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車聯網在交通運輸領域之應用發展與趨勢

交通部運輸研究所周家慶

105年10月24日1

簡報大綱

• 我國智慧型運輸系統發展政策方向

• 我國智慧運輸發展現況• 流暢交通管理與服務• 無縫公共運輸服務與電子票證• 交通資訊服務• 低碳運輸

• 協同式智慧型運輸系統(或車聯網)• 何謂協同式智慧型運輸系統• 歐美日等國際發展與其相關標準• 我國車路整合應用計畫• 我國縣市迫切交通課題-機車安全

• 車聯網與先進駕駛輔助系統

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智慧運輸系統發展政策方向1/2

• 我國智慧型運輸系統建設歷經基礎研發、先導示範、成果擴散等階段，已完成高快速公路與都市交通管理系統、高速公路多車道自由流電子收費、城際客運與各都市公車動態資訊系統、整合式即時交通資訊服務、公共運輸電子票證多卡通等建置。

• 隨著資通訊技術快速發展、智慧型行動裝置的普及、雲端技術的發展與民眾對政府的施政品質要求越來越高，從使用者與連結美好生活之觀點，民眾對於即時交通資訊、網路化與行動化應用服務及整合性交通資訊需求日益殷切。

• 我國汽車與機車車輛數近十年(2002~2014)之平均年成長率，分別為2.05%與1.14%。

• 整體而言，機動車數量呈現緩慢成長之趨勢不變，但機動車之傷亡肇事數量正逐年快速攀升中。

• 在此期間，汽車肇事傷亡人數平均年成長率達3.12%，機車肇事傷亡人數平均年成長率達12.52%，兩者皆遠大於汽車與機車車輛數之平均年成長率，顯見如何利用ICT科技增進交通安全實為我國交通環境改善的當務之急。

3資料來源： 2016/08/16, 交通部重大政策

智慧運輸系統發展政策方向2/2

•發展整合式的交通控制與管理

•發展車路整合應用服務• 透過我國車路整合在「交通安全」、「交通管理」、「交通資訊服務」、「節能減碳面」等創新應用模式研發及實驗場域之構建與實測，結合車輛智慧化及道路智慧化，創造更大的數位商機範疇，帶動車輛工業下一階段的發展，提升道路交通的運作效率及安全性，期達到「創新智慧運輸車路整合、邁向安全低碳快捷交通時代」的願景。

•提供創新之行動化運輸服務

•東部/偏鄉交通服務提升

•健全智慧運輸之發展規劃及應用服務整合機制

4資料來源： 2016/08/16, 交通部重大政策

流暢交通管理與服務

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無縫公共運輸服務與電子票證

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交通資訊服務

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低碳運輸

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何謂車聯網或協同式智慧型運輸系統(Connected Vehicle, CV or Cooperative ITS, C-ITS)• Intelligent transport systems - cooperative systems

(http://ec.europa.eu/transport/themes/its/road/action_plan/cooperative_systems_en.htm)

• Definition of a harmonised approach for the development and evaluation of cooperative systems, including the assessment of strategies for their deployment.

• On-board driver assistance coupled with two-way communication between vehicles,with and between road infrastructure can help drivers better control their vehicle and hence have positive effects in terms of safety and traffic efficiency.

• Vehicles can also function as sensors reporting weather and road conditions including incidents, to be used for high-quality information services.

• Cooperative ITS (http://www.etsi.org/index.php/technologies-clusters/technologies/intelligent-transport/cooperative-its)

• The emphasis in intelligent vehicle research has turned to Cooperative ITS in which the vehicles communicate with each other and/or with the infrastructure.

• Cooperative ITS can greatly increase the quality and reliability of information available about the vehicles, their location and the road environment.

• Cooperative ITS improve existing and will lead to new services for the road users, which, in turn, will bring major social and economic benefits and lead to greater transport efficiency and increased safety.

