用可見光連結車輛

 
2018/11/08 蔡欣穆 | 臺灣大學資訊工程學系副教授     131
 
活動(演講)時間: 2018/08/25
 

在過年、連假或甚至平日尖峰時段的高速公路上,塞車幾乎是每個人都有的經驗。其中一種解決方法是興建新的道路來疏流,例如2013年建成的五股—楊梅高架橋,順利把原本中山高速公路此路段1/4的車流導引到高架橋上,使尖峰時段平均車速增加近一倍。

 

但是,五楊高架橋也是台灣史上單位長度最昂貴的道路,臺灣大學資訊工程學系副教授蔡欣穆指出,「建築新道路沒有摩爾定律。」因為隨著城市擴張,建築新道路的成本只會越來越高。蔡欣穆提出另外的解決方法:「在原本的道路上放入更多車輛,但不會塞車。」這個方法要成功,就必須透過所有車輛互相對話,可以分享彼此資訊的「車聯網」。

 

車與車如何對話

 

根據估計,目前高速公路達到最大容量時,其實只利用了道路面積的5.5%,很多空間都用來保持安全車距。因此,要增加道路容量,一種方法就是在維持交通安全的前提下,減少車與車的間距;而且當車流更緊密,我們便不用耗費太多能源來抵抗風阻,可節省10~20%的能源,進而增加能源效率。

 

這個方法的關鍵是要有可靠的車間通訊,以便互相協調車速,減少塞車的機會。蔡欣穆曾和美國福特汽車合作,利用前車的LED尾燈廣播車速資訊,後車透過光感測器接受並處理訊號,提供車輛增減速的建議。研究結果發現,這套車速建議系統讓駕駛減少了70%的反應時間;如果應用到自駕車,預計能更有效減少反應時間,發生堵塞的狀況也將大幅減少。

 

一般來說,目前的研究多採取無線射頻的方式,車與車之間的通訊是以類似室內無線網路的短距無線通訊(DSRC)規範進行。然而,這種架構直到現在仍未實際上路。

 

蔡欣穆提出幾項可能原因,技術性原因例如實際道路的車輛密度太高,需要傳輸的資訊量非常龐大,車輛間彼此干擾,便無法接收到需要的資訊。非技術性原因則如:起始效益低(配備此系統的車輛少,每年路上的新車只佔約6%)、購車成本增高,都使得無線射頻通訊系統難以打入市場。

 

看得見的優點

 

如果像蔡欣穆採取可見光來進行通訊,便能解決上述困難:首先,可見光的特性是無法穿透障礙物,車輛只能傳遞與接收視線範圍內的資訊,這樣便能減少距離較遠車輛的訊號干擾。再者,可見光傳輸環境相較無線射頻來的單純;經過高速公路實地測試,連續傳輸超過10秒都不會出錯,相當可靠。而且,可見光利用既有的LED設備,成本較低。

 

可見光通訊的模式是,透過控制LED尾燈亮度改變的頻率(例如每秒100萬次),後車便可藉由光感測器接收前車的轉速、煞車或車速資訊。

 

應用方面,可見光通訊一定要在可視範圍內實施,後車駕駛人可搭配擴增實境(AR)技術,直接把所接收的周圍車輛資訊顯示在視野內的車輛上。除此之外,當我們的視野被前方較大車輛所遮蔽,若前車能把行車記錄器所見的景象傳輸過來,然後藉AR技術投射在我們視野中相對應的位置,就相當於可透視前車,便能看得更遠,避免受前方障礙物遮蔽。

 

雖然目前針對可見光通訊的研究沒有像無線射頻那麼多,但是蔡欣穆仍希望透過引介這套不一樣的系統,早日讓車輛開始對話,行車更安全順暢。【整理|科學人】

 

延伸閱讀

  • 你的下輛車有多「自動」?《科學人》雜誌2016年7月: http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=3850