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TWI659659B - 車輛資訊及環境監測複合式車載系統及其資料處理及傳輸方法 - Google Patents

車輛資訊及環境監測複合式車載系統及其資料處理及傳輸方法 Download PDF

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TWI659659B
TWI659659B TW106130485A TW106130485A TWI659659B TW I659659 B TWI659659 B TW I659659B TW 106130485 A TW106130485 A TW 106130485A TW 106130485 A TW106130485 A TW 106130485A TW I659659 B TWI659659 B TW I659659B
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孫志鴻
溫在弘
莊振義
王健豪
葉政威
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Abstract

本發明提供一種車輛資訊及環境監測複合式車載系統，包括感測器裝置，可作為移動式感測器，進行道路之感測資料蒐集，該感測器裝置整合各式感測器模組與第二代隨車電腦診斷系統串口，感測器裝置上亦整合長距離低功耗物聯網(LoRa)通訊協定，透過長距離低功耗物聯網閘道器來傳輸資料，並將資料上傳至指定之雲端平台，此平台具有可分析資料之演算法；分析後所得結果，預期透過偵測車流流速、流量與車流密度等資訊，建立出大範圍的車流壅塞模型；利用像素基底之測量方法，量化都市路面溫度，建立都市熱島效應模型，分析溫溼度對疾病擴散的影響，建立疾病擴散模型，並可將感測資料顯示於圖形化使用者介面。

Description

車輛資訊及環境監測複合式車載系統及其資料處理及傳輸方 法
本發明提供一種車載監控系統及方法，特別是關於一種車輛資訊及環境監測複合式車載系統及其資料處理及傳輸方法。
智慧城對一個國家的經濟轉型升級而言是重要的經濟戰略藍圖。許多國家已推進和啟動智能城市發展計劃，如美國的智能電網和阿姆斯特丹智能電能管理。在台灣，台北市政府成立了台北智慧城市專案管理辦公室以推動專案建設和成為政府和公眾的橋樑。這些專案推動智慧城市的發展。由於空氣污染，使我們的環境惡化。空氣污染物，包括微粒物質2.5/10(Particulate Matter 2.5/10,PM 2.5/10)，一氧化碳(CO)，二氧化氮(NO2)，臭氧(O3)和二氧化硫(SO2)。為了處理嚴重的空氣污染問題，行政院環境保護署建立了全台灣監測氣體的系統並在地圖上即時顯示結果。該地圖是一個允許人們獲取有關氣體空氣污染情況的訊息以及污垢量的圖形化使用者界面。政府機構也成立空氣品質指數(Air Quality Index,AQI)條件以確定空氣品質，採用六級，包括好、中、不健康的敏感群體、不健康、非常不健康，和危險的。然而，氣體觀測站遠遠不夠是空氣污染監控的一個問題。在本發明中，車載監控系統(Vehicle Monitoring System,VMS)配備了幾個感測器，能用以測量PM2.5/10、一氧化碳、二氧化氮、臭氧、GPS和溫度/濕度，亦配備了第二代隨車電腦診斷系統(On Board Diagnostics II,OBD-II)。通過車載監控系統，可以在街上開車同時測量空氣品質參數，進而使廣泛的地區可被監控。車載監控系統的通訊是基於長距離低功耗物聯網(LoRa)技術，這是由長距離低功耗物聯網協定(LoRa Alliance)控制的傳輸協議。長距離低功耗物聯網廣域網(LoRa Wide Area Network,LoRaWAN)是低功率廣域網(Low Power Wide Area Network,LPWAN)規範，可以在運作在區域、國家或全球網絡。