車用影音與GPS技術發展及應用(3)-探索新世代GPS導航應用與技術

（羅清岳／DigiTimes.com）

300年前，航海者為了避免迷失方向，發明了三樣航海必備導航產品，包括：經緯儀、航海圖及羅盤（指南針）。經緯儀的 功能在於給船隊引導方向，以此制定出航線，航海圖提供地理資訊，羅盤則是指引方向。過去所使用的經緯設備最多只是提供粗精度定位，一旦要提供更精確的定位 模式，就必需要仰賴更先進的技術，也就是GPS導航及衛星定位技術。

　■新世代GPS導航設備技術產品大比拼
當GPS衛星定位技術與產品開始與汽車結合後，使得導航產品與人們日常生活更為拉近。舉凡用於汽車指引導航、車間跟 蹤、汽車防盜到車隊調度管理…等應用，都能看到GPS導航技術與設備逐漸在市場中顯露頭腳。在面對到GPS衛星定位的應用在汽車產業及消費性產品中，正呈 現向上攀升之勢，而在包羅萬象的GPS設備中，「衛星導航」究竟能實現什麼功能？衛星導航、車間跟蹤、車隊管理在導航應用上有何差異性？使用者如何選擇適 合自己的GPS導航系統？設計者如何設計出符合市場潮流的導航產品？…等等都是探索GPS對於電子應用市場與改變傳統汽車產業的重要關鍵。

根據全球各地研究統計數據表示，車用GPS導航產品的銷售額佔各類GPS市場應用之首；主要是因為汽車定位、衛星導航 已進入成熟階段，加上車輛跟蹤、汽車防盜及車隊管理等另類導航市場，也獲得廣大應用。一般就目前應用市場來看，較為成熟的GPS導航產品主要可分為：車用 衛星導航、改裝式衛星定位導航，以及融合了GPS功能的PDA，在功能上與價格和定位也有其差異。在功能專業的車用GPS導航中，這幾年的技術已經發展相 當成熟，產品也越來越多元化，從數百美金（低階導航產品）到數千美金（高階導航產品）種類繁多，從傳統的衛星導航指引功能，到以容量較大的硬碟為主要硬 體，甚至是結合了DVD多媒體影音、MP3音樂播放功能；另外，也外加陀螺儀、速度感測器等附加元件，即使當車子行駛在隧道內，也能持續保持導航資訊的暢 通。

　■導航整合資訊與服務系統　建構交通資訊加值服務平台

　過去，汽車廠原裝標準配備中GPS導航主要 應用優勢，在於專業性衛星定位功能，不論定位和導航功能都較一般後裝市場上或手持式GPS來的強。但主要缺點則是功能單一，除GPS導航的功能之外，並無 太多附加功能。不過，據了解目前已整合出GSM／GPRS移動通訊技術、GPS全球定位技術、GIS地理資訊技術和智慧語音技術…等多項技術納入整合之 下，在市場上已經出現「下世代車用GPS導航設備」，並歸納出以下幾項新型應用，包括：遠端防盜搶、GPS精確定位、車用藍芽傳輸及智慧型語音導航系統。

　 以目前導航新開發及整合動態導航應用技術而言，是以語音與影像的人機介面開發、移動式車內動態行程導引技術、手持式設備與車用單元的動態行程規劃功能等功 能為主要軟體架構開發；另外，也以開發「交通資訊服務系統」，以及功能整合測試為主體，將目前路況偵測系統規劃建議整合到整合「交通資訊加值服務平台功 能」，提供結合資訊中心、車輛間與本車的資訊，以計算精確行車時間；依現在位置提供相關周邊活動資訊服務；及透過GSM、GPRS、DAB、WLAN等多 方式導引服務資料傳輸技術。更進一步地往前看，目前導航設備已開發出新型自動導航路線規劃功能（Automatic Routing）；在使用者設定終點目標之後，就能依照過去行駛路線的道路條件，評估出一條建議路線，當依此路線行進時，每遇到路線建議的轉彎路口時， GPS導航就能即能同時提供音效與畫面箭頭指向的雙重提示（Turn By Turn）功能，縱使駕駛者迷路導航系統也會自動重新規劃出一條正確的路線。

　■未來導航新應用－防盜、監測、跟蹤

　單就字面上解釋「Globle Positioning System」，也就是GPS縮寫，其涵義代表「全球定位系統」，主要是由5個地面衛星訊號接收站及24顆人造衛星所構成，從而提供精確定位功能。在這個 架構基礎上，衍生出許多不同的附加功能，再達到車間跟蹤、汽車防盜及衛星導航的新興功能。雖然，該架構是經由導航觀念發展而來，但…在架構與基礎卻有很大 的差異處。

　比方說：在導航電子地圖資訊儲存在資訊服務中心和車用導航設備上，此種設計將可針城市建設道路快速變化而有所應用，在電子地圖資訊老化或過時，服務中心能夠及時更新網路所有的電子地圖，並透過無線傳輸技術使車用導航產品能自行下載新的電子地圖。

