供給技術型態分佈圖 ...109

圖 3.28 產、研界與整體之預備研發/引進技術或產品屬性比例圖 110 圖 3.29 產、研界與整體之預備研發或引進技術/產品型態與該技 術/產品成熟度分佈圖 ... 111

圖 3.30 系統主項需求與供給綜合強度比照圖 ... 113

圖 3.31 VPS/ETC&CVO 整合系統參考項目之篩選結構圖 ...120

圖 3.31 VPS/ETC&CVO 整合系統參考項目之篩選結構圖(續) ...121

圖 3.31 VPS/ETC&CVO 整合系統參考項目之篩選結構圖(續) ...122

圖 4.1 VPS/ETC&CVO 整合系統架構規劃內容之篩選結構圖 ...129

圖 4.2 USR-1 對應 Sub 與原組成單元之層級結構圖 ...130

圖 4.3 USR-2 對應 Sub 與原組成單元之層級結構圖 ...131

(14)

圖 4.4 USR-4 對應 Sub 與原組成單元之層級結構圖 ...132

圖 4.5 USR-5 對應 Sub 與原組成單元之層級結構圖 ...133

圖 4.6 USR-9 對應 Sub 與原組成單元之層級結構圖 ...134

圖 4.7 Sub-1 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 ...135

圖 4.8 Sub-2 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 ...136

圖 4.9 Sub-5 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 ...137

圖 4.10 Sub-6 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 ...138

圖 4.11 Sub-7 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 ...139

圖 4.12 Sub-8 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 ...140

圖 4.13 Sub-10 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 .141 圖 4.14 Sub-12 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 .142 圖 4.15 Sub-14 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 .143 圖 4.16 Sub-15 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 .144 圖 4.17 Sub-16 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 .145 圖 4.18 Sub-17 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 .146 圖 4.19 Sub-20 對應 EP、PS 與組成單元參考項目之層級結構圖 .147 圖 4.20 VPS/ECT&CVO 整合系統整體運作流程圖 ...153

圖 4.21 VPS/ETC&CVO 整合系統架構圖 ...162

(15)

表目錄

表 2.1 定 位 技 術 特 性 ...11

表 2.2 ETC 與 CVO 服務項目對於無線通訊之適用情形 ...20

表 2.3 德 國 A555 測試計畫之系統種類比較表 ...26

表 2.4 TELEPAY 的功能需求項目表 ...31

表 2.5 四 大 都 市 之 TELEPAY 測試結果比較表 ...33

表 2.6 四 家 參 與 貨 運 業 者 與 其 參 與 之 系 統 界 面...44

表 2.7 國 內 、 外 主 要 ITS 系統架構發展之比較表 ...63

表 2.8 結 構 化 分 析 設 計 方 法 與 物 件 導 向 分 析 設 計 方 法 之 比 較 表...67

表 2.9 廣 泛 式 與 特 定 式 架 構 方 式 之 差 異 點 比 較 表 ...74

表 3.1 問 卷 調 查 樣 本 分 佈 表...83

表 3.2 主 項 目 之 子 項 需 求 與 供 給 總 平 均 數 對 應 表 ... 118

表 3.3 VPS/ETC&CVO 整合系統參考項目之最終篩選結果 ...123

表 3.3 VPS/ETC&CVO 整合系統參考項目之最終篩選結果(續) ...124

(16)

第一章 緒論

1.1 研究背景與動機

電 子 收 費 系 統(Electronic Toll Collection, ETC)乃是台灣地區近年 來 智 慧 型 運 輸 系 統(Intelligent Transportation Systems, ITS)發展的主要 推 動 方 向 之 一。目 前,ETC 相關產業的範圍已涵蓋了電子、機電、通 訊 、 科 技 、 金 融 、 電 信 、 工 程 顧 問 、 物 流 、 汽 車 與 投 資 業 , 更 包 括 了 國 內、外 相 關 大 企 業,ETC 牽涉產業之廣可說是空前,亦使之成為國 內 近 年 來 最 重 要 的 BOT(Build Operate Transfer)案之一[1]。我國已於 今 年(2004 年)2 月 26 日甄選出國內高速公路 ETC 得標廠商;2006 年 起,高 速 公 路 將 開 始 採 用 紅 外 線 電 子 收 費 方 式 收 費;2010 年 7 月 起 , 則 將 全 面 改 採 紅 外 線 與 車 輛 定 位 系 統(Vehicle Position System, VPS)雙 模 並 行 方 式 收 費。準 確 定 位 是 實 現 ITS 主要功能之前提條件,在我國 國 家 級 ITS 系統架構的 35 項使用者服務單元中,就有 9 項需要知道 車 輛 的 實 際 位 置,因 此,對 在 路 面 行 駛 的 車 輛 如 何 進 行 定 位 在 ITS 系 統 中 無 疑 是 一 種 極 為 重 要 的 技 術,而 創 新 的 VPS 正是一種利用地理位 置 定 位 與 行 動 通 訊 之 ITS 加值服務。VPS 透過行動通訊與衛星定位,

可 精 確 進 行 車 輛 定 位、影 像 傳 輸,更 可 精 確 掌 握 車 輛 行 駛 距 離 及 費 率 計 算,協 助 商 用 運 輸 業 者 進 行 車 隊 管 理,提 昇 運 輸 作 業 績 效;亦 可 進 一 步 與 金 融 系 統 連 線 成 為 電 子 錢 包 , 結 合 加 油 、停 車 、洗 車 、大 眾 運 輸 系 統 等 相 關 產 業 。 由 於 VPS 結 合 GPS 、 GSM( 或 個 人 數 位 助 理 (Personal Digital Assistant, PDA)、筆記型電腦(Notebook)、多媒體設備 等)及地理資訊系統(Geographic Information System, GIS)三大功能,

未 來 在 VPS 上線後,由國內電子收費建置營運公司主導的 ETC 將與 電 信 業 者 結 合,達 到 衛 星 定 位、行 動 通 訊 及 自 動 導 航 三 合 一 的 資 源 整 合 。

放 眼 ETC 將帶來龐大的無線通訊商機,經濟部工業局將 ETC 作 為 國 內 產 業 轉 型 的 重 要 指 標 及 推 動 項 目,並 促 成 業 界 組 成 無 線 電 通 訊 聯 盟 , 具 體 推 動 VPS 相關技術。另一方面,經濟部亦於 2003 年中正 式 宣 告,ETC 日後的發展不能只是單純電子收費,必須是國內通訊基

(17)

礎 的 平 台,並 可 結 合 其 他 系 統 發 展。ETC 之主要元件包括車輛自動辨 識 (Automatic Vehicle Identification, AVI) 技 術 、 車 輛 自 動 分 類 (Automatic Vehicle Classification) 技 術 與 影 像 執 法 系 統 (Vedio Enforcement System)等。ITS 九大子系統內,與 ETC 應用最相關之商 車 營 運 系 統(Commercial Vehicle Operations, CVO)近年來亦朝智慧化 之 應 用 發 展 , 其 中 以 動 態 地 磅(Weigh-In-Motion, WIM)與 AVI 技術為 核 心 元 件,由 於 AVI 技術同時為 ETC 與 CVO 之共同元件,從目前我 國 高 速 公 路 收 費 系 統 與 地 磅 站 之 佈 設 型 式看 來,利 用 共 同 元 件 使 ETC 與 CVO 兩系統整合確實有其必要性,否則,商用重車即使能快速通 過 ETC 完成付費手續,但仍須變換車道以進入靜態地磅站受檢,其中 不 僅 旅 行 時 間 無 法 有 效 節 省 外,由於 變 換 車 道 所 產 生 的 交 織 衝 突 更 是 對 行 車 安 全 有 極 大 影 響[11]。若能整合此兩大 ITS 子系統,而且以 WIM 為 中 介 系 統,並 加 以 應 用 VPS 技術於此一整合系統,除可提高系統建 置 效 益 與 節 省 相 關 建 置 成 本 外,亦 能 有 效 的 以 物 流、金 流 與 資 訊 流 將 路 、車 、系 統 整 合 ,達 成 商 用 車 隊 全 線 之 動 態 即 時 監 控 ,改 善 商 車 監 管 之 營 運 績 效,及 有 效 地 減 少 交 通 延 滯 情 況, 降 低 社 會 成 本。經 由 前 述 背 景 說 明,本 研 究 認 為 未 來 將 VPS 技術應用於 ETC 結合 CVO 發展 有 其 需 求 性 、 必 要 性 與 應 用 迫 切 性 。