使用長距離低功耗物聯網的技術優點是低功耗和長傳輸距離。這些優點對於所提出的車載監控系統很重要。另一方面，長距離低功耗物聯網廣域網也有一些物聯網(Internet of Things,IoT)的關鍵元素，如定位服務，移動網絡和安全通訊。該長距離低功耗物聯網廣域網規範提供了一種簡單的操作方式，且沒有復雜安裝的要求，使用戶可以自由地進行物聯網應用。汽車、家用電器，甚至環境監控器都可以通過物聯網連接。未來，當物聯網增加時，更多的設備將會相互聯繫。使用長距離低功耗物聯網協定，車載監控系統可以連接到其他車輛、設備，並成為物聯網的一部分。最後，車載監控系統也將在未來發揮智慧城市的重要作用。
據此，隨著科技日新月異，城市的發展程度也越來越高，相對地衍生出許多城市問題，例如交通壅塞、空氣汙染、都市熱島效應、傳染病擴散等問題。目前絕大多數的車載裝置以GPS和車輛內部參數為主，較少結合氣體感測器，有待加以改善加強。為了解決這些問題，本發明透過車輛結合物聯網之應用，開發出一套基於物聯網的智慧城市車聯網系統。
本發明之實施例提供一種車輛資訊及環境監測複合式車載系統，包括：一感測器裝置(亦即為上述之車載監控系統，在一實際應用上為可稱為V-box)，裝置於車輛上作為移動式感測器，用以蒐集一第一感測資料，該第一感測資料至少包括一GPS定位資訊、一車輛資訊、一空氣品質資訊以及一氣候資訊；該感測器裝置包 括一處理器，能處理該第一感測資料而產生一數據封包；一長距離低功耗物聯網閘道器(即LoRa閘道器)，與該感測器裝置通訊，係與該感測器裝置相近鄰，用以接收及傳輸該數據封包；以及一雲端平台，與該長距離低功耗物聯網閘道器通訊，用以接收及傳輸該數據封包；一圖形化使用者介面，與該雲端平台通訊，用以接收及顯示一第二感測資料；其中，該感測器裝置進一步包含一通訊模組，該通訊模組包含一長距離低功耗物聯網通訊模組，能透過具備長距離低功耗物聯網通訊協定之無線網路傳輸技術，使該感測器裝置傳輸該數據封包至該長距離低功耗物聯網閘道器；該長距離低功耗物聯網閘道器能將該數據封包傳輸至該雲端平台；該雲端平台能解碼該數據封包之後產生該第二感測資料，透過訊息隊列遙測運輸(Message Queuing Telemetry Transport,MQTT)協定顯示該第二感測資料於該圖形化使用者介面，供民眾或政府上網查看。
本發明之另一實施例提供一種資料處理及傳輸方法，係使用上述之車輛資訊及環境監測複合式車載系統，至少包括以下方法：初始化該感測器裝置；初始化該GPS模組；初始化該第二代隨車電腦診斷系統模組；該GPS模組取得該定位資訊；該第二代隨車電腦診斷系統模組取得該車輛資訊；該複數個氣體感測器測量該空氣品質資訊以及該氣候資訊；壓縮和編碼該第一感測資料成該數據封包；經由該長距離低功耗物聯網模組傳送數據封包；經由該長距離低功耗物聯網閘道器傳送數據封包至該雲端平台；判斷該雲端平台是否接收到數據封包；若該雲端平台接收到數據封包則解碼該數據封包為該第二感測資料以及將該第二感測資料顯示在該圖形化使用者介面；若該雲端平台未接收到數據封包則經由該長距離低功耗物聯網閘道器重新傳送該數據封包。
此套系統乃建立一套可以即時監控車資訊、氣體資訊、環境參數之系統，同時可以監測車輛之車速、轉速、冷卻液溫度、引 擎負載以及氣體之二氧化碳、一氧化碳、臭氧、總懸浮微粒、PM2.5/10。
本系統結合物聯網技術，以車輛為移動式節點進行資料收集，系統內部導入無線感測器物聯網技術，當行動式節點收集感測資料後，透過無線傳輸科技將資料傳至鄰近的閘道器，當閘道器彙整各系統資訊後，將這些感測資料上傳至雲端資料庫，並將資料庫之資料顯示在網路圖形化使用者介面(Graphical User Interface,GUI)400。
本系統將感測器搭載在微控制器上，該微控制器可以連接多個感測器，且可以將測試結果透過通用非同步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)將資料顯示在電腦的圖形化使用者介面介面，初步的計算皆透過微控制器之晶片處理。
