《市場篇》 運輸新革新 從研究到產業 實現無人載具的未來

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無人機運輸是未來趨勢,許多國際物流業者已投入其中,而城市裡未來的空中交通更是指日可待。尤其在疫情之下,無人機的應用更加多元與廣泛,市場發展量能高。

隨著物聯網發展及資料傳輸分析系統化,人類生活中許多移動的軌跡可被紀錄,所在地與當下狀態也可透過系統平臺數據化,所以生活中多了一種把人送上無人載具的想像。時至今日,城市空中交通的無人載具也漸漸要從載貨轉向載人邁進,實現無人飛行計程車的理想。

根據德國無人機研究機構DRONEII 發表的研究報告指出,2020至2025年全球無人機市場將倍數成長,預測複合年均成長率高達13.8%。其中,亞洲是最受矚目的市場,許多歐美廠牌紛紛至亞洲插旗,交通運輸市場在疫情推升下加快無人機的應用落實。交通部運輸研究所運輸資訊組組長吳東凌指出,國際物流業者如Amazon、UPS及Google均已投入無人機物流運送領域,2019年起獲得美國商業運轉許可,都市空中交通(UAM)在2035至2040年會以指數型成長至177億美元產值。隨著二維空間轉向3D技術發展,大都會蓋一條馬路愈來愈困難,空中廊道的概念於是展開,空中計程車的速度將達到每小時100公里。

人類運輸史上第二個大革命

美國國家航空暨太空總署(NASA)曾在產業研討會上提出,未來UAM會成為人類運輸史上第二個大革命,第一次就是馬車進入蒸汽引擎。無人機的應用領域多元,從能源基礎建設、公共行政、農業、交通運輸、安全、災後重建、娛樂休閒、保險、通訊、礦業偵查等各產業皆有,創造全球無人機產業總收益超過1,270億美元的市值。

吳東凌憶起疫情前到新加坡參訪德國飛機製造商Volocopter展示的UAM表示,就像自駕車已有人慢慢敢試乘,只要通訊技術、地面設施、緊急狀態下有人接手等狀況處理好,人的心態也會慢慢接受。德商Volocopter號稱2023年將開始商業運轉,第一年的票就已經賣光了,早有不少人已經躍躍欲試,安排好度假計畫。不只是Volocopter在新加坡濱海灣(Marina Bay)成功試飛,歐美業者也多開始在亞洲布局,如美日聯手打造宅配防災用無人機是由日本宅配業者雅瑪多控股(Yamato Holdings)與美國直升機製造商貝爾(Bell Helicopter)共同研發;韓國現代汽車與美國的Uber Technologies共同開發無人飛行車商業化。

因此,吳東凌直言臺灣業者應該盡早準備卡位,找到國外業者合作,成為關鍵零組件供應商。在全世界無人機還沒有出現真正的巨人前,應該趕緊成為巨人的夥伴。這也是無人機產業發展的重要策略,讓臺灣產業鏈積極參與國際聯盟,提供研發、製造及維修的基地。2019年交通部成立「無人機科技產業小組」,結合產官學研的力量找到藍海市場,交通部運輸研究所專責推動發展藍圖與策略,並進行無人機科技產業發展先期研究、推動無人機整合示範計畫、及主辦無人機交通領域的創意應用競賽等3項相關計畫。

結合AI運算自主判斷

接著,提出目前無人機技術發展的重要趨勢,可分為四大面向:安全、載具、管理及智慧。飛行安全絕對是優先考量,牽涉其中包含許多資訊傳輸的安全性;其次是載具的酬載力朝更高更重突破,在空中的滯留時間拉長,電動垂直起降飛機(vertical take-off and landing,簡稱eVTOL)。管理無人機不能到處亂飛,飛行的時間、空間及地點都需要受無人機飛航管理(UTM)規範,相關業者的營運與操作管理也需要明確。最後,高速飛行仰賴智慧化處理海量資訊,在高速度低延遲的飛行中有大量感應器在無人機上,結合人工智慧AI運算能自主判斷,如避障功能,當無人機飛到橋墩下沒有GPS信號,要如何在通訊中斷時不要撞上障礙物。又如無人機在港區巡邏,深夜不該有人流出現的場所,無人機會自行判斷監控或報警,甚至辨識車牌等,結合AI將使應用層面再擴大。高通研發了結合5G與AI功能的無人機平臺RB5 5G,解決方案支援交貨遞送、緊急應變、檢驗及地圖繪製等。

