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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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物聯網大商機 工研院搶先布局

胡湘湘

物聯網的熱潮已延燒到全球,根據IDC預估,2020年全球物聯網市值將達7.1兆美元;2013~2020年間,物聯網設施的年複合成長率將高達17.5%。這股物物相連的龐大商機,國內研發機構龍頭工研院已搶先布局。

今年以來,「物聯網」三個字忽然間成了國內外科技大老們的共同口頭禪。3月,台積電董事長張忠謀預告,「物聯網」將會是「Next big thing(下一件大事)」;在6月COMPUTEX展,聯發科董事長蔡明介也預言,我們將會進入一個智慧裝置無所不在的世界。

根據工研院產業經濟與趨勢研究中心IEK估計,目前IoT(Internet of Thing)物聯網的滲透率不到2%,相對於手機用戶滲透率96%、網路用戶滲透率39%,物聯網市場仍具備非常大的發展潛力,工研院IEK電子與系統研究組組長紀昭吟表示,物聯網已經邁向大規模的生活應用、系統整合及資料分析發展模式,並且更走向開放,產品不只是針對特定市場來服務,而是整合家庭、建築、園區、城市、交通、個人等應用領域,形成新的智慧聯網「生態體系」,並將各種感測技術、裝置、雲端服務等部分連結起來,衍生各種創新應用的機會。

物聯網年複合成長率兩位數 快速邁向生活運用

從智慧生活出發,是最讓人民有感的物聯網創新應用服務。有鑑於此,工研院特別以「行動智慧生活」為主題,於2014臺北國際發明暨技術交易展的創新前瞻館,展出25項在穿戴式、健康管理、室內定位及車載資通訊相關技術成果;以及可應用於物聯網健康管理、車載資通訊及解決手機GPS室內無法定位的室內定位技術等行動生活前瞻技術。包括:穿戴式微型奈秒脈衝近場非接觸感測腕錶、連續式血氧監測腕錶、健康智慧椅、室內定位系統、可見光通訊及定位系統等技術、個人化3D列印掃描、材料、設備、高畫質計算式光場相機模組等技術,以及甫獲今年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)的LED線上即時熱能分析儀,勾勒出未來行動智慧生活形貌。

想像一下,一早起床後先坐在「健康智慧椅」上,量測體重、心跳、血氧、血壓趨勢,同時配合計步器記錄一天所需運動量,將數據上傳雲端健康管理系統之後,就開始一天的生活。出門前,戴上「心跳感測手錶」,可隨時、隨地掌握健康資訊。開車上班要經過高速公路,戴上專屬的頭戴感測裝置來偵測頭部姿態是否異常,不僅不用擔心駕駛不小心睡著,同時有自動警示提醒駕駛者,可避免因人為疏忽造成的行車風險,保護用路人的安全。

以上種種場景,將不再只是遙不可及的夢想。

工研院強調,物聯網的最大商機在於「應用服務」的層面,約占整個物聯網產業的8成,對製造、醫療照護、保險、銀行證券、零售等產業,帶來的經濟附加價值更高。另據工研院產經中心(IEK)分析,未來10年物聯網將在9大領域擁有龐大市場潛力,分別是能源、車載、物流、安全監控、零售、醫療衛生、建築、消費電子及生產製造等。

穿戴式裝置正夯 2017行動照護需求1.6億套

為掌握物聯網龐大商機,工研院特別從具照護功能的穿戴式裝置切入,工研院IEK指出,根據ABI Resaerch預測,在2017年行動照護(mHealth)的穿戴式裝置出貨量將達1.6 億套。做為「居家使用」的「健康穿戴式生理檢測裝置」,可提供到院前的初步篩檢及建議的健康諮詢等,都是可以創造新商機的機會,當此一潛在需求大幅成長,也就意謂著穿戴式生理檢測裝置,已進入了物聯網時代。

此次工研院展出多項健康管理前端的穿戴及居家照護技術,如醫療級的連續式血氧監測腕錶,以光學方式演算血氧濃度,可提供日常活動中血氧、脈搏之連續監測。每分鐘脈搏次數(bpm)偵測正確率大於95%,血氧飽和濃度量測準確率在70~100%時為正負3%,準確度為已發表產品中最高。此外,此技術結合APP與雲端服務,還可應用在運動耗氧、過勞、人體代謝、睡眠呼吸中止等檢測之健康管理。