本系統搭載自動儲存功能，可以補足無線感測網路在回傳資料時有可能漏失掉的資料，將感測資料(例如環境溫溼度、氣體感測參數、三軸加速度計參數、GPS位置、車輛資訊)同時存入暫存空間中，可以使資料保存率提升。
本發明提供一種車輛資訊及環境監測複合式車載系統及使用上述系統的一種資料處理及傳輸方法。一般市面上之車載裝置只有GPS位置和車輛資訊兩項功能，並沒有將氣體感測和環境參數整合進入車載裝置，本系統整合車輛、環境、氣體感測裝置，以車輛為移動式節點收集資料，可更廣泛收集各道路、巷弄之各項氣體參數，透過分析這些巨量的資料，對於日後氣體模型的建立有相當大的幫助，而模型建立後可將模型所得預測或觀察結果，提供給市府做為相對應措施。
10‧‧‧車輛資訊及環境監測複合式車載系統
11‧‧‧車輛
100‧‧‧感測器裝置
110‧‧‧處理器
111‧‧‧感測器屏蔽電路板
112‧‧‧微控制器電路版
120‧‧‧空品質感測器
121‧‧‧O3感測器
122‧‧‧PM2.5/10感測器
123‧‧‧懸浮微粒感測器
124‧‧‧CO/NO2感測器
130‧‧‧氣候資訊模組
131‧‧‧溫度/相對濕度感測器
193‧‧‧4G
200‧‧‧長距離低功耗物聯網閘道器
140‧‧‧姿態感測器
141‧‧‧三軸加速度計
142‧‧‧三軸陀螺儀
143‧‧‧三軸磁場
150‧‧‧車輛資訊模組
151‧‧‧第二代隨車電腦診斷系統模組
160‧‧‧儲存模組
170‧‧‧電源
180‧‧‧GPS模組
190‧‧‧通訊模組
191‧‧‧長距離低功耗物聯網通訊模組
192‧‧‧3G
400‧‧‧圖形化使用者介面
500‧‧‧空氣
300‧‧‧雲端平台
310‧‧‧雲端資料庫
320‧‧‧伺服器
330‧‧‧分析模組
M1~M4‧‧‧模型
A1~A4‧‧‧應用
U1~U3‧‧‧使用者
S100~S213‧‧‧步驟
圖1是本發明車輛資訊及環境監測複合式車載系統的架構 圖。
圖2是本發明一實施例車輛資訊及環境監測複合式車載系統的功能方塊圖。
圖3是本發明一實施例環境監控的示意圖。
圖4是本發明一實施例之雲端平台的功能方塊圖。
圖5是本發明一實施例之圖形化使用者介面的示意圖。
圖6是本發明一實施例之系統使用方法的流程圖。
圖7是本發明一實施例之後端程式的流程圖。
圖8是本發明另一實施例之長距離低功耗物聯網效能測試的路線圖。
圖9是本發明另一實施例之長距離低功耗物聯網效能測試的結果示意圖。
在下文中，將藉由圖式說明本發明之各種例示實施例來詳細描述本發明。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。此外，在圖式中相同參考數字可用以表示類似的元件。
圖1為本發明車輛資訊及環境監測複合式車載系統10的架構圖。本發明的上述系統不僅可以立即接收交通訊息，還可以監控道路上的空氣狀況。本發明包括：一感測器裝置100，裝置於車輛上作為移動式感測器；一長距離低功耗物聯網閘道器200，與該感測器裝置100通訊，其中，上述長距離低功耗物聯網即為LoRa；一雲端平台300，與該長距離低功耗物聯網閘道器通訊；以及一圖形化使用者介面400，與該雲端平台通訊，被設計用於瀏覽交通訊息。使用該系統，用戶可以更好地了解街上的即時的車外和車內空氣品質情況以及車輛資訊。利用該系統收集到的大數據可以幫助政府機構做出相應的策略性決策。更進一步說明請配合參閱圖 2。
圖2為本發明一實施例車輛資訊及環境監測複合式車載系統10的功能方塊圖。