吳東凌指出,設計及整合是臺灣較弱的地方,設計硬體與零件必須與其他動力馬達、電子變速器、電子控制器等匹配,臺灣廠商如能加強與國際聯盟互動,如日本無人機協會JUIDA、國際民航組織ICAO、美國聯邦航空總署Federal Aviation Administration(FAA)、歐盟航空安全局European Union Aviation Safety、德國Drone Industry Insight等,就能增加話語權、參與討論規格制訂,以便在規格訂定出來之後就快速推出產品,搶得先機。因此,臺灣在無人機領域發展的產業藍圖2.0之中便強調「國際合作與國際交流」,也建議提高主管機關層級整合跨部會合作。

交通部邀請產官學研共同加入U-Team,2020年舉辦「無人機創意應用競賽」與「整合示範計畫」2項活動,希望將政府資源與產業需求結合。創意應用競賽吸引100支隊伍來報名,以競賽實現應用,以應用帶動產業,區分為創意組及應用組。吳東凌分享,看到許多學生很有創意的作品,得獎者經由業師技術及經驗指導,從最初構想到雛形完成概念性、功能性驗證,並參加場域驗證。值得一提的是,臺大討海人、諾亞之翼及iTron 3個參賽團隊獲得投資,還有多支團隊爭取到知名企業實習、面試的機會。由機械系與電控系共同組成跨學校、跨科系的隊伍也在報名之列,結合不同科系的研究強項發揮在無人機上,除流體力學外,控制系統與機械原理缺一不可。

談到目前臺灣無人機的具體應用,包含警政交通事故現場量測,在花蓮空拍車禍現場及臺南空拍火場的監控畫面,鼓勵公部門應用無人機提升施政效能。大溪地政事務所即導入無人機協助桃園市的地籍管理,若用傳統方法測量地籍圖,近20萬筆的地籍管理地號,要釐清更正或編定土地界址將耗費龐大成本且精準度低,所以無人機的高解析度正射影像套疊地籍圖,有助於判定可靠經界,減少無效測點的產生,完成分區界址測繪。另外,交通部公路局在桃園大溪武嶺橋示範橋梁檢測,從拍回的影像建立3D模型,看出龜裂生鏽異樣,加速處理。中華郵政在東港郵局至小琉球郵局間,示範離島間運送郵件,進一步讓偏鄉、離島、氣象站等物資運補作業不間斷。

無人機林下經濟

落實到產業界的應用,臺灣無人機應用發展協會持續推動技術落實產業應用,實現無人機技術的商業運轉,並從技術與市場結合之下找到「林下經濟」商機,利用多種無人機傳感器探測,在雨林內收集的作物資訊整理成大數據,幫助產地作物復育,進而提供買家公開透明的交易平臺。

臺灣無人機應用發展協會發言人張揚表示,創辦協會的目的就是將無人機產業導向正規應用及提高商業收益,小型的消費型無人機種在侷促發展現實中很難與中國大陸業者競爭,但是從其他廣泛的應用領域出發還有機會,包括觀光行銷、國土安全、科技農業等。由協會發動,號召亞太各國成立跨國的聯盟,結合臺灣、香港、中國大陸、日本、南韓、新加坡、菲律賓、馬來西亞、英國、東帝汶等業者力量促成亞太無人機產業聯盟。

