資料來源:European Commission(2020). 5G!Drones.
近年來無人機相關技術蓬勃發展,透過整合無刷馬達(Brushless Motor)、鋰聚合物電池(Lithium Polymer Battery,LiPo)、碳纖維複合材料(Carbon Fiber Composite,CFC)、微型電子元件、電力電子(Power Electronics)、通訊導航識別(Communication Navigation Identification,CNI)、飛行控制(Flight Control)等技術,無人機成為未來航空運輸的重要運具。歐美國家積極發展無人機應用與推動策略,本文將針對歐盟5G公私聯盟協會(The 5G Infrastructure Public Private Partnership,以下簡稱5GPPP)所推動5G! Drones計畫進行介紹,作為我國發展智慧無人機應用服務之參考。
財團法人台灣經濟研究院研究一所\彭義琹 助理研究員、陳婕莉副組長
歐洲聯盟執行委員會(European Commission,EC)於2013年成立 5GPPP,以推動歐盟5G技術研究與創新。5GPPP主要任務為促進歐盟5G創新實驗推動計畫,並與5G基礎設施協會(5G Infrastructure Association,5G-IA)共同推動泛歐5G實驗藍圖(5G Pan-European Trials Roadmap)發展。
5GPPP於2019年公布7大5G創新研究計畫,包含:
1. 5G-SMART:主軸為發展智慧工業。
2. 5G!Drones:推動無人機實驗,著重於公共安全監測與防災。
3. 5G-HEART:研究5G應用於醫療、運輸、水產養殖等產業帶來之效益。
4. 5G-VICTORI:聚焦於未來交通、能源、媒體及工廠等領域。
5. 5G-TOURS:為法國巴黎、義大利杜林及希臘雅典等3個城市之旅客、居民及病患進行創新應用服務實驗。
6. 5G-SOLUTIONS:驗證5G通訊技術特性促進垂直產業(Vertical Industry),如工業4.0、交通、能源等蓬勃發展之潛力。
7. 5GROWTH:將人工智慧(Artificial Intelligence,AI)及自動化技術結合5G解決方案應用於垂直產業。
歐盟5G ! Drones計畫主要創新應用服務需求為:(1)透過無人機了解空中交通情形,進而對無人機執行即時遠端命令與控制,讓無人機操作員對任務狀態可即時掌握,並於緊急狀況進行控制;(2)如果發生可預期或不可預期之緊急狀況,無人機可依據正確指令與緊急應變措施執行任務。該計畫目標與效益為有效指揮與控制無人機,確保航空交通安全,降低無人機飛行潛在危險,以及精準發布指令與緊急應變措施。5G!Drones計畫針對上述需求,研提四大應用服務,包含一、無人機飛航交通管理;二、公共安全及災難救援;三、狀況認知(Situation Awareness);四、維持人潮眾多活動之連線能力,本文將針對前兩項應用服務介紹如下:
一、 無人機飛航交通管理:
該計畫透過遙測(Remote Sensing)與高畫質影像應用,優化無人機飛航交通管理效能(含指揮與控制),期望運用超可靠低延遲通訊(Ultra-reliable and Low Latency Communications,URLLC),實現雙向即時傳輸無人機與地面管制站(Ground Control Station,GCS)之間的資料,資料蒐集來源包含全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)、加速計、陀螺儀、指南針、氣壓計、風速感測器、3D地形影像,以及高畫質4K動態影像等,亦可結合擴增實境(Augmented Reality,AR)及虛擬實境(Virtual Reality,VR)控制器。另外,無人機亦配備自動防撞功能,透過完全自主模式與預訂編排路線,可讓3架以上無人機同時於預定航線中執行任務或獨立飛行。該計畫亦蒐集及評估大量航空數據,進而分析空中潛在風險,以強化對各類飛航對象的告警作業。
二、 公共安全及災難救援:
無人機可應用於公共安全與多元災難救援情境,如地震、森林野火、風暴、山崩、海嘯、化生放核爆(Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, and Explosives,CBRNE)、恐怖攻擊等。不論是天然或人為災難,都將對環境造成嚴重破壞,同時將影響公共安全。當上述災難發生時,搜救人員較不易進入現場救災,尤其天然災難常重創災區環境與基礎設施,進而破壞城市與該區域聯繫之通訊設備,通訊中斷時,緊急應變措施將無法正常啟動,使現場救援與復原作業需付出相對較高的成本及時間。同時,災難發生當下,民眾對外聯繫需求量增高,搜救人員亦需傳輸大量災區影片及照片以全面掌握現場情形,龐大資料量將使通訊網路壅塞,造成網路服務品質惡化,甚至有無法連線網路及資料傳輸困難之情形。
鑑此,災難發生當下,在搜救人員及救援車輛不及之處,無人機能協助迅速且有效取得即時資訊,如透過無人機取得高畫質即時影像,使搜救人員可迅速將災難現場進行3D製圖(3D Mapping)以找到受損最嚴重的區域,即時上傳現場資訊以協調救援工作。相較傳統救災模式,無人機可節省救災成本及大幅提升緊急應變速度,另外,與人造衛星影像相比,無人機亦能更即時地提傳輸高畫質影像。
不論是在白天或黑夜期間,無人機搭載紅外線鏡頭能迅速找到待援對象所在位置(特別於夜間執行任務時);群飛無人機亦可快速且有效搜索幅員較大災難區域。另外,無人機能將高畫質影像即時傳輸至災害應變中心,協助搜救人員精確標記待援對象,同時,詳細定位資訊將有效引導搜救人員精準地至待援對象所在位置,空拍畫面亦將協助搜救人員避開救援路徑上之阻礙及危險。當無人機發現待援對象時,將立即透過變焦鏡頭檢查其身體狀況並分析該待援對象受傷程度,以確保搜救人員備足相關急救設備。
上圖為無人機執行公共安全及災難救援示意圖
無人機已發展出多種創新應用服務,應用領域擴及至物流運送、強化通訊、救災搜救、數據蒐集、地理探勘等。本文下篇將接續介紹歐盟5G!Drone計畫所發展應用服務內容,提供我國相關利害關係人參考,如狀況認知、維持人潮眾多活動之連線能力等。
[1] European Commission(2020). 5G!Drones.
[2] European Commission(2020). 5G!Drones,Description of 5G!Drones use cases.
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