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物流车队管理系统分类及应用

时间:2017-01-17

 以应用时程区分,车队管理系统大致可分为三个时期。第一阶段以无线电通讯为基础,管控中心获得任务后发出车辆徵召讯息给系统中的车辆,由车辆驾驶评估目前的位置距离目标的远近,再利用无线电向中心回报是否可接下任务。这类系统最为人所熟知的案例是台湾的计程车队,此类系统的建置成本最低,车主只要支付设备安装费与车行的车资定额抽佣即可,因此目前仍是台湾无线电计程车队採用的主流。然而,由于缺乏车辆定位资讯,管控中心无法判断各车辆离目标的远近,而只能凭藉回报讯息进行派遣。

  在导入全球卫星定位系统后,上述问题获得解决。全球卫星定位系统与地理资讯系统(GIS)结合是现代车队管理利器,管控中心利用GPS掌握旗下车辆位置,就近派遣任务,将可达到资源使用最佳化的目标。但车载设备(On Board Unit, OBU)在市场竞争之下,为追求更高的附加价值,多半会整合多种技术,例如DVR与RFID等技术。前者以保全为主,后者则是记录车载物品运送资讯,为产品履历系统中的一环;此外,还有些更先进的车载设备具备行车纪录器功能,可完整记录下行车的路线及与该车有关的所有资讯,再透过无线电通讯将资 讯即时回传,让管控中心得以随时掌握车内状况(图1)。

  

  资通讯技术的整合让车队管理系统走入新纪元,但车载机设计并非盲目将所有功能整合为一即可。设备製造商必须深入了解企业用户对车载设备功能的需求,为客户开发出客製化的产品,而且由于车机的工作环境远比一般消费产品所面临的环境更为严苛,因此产品必须具备极高的稳定度与可靠度,其要求甚至比工规产品更严苛。

  除了车辆配备车载设备之外,车队管理系统还须建立管控中心,而管控中心的建置成本属于固定成本,其使用效益与使用者数量成正比,换言之,车队管理系统须有一定规模的车队才合乎成本,因此目前会建立此系统者多半为大型企业。中小企业的车队规模有限,独力负担管控中心的成本将导致投资报酬率偏低,目前市场上因而出现託管营运方式,由系统厂商建立控管中心,以收取月费方式,让中小企业得以对车队进行管理,这也是目前车队管理系统主要的营运模式。

  由于传统无线电计程车车厢内吵杂的无线电交谈声、司机谎报抢班造成派车不公、乘客枯等及司机加害乘客或司机遭受歹徒威胁等情事屡见不鲜。为了改善上述缺失,减少行车交易的纷争,交通主管机关遂与业者合作,将车队营运管理系统与服务概念导入计程车服务系统中,并建构属于计程车的营运管理系统。

  这类系统包含派遣及管理资讯系统两大部分功能。在派遣系统方面,其功能包含乘客订位系统、车辆派遣系统与车辆监控系统三大类。定位系统可提升订车作业效率,并建立乘客资料库及确认乘客空间位置,减少等待时间,提升整体服务品质;车辆派遣系统则利用具备卫星定位与无线通讯之车载机系统,依据车辆即时定位资讯与乘客定位资讯,由系统自动派遣最适合车辆前往服务,取代以往的人工回报与指派作业。

  监控系统则可即时监控车辆位置及历史轨迹,以有效指派与管理车辆,并与警政系统连线,确保乘客与驾驶之人身安全。车队管理资讯系统则是车队行政管理的后台系统,提供车队一般管理作业所需的功能。

  为商用车辆客製化的车队电子化管理整体解决方案,则结合卫星定位系统、地理资讯系统、GPRS/虚拟私人网路(VPN)网路、监控派遣车队勤务、客户服务、安全监控、帐务报表、司机紧急求救及交通资讯等(图2),其系统较一般计程车管理更为複杂,也具备更多智慧型运输管理系统的特性。

  

  这类系统除了基本的监控与车机功能外,通常还会包含车队管理功能、电子地图、与其他客製化的服务功能。其中车队管理包括车辆勤务即时派遣、车机讯息动态设定回报、车辆行程自动监控、统计报表、车辆/司机等车队基本资料管理、使用者权限设定管理等;电子地图则可检视车辆、司机即时位置、派遣送达位置及地图资料。

  地理资讯系统的应用,除了相对静态的空间特徵属性资料外,往往也须因应一些动态的事件,在车队派遣管理范畴裡,车辆GPS点位数据、方向、车速等,都属于动态时序资料,一般的车队派遣管理系统中,此类动态时序资料,皆由车机定时取得后,写入行控中心资料库,再由监控功能的GIS应用程式取用。

