鄭旭峰 / 工研院資通所
近年無人機產業隨農業、工業檢測、運輸、空拍娛樂以及戰爭，廣泛地受到大家的重視，不知不覺中無人機已經嵌入到日常生活。在產業發展的重點上，除深化無人機載具技術研發，也擴充至蜂群無人機協作，結合感測器，於軟體部分導入人工智慧、邊緣運算，更加重視資訊安全。嶄新商業模式幫助人類創造更美好生活，也成為新投資標的。台灣產業在這波浪頭上該如何扮演全球角色，需更積極以贏得下一世代競爭優勢。
【內文精選】
無人機的現況
2. 應用產業
無人機的全球市場在近年大幅增長，現已成為商業、政府和消費應用的重要工具。其能夠支持諸多領域的解決方案，廣泛應用於建築、石油、天然氣、能源、農業、救災等領域。
多旋翼無人機優點包括：體積小、重量輕、噪音小、隱蔽性好，可於複雜空間使用，可以垂直起降、懸停、側飛、倒飛，直覺反應控制類似電玩，且飛行高度低，具有很強的機動性；缺點是飛行速度慢，且飛行距離較短(~10 km)，主要取決通訊模組和電力供應。產業運用其懸停的優點，以適當的酬載感測器與小運算器(AIoT平台或MCU)，即時提供邊緣運算和反應回饋，並搭配通訊模組與雲端連結，實踐遠距檢測、監控和自主飛行，完全以旋槳鼓動氣流抵抗地心引力，因此會花費較多能量於此。
市場應用研究
1. 橋梁檢測
工研院資訊與通訊研究所開發無人機橋檢的核心關鍵技術，如圖六所示。詳細橋檢過程如下。
圖六、無人機橋檢重點技術
①自主航行路徑規劃，初步先在橋的兩側以平行飛行，攝像機垂直橋體精準拍攝橋側影像、橋墩位置與下面空間，橋下空間則先將影像變形調整正規化，自動標記橋下拍攝停點與行進路徑。後期須將無人機GPS及預估與橋的距離反算實際橋梁和橋墩GPS，做出與實際管理相當的里程標記，以利資訊存檔回溯工程位置。
②橋下弱GPS飛控穩定，架設RTK(實時動態定位技術)融合視覺定位輔助GPS的訊號飄移和大型鋼鐵結構所產生的磁場變化。另外，在無人機飛控運算上，需要氣壓計高度資訊以及使用卡爾曼濾波器校正慣性測量單元(IMU)，以推估姿態變化的誤差。
2. 風力發電機檢測
在不停止風力發電機的狀態下，無人機需配備RTK精準定位，並在風力發電葉片上註記標記(方便無人機識別葉片與無人機相對位置)，以及以高解析度攝影機與紅外線感測器，運用熱相法(Thermography)偵測深達葉片內部0.5英吋的損壞。當陽光的熱能透過葉片的材料擴散時，葉片表面下若有損壞的位置會因熱特性出現變化，因此造成不規則擴散，便能藉此發現瑕疵處。亦能利用臺灣大學風機研發團隊所發展出的一套以風機運轉噪音來診斷風機葉片表面損傷的方法，其以碎形理論為基礎，比較正常基準風機與受測風機兩者高斯分布曲線下的面積交集，以提供葉片損傷時異常的診斷。確認受損位置後，評估是否有必要停機檢查，人員再攀爬上葉片，以X射線數位成像技術量測影像標記可能位置點，或以相位陣列式(Phase Array)超音波成像穿透到葉片內部，進一步發現潛藏的損壞缺陷/傷痕，並進行修補。
3. 都市工地的協作與商業模式
無人機的角色正在從被動觀察者轉變為與人類工人互動的主動代理人，完全自主的無人機將與人類團隊成員協調它們的行為。透過雙向協作，Co-drones將協助人類工人完成廣泛的建築任務，包括屋頂工人的材料處理、幫助高處的鋼鐵工人，以及通過安全監控他們的盲點來幫助起重機操作員等，如圖八所示。可預期的商業模式將會出現，例如：無人機將會是政府主管監理業務單位的眼線，其可即時監看工地安全；另一方面，無人機的服務商可以將服務擴大，提供工地入侵安控、建材稽核、施工保證品質，而搭配吊掛、出車或卸貨擔任第三隻眼，甚至於夜間時間搬運建材以及施工的第三隻手，以服務代替方案購買，並接受政府監管---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、在建築工地上工作的人與無人機團隊
★本文節錄自《工業材料雜誌》442期，更多資料請見下方附檔。