Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

0

0
1

文字

分享

0
0
1

寶可夢抓膩了?用 QRcode 抓真實植物寶貝

oeo
・2016/10/19 ・4637字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

文、圖/ oeo;白流蘇|中興森林學研究所畢業

「如果沒有人在觀察,世界是否存在?」——物理學大師約翰.惠勒。

如果沒有人在感知,森林是否存在?

如果沒有人在大地遊戲,人類是否有存在的意義?

今年八月,炙熱的夏天,原本不出門或不喜歡運動的宅男宅女,突然間全都聚集在家裡附近的公園、馬路邊,這些人有一個共通點:低頭滑手機。這年頭低頭族已是常態,但人潮突然大量聚集在某一地點低頭的現象還是頭一次出現。原來,是任天堂開發一款新遊戲「Pokémon GO」(精靈寶可夢)在台灣上線了,圓了許多玩家引頸企盼的抓寶夢,也讓七、八年級生的童年回憶「神奇寶貝」再度引發熱潮。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這款遊戲結合神奇寶貝圖鑑與地圖,突破「宅在家玩遊戲的刻板印象」,必須走出戶外才能抓寶提升經驗值。從事森林與生態教育推廣工作多年,使用智慧手機並非教育項目首選,但行動科技普及的生活環境中,科技來自人性,人們為了更好的生活品質,發展「雲端網路」與「行動科技」結合,都是為了「親近世界」、「交流感通」。此時,我們不禁好奇,除了神奇寶貝、虛擬寶物,對於真實生活中生物資源這類真正的生態寶貝——以植物為例,是否能透過科技協助,有更多更廣的認識與資訊的應用?

相信親生物、學自然的人很多都有「山林綠境就是最鮮活的教室,自然天地就是最精彩的博物館」的觀念甚至信念,此現象歷史悠久且範圍廣大,但很多尚處在「意識」層面,真正於知識與技術的開發、整合及應用其實仍屬草創階段,方興未艾。例如博物館學中的經營理念與技術,如何將作品物件與參訪動線做最精緻的設計與規劃;又如森林遊樂區或公園內的樹木,如何讓前來吸收芬多精的旅人了解與認識,除了靜態的解說牌之外,還可以用什麼形式呈現?到戶外抓虛擬寶貝之餘,何不趁機認識一下當地的生態環境與植物呢?

現有植物解說、管理系統亟待升級

現今植物解說牌材料所費不貲,但內容常以簡陋形式呈現。(作者提供)
現今植物解說牌材料所費不貲,但內容常以簡陋形式呈現。(作者提供)

在現有的植物導覽媒體、解說看板與標記系統中,常存在各有利弊的現象,如解說牌內容文字落落長或粗略敘述兩極化、看起來是高級材質製作的解說牌經過風吹雨淋已搖搖欲墜不敷使用;另外許多森林遊樂區提供團體預約專人導覽解說服務,但仍須達到人數門檻才能成行,等待集結人數的時間就消耗吸收解說知識的慾望,亦可能不滿一定人數就無法擁有專人導覽,因此錯失許多獲得新知的機會。

用 QRcode 做新的解說牌

因此,我們注意到近年二維條碼(QRcode)的製作與讀取成本已經非常低廉且普及便利,手機等行動設備與網路雲端科技也是日進千里。國立苗栗農工森林科杜加維老師自民國 101 年開始指導一群熱衷森林教育與生態保育的學生,利用專題學習、專業課程與課餘時間,以 QRcode 掛牌結合網路解說影音發展「生態保育行動解說 QRcode 系統」並於 102 年起執行應用、推廣,至今邁入第五年度,進展順利。這個系統突破傳統靜態解說牌的呈現方式,解說影音帶有生動情境的意向,讓接收訊息者較易進入狀況,且無須預約導覽,只要拿起手機掃描 QRcode 即可觀看解說內容,可能遠比真人解說來得精彩豐富。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
QRcode 植物解說牌。圖/作者提供
QRcode 植物解說牌。圖/作者提供

除了導覽之外,這個系統亦建立一種以植栽、樹木為記錄、調查、保育、管理的基點,如將來要知道某一森林的樹木生長,可從系統中獲取資訊,當然此系統需具備長期可擴充與可更新性,有新的生長就即時從系統中做修正與記錄。運用 QRcode 的好處是它只需要一個 3 cm x 3 cm 的面積即可秀出條碼,供人掃描,在建置時也具有便利性及即時性,可以一次攜帶上千張的 QRcode 解說牌幫樹木「掛牌」,比起傳統豎立大型解說看板來得簡單與輕便。QRcode 解說牌小巧簡樸、製作成本低廉,建置後不太需要擔心財產管理問題;使用者又可免費下載掃描軟體使用,對應到現今提倡環保、保育教育的顯學,何嘗不是一種具體實踐呢?

