發佈日期:2016-08-15

無人機是商機,還是危機?

作者:張小玫

專利資訊無人機無人飛行載具四軸飛行器無人駕駛航空器物聯網DronesUnmanned Aerial Vehicles (UAVs)quad-coptersIoT

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一、前言

無人機已有90年發展歷史,早期皆以軍事用途為主。近年來受到物聯網概念發酵,同時資訊、通信與網路技術得以整合,使得無人機從消費性休閒娛樂玩具滲透到商業、農業、國防領域高價值應用,成為指日可待的殺手級產品。

無人機是一種無人飛行載具,常見幾種英文名稱,有:Drones、Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)、Unmanned Aerial Systems (UAS),或稱quad-copters四軸飛行器,不需要駕駛員登機駕駛的飛行器,而是透過無線通訊系統從遠端操控,或完全自主飛行。無人機以技術高低來說,分兩種類型:第一種是以四個螺旋槳起飛的「旋翼機」,以手動遙控,滯空時間短,僅能在視距內飛行,例如:亞馬遜Prime Air、大疆Phantom等。另一種則是「定翼機」,可飛至十多公里外,速度達近百公里,多採自動駕駛,例如:Google及Facebook太陽能無人機,打造高空基地台的運行目標。

二、至少六種技術的融合

事實上,無人機具有顛覆產業未來的潛力,因為它至少實現六種技術的融合:

(一) 物聯網感測器:無人機搭載各種感測器(熱成像、壓力、音頻、輻射、化學、生物)並接入網路聯網世界,便於無人機向外溝通並與運營商聯絡。

(二) 先進電池技術:提升電池能量密度,延長無人機的巡航時間。例如,利用太陽能電池技術使得高海拔無人機可持續飛行一周。對小型無人機而言,電池趨向微型減量化。

(三) GPS定位技術:穩定飛行路線及精準降落定位。

(四)圖像處理及高解析鏡頭:甚至支援3D深度感知拍攝RealSense及擴增實境技術。

(五) 3D列印:機身維修配件列印。

(六)人工智慧:透過機器學習,未來允許無人機自主飛行及自主運作。

三、無人機應用產業

事實上,無人機依用途不同而有各式各樣外型及種類。目前,無人機用途主要用於小型包裹運送及休閒娛樂較多。在不久將來,它將有數千種用途,甚至可廣泛擴及農業、國土保護監控、緊急救災、軍事偵察、太空探險等應用,如下應用領域說明:

  • 農業輔助:利用無人機噴灑農藥、灌溉農田、監控農作物生長及防害,收集作物健康與產量的實時數據。
  • 貨物運輸/物流:遞送小型物品,如Matternet 建造無人機網絡向全球的偏遠農村、島嶼、深山運送食品和醫療用品。
  • 山林及動物管理監測:利用裝設在無人機上的高性能攝影機,不分晝夜地24小時遠端監控山林是否出現異常現象,包括:山林大火、嚴重病蟲害、林木盜伐、動物遷移,還能遠端操控無人機、近距離拍攝目標物,也能透過無人機定位數據迅速到達事件地點。
  • 城市基礎設施規劃,安全檢查和維護:對於具高度危險的定期安檢、診斷,如高壓電線、鐵軌或是人類不易到達的高樓層建築物等。
  • 國土調查、巡邏:土地測量及監控國土邊境是否出現異常,全天候360度無死角的監控,有助提高國防安全。
  • 氣候/環境監測:從收集資料到監測作業,尤其極地區、沙漠、大草原的環境等。
  • 快速響應與緊急救援:利用無人機進行突發新聞/災難/戰區情況信息傳送、搜救行動。
  • 執法/邊界與反恐:同步監控海防或邊境,並及時阻止非法活動,或在事後透過影像證據逮捕嫌犯,遏止不法行為。以及國家面臨在生物輻射或恐怖威脅,扮演搜查並連繫的角色。
  • 通訊網路活用:作為通信基地台或低空衛星。目前無人機操控以Wi-Fi為主,日後使用範圍可擴及LTE,或如Google為全球打造一個平流層氣球網絡,隨時隨地提供低成本且覆蓋整個地球的連網接入服務。
  • 娛樂/電影/運動攝影:愛好者可以透過無人機以各種角度或高度進行拍攝。