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車聯網或協同式智慧型運輸系統

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參考資料：Kevin Gay, Connected and Automated Vehicle Research in the United States, USDOT

聯網環境路側設施蒐集及發佈訊息，執行控制策略促進車間通訊確保安全

歐美日在車聯網或C-ITS無線電頻譜規劃•行政院NICI小組頻譜政策規劃小組於104年7月16日就我國智慧型運輸系統之專用短距離通訊服務(DSRCS)頻譜規劃進行討論。

•國家通訊傳播委員會(NCC)於本(105)年4月20日第693次委員會議審議通過「低功率射頻電機技術規範」草案• 車輛短距離雷達(Short Range

Radars)• 24.25～26.65 GHz(美規)與77～81

GHz(歐規)，頻寬計6.4 GHz。• 防碰撞雷達、自動駕駛等。

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• 美國在5.850~5.925GHz頻段分配75MHz給IEEE 802.11p使用，而其中10MHz專供車間通訊(V2V)緊急交通安全使用。

• 歐洲在5.875GHz至5.905GHz頻率規劃，分配3個10MHz頻段(ITS-G5A)給車間通訊(V2V)交通安全使用。同時歐洲也在分配5.470~5.725GHz頻段(ITS-G5C)給車路整合應用通訊(V2I)，以及5.795~5.815GHz頻段(ETC)給電子收費通訊使用。

• 日本分配755~765MHz頻段專供車間通訊(V2V)緊急交通安全，以及5.770~5.850GHz頻段(ETC)給電子收費通訊使用。

歐美之車聯網或C-ITS通訊堆疊• 在廣義的車聯網應用中，可大致區分為2類，

• 使用2G/3G/4G的車載資通訊應用。• 使用802.11p與LTE-V2X的V2V與V2I的交通安全應用。• 其在通訊特性主要差異為802.11p與LTE-V2X的傳輸頻率較高(頻率為0.1秒或1秒)、範圍為數百公尺的短距通訊、小於100ms的低延遲、高可靠度，而2G/3G/4G通訊方式則反之。

12•Ref: Yi Shi, Xiaolong Guo, Wurong Zhang, Zhenzhen Cao, Cellular-based technologies in next-generation v2x communications, 22nd ITS World Congress, Bordeaux, France, 5–9 October 2015

車聯網或C-ITS應用模式

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(http://www.its.dot.gov/pilots/cv_pilot_apps.htm)(ETSI TR 102 638 V1.1.1 (2009-06), ITS; Vehicular Communications; Basic Set of Applications)

美國在車聯網或C-ITS發展• ITS America認為「ITS的下一代為車聯網(The Connected Vehicle - Next

Generation ITS) 」

• 根據美國運輸部2012年研究顯示V2I應用可協助提高路口與行人交通安全，減少施工區/路型不佳/天候不佳等類型交通事故。

• 2014年2月3日，美國運輸部宣布朝向V2V Mandate立法推進，並於當年8月18日公布Advance notice of proposed rulemaking (ANPRM) 正式啟動V2V Mandate立法程序。完成後將強制所有新出廠的小型車輛具備V2V能力。• 預計於2017年Obama任期結束前送交國會審議。• 法案若通過，強制實施前給與汽車產業18個月的準備時間。

• General Motor (GM)在ITS World Congress宣布將於2017年推出首款具備V2V能力車輛Cadillac CTS。

• 2014-2020推動車聯網先導部署(Connected Vehicle Pilot Deployment, CVPD)的設計/建置/測試(design/build/test)計畫，總經費4,200萬美金(約為13.5億新台幣)，第1階段(2015年)補助紐約市、Wyoming州、Tampa市。

• 目前第1階段上述3個補助對象均已提出設計報告，美國運輸部於2016/9/6宣布將進入第2階段。

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美國CVPD計畫相關標準• SAE J2735 DSRC Message Set Dictionary

• Assure that connected vehicle applications will be interoperable• Focus on 5.9GHz DSRC communication use however does not exclude other

communication channel/technology use.• BasicSafetyMessage (BSM), MapData, RoadSideAlert (RSA), RTCM_Corrections,

SignalPhaseAndTiming (SPaT), …. 15 messages.

• SAE J2945/1 On-board Minimum Performance Requirements for V2V Safety Communications (Message usage and performance requirements of SAE J2735 )• Sets the minimum performance requirements and the standard features used on the

interface required to establish interoperability between on-board units for Vehicle to Vehicle (V2V) safety systems and applications.

• Dedicated channel 172 for BSM, congestion mitigation, transmission power requirements, security and privacy requirements, GPS configuration requirements (WAAS/SBAS configuration), data frame/elements requirements.

15參考資料: 2016/04/05, http://www.its.dot.gov/pilots/index.htm and 2013/02/12, Sue Bai, “US-EU V2V V2I Message Set Standards Collaboration”

Connected Vehicle Pilot Deployment (CVPD) - New York City

• Objective: • Improve safety and mobility of travelers in New York City through connected vehicle

technologies.• Aligned with the NYC’s Vision Zero initiative, which seeks to reduce crashes and

pedestrian fatalities, and increase safety of travelers in all modes of transportation.

