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四大应用落实物联网愿景
[作者 廖家宜]   2017年01月25日 星期三 浏览人次: [11315]


物联网构筑的美好世界随着一年的过去又更向我们靠进一步,在每个阶段总是又有各项崭新的技术被应用于人类生活的各个场景中,从交通、家庭、商场、企业到教育等,几乎涵盖了人类所有生活场景。


在这广泛的应用范围中每个领域竞争激烈,而根据知名研究机构Gartner则是预估,从2015到2020年的五年期间各主要应用领域的年复合成长率,智慧汽车与交通方面为67.2 %、工业自动化与能源方面为44.3%、消费性市场(智慧家庭、医疗健身等)方面为32.4%、智慧零售、智慧农业等方面为24.1%。当中将以汽车交通类应用的成长动能最强,其次是工厂自动化与能源,而消费性市场如智慧家庭、医疗健身等则紧追在后,最后则是农业、零售业。其中智慧交通的成长被认为最强劲、智慧工厂的产值则是最高。


智慧交通势头强劲

打通城市任督二脉

网浪潮的到来,让智慧城市成为近年各国政府积极发展的重点项目之一。然而在构筑智慧城市的过程中,有人认为,交通运输系统就像是城市的「血管」,在高速发展的现代化城市建设中,智慧交通的打造对于提升「血流」至关重要,可说是发展智慧城市的重要基石。


而一个城市会导入智慧交通系统,无非也是希望能让路上的交通更安全,即使路上交通流量再大都能够疏导,也另外提升市民的生产效率,让市民不必再为工作奔波中还要忍受塞车之苦。


事实上,这个「血流」无非指的就是车流。以英国来说,最严重的城市问题当属交通阻塞了,于是他们发展出智慧交通号志系统SCOOT,透过道路上的感应器解析车流量后,计算出最适合的交通号志变化,让汽车、公车和单车的道路使用更有效率。而类似这样的车流监测系统目前在各国如中国福州、美国加州等也都依据当地的交通问题发展出各种不同的应用。



图一 : 英国的智慧交通系统SCOOT透过「眼睛」可用3D方式观察人群,用以计算等待红绿灯时的行人数量。 (Source:CNN)
图一 : 英国的智慧交通系统SCOOT透过「眼睛」可用3D方式观察人群,用以计算等待红绿灯时的行人数量。 (Source:CNN)

除了监测车流量改善堵塞问题,有的地区则是导入智慧巴士,鼓励民众搭乘大众运输工具,不但减少了车辆的使用直接降低车流量,更可呼应全球对于绿能交通的革新。举例来说,IBM和一间3D列印汽车公司,合作推出了一辆智慧巴士,除了自动驾驶功能,还能运用人工智慧和乘客即时对话,甚至提供个人化推荐服务,依据乘客需求和路况即时调整路线,目前也已经在美国上路测试。


而在德国柏林所发展的无人驾驶巴士也已开始在当地进行试乘,该无人驾驶巴士的特色,则是提供居民快速便捷的叫车服务,使用者只要用手机App就能叫到巴士,无人巴士上还会提供乘客转乘及周围店家资讯,预计5年内就会有数百辆无人巴士穿梭柏林街头。


那么回头来看看台湾的智慧巴士又是怎么做呢?尤其台湾地狭人稠,交通壅塞往往是令各地政府单位最头痛的问题,现在除了鼓励民众多搭乘大众交通工具来取代开车上路之外,更在使用者与管理者的服务上下足功夫。


观察现在大部分的交通载具称得上智慧的地方,大概也就只是乘客可以透过App即时查询车辆的到站时间,不用在艳阳或风雨中苦等。但未来的智慧巴士,除了提供乘客安全舒适又具备多项服务功能的乘车环境之外,更可以提供车辆管理者即时的车体状况、驾驶行为等监控资讯。


台北市政府不久前才宣布未来将使用由英特尔、凌华科技等打造的智慧观光双层巴士,其中有几项科技应用的服务,像是巴士结合行动载具上的QR Code来进行票务管理,乘客就可以直接透过App线上订购车票,系统还会统计售票情形,即时提供其他旅客空位资讯,甚至透过车辆的GPS定位,旅客还可以透过手机掌握当地旅游资讯。最特别的是,这辆巴士具备人流侦测系统,透过影像辨识技术,当乘客上下车时,系统会自动计算人数,并将资讯传送到行控中心,届时行控中心可依据所取得数据灵活调度车辆班次,随时应变人潮状况。