1.2 研究目的

由 於 VPS、ETC 與 CVO 牽涉產業之廣可說是空前,未來高速 公 路 要 能 順 利 發 展 VPS 應用於 ETC 結合 CVO(VPS/ETC&CVO),將 面 臨 通 訊 網 路/系統營運者、行動通訊/終端設備業者與技術/服 務 提 供 者 間 之 垂 直(異質類)及水平(同質類)整合問題,並且,若系統間不 相 容 , 將 會 造 成 設 備 地 區 化 的 特 有現 象 。 為 此 應 造 就 一 個 本 土 化 之 VPS/ETC&CVO 整合系統架構,使得未來在發展 VPS/ETC&CVO 整 合 系 統 時 , 各 子 系 統 間 可 相 互 連 結且 作 業 能 統 合 在 一 個 完 整 的 架 構 體 系 下 , 並 讓 各 子 系 統 組 成 單 元 間之 互 動 關 係 更 效 率 , 因 此 , 遂 進 行 VPS 應用於高速公路 ETC 結合 CVO 整合系統架構建立之研究。

本 研 究 最 終 所 擬 定 之 本 土 化 VPS/ETC&CVO 整合系統架構,期望能 作 為 未 來 國 內 相 關 產 、 官 、 研 界 進行 此 一 應 用 整 合 系 統 建 設 或 技 術 開 發 與 引 進 時 的 參 考 , 盼 能 有 助 於 我 國 高 速 公 路 ETC 與 CVO 早日

(18)

歩 上 行 動 智 慧 化 軌 道 。 1.3 研究範圍與對象

對 於 本 研 究 範 圍 與 對 象 之 界 定 ,係 參 考 「 台 灣 地 區 發 展 ITS 系 統 架 構 之 研 究 」[4,5]規劃原則,考量國內高速公路之交通特性的情 形,及 以 ETC、CVO 和 WIM 之使用者服務單元等發展領域為基礎,

並 針 對 國 內 商 用 重 車 運 輸 業 者(主 要 為 貨 運 業 者 )、 系 統 相 關 技 術 或 應 用 服 務 提 供 者(相關產業)及有關參與部門單位(包含政府單位、學 術 單 位 與 研 究 機 構) 之 專 家 學 者 或 相 關 產 業 調 查 分 析 其 對 於 VPS/ETC&CVO 的 供 給 與 需 求 現 況 , 篩 選 出 國 內 較 具 發 展 潛 力 之 VPS/ETC&CVO 整合系統參考項目與相關應用技術,據以建構出本 土 化 VPS/ETC&CVO 之整體運作流程與整合系統架構(包含運輸層 與 通 訊 層)。

1.4 研究內容與流程

本 研 究 之 內 容 : 首 先 主 要 在 蒐 集 與 回 顧 VPS/ETC&CVO 之 國 內 、 外 相 關 系 統 架 構(包括 VPS、ETC、CVO 和 WIM 等)、發展概 況 與 應 用 技 術(包含無線通訊與車輛定位等技術)以及 ITS 系統架構 發 展 和 建 立 方 式 方 面 的 文 獻,之 後 解 析 與 評 估 ETC、CVO、WIM 與 VPS 之相關應用技術,並彙整之,進而確認 VPS/ETC&CVO 之建構 方 式。其 後,以 所 回 顧 之 國 內、外 VPS/ETC&CVO 相關系統應用技 術 為 基 礎 , 同 時 參 酌 我 國 國 家 級 ITS 系統架構之相關規劃內容,就 功 能 面 考 量 進 行 系 統 需 求 與 供 給 問 卷 之 設 計 , 再 針 對 貨 物 運 輸 業 者、相 關 系 統 技 術 或 應 用 服 務 提 供 者 及 參 與 部 門(包含政府單位、學 術 單 位 與 研 究 機 構)之系統供需現況進行調查與統計分析。經由對國 內 VPS/ETC&CVO 相 關 系 統 需 求 面 與 技 術 供 給 面 現 況 調 查 分 析 後,確 認 出 VPS/ETC&CVO 之系統組成參考項目,並據以擬定出本 土 化 VPS/ETC&CVO 整 合 系 統 架 構 之 規 劃 內 容 , 最 終 建 立 VPS/ETC&CVO 之整體運作流程與整合系統架構。綜合前述所得結 果 , 提 出 本 研 究 之 結 論 與 建 議 事項 及 後 續 研 究 方 向 。

依 據 前 述 研 究 內 容 , 研 究 流 程 可 如 圖 1.1 所示。

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圖 1.1 研究流程圖 1.5 研究方法

根 據 上 一 小 節 的 研 究 內 容 , 本 研究 擬 採 用 之 研 究 方 法 包 括 : 一 、 文 獻 評 析 法 :

本研究將持續蒐集國內外有關 ETC、CVO、VPS 與 ITS 系 統 架 構 之 相 關 發 展 經 驗 或 應 用 研 究 方 面 的 文 獻,以 了 解 目 前

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與 本 研 究 課 題 相 關 之 系 統 架 構 或 技 術 應 用 現 況 。

二、參 與 ETC、CVO、VPS 與 ITS 系統架構有關之技術發展或應用 方 式 的 博 覽 會 與 研 討 會 :

藉由參與和本研究相關之博覽會與研討會,獲取更多相關 學 術 資 訊 , 並 徵 詢 專 家 意 見 , 以 供 研 究 參 考 。

三 、 問 卷 調 查 法 :

研究過程中,透過系統功能面的考量進行系統供需問卷設 計,就 商 用 運 輸 業 者 與 相 關 系 統 產 業 及 公、私 參 與 部 門 單 位 之 供 給 與 需 求 現 況 做 調 查 分 析。藉 由 國 內 對 於 與 VPS/ETC&CVO 相 關 之 系 統 需 求 面 與 技 術 供 給 面 現 況 的 問 卷 調 查 統 計 分 析 結 果,篩 選 出 適 合 我 國 高 速 公 路 發 展 之 VPS/ETC&CVO 整合系統 參 考 項 目 。

四 、 系 統 分 析 學 :

本 研 究 VPS/ETC&CVO 整 合 系 統 架 構 係 以 系 統 分 析 學 為 基 礎 而 建 立 之 。

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第二章 文獻回顧

「VPS/ETC&CVO」 係 結 合 衛 星 定 位 技 術 、 行 動 通 訊 系 統 、 資 料 庫 系 統 與 地 理 資 訊 系 統 等 相 關 技術 , 以 精 確 計 算 和 掌 握 通 行 車 輛 之 即 時 位 置 、 行 駛 速 率 等 動 態 資 訊, 進 而 對 商 用 運 輸 車 輛 進 行 電 子 化 自 動 扣 款 及 動 態( 行 進 間 ) 測 重 檢 核 等 應 用 。 本 章 即 針 對 VPS/ETC&CVO 之 國 內 、 外 相 關 系 統 架 構(包 括 VPS、 ETC、 CVO 和 WIM 等)、發展概況與應用技術(包含無線通訊與車輛定位等技術) 以 及 ITS 系統架構發展和建立方式做一回顧探討或評析之,最後確 認 適 用 於 本 研 究 參 考 之 相 關 系 統 架構 、 應 用 技 術 以 及 整 合 系 統 架 構 建 立 方 式 。

2.1 相關應用技術探討 2.1.1 車 輛 定 位 系 統

一 、 系 統 描 述 :

