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「掃」一下、「嗶」一聲、乘客滿出來!電子票證如何辦到隨刷隨進?

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/08/09 ・3366字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文由 交通部鐵道局 委託,泛科學企劃執行。

悠遊卡「嗶」一下上公車、 eTag 不需等待就能收取高速公路通行費、防疫期間進出公共場所「掃」一下完成實聯制登記,甚至買完高鐵車票後還能用手機取得專屬 QR CODE 快速通關!隨著科技進步和智慧型手機的興起,人們開始以電子票證取代傳統紙本票卷,只要一支手機或是一張卡就能到達任何你想去的地方。

臺灣目前常用的電子票證主要有兩大類,高鐵、台鐵 APP 訂票取票後的專屬 QR CODE ,和使用無線射頻辨識 RFID 的感應交通票卡(像是悠遊卡、一卡通),究竟這兩種方便又快速的電子票證技術是怎麼運作的呢? 

「掃」出資訊海—— QR CODE

QR 為 Quick Response 的縮寫,最早在 1994 年,由日本汽車零件業者 Denso Wave 的技術室長原昌宏發明,他認為一維條碼能夠包含的資訊量太少,一件產品都要印上數十個條碼才足以應付需求,對當時追求商品小型化的日本很不方便。原昌宏的團隊便將兩個一維條碼疊加在一起,讓 X 軸、 Y 軸都帶有訊息,進化成二維條碼,不只可以更快速追蹤產線上的產品, QR CODE 還有多角度辨識、容錯能力高等優點。

相較於產品包裝上只能呈現英文、數字資料的一維條碼,二維條碼能夠承載更多資料。圖/envato elements

QR CODE 三大優點:高存量、高容錯、易辨識

QR CODE 呈現正方形黑白兩色,每一格黑白格子都是一個位元,黑色方格代表 1 ,白色方格代表 0 ,掃碼時機器只要判斷反光與否,就能將黑白圖像轉換為二進位數、數字、字母、日語假名等訊息組合,經過轉譯後就能代表一串代碼、一句話或是一個網址。 QR Code 發展至今一共有 40 種版本,以結構、尺寸和校正標記位置區分,每一種版本的儲存密度都不完全相同,最大的版本 40 為 177×177 模組,可容納高達7089字元。

在 QR CODE 的 3 個角落有像「回」字的正方圖案是幫助解碼軟體定位的座標,以鮮少出現在印刷品的特殊比例 1:1:3:1:1 作為定位標記,只要掃描裝置偵測到這個特殊比例就能算出條碼位置,使用者不需像傳統一維條碼一樣必須精確對準條碼才掃得到, QR CODE 以任何角度掃描都能正確讀取資料,加速識別作業。

定位圖形無論從哪個方向來看都是 1:1:3:1:1 的比例。圖/Denso Wave

除了中規中矩的黑白 QR CODE, 你一定也有看過插入商標或是特殊形狀的二維條碼,為什麼缺了一角的 QR CODE 還能掃描的到呢?因為 QR CODE 有很高的容錯能力,當某部分資訊缺失的時候,解碼系統會透過里德-所羅門碼(Reed-solomon codes)的原理自動填補缺失的部分,讓整體資訊依然可以完整辨識,容忍錯誤發生。 QR Code 的容錯能力分為 4 個等級,條碼圖形面積愈大就能分割出更細緻的里德 – 所羅門碼區塊,避免單一區塊「猜」太多密碼,容錯等級最高甚至可修正 30 %的缺失條碼。

QR Code 的容錯能力可以容許一定程度範圍內的資訊流失,就算破損、髒污,或是插入圖片、 logo 擋住部分條碼,也都能正確辨識。試著用手擋住部分條碼,是不是也掃得出來呢?圖/泛科學製作

QR Code 的快速掃描和容錯能力,能夠廣泛地運用在產品追蹤、物品識別和文件管理方面,使識別作業更便捷,「車票」也是其中之一!高鐵發售的每張電子票證都含有一個獨一無二的 QR Code ,經過閘門條碼感應區解碼就可以直接通關,享受快速方便又環保的乘車體驗!