解决了城市车流问题,智慧交通系统也可以解决令民众最头疼的停车问题。举例来说,除了去年宣布将引进无人驾驶小巴「艾尔马」之外,高雄市政府也与资策会积极推动户外智慧停车的导引服务。


采用LoRaWAN低功耗广域网路,再结合异质联网通讯技术优势,未来民众只要在家即可利用行动装置,就可以查询路边停车格的即时利用资讯,缩短驾驶人寻找车位的时间,还有助于节省燃油与碳排放量。而透过此创新应用服务,更可使原本用途单纯的路边停车格摇身一变,成为带动地方商业繁荣的利器。


车联网依旧大势

而车联网仍旧是未来智慧交通聚焦的重头戏,尤其自动驾驶更是未来大趋势,且此趋势正在重塑或改变整个汽车产业的发展。在今年CES展上也有不少巨头纷纷展示相关技术,如英特尔发表5G数据晶片抢攻车载市场并与BMW开发的自驾车将于今年上路测试;NVIDIA则携手宾士推出搭载NVIDIA AI的汽车进入市场,预计12 个月内上路。另外还有科技巨头Google、百度等,以及汽车大厂福特、特斯拉都针对车联网内容各自提出最新的技术展示。


而在规划车联网未来愿景架构中,一个高速、持续且稳定的无线传输网路是非常重要的基础建设。涵盖从车对车(V2V)扩张到整体车联网架构(V2X),5G是目前被视为能符合此需求的行动网路技术,更是实现车联网世界的一个重要基石。而在全球迈向5G的计画中,各大电信巨头包含美国Verizon、AT&T;瑞典爱立信等,都已展开对5G的测试计画。


车联网发展到现在,许多厂商也一直不断地尝试新兴应用,市场观察除了自动驾驶之外,人工智慧进入车载系统也具有相当大的发展潜力,像福特便开先例引进亚马逊的语音助理Alexa,未来驾驶开车时就能呼叫Alexa帮忙查询天气、寻找附近的餐厅,或是在家中就能遥控发动或关闭汽车引擎;而Nissan与BMW则是找上微软的Cortana合作应用语音助理,另外像是丰田的概念车则是能判断驾驶的情绪跟疲劳状况,适时提供按摩服务跟自驾功能。


在商业模式上则是有机会聚焦于车辆共享服务,一场由Uber掀起的共享经济正在快速颠覆传统的运输模式,同时也带来更方便的「移动」方法。随着连网系统更成熟,交通工具可能会成为搜集移动数据的载体,许多业者便看准这项趋势,开始发展各式服务平台。说不定在不久的将来,就算无法拥有一辆交通工具、也没有驾照,却仍旧能在路上「畅行无阻」。


智慧工厂产值最高

在德国提出工业4.0的推动之下,使得智慧化生产的概念逐渐成为带动制造业转型升级的重要推动力,「智慧工厂」被视为工业物联网时代下,最热门的议题之一。借助物联网的技术,传统工厂转型智慧工厂需要许多革新的自动化技术的结合,着重于机器与机器、人与机器之间的智慧互通,以及机器设备的自我调整与自主反应,让企业能够借此提升生产力与提高产品品质值;在产线管理上能够更精确地掌控作业流程,让制造业成为「智造业」,更重要的是能够有效降低营运成本。


而智慧工厂其中一项关键就在于「预测」,也是未来一大趋势,因为工厂一旦需停机检修就会影响工时。举例来说,台湾航太螺丝大厂三星科技,其螺丝成型是让工料以冷冲压生产,模具瑕疵与否攸关良率,而工业电脑龙头研华科技便为其支援压电感测器,监测冲压时的波形预测模具是否受损;另外台湾某面板厂也安装了研华的感测器,监测马达轴心是否偏移。


而另一种预测的方式则是透过大数据的分析。 IBM深耕制造业多年,其大数据分析与优化(Manufacturing Analytic & Optimization MAO)就帮助不少制造业者做出正确有效率的分析,例如德国汽车业者BMW在导入IBM MAO解决方案后,在引擎生产线上就可以做即时监测与分析,改善以往要等到最终引擎组装阶段时才知道某个零件能否使用的情况,借此不但提高生产效率,甚至在短短12周的时间内降低80%零件报废率。