VPS 係結合車輛自動定位技術及相關應用程式之車上單元 /車機(On Board Unit, OBU)設備,主要在提供監控中心或駕 駛 人 取 得 動 態 行 車 定 位 資 訊 , 進 而提 供 如 路 徑 導 引 、 動 態 行 車 指 派 、 緊 急 救 援 等 功 能 服 務 。

二 、 系 統 組 成 :

車 輛 定 位 系 統 係 由 全 球 衛 星 定 位 系 統 (Global Positioning System, GPS)結合行動通訊系統(如 2G 第二代行動通訊系統

(Global System for Mobile Communications, GSM)或 2.5G 通 用 封 包 無 線 服 務(General Packet Radio Service, GPRS)、第三代 行 動 通 訊 系 統(Third Generation Wireless Format, 3G))以及 GIS 所 組 成 。 王 國 材 等[10]與唐震寰[12]曾對 VPS 架構提出說明,

茲 將 VPS 分成行動端、無線通訊端與中心端說明如下:

(一)行動端

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行 動 端 即 車 輛 所 裝 設 之 OBU,包括:

1. 定 位 訊 號 接 收 器 : 可 接 收 來 自 定 位 系 統 (如 GPS 等 ) 所 發 射 出 來 的 定 位 訊 號 。

2. 資料傳輸設備:可將定位訊號接收器所接收到的車輛 所 在 位 置 及 進 入 與 離 開 起 迄 點 的 時 間 回 傳 至 監 控 電 腦 , 此 項 設 備 會 與 所 使 用 之 行 動 通 訊 設 備 有 關 。 (二)無線通訊端

無 線 通 訊 端 即 VPS 需採用無線通訊方式,以作為中心 監 控 端 與 車 輛 行 動 端 間 的 行 進 間 溝 通 管 道。可 選 用 之 無 線 通 訊 系 統 包 括 特 定 短 距 離 通 訊(Dedicated Short-Range Communications, DSRC)與長距離無線通訊等,無線通訊系 統 之 選 擇 可 依 導 入 成 本、資 料 傳輸 量 需 求 亦 或 是 通 訊 品 質 進 行 選 擇 或 搭 配 。

(三)中心端

中 心 端 為 監 控 系 統 之 核 心 部 分,主 要 功 能 為 接 受 自 無 線 通 訊 端 傳 回 之 車 輛 資 訊 後 處 理 之,繼 而 進 行 進 一 步 的 指 派 或 其 他 動 作 , 並 且 依 功 能 規 劃 之 需 要 儲 存 所 接 收 的 資 料 。 一 基 本 之 中 心 端 必 須 包 括 下 列 兩 部 分 :

1. 資料庫系統:可儲存一般車輛註冊資料、危險車輛列 管 資 料 與 車 輛 行 駛 紀 錄 等 。

2. 地理資訊系統:地理資訊系統包括電子地圖與 GIS 軟 體 兩 個 部 分,係 將 車 輛 回 傳 之 經 緯 度 定 位 資 料 與 電 子 地 圖 進 行 疊 合 後 轉 換 成 數 值 資 料,再 於 監 控 電 腦 上 以 圖 形 或 文 字 方 式 顯 示 之,以 利 監 控 人 員 確 認 目 前 車 輛 所 在 位 置 。

可 將 VPS 於 ITS 資訊與通訊平台之應用架構分為車輛單

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元、通 訊 平 台 單 元、路 側 單 元、旅 行 者 單 元 及 中 心 單 元 五 個 部 分,如 圖 2.1 所示。由於 VPS 可以手機作為車機設備,持有手 機 的 廣 泛 使 用 者 只 需 加 裝 通 訊 晶片 或 下 載 車 機 所 需 相 關 軟 體 即 可 直 接 當 作 車 機 使 用,不 需 另 外 購 買 專 屬 OBU。而在利用手 機 作 為 行 動 通 訊 媒 介 的 同 時,其 定 位 技 術 與 網 路 負 荷 量 是 否 能 夠 完 全 地 支 援,並 提 升 通 訊 品 質 及 準 確 度 等 相 關 的 問 題,則 有 待 進 一 步 發 展 及 確 認。但 整 體 而 言,未 來 VPS 與其他 ITS 系統 結 合 之 能 力 與 發 展 性 , 卻 是 備 受 看 好 的 。

資 料 來 源 :[12]

圖 2.1 應用於 ITS 資訊與通訊平台之 VPS 架構 三 、 應 用 技 術 :

VPS 之 OBU 一般所採用之定位技術主要為衛星定位(如 GPS);此外,由圖 2.1 可看出,應用 VPS 的 OBU 通常亦配合

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使 用 長 距 離(行動)或 DSRC 技術,當 OBU 經由定位系統得知 已 行 駛 在 付 費 道 路 時,即 可 透 過 長 距 離 無 線 通 訊 回 報 監 控 中 心 其 行 駛 里 程 及 車 輛 動 態 資 訊。而 短 距 離 無 線 通 訊 一 般 多 作 為 違 規 取 締 偵 測 用。本 研 究 將 VPS 之應用技術分為車輛定位技術與 無 線 通 訊 技 術 於 下 探 討 之 。

2.1.2 車 輛 定 位 技 術

陳 一 昌 等[15]以及張靖等[16]曾針對 VPS 之車輛定位技術與方 法 探 討 與 評 析 , 車 輛 定 位 技 術 包 括 有 無 線 電 定 位 法 (Radio Positioning )、 信 號 柱 定 位 法 ( Signpost ) 與 航 位 推 估 法 ( Dead Reckoning), 其 中 , 無 線 電 定 位 法 中 較 常 用 者 可 再 區 分 為 全 球 衛 星 定 位 系 統 與 展 頻 (Spread Spectrum)定位系統。車輛定位技術可採 用 的 方 法 中 , 有 許 多 皆 能 透 過 訊 號之 量 測 算 出 行 動 台 位 置 , 這 些 方 法 均 能 用 於 蜂 巢 式 行 動 通 訊 系 統 。行 動 定 位 之 基 本 原 理 是 基 地 台 利 用 行 動 台 與 基 地 台 間 的 距 離 來 算 出行 動 台 的 位 置 。 以 下 即 就 此 二 文 獻 所 回 顧 之 一 般 常 用 的 無 線 行 動定 位 技 術 概 要 說 明 如 下 。

一 、 無 線 電 定 位 法 :

凡 是 藉 由 無 線 電 波 推 估 被 測 物 體 與 基 準 站 間 距 離 者,通 稱 為 無 線 電 定 位 法。現 今無 線 電 定 位 技 術 主 要 有 全 球 衛 星 定 位 系 統 與 展 頻 定 位 系 統 技 術 。

(一)衛星定位系統

全 球 衛 星 定 位 系 統 係 採 用 繞 極 衛 星 所 發 射 之 無 線 電 波 至 地 面 接 收 器 所 須 之 時 間,以 推 算 地 面 接 收 器 所 在 之 經 緯 度,為 目 前 廣 泛 使 用 之 定 位 系 統。但 衛 星 與 地 面 接 收 器 間 之 無 線 電 波 必 須 為 直 線 傳 輸,否 則,大 樓 或 樹 木 之 遮 蔽 將 對 信 號 造 成 阻 礙 。 美 國 國 防 部 於 2000 年 5 月雖已不再 傳 送 干 擾 碼 並 逐 步 採 用 更 精 確 之 衛 星 訊 號,但 訊 號 傳 送 之 過 程 與 接 收 器 本 身 均 會 對 定 位 精 度 造 成 影 響 。

若 為 特 殊 需 求 而 需 提 昇 定 位 的 精 準 度,則 可 使 用 提 供

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輔 助 系 統,如 差 分 GPS(Differential GPS, DGPS)。DGPS 除 使 用 衛 星 訊 號 定 位 外,尚 接 收鄰 近 地 面 基 地 台 所 傳 送 之 差 分 訊 號 進 行 座 標 修 正,差 分 訊號 內 容 則 因 地 面 基 地 台 所 在 位 置 之 不 同 而 有 所 差 異 。