包括：一感測器裝置100，包括一處理器110、一空氣品質感測器120、一氣候資訊模組130、一姿態感測模組140、一車輛資訊模組150一儲存模組160、一電源170、一GPS模組180、一通訊模組190，感測器裝置100裝置於車輛上作為移動式感測器，用以蒐集一第一感測資料，該第一感測資料至少包括一GPS定位資訊、一車輛資訊、一空氣品質資訊以及一氣候資訊；該感測器裝置100包括一處理器110，能處理該第一感測資料而產生一數據封包；一長距離低功耗物聯網閘道器200，與該感測器裝置100通訊，係與該感測器裝置100相近鄰，用以接收及傳輸該數據封包；一雲端平台300，係與該長距離低功耗物聯網閘道器200通訊，用以接收及傳輸該數據封包；一圖形化使用者介面400，與該雲端平台300通訊，用以接收及顯示一第二感測資料；其中，該感測器裝置100進一步包含該通訊模組190，該通訊模組190包含一長距離低功耗物聯網通訊模組191，能透過具備長距離低功耗物聯網通訊協定之無線網路傳輸技術，使該感測器裝置100傳輸該數據封包至該長距離低功耗物聯網閘道器200；該長距離低功耗物聯網閘道器200能將該數據封包傳輸至該雲端平台300；該雲端平台300能解碼該數據封包之後產生該第二感測資料，透過訊息隊列遙測運輸協定顯示該第二感測資料於該圖形化使用者介面400，供民眾或政府上網查看。
本實施例中的處理器110包括一微控制器電路板112以及一感測器屏蔽電路板111(Sensor Shield Board,SSB)，該感測器屏蔽電路板111連接於該微控制器電路板112。
本實施例中的感測器裝置100進一步包括：複數個氣體感測器，係連接於該處理器110，該複數個氣體感測器包括該空氣品質感測器120以及該氣候資訊模組130；該車輛資訊模組150，係連 接於該處理器110，該車輛資訊模組包括一第二代隨車電腦診斷系統模組151，用以產生該車輛資訊；該GPS模組180，係連接於該處理器110，用以定位車輛之位置並產生該GPS定位資訊；該姿態感測模組140，係連接於該處理器110，該姿態感測模組140包括一三軸加速度計141、三軸陀螺儀142以及一三軸磁場感測儀143；其中，上述連接關係，特別地，該空氣品質感測器120、該氣候資訊模組130、該車輛資訊模組以及該GPS模組180分別經由該感測器屏蔽電路板111連接至該微控制器電路板112。
本實施例中之車輛資訊及環境監測複合式車載系統10，空氣品質感測器120具有一O3感測器121、一PM2.5感測器122、一懸浮微粒感測器123以及一CO/NO2感測器124，用以感測車外的空氣品質以產生該空氣品質資訊；其中，該氣候資訊模組130具有一溫度/溼度感測器131，用以感測車外的環境以產生該氣候資訊。
本實施例中之車輛資訊及環境監測複合式車載系統10，感測器裝置100包括一儲存模組160，係連接於該處理器110，用以自動儲存該系統在無線傳輸時的該數據封包。上述之儲存模組160在實際應用上為一SD卡模組。
本實施例中之車輛資訊及環境監測複合式車載系統10，感測器屏蔽電路板112設有一晶片(未圖示)，在實際應用上為例如單晶片，能運算該感測器裝置100蒐集到的該第一感測資料，並將運算結果顯示於一電腦圖形化使用者介面。
本實施例中的感測器裝置100，可作為移動式感測器，感測器裝置100中主要硬件組件的功能如下所述。感測器裝置100包含一車輛屏蔽處理器(Vehicle Shield Processor,VSP)，該車輛屏蔽處理器由基於微控制器的微控制器電路板112和感測器屏蔽電路板111組成。上述微控制器在應用上可為八位元微控制器，具有高性能和低功耗的優點。由於感測器裝置100使用了大量感測器，因此選擇了具有足夠數位、類比和通用非同步收發傳輸器引 腳的微控制器。上述八位元微控制器具有多個數位輸入/輸出引腳、多個類比輸入、多個通用非通用同步收發傳輸器傳輸介面、高頻(例如16MHz)時脈速度振盪器、USB端口、電源插孔、電路串行編程接頭和重開機按鈕。具備上述8位元微控制器之微控制器電路板112可以很容易地與電腦連接。感測器屏蔽電路板111連接到微控制器電路板112以及其他感測器，溫度/濕度感測器131、GPS模組180、車輛資訊模組150和空氣品質感測器120可以通過感測器屏蔽電路板111連接到微控制器電路板112，且無需引腳。
