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技術探索

遙距無人車應用技術與服務

工研院資通所 徐家昌

 

歐美亞皆可看到其身影的Navya無人巴士,即是遙距無人車的概念,可遠端監控及操作。

歐美亞皆可看到其身影的Navya無人巴士,即是遙距無人車的概念,可遠端監控及操作。

近年來無人自動駕駛技術熱潮受到全球各地的矚目,許多關於無人自動駕駛技術發展的報導與議題討論充斥於新聞網路媒體之上,藉由這些資料,大眾或多或少可以了解無人自動駕駛的內涵,但是有一項與自動駕駛相關卻還未受到注目的技術:遙距無人車(Teleoperation Vehicle, TOV),在技術成熟度尚未到達自動駕駛的當下,是目前提高自動駕駛技術安全性與可靠性的解決方案。

無人駕駛車發展概述

90年代開始,關於無人駕駛車的大型計畫與競賽如雨後春筍般出現,如Eureka Prometheus計畫、美國國防部舉辦的Darpa Challenges,證明了無人駕駛車的可能性,由此開始引起無人駕駛車輛的技術熱潮,大量的公司和研究單位,包括Benz、General Motors、Bosch、Nissan、Toyota、Audi、Volvo、中國百度和Google開始著手研發無人車技術,並希望能推出成熟商業產品。2015年,Google 開始讓無人車在道路上運行進行測試與收集資料。通用、福特等美國汽車企業則計劃於2021年推出全自動無人駕駛共乘汽車。

然而,無人車技術是否可以真正發展成熟,可適應真實複雜道路及環境,提供高規格安全自動駕駛,普及於人們日常生活中,使得人人皆可放心大膽地放開雙手上路,仍是個未知數。雖然目前自駕車技術還未致完善,但是已經有許多自駕車公司迫不及待推出自家產品進入市場進行商業化營運,如剛進入台北市信義路公車專用道開始試運行的喜門史塔雷克無人小巴、瑞士的postbus、美國的nuTonomy以及積極進軍各國市場,歐美亞皆可看到其身影的Navya無人巴士。這些提供固定路線或是點對點接駁服務的無人巴士或車輛,依照美國汽車工程師協會標準J3016的定義屬於level 3至level 4等級的自動駕駛技術,雖然還未滿足level 5定義達到完全的自動駕駛,但其產品成熟度及試運行成果已經證明,縱使僅有level 3 ~ level 4程度的自動駕駛也足以提供顯著的效益與便利性,並吸引大眾的目光。

表1:自動駕駛技術等級定義(Copied from SAE standard J3016)

表1:自動駕駛技術等級定義(Copied from SAE standard J3016)

遙距無人車(TOV)為無人駕駛車之過渡

如果比較Google自駕車(以level 5完全自動駕駛為發展目標)以及上述提及之無人接駁巴士,表面上看起來技術結構皆相似:皆使用到3D雷射雷達與相機感測、高精度地圖與GPS結合慣性導航進行定位,行進路線規劃與車輛控制等。但是在未具備全自動駕駛能力之前,無法確保可以滿足於實際道路運行時所遇到的各式各樣無法預期的特殊狀況,這些無人巴士公司皆具備了兩項技術以克服此類問題:遠端監控與遠端控制。以Navya為例,針對營運車輛建立遠端服務中心進行車隊管理,進行遠端車輛狀態監控,透過車身裝置的感測器回傳周邊環境資訊,在車輛遇到特殊情況而無法遵循既定路線行駛時,主動通知控制中心的監控人員,監控人員在了解車輛本身及周遭狀態之後,可以遠端輸入指令以即時變更行進路線,讓車輛可以回復行駛狀態。這即是遙距無人車的概念,讓遠端operator可以監控及操作(或是命令)無人車輛,藉此輔助功能未盡完善的自動駕駛車輛。

圖1:現今無人車還無法克服真實環境上各式各樣之路況與挑戰

圖1:現今無人車還無法克服真實環境上各式各樣之路況與挑戰

遙距無人車技術概念

遙距無人車本身已經不是一項新的議題,最早在1898年代Nikola Tesla即在其一項專利提到利用無線電技術進行遠端車輛控制的概念。近年來更由於自動駕駛的發展而重新談論起這項技術,如UK的GateWay計畫,提供以平板為介面來遠端控制車輛,提升行動不便駕駛者的便利性,即使在車外也可以操控車輛調整停車位置,免去頻繁上下車之辛苦勞頓。遙距無人車讓人類駕駛者可以在車輛之外,進行車輛駕駛以應付複雜情況,透過無線傳輸技術,如無線區域網路(WLAN)或是電信網路(UMTS or LTE),將車輛感測器資訊(如相機即時影像畫面)傳回後端服務中心,後端服務中心通常配置有螢幕供服務人員解讀即時取得之資訊(如無人車周邊道路即時影像畫面),判斷無人車周邊環境狀態,然後再透過控制介面(可能是仿真駕駛平台,也具備方向盤及剎車、油門踏板等設備)以遠端方式操控或是命令無人車輛,藉此解決無人車遭遇無法應付之困境。