(二)展頻定位系統

展 頻 定 位 系 統 乃 利 用 展 頻 通 訊 技 術,將 電 波 基 地 站 本 身 位 置 資 料 與 時 間 資 料 結 合 於 訊 號 中 同 時送 出,接 收 端 若 同 時 接 收 到 三 個 以 上 之 發 射 站 傳 送 之 電 波,即 可 算 出 本 身 與 各 無 線 電 發 射 站 間 之 距 離,進 而 以 三 角 幾 何 算 出 本 身 之 位 置 。

二 、 信 號 柱 定 位 法 :

信 號 柱 定 位 乃 每 隔 一 段 距 離 設 一 信 號 柱,車 輛 接 近 信 號 柱 時 便 發 揮 其 定 位 功 能 , 其 發 送 之 訊 號 可 使 用 紅 外 線 或 無 線 電 波。信 號 柱 定 位 法 可 廣 泛 使 用 於 已 密 集 佈 設 信 號 柱 之 都 市 地 區 與 高 速 公 路 沿 線,或 是 固 定 路 線之 運 輸 系 統,但 車 輛 若 偏 離 信 號 柱 佈 設 之 路 線 , 則 無 法 使 用 定 位 功 能 。

三 、 航 位 推 估 法 :

航 位 推 估 偵 測 器 是 最 古 老 的 定 位 技 術,一 般 車 輛 之 里 程 計 即 為 最 基 本 之 航 位 推 估 技 術。其 方 法 為 啟 動 時 由 外 部 提 供 第 一 筆 位 置 的 起 始 資 料 (Position Initialization), 而 後 開 始 計 算 物 體 行 進 的 方 向 與 距 離,將 量 測 出 來 的 角 度 與 距 離,再 加 總 於 起 始 資 料 而 得 出 目 前 的 位 置。此 種方 法 有 累 積 誤 差 效 應,行 駛 時 間 越 長,誤 差 將 越 大,因 此 須 修 正 所 測 得 之 目 前 位 置 資 料,方 能 維 持 準 確 。

由 於 應 用 於 行 進 中 車 輛 的 VPS 必 需 具 備 資 料 傳 輸 即 時 性 與 定 位 精 準 性 , 並 且 VPS/ETC&CVO 適 用 之 車 輛 定 位 技 術 , 與 既 有 相 關 系 統 之 基 礎 建 置 環 境、導 入 成 本、系 統 定 位 精 準 度 及 使 用 者 (如 商 用 運 輸 業 者 )需 求 有 極 大 關 聯 , 故 繼 前 述 探 討 後 , 就 國 內 高 速 公 路 特 性 而

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言 , 可 由 所 整 理 之 定 位 技 術 特 性 表 2.1 中 排 除 航 位 推 估 法 與 信 號 柱 定 位 法 於 本 研 究 VPS/ETC&CVO 上 之 應 用 , 並 建 議 採 用 衛 星 定 位 方 式 (GPS/DGPS)定 位 , 亦 可 搭 配 使 用 現 有 蜂 巢 式 無 線 通 訊 系 統 之 行 動 基 地 台 進 行 定 位 較 為 適 當 , 此 項 技 術除 美 日 等 國 已 達 商 品 化 階 段 外 , 於 國 內 產 業 亦 日 趨 成 熟 。

表 2.1 定位技術特性

無 線 電 定 位 衛 星 定 位 信 號 柱 定 位 航 位 推 估

電 波 發 射 器 , 需 設 立 發 射 器

衛 星 接 收 器,無 須 再 設 立 其 他 設 施

電 波 發 射 器 , 需 設 立 信 號 柱

方 向 與 位 移 感 器,無 須 再 設 立 其 他 設 施

1. 定 位 精 度 與 站 台 數 及 距 離 有 關

2.受 遮 蔽 物 影 響 但 可 自 行 調 整

1.美 國 GPS 自 干 擾 碼 去 除 後,可 達 15 公 尺 內,

但 訊 號 傳 送 過 程 與 接 收 器 本 身 均 會 影 響 其 定 位 精 度;而 DGPS 除 使 用 衛 星 訊 號 定 位 外,尚 接 收 鄰 近 地 面 基 地 台 所 傳 送 之 差 分 訊 號 進 行 座 標 修 正,故 其 定 位 精 準 度 較 佳 2.受 遮 蔽 物 影 響

1. 定 位 精 度 與 設 置 間 距 有 關 2. 受 遮 蔽 物 影 響 但 可 自 行 調 整

1. 定 位 精 度 隨 元 件 精 密 度 而 定,但 有 累 積 誤 差 2. 不 受 遮 蔽 物 影 響

1. 具 通 訊 連 續 性 功 能

2. 具 定 位 連 續 性 並 且 適 合 長 時 間 定 位

1.無 通 訊 功 能

2.具 定 位 連 續 性 並 且 適 合 長 時 間 定 位

1. 具 通 訊 間 歇 性 功 能

2. 具 定 位 間 歇 性 並 且 適 合 長 時 間 定 位

1. 無 通 訊 功 能 2. 具 定 位 連 續 性 但 不 適 合 長 時 間 定 位

可 同 時 與 兩 基 地 台 通 訊 之 範 圍 內

全 球 可 接 收 衛 星 訊 號

處 信 號 柱 設 立 處 不 受 限 制

資 料 來 源 : [29], 本 研 究 整 理

另 外 , 本 研 究 亦 考 慮 將 行 動 通 訊 設 備 (如 手 機 或 PDA 作 為 OBU 於 高 速 公 路 通 行 費 無 線 扣 款 或 接 收相 關 交 易 資 訊 用 , 故 以 下 就 針 對 蜂 巢 式 行 動 通 訊 系 統 的 定 位 技 術 進 一 步 說 明 。

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一 、 基 於 終 端 的 定 位 技 術

基 於 終 端 的 定 位 技 術 主 要 指 行 動 終 端 計 算 出 自 己 所 處 的 位 置 。 這 種 技 術 主 要 包 括 GPS、A-GPS 與 E-OTD 等幾種。

前 述 已 說 明 過 GPS 定位方式,故以下只就後二者提出說明。

(一)輔助型 GPS(Assisted GPS, A-GPS)定位法:

A-GPS 伺服器經由手機所在地的 Cell/Sector ID 以及 基 地 台 接 收 到 的 衛 星 訊 號 可 預 測 出 手 機 的 位 置 , 再 加 上 GPS 參考接收設備所得的各項參數,利用這些預測值和參 數 搭 配 地 圖 以 及 資 料 庫 所 提 供 的 資 訊 來 預 測 手 機 的 位 置,此 種 以 網 路 輔 助 GPS 定位方式稱為”A-GPS”。A-GPS 系 統 需 包 含 行 動 通 訊 系 統 、A-GPS 伺服器和具有 GPS 接 收 器 的 無 線 手 機 三 部 份 。 相 較 於 傳 統 GPS 定 位 技 術 , A-GPS 可大大減少行動通訊用戶之 GPS 接收機計算位置 所 需 的 時 間,並 且 提 供 精 確 度 更 好、覆 蓋 率 高 且 價 格 合 理 的 定 位 技 術 。

(二)增強型觀察時間差(Enhanced Observed Time Difference, E

-OTD)定位法:

E-OTD 定位方法乃是手機根據服務小區基站和周圍 幾 個 基 站 的 測 量 資 料,算 出 它 們 之 間 的 時 間 差,時 間 差 被 用 於 計 算 用 戶 相 對 於 基 站 的 位 置 。E- OTD 的 精 度 可 達 125 米。與應用 GPS 定位方法的區別是,雖然 E-OTD 定 位 方 法 在 準 確 度 及 建 置 成 本 上,目 前 仍 飽 受 質 疑,但 是 E