未來,人類還可應用無人機於外太空探險:在浩瀚宇宙中派遣無人機到外太空進行探索。

四、各國無人機適航法規之進展

隨著,全球各地使用無人機發展火熱,應用越來越廣泛,然而,目前無人機飛行管理法規尚停留在試行階段,正式完整適用法規尚未出爐。其中,以中國大陸及歐盟較積極。事實上,為因應無人機產業快速發展的需求,目前,大多數國家是基於同類別有人機適航規章進行裁剪、修訂或補充的方式進行制定對應的無人機適航標準。根據美國FAA通用航空研究中心(CGAR)在2007年年會上公布的數據表明,30%的有人機法規可直接用於無人機;54%的有人機法規需要修訂後用於無人機;16%完全不能用於無人機。

表1、歐美中有關無人機適航法規之進展

國家發布日期規範名稱何時實施管轄單位
歐盟2015.7.31 * Concept of Operations for Drones
* Proposal to create common rules for operating drones in Europe (A‑NPA 2015-10)
2017.1歐洲航空安全局 (EASA)
美國2016.6.21The Small UAS Rule (Part 107)2016.8.29FAA
中國大陸2015.12.29*《輕小無人機運行規定(試行)(AC-91-FS-2015-31)》
*《民用無人機駕駛員管理規定 (AC-61-FS-2016-20)》
2016.7.11中國大陸民用航空局飛行標準司
資料來源:STPI研究整理,2016/7

(一) 歐盟提出無人機營運之共同規範 (A‑NPA 2015-10)

2012年,由歐盟多個組織和專家組成歐洲無人機領導小組(The European RPAS Steering Group, ERSG),以制定民用無人機融入歐洲航空系統的路線圖(Remotely Piloted Aircraft Systems Roadmap)。2013年6月,ERSG將路線圖提交歐盟委員會,闡述為實現民用無人機安全融入歐洲航空系統需要考慮的問題及解決問題步驟。

該路線圖分為4個時間區段完成,分別是2013年、2018年,2023年和2028年。路線圖也將之前歐盟各國及組織的無人機發展規劃進行了協調統一。

為了統一歐盟各會員國無人機相關管理辦法,由歐洲航空安全局 (European Aviation Safety Agency, EASA)負責提案給歐盟委員會進行討論審理,終於2015年7月31日提出兩個關於無人機的法規方案:(1)無人機運行概念 (Concept of Operations for Drones);(2) 歐盟無人機運行的共同規範提議Proposal to create common rules for operating drones in Europe (A‑NPA 2015-10),提出33項規章制修訂建議項目。歐盟擬議的監管政策架構適用於商業和非商業的運營活動,預計於2017年1月開始陸續正式推出。

EASA對無人機監管的規則依據性能和風險,區分成三類:

(1)開放類Open(低風險):針對風險非常低的無人機運行類型,不論是民用或商用皆無需通過航空監管部門的審理,也無針對運營商和飛行員的資質要求。該類無人機的安全性是僅須通過運行限制、符合行業標準、保證對某些功能的最低要求及運行規則。該類別由警方監管。(重量25公斤以下,可視範圍且離人與地面150公尺安全距離內飛行,並與其他領空的使用者分開。)

(2)特定類Specific(中等風險):針對特定類型的無人機運作活動具有一定的風險者,需要通過額外的限制或通過對設備和人員能力提出更高的要求來控制風險。該類型由成員國民航當局(NAA)授權,可設立一個認證機構協助經營者來進行風險評估。(這類無人機的設備、零件及功能須各自取得認證通過,例如「偵測及閃避裝備」等。)