劳力结构转变 机器人成主力

回到国内来看,此前争议不断的一例一休正式上路,不但引发物价争议也冲击企业致使必须选择增加人力成本,或是缩减人力。对于人力需求吃重的制造业来说,反而被迫加速转型工厂自动化,朝向「关灯工厂」运作。


现场不需要人力,依靠机器来运作并不需要光线,也因此工厂就不需要开灯了。包括台塑集团、鸿海集团、上银科技等一线大厂,也都决定提升智慧自动化生产的比重,未来几年内将增加机器人应用及采购,尽可能以自动化来抵销人力成本。



图二 : 工业4.0浪潮正一步步翻转传统制造业,未来机器人可能会取代人力成为生产主力。 (Source:TE Con​​nectivity)
图二 : 工业4.0浪潮正一步步翻转传统制造业,未来机器人可能会取代人力成为生产主力。 (Source:TE Con​​nectivity)

以鸿海集团举例来说,董事长郭台铭就表示,旗下6万台机器人大军生产线将逐年扩编,预计每年增加2成以上;台塑集团则是宣布,目标在2024年时,塑胶加工的海内外工厂将全面成为关灯工厂,估计将投入经费达50亿元。


在关灯工厂的愿景下,未来移动式机器人与机械手臂将会成为工厂主力,而它们的好处就在于容易设定与移动。根据KUKA机械自动化产业业务经理郭青庭表示,机械手臂近年发展快速,主要由于其可透过程式化去定义该手臂的移动路径,在空间上具备高自由度,甚至未来还可结合人工智慧达到自我学习,届时只要通过一两次的人工教导,就可以完成作业并透过M2M的模式传导给其他机械手臂。


汉诺威工业展是世界上最大的工业贸易展览会,此前该展的自动化主题展览总监就曾表示,工业自动化与智慧工厂将是未来制造业展现工业4.0的革新创举,并同时将机器人纳入为智慧工厂的关键技术之一。


AI扮演智慧家庭要角

要说物联网市场中最激烈的战场非智慧家庭莫属,以一般消费者为主要对象的智慧家庭领域为了满足消费者日新月异的「口味」,不得不在产品的多样性与服务需求上绞尽脑汁下足功夫。


值得关注的是,随着人工智慧的技术成长,这波技术在智慧家庭大战中将扮演相当重要的角色。尤其科技界预估,由人工智慧驱动的语音互动技术在未来应用会更加普及;前外资券商分析师杨应超接受媒体访问时,就观察智慧家庭将由以往的「手指输入」进步为「语音操作」,而许多大厂也因应推出语音助理,开启一场先「声」夺人的烟硝战。



图三 : 智慧家庭将由以往的「手指输入」进步为「语音操作」,许多大厂也因应推出语音助理,开启一场先「声」夺人的烟硝战。 (Source:Designboom)
图三 : 智慧家庭将由以往的「手指输入」进步为「语音操作」,许多大厂也因应推出语音助理,开启一场先「声」夺人的烟硝战。 (Source:Designboom)

Google布局人工智慧已久,去年才推出Google Home应战,除了可透过语音控制家中的智能设备外,归功于Google强大的服务生态系,Google Home可整合行事历、email等服务,更精准地掌握用户资讯,且Google最拿手的搜寻功能也在此展露无遗,只要给它够多线索,即使你忘记了歌名,它还是能猜出你想听的歌。而今年Google更与NVIDIA合作,打造具备AI功能的电视,让使用者可以运用语音指令取代遥控器点选按钮。


而三星则是推出智慧家庭机器人助理「OTTO」,同样以语音助理为基础回应使用者需求,但特别的是它多了显示萤幕当「脸」,可呈现更多表情变化,且里头设置了高画质摄影机,具脸部辨识功能,还可做为安全监控摄影机使用,使用者只要透过行动装置app 就能查看监控影像。


同样专精人工智慧领域的微软也在秘密打造智慧家庭控制系统Home Hub,将会整合旗下的智慧语音助理技术Cortana,其最为特别的是多了一个家人共用的显示画面。根据上述,其实不难发现,目前大厂对于智慧家庭的布署,都不约而同以语音助理为基础,再各自开发出不同的功能以凸显自家特色,但若谈起智慧家庭语音助理,目前看来,亚马逊的脚步仍明显领先其他竞争对手。