-OTD 定位不依賴於天氣,而 GPS 定位效果卻受氣候環 境 影 響 。

二 、 基 於 網 路 的 定 位 技 術

基 於 網 路 的 定 位 技 術 是 指 網 路 根 據 測 量 資 料 計 算 出 移 動 終 端 所 處 的 位 置。這 種 技 術 主 要 有 CGI-TA、UL-TOA、TDOA 和 AOA 等幾種。

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(一)小區域全球識別碼(CGI-TA)定位法:

各 蜂 巢 式 行 動 通 訊 網 路 小 區 域 皆 有 一 個 唯 一 的 小 區 域 識 別 碼 CGI,GSM 系統中可以用作定位的參數還有一 個 是 時 間 提 前 量 TA。TA 是由基站測量得到的結果,然後 通 知 行 動 用 戶 提 前 一 段 時 間(TA)發送資料,使得到達資 料 正 好 落 入 基 站 的 接 收 視 窗 中,以 扣 除 基 站 與 行 動 用 戶 之 間 的 傳 輸 時 間 時 延。雖 然 TA 定位的精度很低,但是把 CGI 和 TA 結合在一起定位行動用戶卻是一種簡單且經濟的定 位 方 式,可 以 實 現 一 些 位 置 查 詢 業 務,如 顯 示 行 動 用 戶 所 在 區 域 內 的 道 路 等 資 訊。所 有 行動 用 戶 終 端 都 可 以 同 時 使 用 這 種 定 位 方 式,這 是 其 一 大 優點。而 其 定 位 精 度 則 取 決 於 小 區 的 大 小 和 周 圍 的 環 境 。

(二)上行到達時間(UL-TOA 和 TDOA)定位法:

上 行 到 達 時 間 TOA 定位方法與 E-OTD 較為類似,

差 別 在 於 UL- TO 係 由 基 站 測 量 終 端 資 料 的 到 達 時 間 ; TDOA 測量的則是行動用戶發射信號到達不同 BTS 間的 傳 輸 時 間 差 。UL-TOA 定位方法需要 MS 和參與定位的 BTS 相互之間精確同步;而 TDOA 則不需要。

(三)信號到達角(AOA)定位法:

AOA 方 法 係 由 兩 個 或 更 多 基 站 通 過 測 量 接 收 信 號 的 到 達 角 來 估 計 行 動 用 戶 的 位 置,此 法 可 只 確 定 一 個 二 維 定 位 點。採 用 此 方 法 在 障 礙 物 較 少的 地 區 可 以 得 到 較 高 的 準 確 度 ; 反 之 , 則 定 位 誤 差 易 增 大 。 另 外 ,AOA 技 術 要 建 立 在 SA 智慧天線的基礎上才能實現,所以在 AOA 方法 中 , 需 要 使 用 智 慧 天 線 。

三 、 混 合 定 位 技 術

混 合 定 位 技 術 係 綜 合 了 上 述 定 位 技 術 中 的 兩 種 或 多 種 方 法 在 一 個 系 統 中 。 例 如 混 合 AOA 和 TDOA,由於這種方法充

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分 利 用 了 信 號 的 到 達 角 和 到 達 基站 的 時 間 差,因 此 具 有 較 高 的 準 確 度 ; 若 把 GPS 定位技術和 GSM 系統定位技術應用相結 合 , 則 實 現 的 定 位 精 度 和 定 位 應 用 會 更 好 。

2.1.3 無 線 通 訊 技 術

本 研 究 VPS/ETC&CVO 整 合 系 統 所 採 用 的 無 線 通 訊 技 術 主 要 係 參 考「 台 灣 地 區 智 慧 型 運 輸 系統 實 驗 城 規 劃 計 畫( 一 )」[14]所提 出 之 適 用 於 國 內 ITS 的無線通訊技術,並根據東名「行動通訊發展」

[20]一 書 中 所 著 之 相 關 無 線 通 訊 技 術 , 分 為 短 距 離 與 長 距 離 無 線 通 訊 方 式 於 下 探 討 之 。

一 、 短 距 離 無 線 通 訊

本 研 究 考 慮 採 用 的 DSRC 技術包括紅外線通訊、微波通訊 與 展 頻 通 訊 四 種 , 描 述 如 下 :

(一)紅外線(Infrared Ray)通訊法

一 般 紅 外 線 通 訊 方 式 係 利 用 分 時 多 工(TDMA)通 訊 模 式 於 路 側 單 元 信 號 柱(Beacon)與 OBU 間以約 250kbps 的通 訊 速 率 進 行 一 對 一 通 訊。由 於 其 信 號 功 率 不 大,故 通 訊 距 離 較 短(<15 公尺),必須每隔一段距離佈設信號柱,信號 柱 收 訊 後 以 有 線 方 式 傳 輸 訊 息 給 監 控 中 心 或 相 關 處 理 系 統 。

(二)微波(Micro Wave)通訊法

此 法 亦 利 用 信 號 柱 與 OBU 進行溝通,但微波的穿透 性 較 紅 外 線 佳 , 其 傳 輸 範 圍 應 用 上 約 可 達 30 公尺,故其 傳 輸 距 離 較 遠 。 傳 輸 速 率 則 可 達 1Mbps,目前 5.8GHz 微 波 系 統 可 採 用 分 時 多 工 通 訊 模 式 進 行 一 對 一 通 訊 。

(三)展頻(Spread Spectrum Technology)通訊法

展 頻 通 訊 採 用 分 碼 多 工(CDMA) 通 訊 模 式 , 目 前

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900MHz 頻 道 點 對 點 傳 輸 速 率 可 達 38.4kbps ; 2.45G±50MHz 頻道點對點傳輸速率則可達 2Mbps,屬於中 短 通 訊 距 離(500 公尺~2 公里)之無線傳輸。一般無線電技 術 僅 以 資 料 本 身 頻 寬 傳 輸 訊 號;然 而 展 頻 技 術 卻 不 使 用 頻 帶 或 頻 寬,而 是 透 過 增 加 頻 寬 的 方 式 來 傳 輸 資 訊,並 且 可 隨 環 境 干 擾 頻 率 的 特 性 機 動 調 整,因 此 可 降 低 訊 號 傳 輸 發 生 錯 誤 的 機 率 。

(四)藍芽(Bluetooth)通訊法

藍 芽 通 訊 係 一 項 新 的 短 距 無 線 通 訊 技 術 , 其 可 於 10~100 公尺的有效傳輸距離內,利用 2.4GH 頻帶,在行 動 通 訊 設 備(如手機、PDA 或 Notebook 等)間進行一對一 或 一 對 多 點 的 數 位 資 料 無 線 傳 輸, 同 時 可 設 定 加 密 保 護 , 亦 不 受 電 磁 波 干 擾 , 其 傳 輸 速 率 最 高 可 達 2Mbps。

相 較 於 紅 外 線 通 訊 技 術 的 有 效 傳 輸 距 離 僅 達 1~2 公尺,且 紅 外 線 只 限 一 對 一 之 單 點 直 線 式 傳 輸,又 發 射 角 度 之 偏 移 不 可 超 過 15 度角,藍芽提供較長之有效傳輸距離、不需直線式傳 輸 的 傳 輸 方 向 與 全 方 位 的 傳 輸 角 度。有 鑑 於 此,本 研 究 建 議 未 來 相 關 單 位 在 發 展 VPS/ETC&CVO 整合系統架構時,可將藍芽 技 術 列 為 車 輛 與 路 側 單 元 間 之 短 距 無 線 通 訊 技 術 應 用 的 優 先 考 量 。

二 、 長 距 離 無 線 通 訊(Long Short Range Communication)

長 距 離 無 線 通 訊 即 廣 域 無 線 通 訊 系 統(Wireless Wide Area Communication),一般可分為以下六種通訊技術:

(一)無線電呼叫系統(Pager)

無 線 電 呼 叫 系 統 即 早 期 B.B.Call 系統,係由系統將所 要 傳 送 之 數 據 編 碼 後 廣 播,以 讓使 用 者 解 讀 該 編 碼 而 取 得 數 據 或 文 字 資 料 , 但 只 限 用 於 特 定 個 人 或 群 組 使 用 者 解 讀 。 早 期 該 系 統 傳 輸 速 率 只 有 1200bps,僅能提供簡單的

