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自動飛行為王 準備迎接先進空中移動時代
美國Xponential年會50周年慶的觀察
[作者 丘燕]   2023年06月25日 星期日 瀏覽人次: [2171]

一年一度的美國國際無人系統協會(Association for Unmanned Vehicle Systems International;AUVSI)舉辦的Xponential年會,今年適逢其成立50周年慶,與北美杜塞爾多夫展覽公司聯合主辦,以「建構自主藍圖(Building the Blueprint for Autonomy)」為主題,稍早已於5月9-11日選擇在科羅拉多州丹佛會議中心舉行。


本次年會展場中有許多令人印象深刻的技術及產品進展,而業界及大眾最關心的,美國聯邦航空總署(FAA)對於開放無人機操作相關規則,以及對於「先進空中移動(Advanced Air Mobility;AAM)」下一步的規劃等議題,也都在本次展會引起熱烈討論,本篇摘整展區相關精華報導。


抵禦GNSS的壓制式與欺騙式干擾成重點趨勢

首先在推動無人載具於視距外飛行(BVLOS)或先進空中移動議題上,無可避免的是具備高精度導航及定位技術,本屆展會上如何抵禦GNSS的壓制式與欺騙式干擾(GPS Jamming)成為重點趨勢話題,現場有多款反干擾 (Anti-Jam;AJ)的設備,例如獲得AUVSI技術卓越獎第1名的infiniDome -GPSdome2,僅重達500克,具有100奈秒低延遲效率,且功耗低於5瓦,可同時阻擋來自3個干擾。


此外InfiniDome也開發具韌性導航套件(Resilient Navigation Suite),同時結合了慣性導航系統、雷達測速系統及抗干擾技術,透過感測器融合技術,讓在無GPS訊號或受到干擾時的環境中仍能順利操作。


SBG Systems生產的微型GNSS輔助慣性導航解決方案-Quanta Micro及Ekinox Micro,其結合微機電(MEMS)慣性量測感測器與雙天線GNSS接收器,以提高在GNSS覆蓋率低或無覆蓋區域的精確定位,其定位精準度在無任何修正可達到 1.2公尺,Ekinox Micro亦設計可兼容即時動態定位技術(Real Time Kinematic;RTK),在結合RTK後,定位精準度可達到1公分。


顯示目前各產品開發重點,除有效提升反干擾能力外,持續提高及精準導航及定位的能力,因此如何融入更多天線設計,同時讓產品體積更小、重量更輕、處理速度更快且更省電,使其容易安裝或擴充於各種機型中,為其產品特色核心。


此外,先進導航(Advanced Navigation)公司的雲端控制平台(Cloud Ground Control)推出的CGConnect產品,是個雲端的載具管理平台,亦在今年獲得AUVSI企業應用獎第2名,透過4G/5G 將各種陸海空無人載具連接到雲平台進行管理,可透過瀏覽器觀看即時現況,並下達各種指令。其中兼以AI軟體在雲端進行運算,將所有傳回的圖資進行即時運算,快速進行物體偵測追蹤及辨識,再回傳給管理者進行動作。



圖一 : SBG Systems生產的微型GNSS輔助慣性導航解決方案。(source:SBG Systems)
圖一 : SBG Systems生產的微型GNSS輔助慣性導航解決方案。(source:SBG Systems)

Drone-in-a-box(DIB)解決方案

在關鍵基礎設施結構巡檢應用上,多數廠商推出全自動執行任務的無人機模組,俗稱「drone-in-a-box(DIB)」方案,從自動起飛、降落、充電,並可接受遠端發送的任務訊號 ,進行基礎設施的檢查,解除飛手需在現場,以及每次只能操作一台無人機等限制,這概念相當適用於需要定檢的基礎設施,如橋梁