亚马逊Alexa独领风骚

说到智慧家庭,不提到Amazon Echo好像就有点说不过去了!堪称智慧家庭应用的最佳代表,两年内估计已售出510万个Echo装置,其品牌知名度接近70%。据悉,以亚马逊旗下人工智慧语音助理Alexa为控制基础的Echo更将在今年推出具有触控萤幕的新版本,让消费者可以更一目了然的读取如天气预报、行事历或是新闻等资讯。


国外科技媒体CNET将Amazon Echo评为2016年年度最佳智慧家庭设备;作为一家以网际网路为主的公司,亚马逊却出奇的在2017年的消费性电子展(CES)上成为万众注目的焦点,而大出风头的就是它的语音助理Alexa。一票厂商皆与之合作,推出许多内建Alexa的各种电子装置,数量超过700种,走到哪都会感叹「怎么又是你!」。 《富比士》称「亚马逊的Alexa主宰了CES」。


作为物联网产品的销售保证,现今市场上Alexa的应用已达到1500种,依据它的「普及」程度来说,未来将有望成为主导智慧家庭的重要平台。以Echo举例,小小一台喇叭却几乎能帮助你完成大大小小的事,从2014年推出以来功能至今仍不断在扩充,除了最基本的指令要求,例如回答你今天的日期、温度、新闻头条,或是帮你叫外卖、叫Uber,你还可以把它当作一般音响放在客厅播放音乐,就算太忙没时间订约会餐厅也没关系,只要呼叫Alexa就行!


基本上,上述这些功能都已经是Echo的「基本配备」。由于Alexa强大的开放性支援众多第三方应用,其生态系统不断地在扩大,促使更多元的服务随之而来。以今年CES展的亮点来说,惠而浦建置Alexa语音助理可让使用者用「嘴」就能遥控旗下的洗烘衣机、烤箱、冰箱等家电;LG发表智慧冰箱,Alexa却是这台冰箱的灵魂,使用者在做菜的同时,只要张嘴呼唤Alexa就能连上网查询食谱,甚至帮掌控食材保鲜期限并随时上网补货;而三星则是推出支援Echo的扫地机器人;此外,美国卫星电视服务商Dish也透过Alexa让用户可以声控转换频道、推荐频道。


打造高度整合的开放平台

打造人性化的服务是智慧家庭系统中对于使用者而言最有感的环节,但是智慧家庭所涵盖的范围极为广泛,从终端装置、连网技术、作业系统甚至到整体建筑等,都可视为智慧家庭的一环,不论从哪个面相出发都是环环相扣的。西门子楼宇科技事业部控制产品与系统处协理乐建铎认为,投入家庭自动化与智慧家庭领域的前提则是要具备高度的整合与客制化能力,以及方便直觉的使用者介面和使用者体验。


对西门子来说,借重在楼宇自动化领域相当深厚的基础与经验,在其投入智慧家庭领域时便能快速掌握核心诉求,其最大的特色是运用开放的KNX系统架构,可将屋内不论是温湿度、灯光控制或影音、空调、窗帘等各式独立系统进行整合,透过开放兼容的平台控制家中各项设备,对于以一般人为主的使用者而言是一大福音,乐建铎也对西门子的系统与产品相当有信心的表示,目前市面上大多只提供少部份如灯控、温控或家电的单一产品智能化,但是西门子的强项在于能够将众多子系统(且不一定非要是西门子系统),甚至到影音娱乐设备都整合在同一平台上,发展出一套完整而全面的解决方案,尤其更可在强调智慧科技的同时,还能与个人风格完美结合。



图四 : (Source:西门子提供)
图四 : (Source:西门子提供)

图五 : 西门子投入智慧家庭具备高度整合与客制化能力,其采用开放的KNX系统架构让使用者可在单一平台上更方便地控制各项设备。 (Source:西门子提供)
图五 : 西门子投入智慧家庭具备高度整合与客制化能力,其采用开放的KNX系统架构让使用者可在单一平台上更方便地控制各项设备。 (Source:西门子提供)

像是在面板与按键选择上,透过合作伙伴的产品支援,西门子全方位兼顾了从颜色、材质、大小到背光功能等视觉元素的设计,大大提升室内的精致感与舒适度,让一般印象较工业化的使用者介面变得更时尚了。此外,西门子对于使用者体验也十分重视,对于一般消费者而言,复杂、麻烦的使用方式都会降低使用意愿,因此乐建铎表示,在产品介面设计上就一定要从简单、好上手的原则出发,甚至连家中长者也愿意使用。