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服 務;而 今 B.B.Call 市場已被日新月異的行動通訊市場侵 蝕 , 目 前 國 內 業 者 幾 乎 不 再 採 用 此 系 統 。

(二)調頻副載波(RDS/DARC)

此 種 通 訊 技 術 係 利 用 調 頻 電 台 傳 送 廣 播 節 目 之 主 要 頻 寬(主 載 波 )以 外 的 剩 餘 頻 寬 (副 載 波 )來 傳 送 其 他 類 型 節 目 或 資 訊 服 務 , 屬 於 單 向 通 訊 式(廣播式)的發佈消息。其 中,RDS 以歐洲為主,其採用 57kHz±2 kHz 頻寬之副載波 來 傳 送 文 字 資 訊,使 用 性 普 及,但 規 範 嚴 格;而 DARC 以 日 本 為 主,其 採 用 76 kHz±12 kHz 頻寬之副載波來傳送聲 音 、 文 字 及 圖 形 為 主 的 資 訊 , 傳 輸 速 率 較 快 。

(三)行動數據(Mobile Data)

行 動 數 據 網 路 屬 於 封 包 交 換 網 路 , 其 配 合 網 際 網 路 (Internet)規約,將數據資料有效的傳輸於各網路間。其運 作 原 理 類 似 蜂 巢 網 路(包 括 陸 上 無 線 電 基 地 台 及 封 包 數 據 交 換 網 路 、 允 許 使 用 者 漫 遊 等), 係 直 接 將 被 轉 換 成 數 個 封 包 的 數 據 資 料 由 終 端 機 送 到 網 路 基 地 上,緊 接 著 傳 送 至 資 料 交 換 中 心 , 由 中 心 系 統 選 擇最 適 路 徑 分 別 送 出 封 包 。 由 於 該 資 料 轉 存 中 心 並 無 專 有 路 徑 傳 送 資料,無 法 固 定 延 遲 時 間 , 故 不 適 合 於 語 音 通 訊 。

(四)CDPD(Cellular Digital Packet Data)

蜂 巢 數 位 封 包 數 據 網 路 之 運 作 原 理,係 將 資 料 切 成 一 個 個 封 包 後,尋 找 AMPS 蜂巢網路中語音通訊所占用頻道 內 的 閒 置 空 隙 , 再 將 各 封 包 塞 入 閒 置 空 隙 中 發 送 傳 輸 出 去。由 於 是 利 用 語 音 通 訊 頻 道 的 閒 置 空 隙,如 此 不 但 可 確 保 語 音 的 通 訊 品 質 , 並 能 提 升 AMPS 蜂 巢 網 路 有 效 利 用 率 。

(五)集群通訊(Trunking Radio)

(32)

由 於 早 期 的 行 動 無 線 電 讓 許 多 使 用 者 共 用 一 頻 道,因 而 造 成 使 用 者 於 通 話 中 易 受 其 他 通 話 干 擾,為 了 降 低 干 擾 率 遂 採 取 自 動 排 線 觀 念,動 態 地將 頻 道 之 使 用 狀 態 分 配 給 區 域 使 用 者,以 提 高 頻 道 使 用 率。利 用 集 群 技 術 之 行 動 無 線 電,具 有 個 呼、組 呼、群 呼 等 功 能,又 可 有 效 利 用 頻 道 , 此 類 觀 念 最 早 用 於 政 府 或 民 間 之 私 用 網 路 等 派 遣 調 度 用,而 在 違 規 取 締、保 全 服 務、大 型 流 通 事 業、運 輸 物 流 業 中 亦 被 廣 泛 使 用。但 是 由 於 目前 各 大 電 信 廠 商 並 無 支 援 封 包 數 據 傳 輸 之 意 願 , 故 短 期 內仍 以 語 音 通 訊 應 用 為 主 , 數 據 通 訊 為 輔 。

(六)行動通訊系統

行 動 通 訊 系 統 主 要 用 來 傳 遞 語 音 訊 號,亦 可 傳 送 數 據 訊 號 。 目 前 行 動 通 訊 可 分 為 類 比 及 數 位 方 式 傳 送 訊 號 方 式,現 今 類 比 式 行 動 通 訊 已 逐 漸 被 淘 汰;而 數 位 式 行 動 通 訊,依 其 功 率、涵 蓋 範 圍 可 分 為 高 功 率、低 功 率 及 衛 星 通 訊 等 三 大 類 。

1. 高功率數位式行動通訊系統:

此 即 蜂 巢 式 行 動 通 訊 系 統 , 包 括 GSM、 GPRS 及 3G 等。目前國內業者大多採用 GSM,該技術屬 於 歐 規 標 準,其 採 用 900MHz 或 1800MHz 兩種通訊 頻 率,其 傳 輸 速 率 較 慢,僅 為 9.6Kbps;而 GPRS 系 統 係 在 現 有 GSM 通 訊 網 路 架 構 下 採 用 封 包 交 換 技 術 , 將 欲 傳 輸 資 料 分 裝 成 許 多 封 包 後 傳 送 , 因 此 其 頻 道 資 源 之 使 用 率 較 佳,適 合 Internet 大量傳輸資料 用,並 且 其 傳 輸 速 率 較 GSM 快,可提供每秒 115.2Kb 的 傳 輸 速 率 ; 而 3G 系 統 , 則 為 國 際 電 信 聯 盟 (International Telecommunication Union, ITU)於 1990 年 起 所 規 劃 之 結 合 行 動 通 訊 與 數 據 網 路 的 新 一 代 高 功 率 行 動 通 訊 系 統 ,1996 年時正式將該標準命名為

IMT-2000(International Mobile

(33)

Telecommunications-2000)。2003 年已有國際通信大 廠 發 表 雙 模 UMTS/GSM-GPRS 第 三 代 行 動 通 訊 手 機[37],其係利用第三代行動通訊網路的寬頻和功能 的 優 勢 , 使 用 WCDMA 與 GSM 雙模共用,傳輸速 率 可 達 384 Kpbs,提供使用者影像、訊息和第三代 行 動 通 訊 連 結 功 能。IMT-2000 對 3G 之設計目標為:

結 合 地 面 與 衛 星 通 訊 、 定 點 及 室 內 通 訊 之 綜 合 運 用, 提 供 語 音、 視 訊、 數 據 資 料、 多 媒 體 與 Internet 之 資 料 存 取 , 並 可 同 時 進 行 多 點 訊 息 傳 輸 , 車 行 狀 況 之 高 移 動 速 率 下,封 包 傳 輸 速 率 須 達 到 144kbps,

另 外 , 其 可 與 無 線 通 訊 協 定(Wireless Application Protocol, WAP)、Bluetooth 等開放式架構整合,即 3G 系 統 可 達 到 整 合 不 同 規 格 、 不 同 系 列 的 通 訊 產 品 在 一 標 準 化 架 構 下 運 作 , 這 對 本 研 究 欲 建 立 之 VPS/ETC&CVO 開 放 式 架 構 所 需 應 用 的 相 容 性 技 術 而 言 尤 其 重 要 。

綜 合 言 之 , 此 類 行 動 通 訊 系 統 之 功 率 較 高 , 各 基 地 台 涵 蓋 範 圍 約 數 公 里 , 但 其 傳 輸 速 率 較 低 , 僅 為 9600bps。此系統須以蜂巢式無線通訊網路於所須 通 話 範 圍 內 興 建 基 地 台 , 基 地 台 再 以 固 接 有 線 方 式 與 中 心 端 之 交 換 機 連 線 架 構 整 個 系 統 , 例 如 手 機 即 是 以 無 線 方 式 與 基 地 台 通 訊 再 連 上 中 心 交 換 機 , 並 經 由 公 眾 電 信 網 路 之 續 接 而 形 成 一 點 對 點 通 信 。 2. 低功率數位式行動通訊系統:

此 類 系 統 包 括 CT-2 與 PHS 等。CT-2 系統屬於 早 期 的 低 功 率 數 位 式 行 動 電 話 系 統 , 其 發 射 功 率 低 , 基 地 台 發 射 範 圍 僅 為 200 公尺,並且其只適合 在 低 速(< 8km/hr)移動下進行通訊,故未被市場所接 受 ;PHS 系統之發射功率為 10~500mW,基地台覆 蓋 半 徑 約 為 100~500m , 工 作 頻 段 為 1895~1918.1MHz,可進行雙向之低速行動通訊的應

(34)

用 , 此 系 統 以 ISDN 等公共網路作為系統連結之主 幹 。2004 年 國 內 已 有 電 信 業 者 推 出 全 球 第 一 隻 GSM/PHS 雙 模 手 機 (GSM 1800 MHz/ PHS 1900 MHz)[36],使低功率 PHS 系統能與高功率 GSM 系 統 雙 模 共 用 。

由 前 述 探 討 可 知 , 此 類 系 統 僅 適 用 於 都 會 區 內 密 集 佈 設 , 作 有 限 度 之 通 訊 涵 蓋 , 而 不 適 合 應 用 於 高 速 公 路 廣 域 範 圍 之 涵 蓋 , 且 其 易 受 地 形 、 建 築 物 等 遮 蔽 物 影 響 產 生 通 訊 死 角 , 造 成 通 訊 不 良 的 現 象,故 本 研 究 將 不 考 慮 此 類 低 功 率 系 統 之 通 訊 應 用。

3. 衛星行動通訊

此 類 無 線 通 訊 技 術 係 利 用 散 佈 在 地 球 中 、 低 軌 道 之 小 型 通 訊 衛 星 , 組 成 行 動 衛 星 網 路 作 為 通 訊 之 中 繼 站 , 再 佈 建 地 面 電 台 網 路 與 陸 地 公 眾 網 路 銜 接 , 提 供 全 球 用 戶 語 音 、 數 據 、 傳 真 及 傳 呼 等 通 訊 服 務 。

考 量 長 距 離 無 線 通 訊 可 用 於 商 用 運 輸 業 者 或 中 央 監 控 管 理 中 心 、ETC 建 置 營 運 公 司 以 及 資 訊 服 務 提 供 者 (Information Service Provider, ISP)間,以有效率地取得車隊管理或通行費扣 款 交 易 訊 息 和 即 時 路 況 等 資 訊,另 外 在 考 量 國 內 高 速 公 路 交 通 特 性 與 高 速 公 路 沿 線 之 現 有 蜂 巢 式 行 動 基 地 台 的 可 利 用 性 下,本 研 究 於 VPS/ETC&CVO 整合系統架構的建構階段,將以 行 動 通 訊 系 統 為 主 的 無 線 通 訊 技 術 為 主 要 考 量。另 一 方 面,由 於 車 輛 與 路 側 間 的 無 線 通 訊 技 術 須 具 備 快 速 與 大 量 傳 輸 資 料 的 特 性,因 此 在 車 輛 與 路 側 間 的資 料 交 換 傳 輸 方 面,計 劃 以 發 展 較 成 熟 之 短 距 離 無 線 通 訊 為 主 。 整 體 而 言 , 本 研 究 參 考[14]

中 所 提 出 的ETC 與 CVO 服務項目對於無線通訊之適用情形(如 表 2.2 所示),在無線通訊技術方面,計畫以短距離無線通訊結 合 長 距 離 無 線 通 訊 方 式 作 為 VPS/ETC&CVO 整合系統架構之 主 要 通 訊 技 術 方 式 。

(35)

表2.2 ETC 與 CVO 服務項目對於無線通訊之適用情形

短距離無線通訊 長距離無線通訊

紅外線 通訊

微波通訊 展頻通訊 無線電 呼叫系統

調頻 副載波

行動數據 集群通訊 行動 電話 服務

項目 上 傳

下傳 上傳 下傳 上傳 下傳 上傳 下傳 上傳 下傳 上傳 下傳 上傳 下傳 上 傳

下 傳 CVO

駕 駛 ID

• • • 5 5 • • •

目 的 地

• • • 5 5 • • •

裝載 資訊

• • • 5 5 • • •

派遣 資訊

• • • σ σ • • •

ETC 停 車 預 約 / 註 銷

• • • 5 5 • • •

車 輛 通 過 / 離 開

• • • 5 5 • • •

預 約 / 註 銷 確 認

• • • σ σ • • •

預 約 有 效 期限

• • • σ σ • • •

收費 類型

• • • σ σ • • •

收費 金額

• • • σ σ • • •

註:1.陰影處表服務項目無需此傳輸方向;2. “5”表傳輸技術無此傳輸方 向;3. “•”表技術上可行且衡量後適合;4. “σ” 表技術上可行但衡量後不適 合;5.空白表技術上不可行

資料來源:[14]

(36)

2.2 VPS 應用於 ETC 與 CVO 整合探討 2.2.1 電 子 收 費 系 統

一 、 系 統 描 述 :

電 子 收 費 系 統 係 利 用 自 動 化 車 輛 辨 識、車 種 分 類、違 法 取 締 技 術 及 相 關 的 後 端 扣 款 管 理 程序,使 車 輛 在 行 進 間 自 動 完 成 收(付)費動作,藉以提昇運輸效率,並減少人力成本,提高生 產 力 。

二 、 系 統 組 成 :

王 景 弘[13]及「台灣地區智慧型運輸系統實驗城規劃計畫

( 一 )」[14]中曾針對 ETC 之系統組成項目與相關應用技術提 出 探 討 , 如 下 分 述 之 。

(一)前端系統:

係 由 自 動 車 輛 辨 識 系 統、自 動 車 種 分 類 系 統 與 違 法 取 締 系 統 三 個 主 要 系 統 所 組 成,與 個 別「 車 機 」互 動,經 由 對 行 進 中 車 輛 之 車 輛 自 動 辨 識 及 車 種 分 類後,進 行 車 輛 通 行 紀 錄 與 通 行 費 扣 款 動 作,並 針對 違 規 車 輛,進 行 識 別 與 紀 錄 動 作 。 茲 將 各 組 成 系 統 概 略 說 明 如 下 。

1. 車輛自動辨識系統:係一種擷取通行車輛之註冊資料 上 傳 監 控 機,經 由 車 輛 識 別 器 處 理 後 自 動 辨 識 車 輛 的 系 統 。 其 作 用 在 於 擷 取 通 過 車 輛 資 料 以 辨 識 其 「 身 分 」, 以 作 為 測 重 或 扣 款 依 據 之 一 。

由 於 AVI 技術同時為 ETC 與 CVO 之共同元件,

常 與 WIM 或 ETC 結 合 , 故 本 研 究 以 AVI 技 術 為 VPS/ETC&CVO 系統整合的關鍵技術之一。AVI 之作 用 在 於 擷 取 通 行 車 輛 之 註 冊 資 料 以 辨 識 該 車 身 分,繼 而 進 行 測 重 或 通 行 費 扣 款 等 動 作,故 AVI 需具極高之

(37)

辨 識 準 確 率 。AVI 一般可分為雷射光學(Laser)、紅外 線 與 微 波/無線電系統(Radio Frequency)等三類。由於 雷 射 光 學 系 統 受 天 候 與 揚 塵 影 響 較 大,且 其 掃 描 機 需 與 車 輛 較 為 靠 近,故 於 高 速 公 路 這 類 開 放 路 段 之 適 用 性 較 低 , 因 此 目 前 全 球 大 多 採 用 紅 外 線 或 微 波 系 統 , 本 研 究 亦 考 慮 納 入 紅 外 線 或 微 波 系 統 於 VPS/ETC&CVO 中。相較於紅外線系統,微波系統之 通 訊 距 離 較 長 且 讀 寫 資 料 之 速 度 較 快,但 其 系 統 設 計 較 為 複 雜 。