接著,他表示可從大規模農業生產著手,取代勞動人力短缺及用藥過度汙染土壤的問題。以咖啡為例,無人機進入東南亞國家森林,巡檢東帝汶的原始雨林內咖啡樹種植情況,蒐集四大類資料,如動物、植物、細菌及病毒。找出林間哺乳類、爬蟲類、昆蟲類生物生態;好氧菌、厭氧菌的數量;查找DNA Viral Protein及RNA Viral Protein病毒,分別利用大數據資料建置基因庫與螢光光譜,再運用於區塊鏈(Blockchain)的採購鏈中。

發揮研發強項 推向產業應用

從無人機飛控板收集到的資料必須經過後端處理,多光譜儀與紅外線得知咖啡螟甲蟲的共生意義及咖啡樹授粉、熟成、疾病等生長參數,再建立數據資料庫,用天然不噴藥的方式與雨林生態共生農作,提升有機種植生產量。研發是臺灣的強項,不適合去拚全球一年約成長500萬工業無人機的硬體生產數量,反倒是將技術推向產業應用,才有機會創造更高的收益。張揚認為,人工辨識、遠紅外線、資料庫處理、Blockchain等技術讓買家市場依照無人機蒐集的完整生產鏈、物流鏈及深加工的透明資訊來決定採購需求,真正反映農產品的價值、產量,而且買賣資料無法隨意竄改。

感測器可以拍攝到解析度0.1公分至1公分的畫面,位置判定也在毫米之間,幫助農民找到寄生蟲及農作物病灶,用生物、環境控制的方式找到生態共生的最適條件,讓咖啡和雨林共生。臺灣以小農居多,用無人機噴藥的成本很高,單次起飛至少2到3萬元起,太小的農地根本不值得,無人機智能生態控制系統能減少噴藥,讓臺灣努力朝向有機島邁進。

不過,無人機的傳輸能力的確考驗當地電信系統的建置能力,場域需要盡量滿足5G基地臺布建,才能將影像更快傳到雲端,及時辨識森林地生態狀況。此外,載重能力一直是無人機發展的瓶頸,只要延長飛行時間,意味著就需要放更重的電池,電池動力的能源問題需要解決,也許發展油電混合、氫能等機型會成為下階段的挑戰。

建立亞太規格 智能分析

眼光放長遠,臺灣無人機應用發展協會其實希望秉持既有優勢建立規格,如感應器、光譜、旋翼材料、高度、燃料種類等生產標準,結合亞洲各國無人機產業聯合力量。張揚表示,政府與民間非政府組織(NGO)應該頻繁合作,從飛行安全管理讓無人機能在規定的實驗場域試驗,建立無人機飛航管理系統(UTM)規則。同時,產業發展方向兼顧產業的利益,無人機協會的成員不只招募空拍飛手而已,還需要網羅農業專家、交通管理、氣象與海象管理、人工智慧、雲端大數據,甚至雨林棲地的原住民參與地方創生的實務經驗,才能將產業需求與科技真正結合,創造更大的效益。

張揚表示,馬來西亞、東帝汶、日本、印尼的無人機協會因嗅到Blockchain背後的新商模,主動連絡討論,已歷時5年舉辦無人機解決方案國際論壇,如視訊連線東帝汶民主共和國農漁業部林業專家Cesaltino de Carvalho,介紹如何應用臺灣無人機現代科技定位,了解亞洲各國雨林野生咖啡之遮蔭樹功能與分布等。此外,運用無人機區塊鏈使得第三方檢驗的概念將漸被重視,有助於穩定價格報價,相關應用還可延伸至馬來西亞的棕櫚油、中國大陸新疆的棉花或東北的人蔘等生產控管,臺灣利用雲端智能分析林下經濟所衍生的生產力、品種外觀與DNA、農業用藥、疾病傳染控制及水源土地肥沃度與汙染,加上無人機情資蒐集系統不可竄改的技術,促成區塊鏈公正交易的龐大商機。

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