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轉載自"股市週期網(Stock Cycle)"
高速公路電子收費系統微波與紅外線的比較 王金土

王金土博士

曾任中華電信研究所所長、中華電信副總經理。
高速公路電子收費試用系統實際負責人

前言
最近報紙登了很多有關高速公路電子收費系統的新聞，好像一面倒的報導我國高速公路電子收費系統一定是非使用微波系統莫屬，紅外線系統猶如過街的老鼠人人喊打。這些幕後的黑手策動立法委員在立法院把中華電信的預算砍掉後，又百般的落井下石，操縱媒體，把紅外線說得一文不值，簡直是誤導真相。本人是當初交通部委託中華電信此項工作的執行者，對於整個計畫的來龍去脈知道得一清二楚，本來已經有二、三年不過問這個計畫的，但是如此偏頗的報導及誤導，實在無法忍受，不但貽毒社會，禍害國家，更無法因此一大計畫的執行來帶動國內工業，並提升經濟，所以挺身而出，把實情一五一十的作一平衡報導，讓廣大的使用者評評理，不要老是被矇在鼓裡，或是坐井觀天。

我從民國五十一年進電信局時就開始從事地上微波的工作，後來又從事衛星通信工程，是地面電台與衛星間的微波，對微波的特性知之甚詳，直到民國六十一年赴美進修才改行電腦與資訊科學，所以我陪伴微波有十年的光景。微波是我的第一專長，第二專長才是電腦與資訊科學，所以我對它並沒有特別的偏見，只是接觸得越多知道得越多。

又交通部早在民國八十年初時就在中部試驗了微波系統作為電子收費的媒介，但是後來卻失敗了，也不了了之，現在都沒有人提起；而紅外線是交通部指明電子收費系統的標的物（另兩個標的物是『無接觸IC卡』及『技術移轉車上單元』），那時是交通部蔡兆陽部長指定電信研究所來辦理『高速公路電子收費系統』所附帶的三個條件，而所要建置的是營運用的系統，非只是一個『試用系統』。試用系統是電信研究所在從事指派工作時的第一階段工作，第一階段如試驗成功才大規模的進行第二階段的全面建設工作。第一階段分為兩個時段試用，第一時段五個多月，第二時段八個月。試用結果可以說非常成功，共有4,338部的汽車參加試用，至88年8月底止計通過489,895車次，其可扣款的成功率達到99.8%，滿意度高達96.2%。這是大規模的試用，不像其他國家的試用系統只幾十部特定車輛在試驗而已。在此次試驗後，有些車上單元的缺點在事後檢討中都已經改善了，以後的成功率一定會更高，但是媒體及某些長官卻說它是一個失敗的計畫，這也是誤導的報導或刻意的打壓。這也是影射這一次的BOT案大概沒有紅外線的份了，這大概也是那幕後的黑手刻意的安排吧，刻意把是非顛倒，模糊焦點。

下面是我收集的微波跟紅外線的比較，沒想到韓國最近高速公路電子收費系統的決標，更印證了我這些比較的正確性，所有的微波系統都通不過準確度及速度的考驗，全部出局。到今年底將有六個老式的微波系統車道要被前瞻的紅外線系統所取代，而所使用的紅外線系統廠商就是上述『試用系統』的廠商，本來我國是領先的，現在變成了落後，這怎麼拼經濟？
微波與紅外線的比較

一、 台灣的光電工業各項產品是世界數一數二的––紅外線是光電的一種，如果高速公路的電子收費採用紅外線，台灣的光電工業可以有著力點，光是車上單元一個如果值兩千元的的話，五百萬輛車就有100億的商機，如果五年一換，那二十年營運期內更有400億的商機，還不包含路邊設備中的各種感測器等零件的國內產製所產生的經濟價值，上述設備或零件更可以外銷呢！如果使用微波，全部的設備都要進口，因為台灣沒有微波工業，早期沒有像光電一樣的輔導。所以台灣要拼經濟，只有用紅外線一途。

