智慧公路／荷蘭智慧公路 改變未來道路景觀

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2013/01/28  【聯合報╱本報記者鄭朝陽】



荷蘭人勇於築夢，今年將打造一條結合高科技的智慧型公路，它配備能自動感應汽車遠近的互動式節能路燈、能辨識天氣變化主動提醒路況，甚至能讓行駛中的電動車自動充電。國內專家說，這些科技應用，技術都不是問題，關鍵在代價高低與問題的急迫性。

早在1986年美國就提出智慧型公路的構想，加州大學柏克萊分校的運輸研究所和加州政府交通部，合作成立的非營利組織「先進交通與公路夥伴」（Partners for Advanced Transit and Highways，簡稱PATH），不僅是智慧型公路運輸系統的創始元老，更和汽車及零組件業界密切合作，提供智慧型運輸系統的解決方案。

交通大學運輸科技與管理學系系主任卓訓榮表示，隨著科技進步，「智慧型公路」的夢越做越大，除了荷蘭這條公路的作法之外，也有構想在公路裝一堆偵測器，實現無人駕駛的目標，車速、車距全能靠科技自動控制，駕駛安全得以確保，高速公路容量也因此擴增數倍。

卓訓榮說，以無人駕駛為例，技術在理論上沒問題，許多道路實測也締造不錯的紀錄，但這些紀錄還不足以讓人類把手移開方向盤，把全車的性命交給科技；因為實驗成果要轉換成安全可靠的通用設計，有不少要顧慮的前提，例如科技設備的效率、穩定性等，「如果不能保證不會壞、不會錯，就不可能實現無人駕駛。」

卓訓榮表示，像感應車輛靠近、離開來決定路燈照明的明暗，都是達成節能減碳、成就智慧型公路的簡易技術，若成本合理，很容易就被接受採用。如果造價昂貴，解決的問題並不迫切，彷彿天邊的彩雲，聽聽就好。

有人集中心力發展「未來式」的高科技智慧型公路，也有人務實地用科技輔助解決現存的塞車問題，更聰明、更便捷地使用公路。

卓訓榮以國道5號為例，每逢假日，台北往宜蘭的北上車道總是壅塞，雖有匝道儀控管制，但儀控管制的模式固定，例如綠燈設定8秒、紅燈5秒，與車流疏散毫不相干，「這種儀控方式就很沒智慧。」

卓訓榮說，目前交通部與專業團隊正研發一套智慧運輸系統，先用雷達微波偵測該路段車速，計算車潮密度、推估出車量數，就能算出這個路段的壅塞車潮若要疏散、恢復正常車速，得花多少時間。

利用上述推估模式，控制系統就能彈性改變匝道儀控的秒數，不再千篇一律。同時提前知會駕駛人，上路後，各路段應以多少速度開車，才能錯開塞車路段。

卓訓榮表示，如果匝道儀控管制再結合高速公路通行費電子收費系統，建議駕駛人在壅塞時段暫不上路，否則通行費收費加倍，這樣的智慧型運輸系統就更聰明了。

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2013/01/28  【聯合報╱本報記者鄭朝陽】

今年荷蘭將有一條在夜幕籠罩下閃閃發光，還會提醒路況的智慧型公路。荷蘭的工作團隊利用一種感光塗料，取代現在的路面標線，同時在路面畫上雪花等圖案；這種塗料白天吸收太陽能，到了晚上就散發冷光，長達10小時之久。當溫度下降到某一臨界點時，雪花圖案和標線便開始發光，提醒駕駛路面容易打滑。

工作團隊說，歐洲的冬天常因氣溫驟降，下過雨的路面迅速結冰，到了晚上能見度不佳，駕駛稍不留神駛入結冰路段，輪胎打滑險象環生。這種感光塗料可使透明的冰結晶現形。這麼做不止有助於節省道路的照明，也讓道路駕駛更安全有效率。工研院材料與化工研究所應用化學組副組長沈永清表示，荷蘭智慧型公路的塗料用的是「磷光」材料，存在於天然礦石中；古代的「夜明珠」即為代表。

沈永清指出，磷光材料是一種發光體，被紫外線、X射線照射後，會激發它發出可見光。只不過它不是在吸收光能量的過程發光，而是在釋放能量時發光。

科學界稱磷光是緩慢發光的「光致冷發光」現象。沈永清說，當磷光材料吸收紫外線的能量後，材料會從「基態」進入「激發態」，而從激發態退回基態的過程速度緩慢，也會發出比紫外線等入射光波長更長的可見光，俗稱冷光。