  採用这种方式将使资料库的负担变得非常沉重,因为资料库必须直接面对每一部车机的远距资料写入,同时也要为各种应用系统提供服务;此外,若车机资料发送频率提高,行控中心资料库的负荷更重,系统服务无法达成需求;而且若车队规模数量成长,中心资料库的通讯工作负荷也会随之变重,系统容量必须进行对应扩充。

  在这种中央化(Centralized)的系统架构下,各车机仅能与行控中心沟通,无法做到车机对车机的资料交换,因此难以进行更细緻的横向协同作业。为了解决这个问题,因此有业者提出VPN结合动态事件规画伺服器的方式(图3),不同于以往车载机直接进出资料库写入或撷取资料的架构,让这些动态时序事件资讯可以在车载机之间方便快速的交互流通,而不须进入资料库存取,降低了资讯撷取与传递的时间差,强化了车辆间横向通讯的能力与效率,同时资料库仅负担资料的收集、记录与显示,及后级的分析。

  

  上述之系统中,由于资料库伺服器扮演使用者大量即时讯息广播的平台,加速了资讯传递流通的速度,让现场(车载机)跟远端(中心)零时差,且伺服器端主动推送(Push)资料给用户端,用户端毋须定时主动查询(Pulling),因此可避免不必要的频宽浪费,有效增加频宽使用效率。

  GIS的发展目的在于将各种地理特徵及河川、行政区、道路等资讯数位化后,彙集成为一数位地图。由于电脑的运算能力快速增强,使得GIS可以在嵌入式系统(如车载设备)上运作,于是导航系统的门槛与价格越来越低。

  现有GIS系统主要任务多半在收集固定的地图资讯,但在实际应用环境当中,单纯的提供固定地理资讯及行驶路线规画可能仍不符需求。例如在原有导航路径规画中,驾驶将更需要即时交通路况资讯,以确认现有行驶路径是否可以避开塞车路段,顺利到达目的地;此外,在前述车队管理系统中,车机的位置、速度、行径路线与时间等资讯也随著时间变化;上述这些资讯皆属于动态时序事件资讯,并将会与现有地理资讯资料库进行有效的结合,形成一个随时间变化的「时空资讯资料库」。

  欧盟对于智慧型运输系统技术的研究向来不遗馀力,为了研究并解决数位地理资讯整合动态时序事件的问题,在欧盟科研计画架构第六期(Framework Programme 6th, FP6)中,SAFESPOT计画建构一个为了交通效率化与提升驾驶安全应用的道路与车辆协同式系统(Co-operative System),其中在资讯处理层面的一项重要工作即为将先进旅行资讯、交通管理与控制系统等资讯进行数位化及彙整,以提供车辆精确的相对与绝对位置资讯,并将上述资讯进行阶层式规画设计,与地图资讯结合,形成所谓的「动态地图」(Dynamic Local Map)(图4)。

  

  此一动态地图资讯,遵循电子地图套叠之概念,将动态时序事件资讯依照时效性、影响范围、区域性及资讯种类进行分类,例如显著地标、即时交通路况资讯、交通事故、红绿灯、路侧通讯设备等交通控制资讯及道路管制资讯等,因此在电子地图最上层便可将上述资讯加以整合,形成有意义的安全警示讯息,以利于驾驶判别现在所行驶路线或区域的安全指数。

  上述地理资讯的发展,由于加入了大量的动态事件资讯,并进行资讯融合,形成一「在地化」的地图资讯,因此所有动态资讯将随著车辆位置的移动路线而持续更新。此外,由于採取开放式资料结构,对于车队营运管理者来说,可于地图上加入各种车队的资讯,并可使远端(中心端)与多个终端(车机端)彼此相互传递即时资讯,对于任务派遣的管理也更有效率。

  综观全球,结合通讯科技与车辆产业似乎已经成为汽车电子产业发展的必要战略手段,然而经过几年的发展,无线通讯在车辆上的应用普及似乎并未如想像中的快速。国内外业者在学习的过程中体认到,要开发出一套成功的车用无线产品与服务并非这麽容易,产品稳定性须达到车规标准,商业服务模式的建立、跨产业及跨领域的整合、市场需求与经济规模是否足够等,必须花费大量资源及时间才能建构完成。

  此外,由于各国国情不同,要解决的交通问题也有所差异,因此使用的各种资通讯技术、以及车厂因市场需求不同所运用的汽车电子元件与技术也造成了区域性的差异,但是以无线通讯技术提升汽车驾驶安全,却是全球共同的首要目标。为解决上述问题,车载资通讯技术的标准化程序是其中非常重要的一环。以通讯技术而言,全球微波存取互通介面(WiMAX)及车用环境无线存取(WAVE)/专用短程通讯(DSRC)未来将扮演汽车对外通讯的重要角色,其中WAVE/DSRC因可同时进行车辆与路侧通讯设备、及车辆间的通讯,其后续发展最受到全球各界的瞩目。