二、 紅外線的『準確度』（Accuracy）要比微波為佳––根據德國TUEV驗證公司在德國的A555號公路的測試報告，測試大小車輛使用各種微波及紅外線技術，測試結果，微波的『準確度』只能達到78.6%~99.1%之間, 而紅外線大小車輛都可達到99.9%。 這表示紅外線在1000部車子經過收費站，可收到999部，有一部逃掉了，但是微波只能收到786部到991部車子的通行費，就拿991部好了，1000部中少收8部車的通行費，那每年通過收費站有五億輛次就要少收 40元x 8 x 500,000,000/1,000 = 1億8千萬元，那還有更差的呢！這對國家財政是一項損失。高公局這次所開的規格是99.9%，我不知道微波如何去達到這項標準？據說最近在韓國決標的高速公路電子收費系統，由紅外線勝出，而所有的微波系統全部通不過這項準確度的考驗，韓國的測試規格只有99%呢！我們的規格比韓國要嚴格許多。

三、 微波會構成污染，而紅外線不會––微波是一種非游離式的放射，而X光是一種游離式的放射，但都是高放射性的匯聚能量，對人的身體是否有害，只能憑想像。微波技術所用的頻率是5.8 GHz，是微波爐所用者的兩倍，平常在家裡使用微波爐時，一押下開關就要趕快跑開，以防漏波的浸害，試想如果高速公路沿線全都灑下與微波爐類似的放射能量，那一路上從北到南或由南到北，不知要『吃下』多少這種『不衛生』的放射能量，而這種放射能的吸收限度跟X光一樣是有累計性的，那經年累月都曝露在這種環境下，是否『有害』，只能讓大家去想像吧！不要搞到一要上高速公路就怕怕的，深怕被污染到。在電信局搞了十幾年的微波，從地上微波（Terrestrial Microwave）到衛星通信微波（Satellite Communication Microwave），長輩一定會警告不要近距離的讓微波射到眼睛，不然的話眼睛會瞎掉。這跟大哥大基地台及手機所放射的無線電波很類似，雖然沒有人敢說它對人體有害（因為如果證實了誰還敢用大哥大），但也經常聽到有人抗爭不要基地台設在我家附近，也聽到說國外有人因常常使用手機而得腦瘤或腦癌而要求電信公司作巨額賠償的新聞。而紅外線是一種光線，是在可見光之外側，是在紫外線的另一邊，它的強度只有太陽光中的千分之一，只有聽說紫外線對皮膚有影響，曬多了太陽會得皮膚癌。像家裡的電視遙控器就是使用紅外線的，也沒有聽說對人體有害。還有微波對人體的影響應該跟其發射點及功率有關，像遠從三萬六千公里的衛星射下來的微波應該對人體無害，而從地面電台高功率發射到衛星是一萬瓦以上的功率，那不小心漏波出來的話應該對人體有害的。所需注意的是用在高速公路電子收費的微波是近距離微波，功率要小到什麼程度對人直接照射才無害，有關單位應該要把關，讓微波放射出來的能量不要污染環境，侵害人體。

四、 微波有本身及外來的干擾，而紅外線則無––先說外來的干擾，台灣的環境比較特殊，有些頻段都有某某單位的系統所佔用，如果你要使用還要拿錢出來請這些單位謄出頻譜讓你使用，而且還要某某單位能同意，假如能同意，那可要一筆不少的設備淘舊換新的費用，讓他們的新設備避開這個頻段。不知主辦高速公路電子收費的單位有沒有去查查看有沒有某某單位在那個路段用掉了這些頻段，如果沒有弄清楚而冒然選擇微波當做電子收費系統的媒介時，到時這些干擾源不定時的向收費系統『唰唰』兩下，局部的話會使一些車子『免繳』通行費，而嚴重的話就會使這建好的系統失效，那時候再檢討要重新來可能又要使高速公路電子收費系統空轉十年。以上的經驗是我們做了十幾年微波工程及衛星通訊工程所獲得的實際經驗，一點都不造假或危言聳聽。再說本身的干擾，因為無線電波是一種諧調波（Coherent Wave），其收到的信號是直射波及各個反射波的向量和，由於反射波的相位經過一次反射其相位要相差180度，使得各個一次反射波往往成為直射波變弱的殺手，這個現象尤其是在外車體是金屬板平面者為最，像卡車、箱型車、大貨車及貨櫃車等有平板外車體者，這些照在大型車輛外殼金屬板的電波變成了直射波的本身干擾源了。相反的，紅外線是一種非諧調波（Non-coherent Wave）它沒有相位的問題，所以無論是直射波或反射波都是相加的關係，反射波是使直射波加強的好幫手。