沈永清表示，古人把磷光材料的礦石磨成球狀，白天吸收太陽光能量，晚上就成了散發冷光的夜明珠。這種應用在現代生活也很常見，例如市面常見可變色的馬克杯，就是利用磷光材料塗在杯子外層，設定不同的感熱溫度，倒進冰水或熱水就會讓杯子外觀起變化，原本看不到的圖案也因此浮現。

又如建築物裡的逃生標誌、貼紙，也常利用磷光材料在黑暗中發光的特性，為人們指引生路。

磷光與你我熟知的螢光有何不同？沈永清說，兩者差別在於發光持續時間的長短，發光體受激發停止後，仍持續發光則稱為磷光；如果發光體一旦停止受激，發光現象立即消失，即為螢光。

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2013/01/28  【聯合報╱本報記者鄭朝陽】



電動車在公路上可以邊跑邊充電？荷蘭的智慧型公路今年將實現這個告別電線的夢想，用的是「電生磁、磁生電」的簡易原理，但建造成本恐令人咋舌。

荷蘭這條規畫中的智慧型公路，留了一條電動車專用道，電動車在行進中，公路可以替電動車自動充電。

乍聽會懷疑：電動車接觸地面的膠輪是絕緣體，如何通電流？工研院機械所車輛組組長江文書表示，無線、非接觸式的充電方式早已誕生，看看電動牙刷就可窺知一二。

電動牙刷的充電座和刷頭握把之間都是絕緣的塑膠材質，但充電座和握把各隱藏一組線圈，當家裡的交流電進到充電座的線圈就產生磁場，2組線圈相互感應即產生電流，這股電流經過握把的整流器，就變成直流電，儲在充電電池裡。這種充電方式稱為感應式充電，與時下智慧型手機無線充電器相同。

江文書表示，電動車也一樣，雖然4個輪子都是絕緣膠體，但只要在公路上埋設感應線圈，車子的底盤也裝置線圈，就能經由公路的線圈供電產生磁場，藉由兩組線圈交互感應產生電流，儲到電動車的電池裡，達到提升續航力的效果。

江文書說，前半段供電讓線圈產生磁場的過程，就是「電生磁」的「電流磁效應」，這是1819年由丹麥科學家奧斯特提出的理論。他發現當導線有電流通過，就會產生磁場；而後半段兩組線圈交互感應發電，就是「磁生電」，這是發電機始祖──英國科學家法拉第在1831年所發現的「電磁感應」現象。

江文書表示，美國已有電動公車利用這種充電方式，延長行駛距離。由於公車行駛路線固定，必須在固定停靠站暫停上下客，因此在每個停靠站的道路表面裝設充電感應線圈，當電動公車停妥，上下兩組線圈對準，感應充電就啟動；雖然只有短短的數10秒到1、2分鐘，卻能讓電池充電高達9成，拉長行駛里程，也讓電動公車全面取代油料公車、實現零汙染公共運輸的境界指日可待。

除了電生磁、磁生電原理，江文書解釋，感應式充電還用到類似冷氣機的變頻原理。

如果利用台灣的家用電力作為電動車公路的電源，電流頻率為60赫茲，代表正負極變化每秒60次。首先，變頻器會利用正負極不斷切換的震盪作用，把60赫茲的低頻電力提高到上千、上萬赫茲的高頻交流電，送到道路表面的感應線圈，供電動車底盤的線圈感應發電，電動車上的整流器再把發出來的電轉為穩定的直流電，送到電池儲存、使用。

感應式充電最大的優點就是便利，隨處皆可充電，沒有外露正負極的設計，充電效率也不輸給傳統的插頭充電。另外，因磁場有穿透性，線圈用柏油路面覆蓋也有保護作用。

但要有效充電，公路上必須綿密地鋪設線圈，以目前每60X60公分的造價達10餘萬元台幣計算，一條數十、到數百公里長的智慧型公路鐵定索價不菲。

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2013/01/27  【聯合報╱本報訊】

phosphorescent material 磷光材料
fluoresce 螢光
coil 線圈
magnetic field 磁場
alternating current 交流電

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現代運輸學／張有恆著／華泰文化
結合車輛定位與無線通訊技術在新一代道路車輛管理系統之研究／交通部科技顧問室