• Approach: • Equip up to 10,000 vehicles (taxis, buses, commercial fleet delivery trucks, and City-

owned vehicles) that frequently travel in Midtown Manhattan and Central Brooklyn to transmit and receive connected vehicle data

• Install V2I technology at high-accident rate arterials: Upgrade 239 traffic signals along 1st, 2nd, 5th, and 6th Avenues in Manhattan and Flatbush Avenue in Central Brooklyn (emergency evacuation route)

• Deploy Roadside equipment (RSE) along FDR Drive.

16Source: “Connected Vehicle Pilot – New York City”, http://www.its.dot.gov/pilots/index.htm

• Closely spaced intersections• Residential/commercial mix • High accident rate • Over-Height restrictions • Short radius of curvature

Connected Vehicle Pilot Deployment (CVPD) - Tampa, Florida

• Objective: • The primary objective of this deployment is to alleviate congestion and improve

safety during morning commuting hours.• Deploy a variety of vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I) safety,

mobility, and agency data applications to create reinforcing benefits for motorists, pedestrians, and transit operation.

• Approach: • Deploy a variety of connected vehicle technologies on and in the vicinity of reversible

express lanes and three major arterials in downtown Tampa to solve the following transportation challenges:• Morning peak hour queues, wrong-way entries, pedestrian safety, bus rapid transit (BRT)

signal priority optimization, trip time and safety, streetcar trolley conflicts, and enhanced signal coordination and traffic progression.

17Source: “Connected Vehicle Pilot – Tampa(THEA)”, http://www.its.dot.gov/pilots/index.htm

Connected Vehicle Pilot Deployment (CVPD) - Wyoming

• Objective: • Reduce the number and severity of adverse weather-related incidents (including

secondary incidents) in the I-80 Corridor in order to improve safety and reduce incident-related delays, and focused on the needs of the commercial vehicle operator..

• Approach: • Equip fleet vehicles (combination of snow plows, maintenance fleet vehicles,

emergency vehicles, and private trucks) that frequently travel the I-80 corridor to transmit basic safety messages (BSMs), collect vehicle and road condition data and provide it remotely to the WYDOT TMCs.

• Deploy DSRC roadside equipment (RSE) to supplement existing assets and initiatives.• Road weather data shared with freight carriers who will transmit to their trucks using

exiting in-vehicle systems.

18Source: “Connected Vehicle Pilot – ICF/Wyoming”, http://www.its.dot.gov/pilots/index.htm

美國CVPD之交通問題需求與車聯網應用對照

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使用案例 問題需求 車路整合應用 績效評估指標

晨峰壅塞

快速道路出入口彎道交通壅塞 彎道速率警示(V2I) 彎道排隊長度/位置 車流速度

號誌幹道上惡化的交通車流 智慧交通號誌系統(I-SIG) 停等長度 停等時間 綠燈百分比

雙向右轉車輛造成的回堵與事故

前方碰撞預警系統與緊急電子煞車燈(V2V) 警示次數 事故次數

行駛方向錯誤

調撥道路行駛方向錯誤造成的嚴重事故

路口防撞安全(V2V)、以探偵車進行交通監測(V2I)、智慧交通號誌系統(I-SIG)

警示次數 事故次數 綠燈百分比 闖紅燈

行人安全行人事故、無左轉保護時相路口行人穿越、無標示處的行人穿越

行人穿越路口警示(V2I)、行動式行人號誌與智慧交通號誌系統(V2X、I-SIG)

駕駛警示次數 行人警示次數 事故次數 行人等候時間 車輛等候時間

大眾運輸優先號誌最佳化與安全

號誌幹道上惡化的交通車流、小型車阻塞於進站前道路

智慧交通號誌系統(I-SIG)、大眾運輸優先號誌(TSP)

停等長度 停等時間 綠燈百分比

TECO電車衝突

電車、行人、汽車、自行車衝突所產生事故與安全問題

汽車在電車前右轉警示(V2V)、智慧交通號誌系統(I-SIG)

警示次數-電車操作員 警示次數-行人 事故次數

增強號誌連鎖與交通續進

MacDill空軍基地控制進入點造成的交通壅塞

以探偵車進行交通監測(V2I)、智慧交通號誌系統(I-SIG)

停等長度 停等時間 綠燈百分比 闖紅燈

歐盟近期C-ITS研究與實測計畫•參與者包括汽車業者、設備供應商、公部門與道路主管機關、電信業者、標準與測試領域專家。

•近期計畫有• 荷蘭/德國/奧地利共同進行的Cooperative ITS

Corridor Initiative• Roadworks Warning (RWW)• Probe Vehicle Data (PVD)

