亞馬遜在幾年前提出用無人飛行器來送貨，可以節(jié)省一半的運(yùn)送時間，人力與運(yùn)送成本更只有原來的八分之一，是非常有效率又節(jié)省成本的送貨方式。另外，包括空拍、巡邏監(jiān)控、農(nóng)漁業(yè)輔具、防災(zāi)救難、軍事國防等應(yīng)用不斷擴(kuò)展，相關(guān)商機(jī)潛力十足。

國際無人機(jī)載具協(xié)會預(yù)估2025年無人機(jī)市場規(guī)模達(dá)100億美元，五年成長五倍，其中又以北美與亞洲應(yīng)用市場動能最大。事實(shí)上，無人機(jī)已有90年發(fā)展歷史，早期皆以軍事用途為主，近年來受到物聯(lián)網(wǎng)概念發(fā)酵，同時信息、通訊與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以整合，使得無人機(jī)從消費(fèi)性休閑娛樂玩具滲透到各領(lǐng)域應(yīng)用。乘著這波熱潮，近年來國內(nèi)也開發(fā)了各式性能優(yōu)良的無人飛機(jī)，并有效支持公務(wù)單位執(zhí)行空拍、測量、監(jiān)控、搜索、GIS等任務(wù)。目前無人機(jī)已經(jīng)從玩家進(jìn)展到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，期待能發(fā)展成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

從空拍、巡邏監(jiān)控、農(nóng)漁業(yè)輔具，到防災(zāi)救難及物資運(yùn)送等，無人機(jī)的應(yīng)用潛力無窮，因而備受注目，不過其間卻也隱含了法規(guī)未完善與商業(yè)模式未成熟而影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的挑戰(zhàn)，如何深入掌握其技術(shù)趨勢與市場商機(jī)，并早期洞見法規(guī)的限制與產(chǎn)業(yè)發(fā)展風(fēng)險，對于所有關(guān)注此領(lǐng)域商機(jī)的廠商來說，是投入前必備的功課。若將型態(tài)擴(kuò)大到無人載具，則陸上、水下、空中的各式無人移動裝置都算，甚至掃地機(jī)器人也是，只是近期無人飛機(jī)與多軸飛行器較為人熟知，本活動也專注于討論這個型態(tài)的無人載具。

無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域日漸廣泛

亞馬遜（Amazon）在幾年前提出用無人飛行器來送貨，可以節(jié)省一半的運(yùn)送時間，人力與運(yùn)送成本更只有原來的八分之一，是非常有效率又節(jié)省成本的送貨方式。雷虎科技客服部經(jīng)理曾良弘（圖1）指出，在無人機(jī)的應(yīng)用上，除了送貨之外有更多想象空間，F(xiàn)aceBook在非洲與其他偏遠(yuǎn)地區(qū)，采用定翼式的無人機(jī)裝載基地臺，強(qiáng)化行動通訊的訊號。Google也用無人機(jī)對地形地貌進(jìn)行繪測與掃描，強(qiáng)化其Google Map或Google Earth的服務(wù)準(zhǔn)確性與圖資精確度，無人機(jī)的類型與分級如（圖2）所示。

另外，將無人機(jī)上的設(shè)備做不同的調(diào)整就有新的功能應(yīng)用產(chǎn)生，如紅外線熱感應(yīng)儀，可以在夜晚進(jìn)行精確的生物感測，使用在海岸巡防或走私查緝等工作上。另外在火災(zāi)現(xiàn)場，紅外線熱感應(yīng)儀可以看穿霧、煙、灰塵，迅速掃描火場內(nèi)天花板熱蓄積及火勢蔓延狀況，以及清楚看到受困民眾或隱藏的熱源，協(xié)助指揮救火行動。而像是森林火災(zāi)消防監(jiān)控/勘察、無線基地臺線路設(shè)備檢查、高壓電塔線路設(shè)備檢查、高壓電塔礙子檢查、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)備檢查、農(nóng)耕地水分/土壤檢查、農(nóng)耕地噴藥/畜牧動態(tài)監(jiān)控、空氣污染監(jiān)測、鉆油平臺設(shè)備輸油管路檢查、交通監(jiān)控/事故調(diào)查、緊急救援搜查勘災(zāi)等都是無人機(jī)的應(yīng)用。

