消费者对行车安全的要求不断提高，促使车厂及车用电子开发商加紧研发新一代汽车防撞系统，其使用车载专用短距无线通信(DSRC)技术、雷达及全球卫星定位系统(GPS)的结合，实时取得车辆速度、经纬度、方向等信息，并将其传送给附近其他车辆，达到来车警示目的。

随着全球物联网观念的普及与技术的发展，汽车电子成为物联网的一环早已蓄势待发，因此，透过路侧设备与车间专用短程通讯(DSRC)技术提升行车安全的观念已日渐盛行。 

由美国交通部及各大研究机构、车厂及其供货商共同提出的DSRC技术，经过2008-2011年这4年间的制定，完成以美国电子电机工程师学会 (IEEE)1609/IEEE 802.11p为车载短距无线通信协议标准；以IEEE802.11p和IEEE 1609.4为物理层与媒体访问控制(MAC)层、IEEE 1609.3为网络层、IEEE 1609.2为安全子层、IEEE 1609.11和国际自动机工程学会(SAE)J2735为应用层。 

DSRC运作频率在5,855M-5,925MHz，并分成七个独立的频道，分别为频道172、174、176、178、180、182、184；各频道均为10MHz。频道178为控制频道(Control Channel, CCH)，负责WAVE服务广播信息(WAVE Service Advertisement, WSA)数据包；其他频道则为服务频道(ServiceChannel, SCH)，只能传递WAVE短信息(WAVE Short Message, WSM)数据包。 

由于车辆是快速移动的物体，时速达数十，甚至上百公里，且数十到数百米短中距离区域性的车间、车与路侧设备间通讯多为不特定对象，因此，车联系统要能顺利运作，将有赖IEEE 802.11p及IEEE 1609的5.9GHz车用环境无线存取专用的短程通讯协议技术。 

雷达结合车间通讯，行车安全有效改善

近年来，提升车辆行驶安全是世界级车厂一直以来追求的目标，而如何达到零事故、零伤亡，也是各国交通单位、政府部门关注的课题，因此，美国交通政府部门、车厂、学术单位提出一列系智能运输系统相关研究计划，如智能驾驶(IntelliDrive)、防撞系统合作团队(CAMP)/第二代车辆稳定控制系统 (VSC-2)、合作交叉路口防撞系统(Cooperative Intersection Collision Avoidance Systems, CICAS)、Safe Trip 21、CaliforniaPATH。 

在行车安全应用领域里，要求每一辆汽车皆必须配备车机与GPS接收器。正在行驶中的车辆使用全球定位系统以获得本身经纬度位置、行驶速度、航行方向与时间，再利用车机周期性地广播这些实时信息予周围行驶车辆，达成降低车祸与事故发生的目的。 

然而，不幸的是，目前市售的GPS精准度不足，造成距离的误差(图1)。汽车向导航系统或手机，其定位误差大约5-15米(m)，于空旷处误差则较小，接近5米，但市区内，因高楼林立，遮蔽GPS卫星讯号，故定位准精度误差较大，达15米；再者，一般道路其车道宽度约1.5个车身，约4米，其定位误差可以横跨2~4个车道。 

图1 GPS距离误差来源

协同式行车安全要求在市区内，行驶车辆彼此贡献本身信息，进而建立行车安全环境，然GPS定位精准于市区内却是最差的。

因此，结合雷达设备与车间通讯技术，建立行车鸟瞰列表，进而形成不同方向车辆紧急警示系统，彻底改进车辆定位精确度，同时提高警示精准度，使车间通讯应用于行车安全防撞系统迈向商业化水平。如此亦可大幅提升民众装设车载通讯装置的意愿。 