本實施例系統中的通訊模組190是採用低功耗廣域網規範。通訊模組190具有兩個帶寬，分別為868MHz和915MHz，可以適應不同的應用，且支持海斯命令集(Hayes command set)，因此用戶可以輕鬆操作。通訊模組190的接口包括通用型之輸入輸出(General-Purpose Input/Output,GPIO)、通用非同步收發傳輸器傳輸介面和積體電路匯流排(Inter-Integrated Circuit,I2C)，使其易於與車輛屏蔽處理器連接。長距離低功耗物聯網通訊模組191具有功耗低、與用戶友好、網絡廣泛的優點，適合實現本發明的目標。在另一實施例中通訊模組190亦可透過3G/4G通訊協定傳輸資料。
在本實施例系統中的使用的氣候資訊模組130即為溫度/濕度感測器131。溫度/濕度感測器131集成了感測器組件和信號處理芯片，具備面積小的優點，並提供經過完全校準過的數字輸出。一個獨特的電容式感測器元件用於測量相對濕度，而溫度可由寬能隙感測器測量。溫度/濕度感測器131與十四位元類比轉換器和串行接口電路無縫耦合。這導致出色的訊號品質、快速響應時間和對外部干擾的不敏感性。雙線串行接口和內部電壓調節允許方便快速的系統整合。微小的尺寸和低功耗是本發明選擇溫濕度感測器的原因。溫度/濕度感測器131在溫度(T)和相對濕度% (Relative Humidity,RH)下的感測度分別為-40~123.8℃和0~100%RH，溫度和相對濕度在25℃下的測量分辨率為0.01℃、0.05%RH。溫度/濕度感測器131的溫度和相對濕度測量精度為±0.4℃以及±3.0%RH。
在本實施例系統中的車輛資訊模組150提供包括關於引擎、進氣/排氣、速度/時間、駕駛員和電動系統的訊息。第二代隨車電腦診斷系統151適用於一適配器，例如積體電路匯流排適配器(Inter-Integrated Circuit Adaptor,I2C Adaptor)，上述適配器可以通過積體電路匯流排協議將車輛與車輛屏蔽處理器連接起來，即可輕鬆獲得車輛資訊。適配器還配備了支持海斯命令集的單晶片，以獲取相應的訊息。在另一實施例中，可使用不同的協議，至少包括控制器區域網路(Controller Area Network,CAN)500Kbps/29bit、CAN 250Kbps/29bit等協議規範與上述適配器整合，因此可以安裝於不同的車。
在本實施例系統中的空氣品質感測器120包括O3感測器121，CO/NO2感測器124，懸浮微粒感測器123和PM2.5/10感測器122。O3感測器121具有響應速度快、靈敏度高、壽命長、驅動電路簡單和檢測範圍廣等優點，適用於O3檢測。檢測範圍為10ppb~2ppm。CO/NO2感測器124是一個強大的微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)感測器，用於檢測汽車排氣污染。一氧化碳的檢測範圍為1~1000ppm，二氧化氮為0.05~10ppm；懸浮微粒感測器123是由光學感測系統操作的感測器，可感測到空氣中灰塵的反射光，對於用以檢測非常細的顆粒是有效的，故可作為空氣品質監測儀。PM2.5/10感測器122為PM 2.5/10感測器，亦可用以測量PM0.3。感測器按照激光散射理論的原理運行，在空氣中，空氣中的懸浮顆粒將被激光照射而散射激光，以特定角度收集散射光，以獲得散射強度隨時間的訊息。測量範圍為0-6000μg/m3，工作溫度為10~50℃。經由使用 這些感測器，造成空氣汙染的氣體可被即時監測。
在本實施例系統中的GPS模組180配有單晶片。水平定位精度為2.5米，靈敏度為161dBm，進行追蹤和導航。模組需要28秒才能初始化冷/暖啟動。
圖3是本發明一實施例環境監控的示意圖。本發明中透過在車輛11上安裝感測器裝置100，車輛11可一邊開車一邊蒐集空氣500品質的感測資料，感測器裝置100可偵測空氣500中含有之二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、總懸浮微粒(Total Suspended Particulates,TSP)、PM2.5/10、二氧化硫(SO2)等氣體濃度感測資料，並將感測資料藉由長距離低功耗物聯網閘道器200上傳至雲端平台300。
