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智慧交通設計大不同
穩定 寬溫 適地性
[作者 王明德]   2017年01月20日 星期五 瀏覽人次: [8318]

智慧交通系統是工業電腦應用中相當重要的一環,由於交通系統對於效能的需求,並不如穩定性與強固性等要求來得迫切,因此相當適合工業電腦廠商切入;此外,相對於消費的電子產品環境,設置於智慧交通控制的電子產品所面臨的環境往往更為嚴苛,因此交通控制的產品規格甚至比工業規格更高,因此通常系統整合廠商都會與工業電腦業者合作,採用高規格電子零組件,來完成其目標。


交通系統相當複雜,其組成元素包括路口與道路、車輛與駕駛、車輛與設備,車輛與車輛、駕駛人與駕駛人等不同元素的整合,這些不同元素的溝通連結與組合,與之間資訊的整合分享,就是交通系統的智慧化所在。


不過這些元素要相互鏈結整合,其難度相當高,首先各設備在嚴苛環境中能否順暢運作,對系統整合商來說就是難題,因此在整合系統之前,如何讓設備能在艱困環境中「存活」,將是首要任務。


寬溫設計 讓系統運作更穩定


與其他應用相較,交通系統對設備的需求差異相當大,仔細分析可以看出,智慧交通系統基本上可以分成「嚴苛環境」與「長時間運作」兩大面向,交通建設絕大多數的設備,必須24小時暴露在戶外,而戶外嚴苛的環境,絕非室內可以比擬,以高速公路為例,一部架於路邊的測速器,必須面對白天太陽的高溫、路上的灰塵、車輛行駛的震動、寒暑的高低溫差,即便是位於軌道系統中的列車號誌,也要抵擋列車行駛的強震、多塵與油污,這些情況都對交通設備帶來嚴苛的挑戰。


寬溫主要的要求,是在任何環境中,設備都可順利啟動並運作,不會因氣溫變化而停擺,在交通應用中,設備的置放地點通常是戶外,長時間的陽光曝曬或高緯度國家的低溫,都對設備帶來集嚴苛的挑戰,因此寬溫將會是智慧交通系統不可或缺的設計。


除環境惡劣外,交通系統的另一挑戰是穩定的長時間運作,一般來說,鐵路與機場的營業時間至少都有18小時,公路更是24小時不中斷,在倚賴交通設施甚深的情況下,若在尖峰時刻,高速公路上的收費系統故障,或地鐵售票、機場航班系統故障,勢必產生相當的不便與困擾。因此,長時性與穩定性是智慧交通系統的基本要求。


針對這部份,工業電腦的產品可分為2類,一是置於車上,用來作為車隊管理的車載電腦,二是屬於基礎建設的各類自動化架構,包括地鐵、公路等系統應用設備,但無論是車載或交通系統使用的電腦,都必須符合其環境要件。


環境耐受度 將是設計重點


由於傳統電腦多是以「空調室」為其設定的使用環境而做的設計,工業單板電腦雖可在稍微惡劣的環境中運作,要用到交通領域,就可能力有未逮,尤其交通系統不只會有環境干擾,還有可能遭到物理破壞,包括人為的蓄意敲打或車輛事故的無意撞擊,都會對設備造成極大傷害,因此,強固設計已是交通系統的必要設計。


因此智慧交通系統所使用的設備,與一般電腦產品的使用模式完全不同,一般資訊產業都將電腦設計為「嬌弱」型,必需依照特定程序開、關機,才能確保系統的安全,但對交通系統卻完全不一樣,以車載電腦舉例,常是汽車引擎關閉,電腦也就跟著斷電,這種「衝擊性」的使用模式,對車載電腦的壽命也是一大衝擊,面對此一狀況,設計者當然不能要求使用者立即改變使用習慣,但如何將這類衝擊降到最低,這是設計交通系統設備的嚴格考驗。


此外,交通系統設備均靠「連結」進行監控、管理及通訊,加上整個系統無法直接辨識設備的連結是否完好,因此「堅固的連結」也成為交通設備重點設計考量,由於在交通產業電腦的使用上,設備長時間放在震動或衝擊的環境底下,接線連結的完整性必須妥善設計,原因在於智慧交通系統中,設備的「環境耐受度」是最基本要求,不管設備是設計於車輛中或道路系統上,都非可以隨時拆開檢修,因此如何維護最佳的穩定運作,將會是設計時的優先的考量。


除了寬溫與長時間運作,智慧交通系統還有其他重點設計,抗震就是其一,不管是車載電腦或路上的設備,都不斷會有震動情況發生,這類環境與傳統工業電腦完全不同,因此抗震設計,也是交通系統設備設計時必須考量的環結,像是風扇在長時間的震動下,使用壽命將會大幅縮短,這時就必須考量是否設計為無風扇架構,前面提到的通訊線路的連接處,也必須有特殊強化,以免因不斷震動導致鬆脫。


另一個重點設計是防雷擊,此一設計主要以道路上的交通設備為主,部份交通設備位於空曠戶外,極容易因為雷擊導致系統故障,因此必須有抗突波設計,電腦與電源的聯結規劃方面,由於交通設備的電源供應無法像在其他自動化環境穩定,因此I/O部位的規劃防護與抗噪,也是智慧交通系統的重要設計。


不管單一設備如何設計,在現在的智慧交通系統中,這些設備都須與其他感測設備整合,而為求系統簡化,兩者的整合設計都必須盡可能簡潔,在最簡單的架構下完成連結,現在像是PoE(乙太網路供電)或PLC(Power Line Communication;電力線通訊),都是可用的技術,這些技術可同時提供數據與電力的傳輸,在智慧交通的應用將會逐步增多。


此外,在資訊處理方面,數據的大量化,對智慧交通系統設備而言,將是巨大考題,傳統工業電腦目前都已可隨時備份儲存大量資訊,並在特殊狀況下進行即時運算分析,不過當場景換到環境更嚴苛的交通環境中,相同的系統能否在即時而大量的資訊處理下,依然兼顧高效能的運算,而且還能考量到耗能,這就考驗設計者的功力。


適地性需求遠高於效能


總和以上論點,智慧交通系統的設計重點在於「適地性」,交通設備的設置環境非常多元,車載系統就有車體內部、車廂中,路上的設備更包括高架、路旁、隧道、橋樑,這些環境都各有其艱困挑戰,所需求的設計重點也就各有不同,例如車體中的車載電腦,雖不需防雷擊設計,但車輛啟動時的強大電磁波,就有可能造成系統故障,車輛熄火時的遽然斷電,也會縮短設備的使用壽命,因此這類設備就除了加強EMC/EMI設計外,設備本身也要有因斷電關機的緩衝設計,讓設備不致因車輛熄火就失去電力被強迫關機,另外位於高架上的設備,因為維修不易,就應有遠端控制功能,當設備故障時,可先從遠端瞭解故障原因,並可以簡單方式排除故障(如重開機),讓系統更易於維護。


就技術面來看,目前工業電腦的技術發展已然成熟,加上應用日廣,因此智慧交通系統的多數需求,設計上稍加更動就可滿足,而智慧交通系統的設計考量中,最適化往往遠高於效能極大化,在此情況下,設備廠商的建置經驗、創意、整合力與執行力,就成為市場競爭的勝出條件,誰能夠充分利用現有技術,整合出最具附加價值的系統,誰就能在這場波商機中獲取最大利益。


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