而隨著無人機(jī)逐漸普及，近年無人機(jī)失事事件屢見不鮮，輕則造成財產(chǎn)損失，重則造成人命傷亡。曾良弘說，近來不時有消費(fèi)者因?yàn)椴僮鞑皇煜?，?dǎo)致墜毀于人群附近的新聞，據(jù)了解這些墜毀的無人機(jī)80％～90％都是因?yàn)槿藶榈牟僮鲉栴}，像是無人機(jī)撞擊101大樓、在日月潭游客中心墜毀傷人、闖入清泉崗空域等事件。

在無人機(jī)的飛行動作部分，目前有三種來源，一是「線控」，由地面人員以有線或無線的方式進(jìn)行飛行控制，飛機(jī)必須要在視線內(nèi)，操縱技術(shù)門坎高。二是「智能型」，擁有軍用無人機(jī)的智能技術(shù)，透過通訊技術(shù)進(jìn)行操控，飛機(jī)可以離開操控人員的視線范圍，成為目前消費(fèi)性無人機(jī)市場的主流。三為「自主飛行」，結(jié)合人工智能自主思考，無人機(jī)接收到任務(wù)命令之后，能自行規(guī)劃飛行路徑，處理過程中所有突發(fā)狀況與風(fēng)險。

無人機(jī)關(guān)鍵零組件架構(gòu)與設(shè)計要領(lǐng)

無人機(jī)關(guān)鍵零組件發(fā)展越來越成熟，新唐科技微控制器營銷應(yīng)用一處二部經(jīng)理沈子嵐（圖3）表示，無人機(jī)電子零組件包括：2.4G遙控器、鋰電池充電器、云臺、避障系統(tǒng)、飛行控制板、電調(diào)板、航拍模塊與超音波定高模塊。另外，該公司也推出了一個航資參考系統(tǒng)（AHRS），是由航資系統(tǒng)主控板與電源/藍(lán)牙擴(kuò)展板所組成，主控板搭載主控芯片、雙六軸傳感器、雙磁羅盤、氣壓計、四路PWM控制、USB輸出、接口輸出、仿真/除錯接口等。

另外，與主控板對接提供模塊電源與無線傳輸能力的擴(kuò)展板，搭載藍(lán)牙接口、PC/手機(jī)連接輸出、鋰電池接口、USB鋰電池充電、USB數(shù)據(jù)輸出接口等。沈子嵐強(qiáng)調(diào)，其航資參考系統(tǒng)運(yùn)算庫的優(yōu)勢包括：更新率達(dá)1KHz以上、零點(diǎn)飄移每小時小于15度、水平角度誤差小于1度、方位角度誤差小于1.5度、支持兩組傳感器同時運(yùn)算、支持使用者自選傳感器等。

圖4　和碩設(shè)計互動設(shè)計主任陳昱璋說明，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計與組裝的時候，一般都會進(jìn)行飛行仿真，但是軟件操作與實(shí)作還是會有誤差。

而在整機(jī)組裝有豐富經(jīng)驗(yàn)的和碩科技旗下和碩設(shè)計互動設(shè)計主任陳昱璋（圖4）說明，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計與組裝的時候，一般都會進(jìn)行飛行仿真，但是軟件操作與實(shí)作還是會有誤差，所以組裝后的無人機(jī)實(shí)際飛行狀況要透過試飛才能得到最具體的回饋。另外，機(jī)體在模擬時并不會有震動的情況，所以震動會如何影響實(shí)際的飛行甚至拍攝的清晰度，還有鏡頭模塊的選擇都是實(shí)作階段需要注意并解決的問題。一般認(rèn)為無人機(jī)在飛行的過程不會有散熱的問題，但是該團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)芯片的發(fā)熱甚至到了讓團(tuán)隊(duì)考慮加裝風(fēng)扇的程度。

飛行器發(fā)展多年，直到近年多軸飛行器與通訊、半導(dǎo)體、信息科技結(jié)合，不僅降低成本，也讓應(yīng)用層面大為擴(kuò)展，航見科技Arklab多旋翼工坊共同創(chuàng)辦人張東琳（圖5）表示，包括影視轉(zhuǎn)播，如實(shí)時新聞與運(yùn)動賽事現(xiàn)場；空間信息如航測、環(huán)境3D建模；環(huán)境監(jiān)測如空污、水污、海污、廢棄物大氣監(jiān)測；通訊電信如臨時行動基地臺或低空衛(wèi)星；保全安防如邊境/海岸巡邏、緝毒走私；災(zāi)害應(yīng)變?nèi)鐬?zāi)害中與災(zāi)害后協(xié)助判斷現(xiàn)場情勢；基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)如農(nóng)林漁牧業(yè)的監(jiān)控、投藥、喂養(yǎng)等皆是。而在物聯(lián)網(wǎng)時代，飛行器可以進(jìn)一步看成可移動的物聯(lián)網(wǎng)終端。