　在路況導航方面，駕駛者也不用跟過去一樣需要經由停車設定，而是只要按車用導航按鍵，告知資訊中心欲前往的地方，在等待3∼5秒後，導航語音便會開始啟動工作，為駕駛者選擇正確的道路進行道路導航。

　在防盜搶方面，目前已有許多定位產品加裝GPS精確定位追蹤、遠端遙控警示、電子車庫…新型的防盜功能。一旦汽車被竊時，倘若加裝了GPS終端系統，就能夠透過服務中心監控系統與車上GPS系統、無線通訊設備，便能即時得知汽車的所在之處，達到防竊與協尋的主要功能。

　 另一方面，在車間跟蹤系統的應用方面，還具有輔助車輛調度、指揮、監控等管理功能，這對計程車、公車、物流配送等領域具有比較強的實用性，適用於商務使用 者，因此車輛跟蹤並非適用所有用戶。通常這一整套系統，包括：車間跟蹤與車隊管理是需要向車控中心繳納服務費，才能提供使用者相關資訊服務。

　 諸如上述，不論GPS導航設備或技術，不再只是強調基本的導航功能，進而注重於汽車行駛狀況，及道路資訊收集等；因此，資訊車輛（Probe Car）的時代即已宣告來臨，除基本功能之外，附加了新通車道路進行調查、識別單行線等道路管制情況，即時更新車用導航系統地圖的系統。基於資訊車的數據 更新地圖，可以大幅削減目前實地調查所耗費的鉅額費用。受益者不單只是日本地區，在今後全球各地如有大規模建設基礎設施地區，一旦導入資訊車輛功能，將節 省的地圖數據開發費用將不可估量。此外，若運用資訊車的數據，可以將現在每年更新一次地圖數據增加至每季度更新一次。

　■如何運用導航內建技術提高GPS預測精度

　在早期，GPS是因應軍事國防需要所發 展出來的導航產品，至今發展到消費性市場後，為區別其差異性，由美國軍方發展出來S/A效應（Selective Availability）誤差及AS效應（Anti-spoofing），用來控制虛擬距離量測的精度，使其衛星訊號獲得不精確的虛擬距離。另外，應用 GPS衛星所記錄的相位觀測中含有多種誤差，例如：衛星軌道誤差（Orbit error）、衛星及接收器時鐘誤差（Clock error）、電離層延遲誤差（Ionospheric delay）、對流層延遲誤差（Tropspheric delay）、固定站座標誤差（Fixed station error）、週波脫落（Cycle slips）、週波未定值（Cycle ambiguity）、雜訊（noise）、多路徑效應（Multipath effect）、天線相位中心誤差（Antenna phase center）等。

一般來說，目前較為先進的導航設備都建置有WAAS及預留DGPS計算功能，假設使用者在不同的地區使用，即能利用 WAAS功能，使本機定位精度達到3公尺以內（甚至精度小至公分）。也可應用標準RTCM SC 104協定，搭配即時性之差分定位接收機，即可獲得3∼5公尺的平均定位精度。因此，當計算基線向量與處理資料時，必須將上述的誤差數據盡可能消除，但並 非所有誤差都能消除，有些誤差則透過差分方式（Differentail）消除；或在誤差數據經由研究之後，利用設在基站（base station）之固定接收器所接收的衛星訊息來求得改正值，再與未知位置－移動站（remote station）之接收器所接收的資料合併計算以求得較高精度的座標定位。不過…作為車用導航設備的主要預測功能，行車所需時間的預測精度的要求較高。因 此，發展出導航設備藉以提高預測精度，並兼具以下特點：

　（1）從過去行車過程中大量收集道路資訊，並依照統計學方式運算出多餘數據，比方說：區分某輛資訊車是否在休息狀態或遇到了堵車情況。

　（2）利用伺服器所提供的數據，對過去實際數據進行修正，可使用業者所提供的互聯網系統研究所開發的行車時間預測函數等。

　（3）VICS（道路交通資訊通信系統）和資訊車收集的資訊與原有的路線來計算行車所需時間時，對優先採用哪類收集數據進行了定義。比方說，以探測器方式與道路交通資訊通信系統所收集的數據相比，則會優先採用經過處理的收集數據。

再緊接下來，GPS導航技術將會因為區域的變化，而出現不同的系統，就像歐盟已經逐步完成「伽利略」衛星導航系統，並 且中國也加入了此一計劃，預計在2008年開通使用，這使得過去一值依賴美國GPS系統的情況出現了市場分裂性的變化。不過可以相信的是，以目前市場的規 模來看，GPS導航系統產品的成長已逐漸增高，根據歐洲市場調查公司的數據顯示，到2020年全球GPS導航系統市場規模將達到2,700億歐元，這其中 歐洲市場的部分佔了將近1/3的比例，顯示出歐洲不只積極架設自我的衛星系統，事實上，市場的需求也相當的強烈。此外，包括中國等等的亞太地區市場也出現 成長的態勢。相信在未來，GPS導航系統不在是汽車需要額外增添的設備，而將會被列入選用或標準的配備之一。

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