而另一款微型奈秒脈衝近場非接觸感測(NPNS)心跳錶,則可用於近身量測人體生理訊號,以協助進行人體心跳狀況評估,達到可即時、非接觸式、長時間、連續監測,此技術並整合感測、訊號處理、無線資料傳輸等功能,若能與智慧型手機或裝置同步,便可提供即時生理資訊通報。

而居家最方便使用的健康智慧椅,則針對年邁者長坐椅子的生活習慣,透過巧妙的機電整合,可自動量測體重、心跳、血氧、血壓趨勢、計算BMI值,配合計步器記錄一天所需運動量,資料可顯示於Android手機或平板電腦上,並可直接上傳雲端做健康管理。

除了居家照護及醫療外,標榜「智慧車」應用的車載資通訊也是研發重點。工研院這項可應用於車用物聯網的技術,包含國道貨車動態過磅系統及頭部姿態監控模組駕駛行為感知技術。其中,國道貨車動態過磅系統,為國內第一套符合 WAVE/DSRC 標準之車載資通訊平台,目前已取得美國政府與國際車廠導入測試。為一套貨車行駛中即可完成過磅之自動化服務系統,當搭載WAVE/DSRC車載機之貨車行經服務場域時,其載重與車號資訊將會被場域設施所偵測,並透過WAVE/DSRC路側設備以加密之無線訊號傳送給WAVE/DSRC車載機,通知駕駛人此次過磅結果是否合格。此系統為國內第一套運用導入高、快速公路動態地磅系統服務,也是全球第二個實行5.9GHz DSRC貨車自動過磅之實路場域,不僅可增進貨運營運效率,亦可降低政府取締非法逃磅貨車之成本。

至於頭部姿態監控模組駕駛行為感知技術,則可透過駕駛配戴的角度感測器、車上角度感測器與車速讀取器,計算出駕駛者在載具上的頭部姿態,判斷是否給予適時駕駛警示,讓駕駛者在行駛中更具有保障。其功能特性包括:視線偏離偵測、低頭/擡頭偵測、瞌睡偵測。這項技術可辨識達10種頭部姿態,並於行車過程中正確辨識出三軸頭部角度變化。而頭部姿態監控模組可結合車機、手機、導航機、行車紀錄器等裝置,實現分心駕駛辨識與異常警示。此一系統不僅可以做為大客車或大貨車駕駛提醒功能,也可降低大型車發生車禍的機率。

建置成本低簡便易用 室內定位及電子票證新應用

物聯網同樣可應用在室內定位及電子票證的應用,以室內定位而言,目前手機透過GPS的室外定位系統已相當成熟,但在大型室內建築由於衛星訊號之接收不良,室內定位系統成為手機廠、晶片廠及周邊軟體應用廠商競相投入的技術。目前室內定位技術主要以Wi-Fi、藍牙和慣性導航為主,但Wi-Fi和藍牙需布建大量的網路系統,建置成本較高,且精密度亦受室內障礙物影響,因此結合手機慣性元件自主定位,不僅建置成本較低,也可大幅提升精密度。

工研院運用慣性測量裝置(IMU),包含加速計、陀螺儀及磁感測器等感測元件自主感測的特點,並整合無線通訊定位技術以及室內圖資資訊校正技術,以高精度定位演算法,透過建置好的室內地圖,計算使用者的移動方向與移動距離進行定位,在距離100公尺內誤差可小於2公尺,透過智慧手持裝置可應用於大型室內建築導覽服務、照護、商辦大樓人員差勤管理等等,十分便利。

素有「無煙囪工業」之稱的觀光業,也需要導入科技工具,加深加廣服務對象。工研院以資通訊技術發展智慧化觀光旅遊,結合普及性最高的交通電子票證,讓國際旅客預先於線上預購台灣旅遊商品,於抵達國際機場領取電子票證後,即可依套票的指定行程前往景點消費,讓旅客享受旅程無憂的便捷服務體驗。對觀光產業而言,遊客支付消費時,僅需以電子票證在店家的NFC讀卡機中進行感應,即完成結帳動作,可簡化核銷程序,降低和外籍旅客語言溝通的隔閡與不便。

