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精準空間定位 車載系統升級 提升自駕安全

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林明宜、STPI科技政策研究組 發表於 2018年5月7日

圖、精準空間定位 車載系統升級 提升自駕安全
 
自動駕駛車即將顛覆運輸系統,傳統車廠、科技大廠和新創公司爭相發展自駕車技術以因應未來市場需求,自駕車系統需要大量的軟硬體及技術整合,包含車用電腦、機器學習、人工智慧、各式感測器、驅動器、攝影機、地圖資訊、高精度定位系統、寬頻網路技術、雲端運算等,主要可以分為感知、導航和控制三大區塊;其中高精度定位系統是導航部份的核心技術。
 
自駕車依自主程度可分為五個等級,從一開始的輔助性協助如預警式剎車系統到最高等級的完全自動化,每個等級的跨越都需要整合新增的功能,而為了達到較高等級的自動駕駛功能,能夠即時準確定位車輛位置至公分等級的高精度全球定位系統不可或缺,配合高精度地圖資料,可以提供系統預先計算和預防意外的能力,以確保自駕車的安全性,做為交互確認的安全防線。因為再先進的感測器都無法百分之百保證在高速變化和混亂的交通情況中自駕車可以毫不犯錯;例如地圖上標示前方有停止標誌,如果標誌被擋住、反光或模糊不清,感測器或攝影機無法即時辨識出有此標誌或感測器突然無法正常運作時,定位系統確認車輛位置和圖資後,行車系統仍然可以做出適當的反應。這樣的備援系統和系統相互支援確認的功能對行車安全十分重要。Tesla自駕車在2016年的死亡意外就是個血淋淋的教訓,當時一台白色拖拉機拖車正在穿越道路,但是車輛配置的感測器無法分辨拖車和當時明亮的天空,感測器可能因此將拖車誤認為天橋而直接撞上,造成乘客的死亡。如果自駕系統當時可以與定位系統和圖資做交互確認,也許就能夠避免這個不幸。
 
目前車用高精度空間定位的市場進入瓶頸在價格和可靠度,專業調查等級(survey grade)定位準確度已經可達水平向1公分,垂直向2公分,但是價格約在數千美金;此外GPS原本就受限於信號容易受環境干擾不穩定的問題,像是城市中受高樓屏蔽和天氣不佳時定位就會受影響;目前已經有許多試圖解決這些進入障礙的方案,像是美國新創公司Swift Navigation利用軟體為主的接收器取代傳統的硬體定位設備,達到快速(秒)且可靠(特別在都會區)的定位;UC Riverside的研究團隊利用新的計算方式配合車內配備的慣性測量系統即可將傳統GPS的準確度提高到公分等級;以色列新創公司EXO Technologies利用全軟體解決方案以預測式方法更正定位資訊,減少對連線穩定度的依賴性;我國的工研院也利用自行開發的三軸加速度計搭配慣性感測元件發展出慣性導航技術,可以成功的不受信號中斷影響進行導航。
 
此外衛星定位信號由不同國家的衛星系統提供,除了最廣泛使用的美國GPS之外,還有俄羅斯的GLONASS,中國、歐盟和日本正在發展中的三個衛星導航系統(北斗Beidou、伽利略Galileo和準天頂Quasi-Zenith),不同的區域使用不同的衛星信號進行導航,造成接收端的信號處理複雜度和硬體成本較高,日本和歐盟就預計在2018年整合其衛星系統,此舉將簡化車用定位系統接收器軟硬體,減少成本,有助於提高日本和歐洲車商的全球競爭力。
 
車載高精度定位系統在高等級自駕系統中將是不可或缺的要件,配合多元感測器融合(sensor fusion)、高精度地圖,成為一個整合式系統,來提升自駕車的決策速度、正確性和安全性。

(作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心研究員)
本文刊登於經濟日報2018/05/06)

 
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