而这也是家庭设备智能化所带来的好处之一,举例来说,当感测到室内温度与空气品质产生变化时,基于自动化的连动控制,当下不需要使用者执行动作,空调、感测器等多项回馈设定,一键设定就可连动所有设备将之自动开关配合,大大简化了使用者的操作步骤,让使用者在体验上享受到更多的便利性,这也才称得上是智慧居家生活了。


智慧农业摆脱「老天爷脸色」

都市的快速发展,让年轻人纷纷随着大城市的脚步外移至各地谋职,如今务农工作更面临人力缺乏的困境,传统农业工作几乎都靠人力来完成,人当机器用,但人一旦老了产值也会开始下降,而且大多时候务农还得「看天脸色」,但如今结合科技的运用,将农业朝向智慧化、数位化发展,将可解决农业人力资源缺乏的问题。


就目前发展来看,物联网在农业的最大应用在于环境控制,透过光线、温湿度,乃至于土壤的酸碱值,让作物可如预期的成长收成,农业物联网系统可分为植物工厂与温室两类,两者的最大差异在于密闭与半密闭,植物工厂为密闭式空间,透过自动化设备的温湿度控制、LED灯的波长与调配好的营养液控制作物生长,除了营养液外,LED与环境控制设备都会经由乙太网路链接到后端管理平台,用以掌握厂内所有作物的生长状态。


由于采全控制系统,植物工厂设备的电力费用相当高昂,其费用比例甚至可高达整厂费用的70%,因此此种作法的作物,多以高单价的蔬果、花卉为主,由于植物工厂系统的导入与成本偏高,因此温室仍是目前智慧农业的主流。


温室的自动化系统主要是控制遮光帘、风扇等设备,用以调节环境,植物赖以生长的要素,光线、空气、水、养分等,都由自然环境中取得,因此相对于植物工厂,其费用相当低,过去的温室系统仅只于自动化,设备间没有连线,因此称不上智慧化,近年来开始有系统厂商将物联网概念导入,不但所有的自动化设备均连上网路,并将设备状态传至后端,温室与温室之间也加以连接,系统可全面掌握种植环境的所有资讯,除了稳定作物的生长品质外,也可节由光线控制生长时间,避开市场丰收时的低廉价格,提升种植利润。


在全球产业中,台湾的农业技术居于领先地位,目前业界也已组成智联网联盟,用打群架的模式,整合资通讯产业和垂直产业领域的能量打造智慧农业生态圈。去年透过产学合作推出的Skyeye农业智慧管家,就让农业知识丰富却不擅长科技装置的老农夫也能变身成为科技农,整合天气预报、农产品交易资料、生产量等微环境数据,用科技的做法替农民规划种植计画。



图六 : 传统务农大多还得「看天脸色」,但如今结合科技不但有望解决人力资源缺乏问题,更可降低农夫辛劳。 (Source:Link Labs)
图六 : 传统务农大多还得「看天脸色」,但如今结合科技不但有望解决人力资源缺乏问题,更可降低农夫辛劳。 (Source:Link Labs)

「何时有台风,就控制生长速度避开台风降低损失。或者,农业智慧管家感测到日照不足,原本10天后才要施肥,就改成2天后施肥,依当日天候状况调整,将种植计画变成一个动态过程」协助Skyeye农业智慧管家技术研发的中华科技大学资讯系助理教授杨宜达说,而这些每日调整的数据,农民都能很轻易的从手机上读取。


近期台湾业者更扩展到中国市场,商用无人机品牌经纬航太与农化生技厂龙灯便携手将植保无人机市场拓展到对岸,未来将在中国市场提供智慧农业的服务。该服务是利用无人机具,结合人工智慧进行大数据和影像分析,针对农地进行探勘、建立3D模型,并执行最佳化灌溉与施肥,适用于大面积的植物保护与农业基地。


而看似与农业没有多大关系的半导体厂商竟然也瞄准了智慧农业商机。日本大厂ROHM与日本大学合作发展出一款土壤感测器产品,这款产品使用了ROHM的单晶片感测解决方案,务农人员只要简单地把这个设备往土里一插,设备就会自动侦测出该处土壤的酸碱值、湿度等数值,轻松掌握土壤的所有状况,并同时以无线方式传回后端管理系统。而这个土壤感测器也将会在2017年商品化。


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