五、 微波是一種夕陽工業及老舊技術，而紅外線是一種前瞻性的技術––微波技術在1960年代就有了，台灣第一個引進微波的單位是國際電信局（那時候叫做『交通部台北國際電台』）係連結台北終端機室到板橋發訊台（單躍）（Single Hop）及台北終端機室雙躍（Double Hops）到桃園的收訊台，中間有一個中繼站設在三峽的鳶山半山腰上（現北二高三鶯交流道附近），以後我們自己又建置了兩個路由，一個從台北也經此中繼站到第二發訊台（現為埔心標準頻率與時間電台），另一路由也從台北經此中繼站到第二收訊台（現在中華電信研究所的位置），都是採用Motorola 的雙調頻（Double FM）系統。以後陸續有空軍、台灣電信管理局西部幹線及以後的東部幹線、台電等單位以及國際電信局在民國58年所引進的衛星通信地面電台技術及台北東園街經過七星山的反射板到陽明山地面電台的微波，都是早期的微波通信系統。由於光纖技術的發達，尤其是DWDM（Dense Wavelength Division Multiplex）高容量光纜技術的發展，一條光纖可有192x4個波長或更多，使得長程微波及衛星通信在成本上無法跟光纜競爭，因此很多微系統現在多不太使用，頂多是做為備用，萬一光纜斷掉可以切換到微波，因此很多傳輸電路多半都指配到光纖或光纜電路，因為它的單位價格比較便宜之故。所以說微波工業是一項夕陽工業甚不為過。微波用在短程專用通信也是在三十年前就開始了（1970）。而光電工業可以說是現階段明星工業，像LCD, LED, CD, Laser Diode, 光筆等都是台灣目前很耀眼的明星工業。聽說這種用紅外線來做短距離通信的技術是從蘇俄技術移轉得來的，是蘇俄在衛星間傳輸用的，是很前瞻性的一項技術。

六、 微波頻率需要申請並繳交昂貴的年費，而紅外線則不需––微波有頻率的使用監理的問題，也就是每使用一個收費站它的頻率要向電波管理的監理單位電信總局去申請，並付費後才能使用。近年來由於政府財政困難，電信總局的這種規費都調高了十倍，逼得電信營運單位都盡量停止使用微波，以便規避高昂的頻率使用費的負擔，試想如果高速公路要使用微波，每一個收費站都要付頻率使用費，而這規費一定營運者自行吸收或要『羊毛出在羊身上』轉嫁到用路人身上，因此，其營運成本加重或加重使用者的負擔，兩者皆會影響到ETC 的營運及普及。而紅外線則無監理的問題，不需要申請，也不需要付使用費，所以營運者負擔比較輕，用路人也比較省錢，兩者皆大歡喜。

七、 微波系統的互通性不佳，而紅外線則無此問題––歐洲各國有早期使用不同頻率的微波電子收費系統，但其車上單元不能在不同的系統內相互通用，所以一位開車者如果要跨國旅行，必須攜帶各國不同系統的車上單元，才能上路。至於為何互通性不好，那可能是標準沒有訂好，使得各國各自為政。另外微波的頻率太高，要像短波收音機一樣要調協到路邊系統的頻率不是一件容易的事。而紅外線還沒有發生這種跨國不通用的情形，但在各國相繼要建設紅外線系統時，有關的標準已經建立起來了，如ISO-TC-204標準，讓紅外線系統不致步微波系統的後塵走上互不協調互通性不良的地步。

八、 歐盟已經決議放棄微波了，而紅外線系統一個個建立起來了––由於上述微波系統互通性不良的狀況，使得歐盟宣布放棄微波系統，歐盟在2003年4月23日發佈一文件，為發展出一個可以互通的電子收費系統催生，要求各會員國在2008年前停止使用微波做為電子收費系統，以免產生更嚴重性的互通性困擾。而從2008年至2012年要求從微波過度到新的技術，如衛星定位系統加其他的高速率資料傳輸系統。這個文件沒有特別指出紅外線系統，但穩約描述這個高速率資料傳輸系統是在法國、西班牙、德國及奧地利所使用的系統，這個系統就是很前瞻的紅外線系統。世界上紅外線系統一個一個的建立起來，或決標正在興建中，除了歐洲外，巴西、馬來西亞、印度、韓國及中國大陸都相繼有新系統完成啟用或決標準備興建。這表示紅外線系統是一個很前瞻的系統。可惜在我國很不幸的是五年前所實施的紅外線試用系統在非常成功的狀況下，被政治所腰斬了，這些微波的系統業者夾立委及官員把辛苦的成果殺掉了，不然我國現在可是領先韓國呢！