、電廠、太陽能發電廠等,藉由自主無人機模組,自主進行事先排程之各檢查任務,提供相當高的使用彈性及便利性,DIB概念應用也持續受到關注。


同樣在今年獲得AUVSI卓越獎項之Skydio Dock,該停機箱重達72磅且具機動性,無人機可從箱裡全自主起飛,對設定好的檢查站點進行檢查,結束後自動返回並充電,此對於需要持續不斷進行巡檢的任務而言,例如電塔等,可節省許多人力。而搭配的遠端操控的軟體Skydio Remote Ops,操作人員可遠端隨時下達新的任務或排程,停機箱以Wi-Fi方式傳送資料到雲端,讓操作人員進行資料分析。


Skydio無人機設計上大為使用視覺及慣性導航系統,如此無人機可在無GPS的情況下,仍可以準確降落在機動箱上,而在進行充電時,將資料回傳到遠端控制方。Skydio無人機每次飛行時間約30分鐘,需充電30-45分鐘,並進行冷卻,其與停機箱間須透過Wi-Fi方式進行溝通,該公司表示未來將推出讓兩者間直接連接的裝置,如此可減少目前在操作上延遲的現象。此外,整機構建及組裝地均是在美國。



圖二 : 現場展示Skydio Dock
圖二 : 現場展示Skydio Dock

另一當前在全球市場居領先地位的Percepto,是來自以色列公司,在現場展出其DIB解決方案,包含Percepto Air無人機、停機箱及自主檢驗及監督軟體(Autonomous Inspection & Monitoring;AIM)。Percepto Air無人機將對預定任務,或遠端操控人員下達即時任務,自主的在靠近關鍵基礎設施結構的地方,進行BVLOS檢查及監控,無須人力介入、監督,且無需配置DAA設備系統,並測試通過可在高達5級風等惡劣天氣條件下操作。


在AIM部份,透過圖像分割方式進行結構物的零件分類,再透過場景變換偵測方法,藉由人工智慧判斷出弱點,直接顯示在AIM使用介面,可再透過LTE通訊,以雲端系統分享給其他裝置及控制人員。


值得一提的是,Percepto在去年11月底獲得FAA豁免,讓其用戶可低風險「屏蔽(shielded)」站點進行BVLOS操作。



圖三 : Percepto Air無人機
圖三 : Percepto Air無人機

載貨無人機

在載貨無人機部分,因為技術成熟,其價格也逐漸下降。A2Z Drone Delivery是家中美合資的公司,其新推出的新款RDSX Pelican遠程載貨無人機首次亮相,預計在6月量產,屬於VTOL機型,其產品設計目的在於提供最低載貨成本,號稱每公里每公斤成本可達到12分美元(約台幣4.8元),且最基本款機型售價29,000美元(約台幣88.7萬元)。


配合A2Z的RDS2絞盤系統,可以從旋轉螺旋槳高度進行卸貨,此外其設計強調擁有簡單機身,消除了副翼、升降舵及方向舵(ailerons, elevators, and rudders),以減少可能常見的故障零件,並有助於延長維護檢修以外的營運時間,提高服務供應商成本效益。去年在中國進行最後一哩路運送測試,從發貨點直接運送到家戶,每天運送約50個包裹。



圖四 : RDSX Pelican遠程載貨無人機與A2Z的RDS2絞盤系統
圖四 : RDSX Pelican遠程載貨無人機與A2Z的RDS2絞盤系統

另外Draganfly也在現場展出高酬載無人機(Heavy Lift Drone),該酬載無人機定位仍屬於小型無人機,非屬於貨物(cargo)運輸類別,但仍能滿足一定酬載能力的物流(logistics)市場,載重高達約30公斤,酬載時續航力約25分鐘。同時目前也在測試用於巡檢及農用等多功能用途。此外,相當簡易安裝及拆解,只需要20分鐘即可完成。



圖五 : Draganfly高酬載無人機
圖五 : Draganfly高酬載無人機

新能源動力無人機

今年在現場展出之新能源動力解決方案的廠商並不多,其中來自英國的Intelligent Energy展出產品IE-SOAR,以氫燃料與氧氣結合,直接產生直流電的動力解決方案。