• 法國SCOOP@F• Large scale testing of Day-1/2 services with more than

2000 vehicles, several hundreds of technical service cars from infrastructure providers and several hundreds of RSU

20參考資料：2015 EU Rolling Plan for ICT Standardisation; 2015 Hacène Fouchal, SCOOP@F-A French C-ITS project

交通部運研所104年車路整合應用研發

• DSRC頻率與訊息分別採用5.9GHz，以及工研院研發符合美規之RSU與OBU。

• 於台62線與基隆市基金二路構建實驗場域。• 交通資訊服務類

• 動靜路徑導引、旅行時間、路況影像資訊服務• 路側設施端(I)應用DSRC蒐集通過車輛車載設備端(V)產生交通資訊以DSRC方式提供上游車輛

• 交通安全服務類• 路側設施(I)以DSRC方式提供車載設備(V)有關前方交通壅塞資訊(特別是在道路幾何變換或隧道內)與號誌時相秒數資訊

• 易肇事路段警示與緊急路況資訊• 道路施工與障礙物、異常天候資訊• 行人防撞、路口防撞安全(IMA)、機車盲點警示

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交通部運研所104年車路整合應用研發

22影片6分22秒

交通部運研所105年車路整合應用研發

• DSRC頻率與訊息分別採用5.9GHz，以及工研院研發符合美規之RSU與OBU。

• 延伸104年之台62線與基隆市基金二路實驗場域至國道1號與台62線之大華系統交流道。

• 測試情境包括交通資訊服務類、交通安全服務類、交通管理服務類，以及節能駕駛模式研發。

• 進行不同設備(工研院與國外設備)間之交互操作性測試。

• 建立車路整合應用實驗室，開發車載設備(OBU)與路側設備(RSU)模擬器以及構建應用層測試環境。

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我國縣市迫切交通課題-機車安全

• 臺灣機車持有高，2016年8月為1,365萬輛，機車肇事件數比例高達46.5% (104年)，占肇事總死亡人數41.7% (707人，104年) 。

• 機車因體積小，機動性高，容易進入其他車輛視線死角範圍。

• 機車事故肇因• 年輕人涉及事故中，以「未注意車前狀況」、「超速失控」、「未依規定減速」為主要肇因。

• 高齡者涉及事故中，以「未依規定讓車」、「未注意車前狀況」、「未保持行車安全間隔」、「轉彎未依規定」為主要肇因。

• 機車安全科技發展• 2015 ITS World Congress in Bordeaux, France

• Honda original HMI concept for C-ITS• BMW, Honda and Yamaha plan V2X for motorcycles

• BMW Motorrad Connected Ride & Smart Helmet• 透過V2X技術，預知危險發生，提前警示駕駛人

• 緊急煞車警示、路口防碰撞警示、盲點區域警示、轉彎防撞警示 24資料來源:交通部統計處 圖片來源: CAR 2 CAR Communication Consortium

車聯網與先進駕駛輔助系統1/2

(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)

• 根據美國2015年國家公路運輸安全署(National Highway Transportation Safety Administration, NHTSA)報告，一年約有2千4百萬件交通事故，死亡人數為33,000人，受傷人數為390萬人，經濟損失為8,360億美金。

• 根據研究車聯網可降低80%交通事故，同時透過現有先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)輔助、駕駛人與自動駕駛車間的交互運作，並提供先進路側設施與緊急管理方案等來降低交通事故。

• DSRC車聯網與ADAS整合• 適應性巡航控制、交通標誌辨識、車道變換警示、前方與後方碰撞警示、盲點偵測、停車輔助、車輛四周影像。

• 車間通訊(V2V)具有增加反應距離與時間、根據方向盤/油門開啟角度/煞車資料提供碰撞預測與警示資訊、透過雙向通訊避免發生碰撞、與交控路側設備通訊等能力進行先進駕駛功能。

• 以最近Google無人車與公車事故為例，說明由於Google無人車未能掌握公車尺寸與反應時間因此發生此碰撞事故，若Google無人車可透過V2V車間通訊掌握公車行為，將可避免此事故。

25參考資料： Brian Romansky, 2016, Security for V2X Communications, ITS Canada Annual Conference and Exhibition

車聯網與先進駕駛輔助系統2/2

(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)

26圖片來源： Brian Romansky, 2016, Security for V2X Communications, ITS Canada Annual Conference and Exhibition

簡報結束敬請指教

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