如圖1中之道路落石為例,無人車在遭遇此種臨時路況時,將因其所遵循之既定行進路線遭受落石的阻礙而無法繼續前進,這時無人車可主動提醒控制中心服務人員進行遠端人為介入,當後端服務人員透過即時串流畫面了解無人車前方路況之後,即可啟動遠端駕駛模式以手動方式遙距操控車輛繞行落石區域,並待回到可以安全行進之預定路線後再將控制權交還給無人車,回復自動駕駛模式。

圖2:遙距無人車技術概念圖

圖2:遙距無人車技術概念圖

遙距無人車商業模式與效益

1. 遙距操控車輛共享
結合到點叫車服務與車輛共享之概念,透過後端服務中心以遠距操控方式將車輛調派至租用人指定所在地,而使用完畢後可隨時交還給後端服務中心人員接手車輛,提高便利性,車輛共享服務可更具彈性,真正達到隨時隨地租車還車。

2. 於人口密集地區之遙距操控接駁服務
人口密集區域如大型活動舉辦地點,透過遠距操控方式增派接駁車輛以紓解人潮,提高接駁車輛調度便利性與機動性。

3. 自駕車後備機制
無人車可藉由後端服務中心人員的監控,提高無人車安全性與舒適性,當無人車遭遇問題時(如遭遇無法辨識之路面障礙物或是無法判斷可行駛道路區域),後端服務人員可以藉由影像傳輸畫面了解車輛周遭狀況,並以遠距方式動態變更行進路線或是切換無人車駕駛模式,後端服務人員直接進行遠距駕駛。

4. 惡劣環境工作
在環境惡劣或容易造成工傷意外之工作場所、災害地區甚至戰區,透過遙距無人車技術,可讓駕駛者遠離災害風險的方式駕駛或操控器具於上述場所進行探勘、搜查及救災等任務,或是降低人員傷亡的成本。

圖3:遙距無人車商業模式

圖3:遙距無人車商業模式

遙距無人車雛型系統與服務平台

工研院發展的遙距無人車雛型系統與服務平台開發所需之遠端操控、180度街景串流與自動保護機制(有限自駕模式),提供無人車運作所需之系統能力,無人載具本身將採用國內電動車業者所發展之電動載具。遙距無人車服務平台部分著重於後端平台建立,包括道路動態物體辨識測距技術,包含以多感測融合影像辨識技術,在光線充足的環境,可辨識汽車、行人移動物體,並且標示物體距離,提供遙距無人車服務平台之標示提醒。

此雛型系統著重於上層資通訊技術研發與整合,透過現有4G LTE技術以及自我研發之低延遲串流技術將車輛感測器資訊(辨識結果以及環周街景影像)傳回後端服務平台,供後端服務人員於遠距監控無人車運行狀態或是以遠距駕駛方式操控車輛行駛。

圖4:工研院研發之遙距無人車系統架構示意圖

圖4:工研院研發之遙距無人車系統架構示意圖

其系統規格與能力如下:
遠距操控安全車速達30km/h。
提供低延遲串流技術將車輛前方180度即時環周街景影像回傳至後端服務平台,以供後端服務人員進行遠端監控,即時影像畫面解析度達720p @ 30fps(end-to-end latency < 300ms)。
提供自動安全保護機制,可於通訊斷線或不穩定時啟動下列自主控制能力(自動駕駛模式):

  • 車道、車距維持與緊急煞停。

提供道路動態物體辨識測距技術雛型:

  • 光線充足的環境,可辨識汽車、行人移動物體,並且標示物體距離。
  • 辨識率:汽車80%、行人80%。

總結而言,遙距無人車可以是自動駕駛的一部分,在level 5自動駕駛到來之前,可提高目前自動駕駛技術之安全性與可靠性;但其技術本身也可獨立運作,亦發展出相關應用需求與商業模式。

◎參考文獻

[1] SAE, Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems, 2014.
[2] GateWay project. [Online]. Available: https://gateway-project.org.uk/gateway-demonstrates-how-teleoperation-and-autonomy-can-improve-mobility-for-disabled-drivers/
[3] FTM: Tele-Operated Driving. [Online]. Available: https://www.ftm.mw.tum.de/en/main-research/driver-assistance-and-safety/tele-operated-driving/
[4] Teleoperatoin: https://en.wikipedia.org/wiki/Teleoperation