车间通讯分两种类型

车间通讯提升行车安全可分为没有路侧设备辅助车间通讯，以及有路侧设备辅助车间通讯两大类。

1.没有路侧设备辅助车间通讯

利用车辆本身通讯设备(ITRI WAVE/DSRC Communication Unit, IWCU)不断传送自身车辆的信息给周围通讯范围内的所有车辆，内容包含车速、方向、经纬度、车辆特征等；接收到信息的移动车辆，则利用内建GPS取得自身所在位置、方向、经纬度，以计算出对方车辆的距离与方位，并实时绘制在平板上。 

该辅助车间通讯使用5.9GHz DSRC周期性广播基本安全信息(Basic Safety Message, BSM)数据包，数据包包含本身车辆的ID、经度、纬度、车速、方向等信息，将数据包传送给周围邻近的车辆，同时也接收周围邻车的信息，并把这些信息传送给 IWCU处理。IWCU便同时把所有车辆的彼此相对位置、行驶速度、方向等车辆信息显示在平板中。此种方法的误差，完全由GPS的精准度而定。 

2.有路侧设备辅助车间通讯

有路侧设备辅助车间通讯包含路侧设备(图2)；路侧设备可结合雷达测距设备、影像辨识设备、交通号志控制器等设备。

图2　结合路侧设备的行车安全防撞架构图

雷达扫描频率为20Hz，使用雷达扫描不同方向车道上的物体，取得雷达到物体的横向与直向距离、横向与直向物体的移动速度和物体长度，再使用路侧设备，定期传送信息给区域范围内的车辆。 

使用影像辨识设备，可弥补雷达设备的信息不足，影像辨识可判断辨别区域内的物体是否具有危险性，路侧设备将不定期传送紧急状况的警示，予区域范围内的车辆。 

在十字路口可使用整合交通号志控制器，取得路口各方向时态，以及剩余秒数等红绿灯信息，再由路侧设备定期传送讯号相位和时序(Signal Phase and Timing, SPAT)等信息给周围车辆。接收到信息的移动车辆利用自身GPS取得车辆本身位置、方向、经纬度，以计算出路侧设备提供的区域内车辆相对位置与距离，并实时绘制在平板上。 

不论有无路侧设备辅助，当移动车辆接收到来自周围车辆或路侧设备的信息，IWCU会把周围车辆经纬度坐标，犹如导航模式般，转换成以驾驶视角为正北方的座标系统，并判断是否有车辆即将从死角进入驾驶视野内，若有，系统将计算其相对位置，根据车辆速度及行进方向绘制于驾驶车内，一并显示出即将出现的秒数，以及其他相关信息，如车色、车长等(图3)。 

图3 结合车间DSRC通讯于行车安全应用示意图

行车安全防撞系统由三大部分组成

图4为行车安全防撞系统软硬件协议功能结构图，该系统主要分成三大部分，分别为底层硬件、中层操作系统核心、上层应用程序开发。 

 
图4 协同式车间定位系统环境建置

在底层硬件驱动中，系统与五个路测装置连接，分别用来做为车间通讯桥接用，所包含具备5.9GHz DSRC的IWCU；判断车道上物体位置及速度、长度的雷达设备；车辆定位使用的全球定位系统；驾驶及乘客端显示器，以及十字路口交通号志控制器。该层主要负责硬件装置间的物联通讯。 

中层操作系统核心目前为嵌入式Linux 2.6操作系统，其中有IEEE 802.11p、IEEE 1609、SAE J2735软件通讯协议，负责5.9GHz DSRC周期广播与接收车辆本身信息；另外，美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association, NMEA)软件协议，负责解析经由GPS得知车辆本身的经度、纬度、高度、行驶方向等信息。 

上层应用程序开发，在处理不同方向来车位置定位演算、物体侦测判断、危险层级判断机制，以及警告显示模块。 

整个物联的行车安全防撞系统包含三个部分，一为路侧端物联整合系统(图5)，二为路侧设备对车及车间短距无线通信，三为移动车辆端警示层级计算。路侧端具有绝对精准的经纬度坐标，使用整合交通号志控制器、雷达设备及影像辨识系统，路侧端IWCU根据影像辨识辅以雷达提供的物体位置、速度及长度，判断出物体是否为车辆或行人，接着计算雷达及影像辨识系统所侦测并判断的物体，其相对于路侧设备的经纬度，并将其封装成标准格式传出。 