在現場展示時,顯示具有相當高的穩定及低噪音表現。但該公司也表示目前在製造燃料電池上,由於全球電子零組件的短缺,面臨供應鏈不穩定的挑戰,且認為氫燃料將是未來趨勢,但下一步需考量氫能源的儲存方式,以現場展示的產品,其氫能源是以高壓氣體儲存,其能產製的電力遠低於以液體儲存供電,若以液體氫燃料儲存機制,將有10倍以上的供電表現。



圖六 : Intelligent Energy展出與Cyberhawk合作之氫燃料電池動力無人機
圖六 : Intelligent Energy展出與Cyberhawk合作之氫燃料電池動力無人機

法規進展仍未明確

但要讓無人機全自動執行任務,在法律上仍需要大量的人為介入,且需要確保它不會撞到附近的任何東西,對於業界及大眾關心的FAA制定視距外飛行(BVLOS)相關法規的進展,可能要讓各位大失所望。


FAA代理局長Billy Nolen在其演講上仍沒有提出明確的立法時程,僅指出在法案最終定稿前,仍有需要進行長時間的討論及審查,目前仍會專注於提供以法規豁免方式進行相關活動。透過持續對更多且更複雜的BVLOS操作給予豁免,從中獲取相關數據,以用於制定最終法案。


Billy Nolen表示,在過去的幾年裡,雖然已經在無人機部分取有相當良好的進展,但仍需努力讓無人機能在視距外進行操作,而所有進展都須將安全放在優先位置,不會在安全議題上妥協。


Nolen同時表示,他也希望美國在 BVLOS操作上能加快速度,但從FAA立場,需提供高度承諾才能完成這項工作。對於業界批評行動太慢,他認為過去幾年FAA已制定Remote ID規則及Operations Over People規則,但要完全發揮無人機潛力,仍須開放BVLOS操作,雖然FAA仍未確定發布BVLOS規則制定的日期,但近期通過Matternet認證及授予Percepto等類似的批准,都是FAA持續進步的表現,並沒有因安全問題而減緩其腳步。


目前處於製定規則的早期階段,在過去的一年裡,FAA的BVLOS諮詢規則制定委員會也持續收到大量意見,目前最初規劃重點是低空的BVLOS的飛行標準操作,以滿足無人機用於基礎設施檢查及農業作業等。


而在空中計程車及AAM議題的進度上,Nolen提到,FAA近期發布Urban Air Mobility(UAM)藍圖,用來滿足即將在2028年於洛杉磯奧運上對相關運輸的需求期待,並將於本月底發布AAM實施計劃,該實施計畫重點在於逐漸實現「初始」營運,並定義AAM利害關係人間的責任,同時規劃其他空中交通所需的基礎設施及條件。


所謂初始營運,包括利用現有的直升機航路及停機坪等基礎設施。屆時計劃發布後,FAA將與業界合作完備AAM的戰略規劃,以便在5年內讓空中計程車能出現在空中。


美國2028奧運將展現先進運輸實力

對於現場提問Archer越紐約及芝加哥的短程航線是否可能在2025年實現?


Nolen表示,預計到 2028 年洛杉磯奧運會舉行時,對AAM需求會很大,但由於此服務用於載人,一次事故可能會破壞大眾對該技術的信心,甚至擴展對無人機服務的信心,所以,安全仍是首要考量。


在今年的XPONENTIAL年會中,另一令人注目的有多數國際廠商,其中眾多來自南韓的廠商及參加者,許多廠商都已在美國設點提供服務。此外,要達到無人機安全,精準的定位及導航仍是重點技術發展方向。


在物流無人機部分,也逐漸朝如何區隔不同重量市場發展,如何降低使用無人機運送成本。在法規制定方向,雖然FAA尚未明確訂出視距外飛行相關法規時程,但為能在2028年於洛杉磯奧運展現其先進運輸的實力,可以想見政府將加速推動UAM技術及應用的成熟及整備度。


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