圖4是本發明一實施例之雲端平台300的功能方塊圖，該雲端平台300具備一雲端資料庫310、一伺服器320、一分析模組330，經由長距離低功耗物聯網閘道器200上傳至雲端平台300之數據封包可儲存於雲端資料庫310，分析模組330經由伺服器320讀取儲存於雲端資料庫310之數據封包；分析模組330能分析數據封包以建立複數個模型，至少包括一空氣汙染及都市熱島效應模型M1、一大範圍之車流壅塞模型M2、一道路坑洞偵測M3、一疾病擴散模型M4，該空氣汙染及都市熱島效應模型M1可應用於短訊警示A2，該大範圍之車流壅塞模型M2可應用於交通決策A1，道路坑洞偵測M3可應用於交通決策A1與短訊警示A2，該疾病擴散模型M4可應用於短訊警示A2與傳染病預防A4，且該複數個模型M1~M4皆可將資料顯示於圖形化使用者介面A3，該複數個應用A1~A4也皆可將資料分別提供給媒體單位U1、公眾U2與政府U3查詢。
圖5是本發明一實施例之圖形化使用者介面400的示意圖。該圖形化使用者介面400接收之該第二感測資料，為顯示出該第一感測資料所蒐集之該氣候資訊、該GPS定位資訊、該車輛資訊 以及該空氣品質資訊。
感測器裝置100獲得的數據通過長距離低功耗物聯網傳輸模組191傳輸到長距離低功耗物聯網閘道器200。在另一實施例中，台北市政府在台北市各區安裝長距離低功耗物聯網閘道器200。長距離低功耗物聯網閘道器200具有一些局限，例如，只能發送一個數據封包，每個數據封包只包含上限十一字元的數據。因此，本發明中的數據傳輸為依據此安排。在長距離低功耗物聯網閘道器200將數據封包發送到長距離低功耗物聯網閘道器200後，閘道器將上傳數據到後端數據庫。監控訊息將通過訊息隊列遙測運輸協議在平台上展示。該平台設計為圖形化使用者介面400，該介面分為四個主要部分：氣候訊息、GPS定位、車輛訊息和空氣品質。該介面允許用戶從網站上輕鬆獲取空氣品質訊息。
圖6是本發明一實施例之模組使用方法的流程圖。包括一種資料處理及傳輸方法，係使用車輛資訊及環境監測複合式車載系統10，至少包括以下方法：開始(S100)初始化該GPS模組(S101)；初始化該第二代隨車電腦診斷系統模組(S102)；該GPS模組取得該GPS定位資訊(S103)；該第二代隨車電腦診斷系統模組取得該車輛資訊(S104)；該複數個氣體感測器測量該空氣品質資訊以及該氣候資訊(S105)；壓縮和編碼該第一感測資料成該數據封包(S106)；經由該長距離低功耗物聯網模組傳送數據封包(S107)；經由該長距離低功耗物聯網閘道器傳送數據封包至該雲端平台(S108)；判斷該雲端平台是否接收到該數據封包(S109)；若該雲端平台300接收到該數據封包則解碼該數據封包為該第二感測資料以及將該第二感測資料顯示在該圖形化使用者介面(S110)；若該雲端平台未接收到數據封包則經由步驟S107重新傳送該數據封包。
進一步說明車輛資訊及環境監測複合式車載系統10的運行過程圖。一開始，感測器裝置100等待幾秒鐘才能啟動GPS模組180。GPS模組180在預熱後提供定位結果。在用有定位訊息後， 系統連接到電腦，連接需要3-5秒。不同的海斯命令集將發送到車上的微控制器，要求車輛資訊模組150測量不同的參數，包括車速、轉速、進氣溫度和冷卻液溫度。然後空氣品質感測器120測量不同的參數，如O3、CO、NO2、總懸浮微粒和PM。原始監控數據被轉換成位元型式以生成數據封包。長距離低功耗物聯網通訊模組191的傳輸類型為十六進制，因此必須將數據包從位元轉換為十六進制。然後，數據封包通過長距離低功耗物聯網傳輸模組191發送到長距離低功耗物聯網閘道器200。當數據包成功發送到雲端資料庫300時，監控訊息將顯示在圖形化使用者介面400上，供使用者瀏覽。汽車的位置訊息將每70秒更新一次。