九、 微波射經擋風玻璃的損失較大，而紅外線較小––微波系統一項很嚴重的技術問題是擋風玻璃的損失，尤其是貼上防熱紙者，上面是一層金屬鍍膜，可以使電波路徑損失增加40分貝，使得車上單元的運作不良，影響扣款的工作，相反的是紅外線在同樣的防熱紙下只有7分貝的損失，不影響車上單元的正常工作。

十、 微波系統無法使用無接觸IC卡，而紅外線可以––無接觸IC卡是把晶片及天線包在塑膠卡片中，沒有金屬接點曝露在外，所以沒有『接觸不良』等問題，故適合各種天候及各種環境下使用。譬如，使用接觸式IC卡在炎熱的高溫下使得卡片容易變形，或者接觸點生鏽或因路面的跳動等引起卡片的接觸不良。微波系統在車上單元的設計上卻有很大的困難，那是不宜使用非接觸IC卡，因為車上單元與IC卡間是使用無線技術（ISO14443標準），容易受到路邊單元所照射下來的微波所干擾，以致於無法正常工作。所以微波系統大都是使用接觸式IC卡，也就容易產生『接觸不良』的現象；相對的，紅外線就沒有這個問題，因為路邊系統照射下來的紅外線不會影響無線電對IC卡的運作，兩者井水不犯河水，故無干擾之事發生。

十一、 微波系統的電路為極高頻，量產不易，紅外線均為低頻，容易量產––微波的頻率很高，所使用的都是極高頻電路，在調諧它的零組件的時候，非常困難，所以不適宜量產（這是一位研究微波的某大學電機資訊學院的院長所說的）；而紅外線所使用的電路除了光電部份外都是低頻電路，所以適宜量產。像車內單元，小則幾十萬只，多則幾百萬只，其電路一定要穩定可靠。

十二、 微波通訊區域較近，紅外線通訊距離較遠––在一般人的觀念中，微波的傳輸距離較紅外線遠。但實際上在不傷害人體的功率下，微波從路邊單元到車上單元可達10~30公尺，從車上單元到路邊單元可達10公尺；而紅外線前者可達30~50公尺，後者可達15~30公尺。紅外線應用距離較遠，使得高速通過收費站的時間比較充裕，相對的微波就沒有比較充裕的時間來完成雙向的交易。這次高公局的規格是在第一階段計次收費時，過往的車速在低於每小時100公里以內都要能完成扣款的動作，而第二階段計程收費時，車速低於每小時160公里以內也都要能完成扣款的動作，在這樣高的速度下，低速的微波或衛星的VPS都無法達到的。

十三、 微波系統資料傳輸之速度較慢，而紅外線者較快––微波系統使用ISO 7816的標準，資料傳輸的速度是19.2Kbps，而紅外線系統所使用的是ISO 14443的 標準，資料傳輸的速度是106kbps, 資料傳輸的速度跟扣款所要完成的工作及速度有關，路邊單元與車上單元要完成的工作很多，除了起迄點、車上單元序列號碼、認證秘碼、收費額、餘款額等都是雙向交易的主要內容，另外ITS所要蒐集的資訊也包括在內，這些資訊都要以很快的傳輸速率來完成，這一點跟通信距離一樣紅外線明顯具有很大的優勢。

十四、 微波系統的車上單元使用鋰電池，價格較貴，紅外線者使用9伏乾電池，價格較廉宜––微波系統的車上單元所使用的電池是鋰電池，價格較貴，相對於紅外線系統所使用者是9伏特的乾電池，價格較為廉宜。像有一家廠商有一項專利，即裝置有『睡眠電路』，可以使乾電池的壽命延長，據稱可以使用一萬次交易。

結語
有人說高速公路電子收費系統是我國的『軟體高鐵』，那是指系統的後端處理而已，如果前端能夠採用沒有污染、沒有干擾、傳輸速率高的紅外線作為前端系統的媒介，那也是我國的『光電高鐵』，使此重大建設能夠讓光電工業界做為發展他們產品的舞臺，進一步可以外銷到全世界，這項產值是我國提升經濟的命脈，這個機會千萬不要錯過，否則下一班車將會再等二十年呢。