微型旅遊服務站 提供無縫旅遊資訊服務

另外,工研院以布建於店頭的觸控終端(店頭機),連結區域內的各種店家形成協力網絡平台,透過遊客使用電子交通票證,匯集旅情資訊,以提供個人化的智慧旅遊服務。目前可提供區域內店家優惠共同行銷與商情資料共享功能,未來將擴展成為店頭的「微型旅遊服務站」,提供無縫隙的旅遊資訊服務。

至於電子票證的主流規格為MIFARE,遊客可直接使用既有的悠遊卡、ETC、台灣通、高捷卡使用,普及性高,也無須另發新卡。對店家而言,彙集區域內多店的遊客互動記錄,可分析區域整體、單店、店間特性,協助參與店家掌握商情。同時,利用優惠共同行銷方案,提供店家自行上架介面等,達到消費者與店家雙贏的局面,協助提升臺灣觀光產業。

隨著4G基礎建置日趨完備,頻寬加大之後,有利於承載數位內容的多樣性及互動性,工研院也推出「行動多媒體推播平台」服務,一般傳統媒體平台,大多以固定、單向、走動人流、張貼時間來評估其曝光效益,而「行動多媒體推播平台」是一個極具創新特點的廣告曝光平台,除了傳統媒體的基本曝光效益外,還具備以下幾點特色:1、不同於傳統在人流多之處採取廣告輪播的方式,全省13,000臺布建在計程車上的播放機,可設定高優先方式播放,還可配合LBS在地服務於不同的地區播放該地區的廣告;2、高滲透、近距離互動溝通、優質到達率及有效頻率;3、指定播放地區、專車播放、黃金時段即時強效行銷;4、即時雲端問券調查;5、互動按鈕特區,打造可互動的完全客製化內容,乘客雙屏互動;6、業界首創遠端監測平台。

此一「行動多媒體推播平台」包含核心後台與行動前台兩部分,核心後台的主要功能是讓平台管理者對平台內的行動前臺進行數位媒體的上下架管理與設備管理工作。行動前台則是位在計程車上,提供影音娛樂、互動遊戲、安心乘車資訊、司機資訊、問券調查等。廣告主可透過此平台更準確投放個人化廣告,達到精準行銷目的,未來預計將結合O2O(online to offline)線上、線下雙向商務模式及行動支付應用,打造全方位「行動互動商城」。應用的範圍將包括計程車、客運業者等大眾運輸業者、旅遊業者及行銷廣告媒體業者。

此外,有鑑於環保意識的抬頭,LED的運用更加多元。工研院利用LED光波段來傳輸資料,研發「LED可見光通訊技術」,讓LED不僅做為照明使用,還可免除無線通訊電磁波干擾,兼具節能照明與智慧通訊的特色,可應用需要保密的會議室、低電磁波之場所,像是醫院、機場、水底通訊等。

由於LED具節省能源效益及使用時間較長等優勢,LED將會成為室內最主要的照明光元件,未來如全面更換後,將可節省總體能源達50%以上。因此LED將來除了具室內照明功能之外,亦可提供網路通訊的服務。白光LED在可見光範圍內,不會產生電磁干擾,但輸出的光能量在空間中衰減較快,因此LED僅能提供較短距離的傳輸,且相較於現行無線通訊系統,LED通訊網路具有不需頻寬使用權(License)及具資訊安全性(Security)等優點。

目前工研院根據不同需求,開發出可直接與燈具業者結合與具備室內定位功能的「LED可見光通訊系統」,以及上游廠商注重的通訊模組解決方案「可見光通訊平台」,為產業與民眾帶來創新的感受。這是一種新型的資料傳輸技術,利用波長780nm~375nm的可見光做為資料傳輸媒介,具有頻寬大、無EMI干擾、頻帶免費、安全性高、低成本、兼具照明與通訊之優勢。Wi-Fi與可見光之混合通訊系統中,可見光通訊提供單一使用者之獨享頻寬,傳輸速度不隨使用者增加而降低;搭配Wi-Fi提高訊號涵蓋範圍,支援使用者的移動性。

物聯網結合穿戴裝置,將成為科技業下一波市場重要亮點,根據市調機構Gartner(顧能)與工研院IEK的分析顯示,現階段全球物聯網商機高達3,280億美元(折合新臺幣約9.84兆元),隨著網路基礎建置日趨完備,未來創新應用的想像空間無限。工研院積極將已成熟、可量產的技術提供給廠商,以期在這一波軟(體)加硬(體)的科技浪潮中,為臺灣產業搶得一席之地。

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