圖7是本發明一實施例之雲端程式的流程圖。該雲端平台300在接收到步驟S210、S202、S203產生的數據封包S204後，進一步解碼數據封包為第二感測資料，以及將第二感測資料顯示在該圖形化使用者介面400，上述方法包括進行以下步驟：雲端平台300對該數據封包執行十六進位轉化二進位之處理S205，包含產生數據封包S206之步驟；接著，雲端平台300對上述數據封包執行二進位轉化為字串之處理S207，包含產生數據封包之步驟S208；接著，雲端平台300對上述數據封包執行JavaScript物件表示(JavaScript Object Notation,JSON)資料交換之處理S209；接著，雲端平台300解碼數據封包為第二感測資料S210；接著進行步驟S211，透過訊息隊列遙測運輸協定顯示第二感測資料於該圖形化使用者介面，上述步驟S211中進一步包含顯示GPS定位資訊及車輛資訊S211以及顯示空氣品質資訊及氣候資訊S212。
雲端平台300在解碼數據封包為第二感測資料之後進一步分析第二感測資料；建立複數個模型，至少包括一空氣汙染及都市熱島效應模型M1、一大範圍之車流壅塞模型M2、一疾病擴散模型M4；將該複數個模型至少應用於交通決策A1、短訊警示A2以及傳染病預防A4。
圖8是本發明另一實施例之長距離低功耗物聯網效能測試的路線圖。測試長距離低功耗物聯網傳輸模組191的接收速率是為了評估感測器裝置100使用的傳輸模組的性能，一輛車輛11在台北的大安區市公所駕駛，由西北向東南方向行進，測試封包接收速率。長距離低功耗物聯網閘道器200靠近大安區市公所。車輛11與長距離低功耗物聯網閘道器200之間的距離為0公尺、200公尺、400公尺、600公尺、800公尺，上述車輛11與長距離低功耗物聯網閘道器200之間的距離為0公尺即位於大安區市公所。駕駛路線如圖9所示。在每一個測試地點，測試持續了10分鐘。計算分組接收速率的公式如下所示：
P reseived 是數據庫中數據包的數量，P sent 是從感測器裝置100發送的數據封包數量，R是長距離低功耗物聯網閘道器200的封包接收速率(%)。
圖9是本發明另一實施例之長距離低功耗物聯網效能測試的結果示意圖，縱軸為封包接收率(單位：%)，橫軸為車輛相對長距離低功耗物聯網之距離(單位：公尺，m)。當長距離低功耗物聯網閘道器200與感測器裝置100之間的距離為0公尺和200公尺時，發現100%的封包接收速率。當感測器裝置100遠離大安區市公所時，封包接收速率下降。值得注意的是，只有少數長距離低功耗物聯網閘道器200部署在台北市。如果部署的長距離低功耗物聯網閘道器200數量增加，監控覆蓋面積將大大增加。
綜上所述，本發明研究開發之感測器裝置100，可作為移動式感測節點，進行道路資料蒐集，感測器裝置100整合各式感測器模組與第二代隨車電腦診斷系統模組串口，感測器裝置100上亦整合長距離低功耗物聯網通訊協定，透過長距離低功耗物聯網通訊協定來傳輸資料，並將資料上傳至指定之雲端平台300，該雲端 平台300具有可分析資料之演算法，分析後所得結果，預期透過偵測車流流速、流量與車流密度等資訊，建立出大範圍的車流壅塞模型，利用像素基底之測量方法，量化都市路面溫度，建立都市熱島效應模型，分析溫溼度對疾病擴散的影響，建立疾病擴散模型，並可將感測資料顯示於圖形化使用者介面400。透過分析這些巨量的資料，對於日後氣體模型的建立有相當大的幫助，而模型建立後可將模型所得預測或觀察結果，提供給市府做為相對應措施。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims (9)

  1. 一種車輛資訊及環境監測複合式車載系統，包括：一感測器裝置，裝置於車輛上作為移動式感測器，用以蒐集一第一感測資料，該第一感測資料至少包括一GPS定位資訊、一車輛資訊、一空氣品質資訊以及一氣候資訊；該感測器裝置包括一處理器，能處理該第一感測資料而產生一數據封包；一長距離低功耗物聯網閘道器，與該感測器裝置通訊，係與該感測器裝置相近鄰，用以接收及傳輸該數據封包；以及一雲端平台，與該長距離低功耗物聯網閘道器通訊，用以接收及傳輸該數據封包；一圖形化使用者介面，與該雲端平台通訊，用以接收及顯示一第二感測資料；其中，該感測器裝置進一步包含一通訊模組，該通訊模組包含一長距離低功耗物聯網通訊模組，能透過具備長距離低功耗物聯網通