在實(shí)際應(yīng)用部分，環(huán)境監(jiān)測是目前無人機(jī)已經(jīng)可以執(zhí)行得很完善的工作之一，包括中南部溪流的水質(zhì)監(jiān)控、采樣，溪流附近的揚(yáng)塵監(jiān)控、采樣。張東琳指出，使用無人機(jī)進(jìn)行此一任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)有三個，一是高機(jī)動性，可自動化的多點(diǎn)偵測，且不受地形阻隔。二是安全性，執(zhí)行人員不用在惡劣的自然環(huán)境中親身監(jiān)測采樣，遠(yuǎn)程作業(yè)安全性與可靠性高。三是智能自動化，無人機(jī)可以設(shè)定多種航線并自動駕駛。

從人類的歷史來看，最早的無人機(jī)并不是近代飛行器問世之后才出現(xiàn)，而是多數(shù)人都知道的「飛鴿傳書」，讓鴿子背著照相機(jī)就是最簡易的航拍無人機(jī)了。根據(jù)市調(diào)公司IDC的報告指出，2015年第三季中國航拍無人機(jī)市場出貨量為4萬臺，2016年市場規(guī)模將達(dá)39萬臺，并認(rèn)為無人機(jī)商用市場即將爆發(fā)，未來五年復(fù)合成長率將達(dá)6%，2019年市場規(guī)模將挑戰(zhàn)300萬臺。專業(yè)級無人機(jī)應(yīng)用與發(fā)展時間已有數(shù)十年，消費(fèi)級無人機(jī)大約最近三年才逐漸嶄露頭角。

專業(yè)級無人機(jī)指的是針對企業(yè)、政府公共服務(wù)用的無人機(jī)，綠創(chuàng)新科技技術(shù)顧問朱光華（圖6）說，根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求功能各有不同，交通、安防、電力、太陽能、邊防等擁有眾多待開發(fā)的領(lǐng)域，適合新創(chuàng)公司切入，每個領(lǐng)域預(yù)估都有人民幣10億～50億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。而消費(fèi)級無人機(jī)指的是針對個人或家庭使用的無人機(jī)，一般具有拍攝功能，消費(fèi)級無人機(jī)主要是航拍玩家在使用，進(jìn)入門坎低，目前市場上最便宜的無人機(jī)大概臺幣3，000～5，000元就可購得。

不過，從飛行器的效率來觀察，多軸式的無人機(jī)其實(shí)相對是沒效率的，朱光華指出，以一公斤推力可以產(chǎn)生飛行動力的升阻比來說，定翼飛行器比單軸或多軸飛行器效率好，一般多軸飛行器升阻比不到2，也就是一公斤的推力產(chǎn)生的飛行力量不到2，直升機(jī)大約3，戰(zhàn)斗機(jī)約10，著名的超音速客機(jī)協(xié)和號約7，最為人們熟悉的波音747客機(jī)約18，效率更好的定翼機(jī)，像滑翔機(jī)那種飛行器，升阻比甚至可以超過20。

航空攝影其實(shí)已經(jīng)是非常專業(yè)的測繪工作，朱光華解釋，大規(guī)模的專業(yè)航拍通常都采用定翼機(jī)，多軸機(jī)因?yàn)槔m(xù)航力低，飛行范圍小，只有100～200公尺范圍內(nèi)的攝影才可以負(fù)擔(dān)，另外多軸機(jī)有「懸?！沟哪芰?，對小范圍需要精細(xì)影像的應(yīng)用也適合。以高雄市楠梓區(qū)甲圍為實(shí)驗(yàn)區(qū)，于102年8月5日使用UVA定翼機(jī)搭載Sony DSC-RX100數(shù)字相機(jī)進(jìn)行拍攝，設(shè)計拍攝重迭率為航線70％及航片80％，飛行高度320公尺，換算地面分辨率7.97公分，拍攝所得220張影像，范圍約1.8平方公里，共計拍攝九條航線。