2. 自動車輛分類系統:係透過感應器偵測車輛種類,以 配 合 扣 款 系 統 收 取 應 付 費 用。其 中 扣 款 系 統 可 分 為 預 付 式(如電子錢包之功能)或事後繳款兩種方式。車輛 分 類 系 統 可 用 之 相 關 感 測 技 術 如 下 分 述 之 :

(1) 感應式線圈(Inductive Loops)系統

係 藉 由 埋 設 於 路 面 下 方 之 環 路 線 圈 偵 測 器 產 生 一 種 電 磁 場 型 態 的 能 量,於 車 輛 行 經 感 應 線 圈 上 方 時,測 得 之 車 輛 金 屬 使 其 吸 收 了 部 分 的 能 量,形 成 震 盪 器 與 線 圈 間 的 能 量 差 異,當 僅 設 置 一 只 線 圈 時 可 偵 測 車 輛 的 到 達 與 離 開 時 間,作 為 車 輛 的 偵 測 與 車 數 計 量 用;設 置 兩 只 線 圈 時,則 可 偵 測 車 速 及 車 長 , 以 判 斷 出 車 輛 種 類 。

(2) 壓力式(Treadles)系統

車 輛 行 經 過 時,將 埋 設 於 地 面 下 的 壓 力 式 系 統 所 承 受 之 壓 力 轉 換 成 電 子 訊 號,以 測 得 車 輛 軸 數 、 輪 數 及 通 行 方 向 。 此 類 系 統 包 括 電 子 機 械 式、抗 壓 橡 膠 式、光 學 式 與 壓 電 式 等 技 術 用 以 區 分 車 種 。

(3) 動態地磅(Weigh-in-motion, WIM)系統

(38)

係 透 過 埋 設 於 地 面 下 之 壓 力 測 量 裝 置 以 測 得 車 輛 之 輪 重 、 軸 重 與 總 重 。 其 包 括 彎 曲 平 板 式 、 壓 力 條 式 與 壓 電 式 等 WIM 技術進行車種分 類 。

(4) 光束式(Light Beams)系統

係 使 用 紅 外 線 光 束 以 感 測 通 行 車 輛 及 其 車 高 以 區 分 車 種 。

(5) 光柵式(Light Curtains)系統

其 係 使 用 多 組 水 平 紅 外 線 光 束 形 成 之 光 柵 以 感 測 得 車 輛 之 通 行,車 道 兩 側 各 有 光 之 傳 輸 端 及 接 收 端,當 車 輛 通 過 阻 斷 光 線 時,即 可 產 生 車 輛 的 輪 廓 。

(6) 掃描式(Scanning)系統

其 使 用 不 同 頻 率 的 輻 射 能 來 偵 測 車 輛 的 到 達 及 外 型。包 括 超 音 波 式、紅 外 線 式 與 雷 射 式 掃 描 系 統 。

(7) 影像處理式(Video Image Processing)系統

其 使 用 攝 影 機 掃 瞄 車 道 上 之 路 況 影 像,藉 此 判 斷 其 掃 瞄 的 影 像 並 測 定 車 輛 的長、寬、高,以 決 定 車 種 。

針 對 國 內 高 速 公 路 之 交 通 特 性 , 於 VPS/ECT&CVO 整合系統之 AVC 所使用之感測技術 方 面 , 本 研 究 擬 採 用 感 應 式 線 圈 、WIM 與 影 像 處 理 式 系 統 分 辨 車 輛 之 軸 數、重 量、輪 廓、及 通 過 之 車 輛 數 等 , 以 進 行 車 種 分 類 作 業 。

3. 影像執法系統(Vedio Enforcement System):其主要是

(39)

用 以 擷 取 逃 費、扣 款 失 敗 等 違 規 車 輛 或 是 未 裝 設 OBU 車 輛 之 車 牌 影 像,作 為 違 規 取 締 及 追 繳 的 依 據。影 像 執 法 系 統 之 關 鍵 技 術 包 括 有:感 測、攝 影 取 像、車 牌 辨 識、扣 款 交 易 資 料 與 執 法 資 料 匹 配 處 理、多 車 道 自 由 流、即 時 執 法 技 術。影 像 執 法 系 統 進 行 車 牌 號 碼 比 對 作 業 時,若 經 由 資 料 匹 配 比 對 成 功 者,則 刪 除 該 車 輛 影 像 資 料;否 則,則 採 以 人 工 方 式 確 認 或 收 費。其 主 要 關 鍵 在 於 光 學 字 體 辨 識 (Optical Character Recognition, OCR),即能從車牌影像中辨識其中之文 字 或 數 字。但 對 於 車 牌 不 潔、毀 損、裝 置 不 正 等 非 技 術 性 因 素 之 影 響 仍 有 待 克 服 。

(二)後端系統:

包 括 帳 務 處 理 系 統、卡 片 發 售 系 統、卡 片 安 全 控 管 系 統 等,提 供 帳 務/違規處理、網路管理、客戶服務、路況資 訊 等 服 務 。

(三)加值服務系統:

例 如 預 付 卡 儲 值/加值服務系統等,提供帳戶儲值預付 金 額 等 加 值 服 務 。

三 、VPS/ETC 相關系統架構與發展概況回顧評析:

VPS 應用於 ETC(VPS/ETC),乃是將具有結合行動通訊與 定 位 能 力 之 VPS 內建於 OBU 中以隨時對車輛定位,當車輛進 入( 虛 擬 ) 收 費 區 時 則 開 始 自 動 計 費 直 到 該 車 離 開 ( 虛 擬 ) 收 費 區 。 以 下 茲 就 國 內 、 外 對 於 VPS/ETC 之相關系統架構與應用 技 術/運作方式以及發展概況做一回顧評析。

(一)國外研究回顧

1. 鄭 伯 順 [1,17]曾 就 國 外 VPS/ETC 之 發 展 時 程 做 一 整 理 , 說 明 如 下 : 德 國 已 於 2001 年完成 VPS 之建設招

(40)

標 作 業 及 試 用,並 且 決 定 於 VPS 應用於道路電子收費 測 試 計 畫 成 功 後 , 要 求 德 國 境 內 150 萬輛 12 噸重以 上 的 商 用 營 運 大 型 車 率 先 試 用 挪 威 的 “ Q│ F R E E "VPS(同 時 採 用 人 工 票 務 及 GPS-GSM 為 基 礎 之 ETC 雙模式運作);英國預計於 2006 年實現 VPS 方式 之 商 車 電 子 里 程 收 費 ; 歐 盟 於 2005 年後,將改採開 放 規 格 的 VPS 制,且自 2008 年起,所有歐盟國家 3 億 5 千萬輛車都得使用 VPS;香港於 1997 年 3 月至 2001 年期間,完成了 VPS 應用方式之道路電子收費 的 可 行 性 測 試 ; 新 加 坡 繼 ERP(ERP1)計畫後,預計 3 到 5 年內實施 ERP2 計畫,2008 年境內將全面採取 VPS 之電子收費方式。

2. 陶治中君[7]曾經針對國外 VPS 發展現況與相關應用 技 術 做 一 探 討 , 歐 洲 方 面 的 VPS/ETC 發展現況包括 有 德 國 A555 測試計畫、荷蘭 KILOMETERHEFFING 與 歐 盟 道 路 定 價 計 畫 等 , 茲 分 項 說 明 其 內 容 如 下 。 (1) 德 國 A555 測 試 計 畫 : 1995 年 時 , 德 國 進 行

A555ETC 測試計畫,測試計畫中的路側單元技術 應 用 已 將 車 輛 定 位 相 關 技 術 考 慮 其 中( 詳 見 表 2.3), 測 試 結 果 顯 示 採 用 車 輛 定 位 技 術 之 商 用 運 輸 車 輛 的 車 種 辨 識 率 與 車 速 辨 識 率 均 高 達 99.8%,足見 VPS 應用於德國道路電子收費之技 術 上 的 可 行 性 。

參考文獻

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