訊協定之無線網路傳輸技術，使該感測器裝置傳輸該數據封包至該長距離低功耗物聯網閘道器；該長距離低功耗物聯網閘道器能將該數據封包傳輸至該雲端平台；該雲端平台能解碼該數據封包之後產生該第二感測資料，透過訊息隊列遙測運輸協定顯示該第二感測資料於該圖形化使用者介面，供民眾或政府上網查看；該處理器包括一微控制器電路板以及一感測器屏蔽電路板，該感測器屏蔽電路板連接於該微控制器電路板；該感測器裝置進一步包括：複數個氣體感測器，係連接於該處理器，該複數個氣體感測器包括一空氣品質感測器以及一氣候資訊模組；一車輛資訊模組，係連接於該處理器，該車輛資訊模組包括一第二代隨車電腦診斷系統模組，用以產生該車輛資訊；一GPS模組，係連接於該處理器，用以定位車輛之位置並產生該GPS定位資訊；及一姿態感測模組，係連接於該處理器，該姿態感測模組包括一三軸加速度計、三軸陀螺儀以及一三軸磁場感測儀；上述連接關係，該空氣品質感測器、該氣候資訊模組、該車輛資訊模組以及該GPS模組分別經由該感測器屏蔽電路板連接至該微控制器電路板；其中，該空氣品質感測器具有一O3感測器、一PM2.5感測器、一懸浮微粒感測器以及一CO/NO2感測器，用以感測車外的空氣品質以產生該空氣品質資訊。
  2. 如請求項1之車輛資訊及環境監測複合式車載系統，其中，該氣候資訊模組具有一溫度/相對溼度感測器，用以感測車外的環境以產生該氣候資訊。
  3. 如請求項1之車輛資訊及環境監測複合式車載系統，其中，該感測器裝置包括一儲存模組，係連接於該處理器，用以自動儲存該系統在無線傳輸時的該數據封包。
  4. 如請求項2之車輛資訊及環境監測複合式車載系統，其中，該微控制器電路板設有一晶片，能運算該感測器裝置蒐集到的該第一感測資料，並將運算結果顯示於該電腦圖形化使用者介面。
  5. 如請求項2之車輛資訊及環境監測複合式車載系統，其中，該圖形化使用者介面接收之該第二感測資料，為顯示出該第一感測資料所蒐集之該氣候資訊、該GPS定位資訊、該車輛資訊以及該空氣品質資訊。
  6. 如請求項2之車輛資訊及環境監測複合式車載系統，其中，該雲端平台具備一分析模組，該分析模組能分析該數據封包以建立複數個模型，至少包括一大範圍之車流壅塞模型、一疾病擴散模型、一空氣汙染及都市熱島效應模型，該複數個模型至少可應用於交通決策、短訊警示以及傳染病預防。
  7. 一種資料處理及傳輸方法，係使用如請求項1所述之車輛資訊及環境監測複合式車載系統，至少包括以下方法：初始化一GPS模組；初始化一第二代隨車電腦診斷系統模組；該GPS模組取得該GPS定位資訊；該第二代隨車電腦診斷系統模組取得該車輛資訊；複數個氣體感測器測量該空氣品質資訊以及該氣候資訊；壓縮和編碼該第一感測資料成該數據封包；經由該長距離低功耗物聯網模組傳送數據封包；經由該長距離低功耗物聯網閘道器傳送數據封包至該雲端平台；判斷該雲端平台是否接收到該數據封包；若該雲端平台接收到該數據封包則解碼該數據封包為該第二感測資料以及將該第二感測資料顯示在該圖形化使用者介面；若該雲端平台未接收到該數據封包則經由該長距離低功耗物聯網模組重新傳送該數據封包。
  8. 如請求項7之資料處理及傳輸方法，其中，若該雲端平台接收到該數據封包則解碼該數據封包為該第二感測資料以及將該第二感測資料顯示在該圖形化使用者介面之步驟進一步包括：該雲端平台對該數據封包執行十六進位轉化二進位之處理；該雲端平台執行二進位轉化為字串之處理；該雲端平台執行JavaScript物件表示資料交換之處理；解碼該數據封包為該第二感測資料；透過訊息隊列遙測運輸協定顯示該第二感測資料於該圖形化使用者介面。
  9. 如請求項7或8之資料處理及傳輸方法，其中，在解碼該數據封包為該第二感測資料步驟之後進一步包括：分析該第二感測資料；建立複數個模型，至少包括一大範圍之車流壅塞模型、一疾病擴散模型、一空氣汙染及都市熱島效應模型；將該複數個模型至少應用於交通決策、短訊警示以及傳染病預防。
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