所以,這個系統是怎麼建立起來的呢?

「生態保育行動解說 QRcode 系統」建置流程為調查某一地點的物種並蒐集資料、開始拍攝解說影片、修改影片並將影音上傳至網路雲端、將影片網址製作專屬 QRcode 牌,列印護貝剪裁穿孔穿線、再將 QRcode 牌掛置於目標物種上即完成建置,此外,師生經營團隊亦成立網路相關平台,投入後續擴增、改善工作,主要網路平台名稱與網址如下:

一、生態保育行動解說QRcode系統

生態保育行動解說 QRcode 系統網誌。圖/作者提供
生態保育行動解說 QRcode 系統網誌。圖/作者提供

將解說影音上傳至 Youtube 網站,並建立整合植物物種解說影片與使用回應的網誌。目前已初步完成苗栗農工校內植栽 82 科 275 種近 400 株的解說建置,852 株生長與保育管理建置,對應於雲端資源,主要再分為兩個子系統,一者為影音解說系統,一者為生長與保育管理系統(樹木生長紀錄網)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

二、樹木生長記錄網

為實踐於山野地況及森林環境,特地於苗栗獅潭和興林場實行樣區設置,且以生長與保育管理系統為主,並做為樹木生長與保育管理的網誌,經過三年多的建置與更新,目前已完成林木 20 科 600 餘株掛牌、記錄樹種、胸高直徑、樹高、枝下高與材積等資料的設立,且持續增設與擴大中。此系統促進森林地面調查與長期監測方法系統化與數位資料化的落實,直接、間接也就提昇了科學科技探究、森林保育與管理之功效。

在森林裡設立一定面積的樣區座森林資源調查與監測。圖/作者提供
在森林裡設立一定面積的樣區座森林資源調查與監測。圖/作者提供
實際到實習林場進行樹木胸高直徑生長調查。圖/作者提供
實際到實習林場進行樹木胸高直徑生長調查。圖/作者提供
利用森林資源調查的資料製作QRcode解說牌,為日後追蹤樹木生長紀錄建立資料庫。圖/作者提供。
利用森林資源調查的資料製作 QRcode 解說牌,為日後追蹤樹木生長紀錄建立資料庫。圖/作者提供。

三、「生態 QRcode 行動解說保育網」臉書社團

經營團隊也透過建立臉書社團「生態 QRcode 行動解說保育網」與使用者交流,若有學校或機關團體有意自行現場建立樹木解說掛牌,也可透過這個社團與經營團隊聯絡,免費下載樹種解說 QRcode 表使用。目前已有近 300種樹種,持續增建中。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在一次苗栗縣教師研習(104 年度精進教學能力計畫)的分享後,參與的教師就表示願意拓展此一系統,並連結史地人文與藝術領域的內容,成為社區生態與環境教育的據點。

此外,每當我們看到一些山林路標、指示標物、解說標牌甚至登山綁帶時,,就會引發我們去思考如何增進其內容、效用與改善其形式、結構。我們也嘗試將這些指標與我們的「生態保育行動解說 QRcode 系統」,做初步比較分析。例如近年在林務局轄下森林遊樂區或自然步道,可以看到一些解說牌或非常簡單的樹種掛牌(以下以八仙山森林遊樂區為例),我們嘗試暫掛上相同樹種的 QRcode 掛牌,在未增加材料花費與製作成本的情況下,解說內容(影音)與應用連結卻著實增加。

生態保育行動解說牌QRcode(右)與原掛牌(左)比較。圖/作者提供。
生態保育行動解說牌 QRcode(右)與原掛牌(左)比較。圖/作者提供。

其他校園與綠境部分,目前此系統正式公告推廣範圍為苗栗、台中的中小學,而實際上,學生親身前往建置單位則以新竹、苗栗的中小學與少數私人機構為主,兩年多來有記載者已包括 30 處中小學與私有綠地,總計高達上百種數千株的植物解說建置。

至森林遊樂區進行系統推廣前置勘查與試驗。圖/作者提供
至森林遊樂區進行系統推廣前置勘查與試驗。圖/作者提供

還能做什麼?