從高鐵「T Express」APP 取得的電子票證可以存有你的乘車資訊,不用擔心與別人重複訂位,高鐵公司也可以防止車票被重複使用。圖/台灣高鐵

「嗶」一下,扣款成功—— RFID

RFID (Radio Frequency IDentification) 全名為無線射頻辨識,是透過無線電訊號識別特定目標並讀取相關數據的無線通訊技術,我們日常所用的各式電子票卡多半都使用這種技術,或是其衍伸用於智慧型手機的感應式電子票證 NFC(Near-field communication,近距離無線通訊)。

RFID 最早出現在第二次世界大戰時期同盟國和德軍的敵友識別系統(Identification Friend or Foe,IFF)。以應答機(Transponder)偵聽詢問信號,然後回覆識別暗號,軍隊以此技術識別飛機、車輛或友軍部隊,並確定受詢問方的方位和距離。儘管當時 RFID 已被廣泛使用於軍事、航空用途,人們日常生活還是很難接觸到 RFID ,直到 2003 年美國最大零售商 Walmart 宣布他們的前 100 家供應商將被要求在所有進貨的貨箱和托盤上貼上 RFID 標籤以減少盤點貨物的時間,其他企業、零售商紛紛開始效法,使 RFID 頓時成為商品管理的新模式。RFID 發展至今,包括日常使用的悠遊卡、門禁卡、商品防盜標籤和寵物晶片,都是使用 RFID 的技術。

RFID 標籤非常輕薄,可製作成商品貼紙或是放進悠遊卡裡。圖/Amazon

你是否曾疑惑:悠遊卡沒電池,為何能付款或是傳送資訊?

我們常用的電子票卡多半屬於無電源的被動式標籤,利用感應器(Reader,像是公車讀卡機)發送特定頻率的電磁訊號,當訊號夠強時,就會觸發感應範圍內的 RFID 標籤(Tag),RFID 標籤內部為電路板和天線的組合,標籤接收電磁波後會藉由電磁感應產生電流,供應 RFID 標籤上的晶片運作並發出電磁波將特定編碼回應給感應器。感應器若成功解碼,則回傳主機(Host)請求驗證資料再給予回應。RFID 系統以「辨識」為主要功能,接收到「有效回應」才算驗證成功,就像拿悠遊卡靠近公車讀卡機可以扣款,而你的公司門禁卡不行,是因為讀卡機無法解開公司門禁卡回傳的編碼,無法驗證有效性就會顯示扣款失敗。

悠遊卡(easycard)RFID的內部天線、半導體及晶片構造。

相對於傳統條碼, RFID 標籤帶有遠距離讀寫、具穿透性、可同時讀取多個標籤和重複利用等優勢。透過調整感應器發送的電磁波頻率,來選擇觸發特定頻帶的標籤和控制讀取範圍:像是悠遊卡、一卡通是 13.56MHz 的高頻帶(HF)標籤,感應器可讀取在 1 公尺以內的 RFID 條碼;高速公路 eTag則是採用特高頻帶(UHF)標籤,不僅可讀取範圍增加到 5 ~ 10 公尺,還能同時讀取 1000 個RFID 條碼,就算中間有其他物質阻擋(像是卡片放在錢包裡、颱風天上高速公路),RFID一樣都可以讀取。

RFID 標籤最大的優勢其實是重複利用,過往的條碼都是一對一的組合,只要印刷上去就無法更改,使用過後必須報廢,而 RFID 可以更新電路板內儲存的資料,讓同樣一個標籤衍生出不同的編碼,拓展用途。當然這也代表有心人士可以串改標籤中的資料,因此大多數電子票卡會多加一層密鑰保護內部資料。除此之外,由於 RFID 標籤無須直接與感應器接觸,使用者也有可能在不知情的情況下被他人讀取標籤內儲存的資訊,構成安全隱憂。

悠遊卡、一卡通屬於電子貨幣,內涵的編碼有密鑰保護,不容易被有心人士複製。圖/悠遊卡

目前,高鐵除了能用「T Express」APP 訂位立即取得專屬 QR CODE 快速通關,也開放悠遊聯名卡或一卡通聯名卡這兩款 RFID 電子票證來搭乘自由座喔!

現在搭乘高鐵只要感應手機、便利商店車票上的二維條碼,或悠遊聯名卡、一卡通聯名卡,都可作為驗票工具,輕鬆過關。圖/台灣高鐵

參考資料:

  1. Denso Wave
  2. Wikipedia – QR CODE
  3. Cool3C – QR Code發展與歷史介紹:運作原理、特色、編碼結構分析
  4. 台灣高鐵
  5. Wikipedia – Radio-frequency identification
  6. YouTube – What is RFID? How RFID works? RFID Explained in Detail
  7. Walmart and RFID: The Relationship That put RFID on the Map

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今年夏天絕不能錯過——「搞笑諾貝爾獎世界展」首度登台!

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/05/17 ・1966字 ・閱讀時間約 4 分鐘

你一定知道諾貝爾獎,但你知道世界上竟然還有搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prize)嗎?搞笑諾貝爾獎是對諾貝爾獎的有趣模仿,甚至還會邀請真正的諾貝爾獎得主來參加!