地理信息與無人機(jī)完美搭配

再透過拍攝多視角圖像、特征點(diǎn)檢測與匹配、稀疏點(diǎn)重建、稠密點(diǎn)重建、三維模型建置、紋理貼圖等技術(shù)處理，不管需要2D平面還是3D立體建模都不是問題。過去新聞?？吹接忻癖姳化偣防司碜?，登山客迷路遭遇山難，未來都可以利用無人機(jī)的協(xié)助進(jìn)行救援，還有大面積的國土變遷監(jiān)測、農(nóng)作物河川海岸線監(jiān)控、國境海岸監(jiān)控、河川、海洋、空氣污染監(jiān)測，廢棄物監(jiān)測、孳生源巡檢暨影像辨識等，越來越多無人機(jī)的應(yīng)用。

3D地理信息因?yàn)闊o人機(jī)的發(fā)展，取得更為容易，應(yīng)用也更加多元，藏識科技副總經(jīng)理李錦昌（圖7）指出，3D地理信息應(yīng)該具備大范圍海量空間數(shù)據(jù)的展示效能，空間查詢/分析功能，自然景觀的效果呈現(xiàn)，一般無人機(jī)航拍至少需要搭載一臺固定式光學(xué)動態(tài)攝影機(jī)，專業(yè)可能還需搭載輻射偵測器、10X光學(xué)動態(tài)攝影機(jī)、高畫質(zhì)數(shù)字相機(jī)、高畫質(zhì)數(shù)字?jǐn)z影機(jī)、熱顯像夜視攝影機(jī)等。

不同時間點(diǎn)的影像分析也有助于評估災(zāi)害的影響，近年因?yàn)闅夂蜃冞w造成山區(qū)土石流時有所聞，借助無人機(jī)在風(fēng)災(zāi)前后的照片與3D建模比對，可以清楚了解風(fēng)災(zāi)的影響，評估地質(zhì)脆弱的區(qū)域、未來復(fù)育的目標(biāo)。李錦昌強(qiáng)調(diào)，地理信息有多層面的意涵，圖層管理透過不同主題圖層套迭可以進(jìn)行規(guī)劃與管理，數(shù)據(jù)屬性查詢、地標(biāo)/地籍/門牌的多功能定位，測量長度/面積/高度，標(biāo)注坐標(biāo)/距離/自定義義等訊息。無人機(jī)在高雄氣爆事件的救災(zāi)、災(zāi)害調(diào)查與重建上也發(fā)揮的關(guān)鍵的助力。

積極管理以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

無人機(jī)的快速發(fā)展在于消費(fèi)型的產(chǎn)品得以親民的價格提供給消費(fèi)者，但也因?yàn)椴僮魇枋Ф馔忸l傳，2016年8月日月潭的無人機(jī)意外，促使該地被列為禁飛區(qū)，但施行、執(zhí)法有其難度。為了不讓法規(guī)變成具文，各國警政單位希望提出有效的取締辦法與工具，南臺科技大學(xué)電子系助理教授李志清（圖8）表示，東京警視廳提出以一臺無人機(jī)帶著一張網(wǎng)子網(wǎng)住違法的無人機(jī)；一家名為SkyNet的公司發(fā)表Anti-Drone System，概念是以強(qiáng)力的電磁訊號將無人機(jī)與遙控器之間的訊號蓋臺，接管遙控以達(dá)到捕捉的目的。另外，DroneDefender是透過地對空繩網(wǎng)去捕捉違法的無人機(jī)。

另外，各相關(guān)單位也希望推廣無人機(jī)操作規(guī)范與劃定禁航區(qū)，以減少無人機(jī)的意外事件（圖9），美國聯(lián)邦航空總署（Federal Aviation Administration， FAA）2016年1月提出無人機(jī)規(guī)范，包括只能在白天飛行，須隨時保持視線接觸，但是搭載防撞警示燈允許增加日出前日落后30分鐘飛行時間，在500英尺以下的空域飛行，避開機(jī)場與機(jī)場，不可飛越無關(guān)人們的上空，操控者16歲以上，須通過筆試每兩年重新審查。美國太空總署（NASA）也建議不同空域的飛行器劃分原則。目前全球無人機(jī)出貨量最大的廠商大疆（DJI），主動在產(chǎn)品的韌體上設(shè)定禁航區(qū)，若飛機(jī)飛到禁航區(qū)的位置，系統(tǒng)會出現(xiàn)警告，并自動避開。