(3)審定類Certified(高風險):針對無人機運行的風險上升到類似於正常載人航空器運營的風險水準,將被歸類在審定類。基本上,該類無人機運行將視同載人機,所以適航審定政策基本是一致的,需要取得多個批准。該類別的要求與載人飛機適航管理相同。由NAA和EASA監管。

歐盟特別要求安全風險的監管,在未來的無人機監管政策必須加以解決:

-與有人駕駛飛機的空中相撞;

-對人員的傷害;

-對財產的傷害,特別是關鍵或敏感的基礎設施的傷害。

由於,由EASA提出監管框架是對歐盟所有類型無人機的規範。因此,將取消各成員國原先設定無人機的150公斤監管限制。

(二) 美國公佈商用小型無人機使用規範 (The Small UAS Rule (Part 107))

美國聯邦航空局 (FAA)於2016年6月21日通過商用小型無人機安全使用規範最終版,預計將於8月29日開始執行。

根據FAA公佈的新規範,主要如下:

1. 無人機連機載貨重量不得超過50磅(25公斤),

2. 只可在日出及日落前30分鐘飛行,

3. 無人機在操作員視線範圍內飛行,飛行高度在400英尺(約122m)以下,飛行時速在100英里(約160km/h)以下

4. 新規列明無人機不可在特定地區空域飛行,包括夏威夷、哥倫比亞特區等。

5. 無人機操作人員,必須年滿16歲,並持有遙控飛行證書。

(三) 中國大陸方面

2009年發布《民用無人機空中交通管理辦法》指出,組織實施民用無人機活動的單位和個人應當按照《通用航空飛行管制條例》等規定,申請劃設和使用空域,未經地區管理局批准,禁止在民用運輸機場飛行空域內從事無人機飛行活動。

2015年12月29日,中國民用航空局飛行標準司發出《輕小無人機運行規定(試行)(AC-91-FS-2015-31)》結合運行規定進一步規範無人機駕駛員管理規定,進行了第一次修訂,新版《民用無人機駕駛員管理規定 (AC-61-FS-2016-20)》於2016年7月11日生效。

主要內容包括重新調整無人機分類和定義,新增管理機構管理備案制度。納管範圍包括在可視距離內或外操作、機身重量在116公斤以下、起飛重量在150公斤以下、校正後飛行速度在時速100公里以下的無人機,需配備電子圍欄和無人機雲系統。

電子圍欄的主要功能是可阻攔其他飛行器材飛入劃定的特定區域;無人機雲系統則是類似黑盒子,可記錄無人機所有飛行和動態資料,系統連接後,無人機會即時傳送飛行數據,對無人機的位置、飛行高度、速度等狀態進行即時監控,相關資料必須保留3個月以上,並可對侵入電子圍欄的無人機發出警報,另外也可提供氣象等周邊服務。

對無人機系統駕駛員實施了分類管理,且增加了管理備案制度,提出Ⅰ、Ⅱ類(即7公斤以下)如運行需要,駕駛員可在無人機雲系統進行備案。備案內容應包括駕駛員真實身份信息、所使用的無人機型號,並通過在線法規測試。對行業協會要求:建立駕駛員考試體系和標準化考試流程,可實現駕駛員訓練、考試全流程電子化實時監測;建立駕駛員管理體系,可以統計和管理駕駛員在持證期間的運行和培訓的飛行經歷、違章處罰等記錄。

(四) 我國方面

行政院已於2015年9月通過民航法部分條文修正草案,以無人機重量15公斤作為單一切分管理點,但最後的法規樣貌為何,有待2016年立法院新會期審議。

五、我國、中國大陸及南韓無人機發展政策

由於,商用無人機產業應用,帶來商機的同時,也將解決人力短缺及增加產業生產力的效益,在未來十年至少帶來逾千億美元經濟效益,及製造逾10 萬個新的就業機會。

我國方面,依據蔡政府提出五大創新產業,將無人機納入智慧機械之『建構智慧機械產業生態體系』及國防產業之航太工業發展『無人飛行載具』。

中國大陸方面,依據『中國製造2025』將無人機納入航空航天裝備重點領域發展技術,預計分三個五年達成:

  • 2020年達到無人機實現預編程控制、動平台起降、靜態環境適應能力,以及小型化、大載荷能力。
  • 2025年達成無人機自主能力進一步提高,動態環境適應能力增強,仿生飛行器取得明顯進展。
  • 2030年達到無人機環境適應能力進一步增強,可實現多機合作,仿生飛行器開始產業化、規模化應用。

南韓方面,2016年3月宣布要扶植八種無人機應用產業領域:貨物運輸、山林保護、監測、建築物的安全檢測、國土調查巡邏、海岸地區管理、活用通訊網絡、攝影、休閒以及農業輔助。但根據韓國無人機產業振興協會公布的數據,韓國無人機業者有1,200多家,但卻僅20至30家企業能夠獲利。因韓國的無人機企業有近八成都是無人機拍攝影像的小企業,真正進入無人機製造相關企業非常少,或是進口零件後再組裝。因此,南韓政府改由無人機軟體服務層面切入才有勝算。

六、未來發展挑戰

一、延長飛行時間可以讓應用變得更廣。

目前,一般消費型無人機以30分鐘內航行為主,突破有限的飛行時間是首要任務。如果能夠製造出飛行一小時以上的無人機將改變市場。

二、突破偵察與閃避技術領域,即時躲避障礙以減少錯誤發生。

對於無人機來說,偵察與閃避技術(sense and avoid)須安裝額外感測器,比如雷達,以確保無人機在公共領空中安全的飛行。若利用無人機本身攜帶的視訊攝影鏡頭即時識別物體,將會形成無人機本身龐大的運算能力,容易耗電而減短飛行時間。目前有些公司正嘗試解決這個問題,例如:Yuneec Typhoon H無人機結合英特爾 RealSense技術,實現飛行規避碰撞的能力。

三、讓無人機自主飛行,數據即時傳到雲端並分析應用才是重點。

四、無人機的顛覆性將面臨諸多社會、國防、法律挑戰。

利用無人機輔助之非法行為,引發安全及潛在衝突,例如:對隱私、間諜方面問題的擔憂;產生噪聲污染,空中交通造成混亂,還有偷盜和商業使用問題。

五、創造有利無人機產業發展的法規和商業環境。

無人機成功將 顛覆許多產業。未來將減少人力去運送貨物,物流運輸成本可望大幅降低。政府須及早創造有利無人機產業發展的法規和商業環境,否則將造成國內人才流失及工作機會減少。

六、結論

由於,無人機至少融合六種核心技術,可同時拉抬台灣廠商步入物聯網的機會。只可惜,目前台灣公司以進口零件後再組裝為多,真正進入無人機自產製造者較少,因此若不掌握真正核心技術,難以從中獲利。對政府政策建議,未來無人機應鼓勵開發關鍵零組件及自主飛行控制軟體整合。

本研究目的,協助找出適合我國無人駕駛航空器系統的適航法規,以供主管單位編定適合無人駕駛航空器系統的適航法規之參考。

無人機是商機,還是危機?未來,無人機也將創造新的工作機會,同時也解決人口老化及人力短缺的問題。先進科技為人類帶來美好便利生活環境,但無人機也可能遭有心者蓄意利用,甚至危及國家安全。無人機發展已成為一種趨勢,若國內法規不鬆綁將迫使業者往海外市場發展。所以,政府須創造有利的無人機產業環境及合宜的法規。

參考文獻

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  13. 中國大陸民用航空局飛行標準司 (2015/12/29),《民用無人機駕駛員管理規定 (AC-61-FS-2016-20)》
  14. 朝鮮日報:http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2016/06/27/2016062700018.html