經營團隊持續投入「生態保育行動解說 QRcode 系統」建置已經數年光景,不過整個統的潛在發展空間實屬龐大平台與計畫,目前的發展仍處於草創階段,還有許多不足之處。例如掛牌的方式與條碼的規格、造型、材質還有非常多的改進空間。雲端的管理、資料的整合在此系統中扮演至為關鍵的角色,以學生群為主的經營團隊單單是在影片上傳雲端與搬遷、公共帳號密碼管理、系統維護與更新工作交接上產生傳承延續問題。而目前系統還存有很大一部分定位在學校教學活動,所以學生為解說影片拍攝與製作主體具有相當程度的效益,但若考量長遠的發展與大規模的應用,解說影片的拍攝品質與製作水準仍非常需要更多專業與持續性的投入及提昇。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

結合行動科技感知生物、認識生境的終極標示條碼,其實就是生物、生境的自身密碼,這也是我們小小研發團隊近年的努力投入方向,例如以葉脈紋理數位資料辨識樹種為主題,探究成果陸續發表於全國科展、專題競賽、相關期刊與科普網站,也獲得初步成果與肯定。但在目前可行階段,「生態保育行動解說 QRcode 系統」仍是一種「實惠」的推行方案。

「改一點,好很多」是「生態保育行動解說 QRcode 系統」建置的重要理念之一,例如從解說設備與服務的經濟評估觀之,從成本而言,一個解說成本單價 0.5 元和 50 元的差異會造成整體發展(例如環境教育、生態測計)方向上成與敗的天壤之別,相對的,從效益而言,一處可提供的解說或記錄據點是 10 個亦或是 100 個也會造成截然不同的規模效益。

當行動科技、網路應用蓬勃發展的今日,我們除了享受這些進步帶來的便利與益處,但在現實社會上也必須面對它帶來的副作用與反撲的衝擊與隱憂,像是眾多「數位移民與原民」過度執迷於虛擬世界與物質享樂的偏狹負面現象,不重視真實世界的生態,若未在此時代洪流中站穩腳步,我們將面臨什麼樣的世界?若我們認同從物質文明過渡至生態文明的進程,那當物聯網(Internet of Things,IoT)觀念與技術沸沸揚揚、方興未艾的當今,是否也該為未來姑且稱之為生聯網(Internet of Lives,IoL,可參考〈生聯網前傳〉一文)的建構有所著力?

生態保育、教育、研究本是無遠弗屆,生生不息的,期望將來的「地球居民」對於生活周遭的環境生態都有非常豐富而活絡的感知交流。對應到近期為之瘋狂的寶可夢遊戲,走出戶外,雖是虛擬抓寶遊戲,但從遊戲中也能感知與你一同抓寶的路人,進而體會真實環境,或許生態世界中的一草一花一樹,透過人類的遊戲,形成活的形象。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

德國狂飆運動時期思想家席勒(Schiller)所說:「只有當人是完全意義上的人時,他才遊戲;只有當人遊戲時,他才完全是人。」

當行動科技與穿戴設備的發展內容若能充分連結、融合具有生命、富涵生物資源的真實世界,並且不要「只有看見,卻沒有觀察」,進一步更要能感通道交與互惠共生的世界。我們以「生態保育行動解說 QRcode 系統」邁出簡陋粗破的一小步,卻欣喜分享這樣的大方向,更期待將來「生態保育行動解說 QRcode 系統」能結合地圖尋找樹木(生態)寶貝,並且不斷開展、精進投入與發揚。

  • 致謝:在此感謝國立苗栗農工「生態保育行動解說 QRcode 系統經營團隊」的熱心付出、森林科同仁支持、實習處林孟郁主任、羅家榮老師、林務局東勢林管處劉惠宜技士、森林科學生陳筠、陳昱廷、王嘉豪、劉怡秀、林冠宏、劉家翔、彭紫綺、陳姿妤、白軒寧、張宇婷、邱永貴、邱怡萍、李雅婷、秦子喬等歷屆專題經營小組與參與學生在各階段與實踐上的鼎力投入、資料提供與整理,方成此作。
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
oeo
24 篇文章 ・ 2 位粉絲
森林學研究所畢業 曾任台大創發社幹部(臉書社團 "創發社CAIV" 召集人 ) 某屆倪匡科幻獎得主 從事教育工作 科學科幻 自然生態 文藝創意 一切"豐富生命"的愛好者...

0

1
0

文字

分享

0
1
0
ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。