 
图5　路侧端物联系统示意图

在移动车辆端，依据NMEA所定义，GPS接收器接收到卫星讯号的数据包，应包含完整位置信息(经度、纬度、高度)，以及时间、速度、方向。虽然GPS误差值将随环境不同而有不等的误差，但两车所处的空间若为相似环境，所能接收到的GPS卫星数相等，大气干扰、周围环境的干扰效应几乎一致，所造成的GPS定位误差偏向量也几乎相等，故该系统可谓具备相当精准的相对定位信息。 

行车安全警示判断流程

移动车辆端根据相对车速及位置，来判断车辆是否具备潜在威胁；当相对车辆位置接近且速度过快时，即判断横向车辆对纵向自身车道具有潜在性威胁。车辆定位测距模块经由GPS定位、5.9GHz DSRC广播得知两车的经纬度，反向求得本身与前车彼此距离；当收到其他车辆的行车信息时，先比对该车是否位在附近区域内，如已经在车辆附近，则根据不同的情形给予不同种类及层级的警示。

如来车位在前方横向车道，且车速达一定值，则启动横向车道车速过快警示机制；如位于后方同车道车辆速度过高，则启动后方碰撞警示机制；如前方同车道、不同方向的车辆偏移车道，则启动前方车辆偏移车道警示机制。所有机制皆经由显示画面与播放警示声音的方式通知驾驶者。当然，如不在附近区域内，则不通知驾驶者。

此实验进行路测的地点选在工研院第二停车场，以及14馆附近的道路，该地点为通往院外主要干道。实验前先测得路侧设备架设的经纬度位置，再使用雷达定期扫描，取得与物体的横直向距离及物体运动速度与长度，接着，路侧设备会定期传送信息给区域范围内的车辆；若于十字路口处，可以使用整合交通号志控制器，取得路口各方向时态及剩余秒数等红绿灯信息，再由路侧设备定期传送SPAT信息给通讯范围内车辆。

实验显示，当路口交通进入繁忙、车流量过高时，容易出现视野受阻的情形，进而影响行车安全。 

一个不具备物联网及车载DSRC通讯的行车安全系统，参考图7，左图中A车即被B车挡住视野，因此并没有注意到C车正快速的进入路口，当如右图所示，视野不受阻时，A车很可能与C车发生碰撞；而具备路侧物联网及车载DSRC通讯的行车安全系统，移动车辆接收到雷达所提供信息(物体位置、是什么物体)，就可计算出车辆与物体的相对位置与距离，并实时绘制在平板上(图8)。 

 
图7 不具有物联网及车载DSRC通讯的行车安全系统

 接着，移动车辆依据图6所呈现的行车安全警示判断流程，将会提供驾驶者相对应的警示，提醒驾驶者做出反应。因此，图8中右图的A车已经有心理准备而提前减速，大幅降低和C车碰撞的潜在风险。 

图8 具备路侧物联网及车载DSRC通讯的行车安全系统

通讯设备结合雷达车载通讯可靠性大增

物联网应用在车载行车安全领域是一大突破，也是未来车间通讯的主流趋势。现今交通事故发生率最高的地方是十字路口，凡是汽车驾驶分心不注意、视野受其他车辆或建筑物阻隔、不良驾车习惯等，均会对其他驾驶者造成潜在威胁。 

本文所提及的行车安全防撞系统，是利用路侧通讯设备结合雷达，来进行各车道物体扫描，亦可结合交通讯号控制器取得十字路口当下红绿灯时态，再使用路侧单元使用短距无线通信广播给区域范围内所有车辆，当移动车辆收到后，进行危险层级计算，使整套系统的可靠性大幅提升，达到真正可商业化的水平，促使民众使用车载通讯设备的接受度逐渐提高，进而扩大整体车载互联市场。