搞笑諾貝爾獎由美國的科學雜誌《不可思議研究年報》的主編馬克·亞伯拉罕斯發起,每一屆都號稱「第一屆」,每次都會頒發十座獎盃給各領域中「無法被複製」或「荒唐到不應該再來一次」的研究者,頒獎要旨是希望讓大家能夠"先大笑,再思考"。臺灣也有多位學者共襄盛舉,並曾六度獲獎,臺灣立法院更曾拿下和平獎,其中原因竟然是因為他們以打架替代戰爭!典禮現場更是充滿歡笑,讓人佩服科學家怎麼一本搞笑做研究!

搞笑諾貝爾獎頒獎現場超搞怪!

  • 量身打造獎盃,每年都以當年獲獎的研究為靈感,製作不同主題的獎盃!
  • 不值錢獎金,得獎者會獲得比壁紙還不值錢的高額辛巴威幣作為獎金。
  • 甜便便小姐,得獎者只有 60 秒的時間能發表感言,只要一超時,年幼的「甜便便小姐」就會大叫:「請停下來吧!煩死人了!」直到得獎者下台。
  • 全場亂飛的紙飛機,頒獎典禮中會安排一名背著一個紅色靶心的人,讓台下觀眾將手中紙飛機射向台上的靶心。
2009 年的得獎者們。

今年夏天搞笑諾貝爾獎世界展將首次登台!廢到笑的研究與發人省思的成果,一次集結歷屆讓人目瞪口呆的得獎研究及五大互動體驗,讓你一本正經的捧腹大笑!展區內充滿更多腦洞無極限的幽默科學得獎,一定要揪朋友一起來漲知識。

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ㄎㄧㄤ到爆獎項搶先看

搞笑諾貝爾獎世界展將集結眾多搞笑諾貝爾獎的獲獎研究,其中有許多讓人會心一笑的內容,像是鴿子也懂藝術?日本學者就曾做過實驗,證明鴿子可以分得出畢卡索和莫內的畫;在野外遇到熊怎麼辦?只要穿上防熊裝就不用怕;指甲刮黑板的聲音經研究證實為世界上最讓人痛苦的聲音!

曾有科學家發明出可迅速變身防毒口罩的胸罩,並成功獲得搞笑諾貝爾獎的公共衛生獎,其發明聽起來很荒謬,但背後原因是胸罩是會隨身穿戴的物品,能夠在緊急時刻變成防毒口罩保護他人,符合了搞笑諾貝爾獎頒獎要旨「先大笑,再思考」,另外還曾有一年的「獸醫學獎」頒給發現幫乳牛取名字,就能夠增加產乳量的專家學者!以及最經典的貓貓是液體嗎?也都存在於搞笑諾貝爾獎的得獎研究裡!

  1. 鴿子也懂藝術?|連鴿子都分得出畢卡索和莫內的畫!
  2. 野外遇到熊了怎麼辦?|穿上防熊裝,再也不怕!
  3. 動物也吃重口味!?|綠頭鴨也有戀屍癖!?
  4. 用「屁」交流!|看看鲱魚怎麼用放「屁」溝通!
  5. 逃跑鬧鐘|還想賴床按鬧鐘嗎?鬧鐘本人跑起來給你追!
  6. 最討厭的聲音!|指甲刮黑板太邪惡了!
  7. 如何增加乳牛的產乳量?|不妨給牠取個名字吧!
  8. 胸罩變口罩|在突發的緊急狀況時胸罩變防護口罩!?  
  9. 恐龍走路長甚麼樣子?|在雞的屁股裝上一根棒子就知道!
  10. 貓是液體嗎?|喵星人的貓體力學大解密!

五大互動體驗,只有實驗了才知道

展區現場將規劃五種關於搞笑諾貝爾獎得獎研究的實際互動體驗,讓你能夠化身為小小研究學者,一起來實際試試看、探討世界上經典的搞笑研究!

  1. 吐司永遠是塗奶油的那面先落地嗎?
  2. 挑戰「說話干擾器」!你能夠堅持把話說完嗎?
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 圖/歷屆得獎者授獎畫面
圖/日本展出現場照

展覽資訊

  • 展覽名稱:搞笑諾貝爾獎世界展
  • 展覽日期:2022 年 6 月 25 日(六)至 2022 年 9 月 11 日(日)
  • 展覽地點:國立臺灣科學教育館 七樓南側特展區(臺北市士林區士商路 189 號)
  • 展覽時間:平日9:00-17:00/週末、國定假日、暑假 9:00-18:00
    (閉展前 30 分鐘停止售票及入場)
  • 休展日:6/27(一)、9/5(一)
  • 主辦單位:寬宏藝術經紀股份有限公司、三貝多股份有限公司
  • 企劃單位:株式会社ドリームスタジオ(Dream Studio Company)
  • 授權單位:IMPROBABLE RESEARCH, INC.

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