  欧、美、日等先进国家发展智慧型运输系统(ITS)的起步时间较早,且同样皆以公部门的力量进行主导,分别开启国家级研究计画,以研究开发下世代的协同式资讯与安全辅助系统,并陆续与车厂、电信业者及相关的资通讯厂商有步骤地密切配合,例如日本的SmartWay与配套之SmartCar计画、欧盟的e-Safety车载资通讯应用整合计画、美国的车辆基础建设整合(Vehicle Infrastructure Integration, VII)计画等,对于具备高动态之车间通讯功能的DSRC技术发展,目前已获得初步的研究成果。

  VII计画使用5.9GHz WAVE/DSRC车辆专用短距离通讯技术为全球瞩目,其实体层技术更在国际电子电机工程师协会(IEEE)的努力推动下成为IEEE技术标准规范之一,亦即IEEE 802.11p。该案预计于2010年后呈交国会,在2011~2012年在全国布建。预估美国主要路段将布建二十三万九千个路侧设备(RSU),且所有销往美国之车辆皆须加装DSRC 5.9GHz车载设备。

  在行车环境中,个别车辆多半处于快速移动状态,彼此间相对位置与速度变化,使得通讯品质与可靠度难以掌控;此外,若车辆行进间要实现安全可靠的车间通讯服务,便不能只靠单纯的实体层技术完成。大体而言,WAVE/DSRC车间通讯是由通讯实体层、通讯网路层技术及车辆网路层等几项技术建构而成。

  VII採用IEEE 802.11p标准之DSRC技术为其主要平台,透过V2V与V2I之资讯交换,来达到安全、效率、节能的目标。由于美国是全球最大的汽车消费市场,其标准会左右一部分欧日标准的制定,尤其日本的标准有可能向美国靠拢。

  当多数车辆皆安装具备车间通讯功能之车载机行驶于道路时,每辆车所提供的通讯电波无形中形成了一个高动态、高变化且极为複杂的通讯网路,此时任何一辆车皆有可能发送自身资讯给其他车辆,或是接收来自于周遭数量可观的「邻车」所发出的资讯。这些资讯种类又非常多样化,有些资料属驾驶安全与碰撞警示性质,有些则属加值讯息。

  此一複杂的车辆间形成的随意网路可说参杂了位置、时间(时效)、资讯种类、交通环境等众多变因,让汽车通讯环境中的干扰问题变得更为诡谲多变。此一现象将不为用路人与车厂、甚至交通管理机关所乐见。因此众多专家学者将研究方向转移至解决上述问题,企图在複杂多变的车辆随意形成的通讯网路中,找寻可靠且合理的运作模式。近年来,随著车用随意网路(Vehicular Ad-Hoc Networks, VANet)在研究上的前瞻性与高应用价值,各国产官学界无不竞相投入先期研发的行列;IEEE的DSRC研究团队则针对「行车间车辆通讯」与「行车对路侧通讯设备的通讯」定义约四十馀种相关应用,显示国际上已普遍肯定VANet的重要性,并对相关研发投以高度重视。

  最后,由于车辆对外通讯以撷取各种外部讯息的需求日益殷切,举凡RDS-TMC、GPS、蜂巢网路(Cellular)、广播、WiMAX甚至WAVE/DSRC等不同频段的通讯模组,将逐渐依使用者的不同需求渐次整合进入车载机架构,因而使车载机具备多模通讯介面(图5)将成为日后必然趋势。

  


  由此观之,以商业车队为主的管理应用服务短期内将具有市场发展的潜力,尤其是幅员广大、汽车工业发达的之地区,例如北美、欧洲大陆与中国大陆等地;此外,由于GIS朝向动态电子地图架构的方向发展,与WAVE/DSRC车辆通讯技术的革新,将促使车队营运与管理平台朝向多样化功能的高度整合,这表示短期的车队管理功能之车载设备系统结构将更趋複杂,行车电脑的运算能力也将大幅提升,才有能力处理并面对车队从接受任务指派、任务出勤,到完成指派任务过程中繁複出现的各种状况;此外由于WAVE/DSRC路侧通讯设备单元的建置及涵盖率将随著ITS的发展而逐渐扩大,车辆在行经过程中将可随时接收各种交通路况讯息,并进行反应,同时也可与行控中心保持连线,更有效维护车队的服务品质。