一年一度的美国国际无人系统协会(Association for Unmanned Vehicle Systems International;AUVSI)举办的Xponential年会,今年适逢其成立50周年厌,与北美杜塞尔多夫展览公司联合主办,以「建构自主蓝图(Building the Blueprint for Autonomy)」为主题,稍早已於5月9-11日选择在科罗拉多州丹佛会议中心举行。
本次年会展场中有许多令人印象深刻的技术及产品进展,而业界及大众最关心的,美国联邦航空总署(FAA)对於开放无人机操作相关规则,以及对於「先进空中移动(Advanced Air Mobility;AAM)」下一步的规划等议题,也都在本次展会引起热烈讨论,本篇摘整展区相关精华报导。
抵御GNSS的压制式与欺骗式干扰成重点趋势
首先在推动无人载具於视距外飞行(BVLOS)或先进空中移动议题上,无可避免的是具备高精度导航及定位技术,本届展会上如何抵御GNSS的压制式与欺骗式干扰(GPS Jamming)成为重点趋势话题,现场有多款反干扰 (Anti-Jam;AJ)的设备,例如获得AUVSI技术卓越奖第1名的infiniDome -GPSdome2,仅重达500克,具有100奈秒低延迟效率,且功耗低於5瓦,可同时阻挡来自3个干扰。
此外InfiniDome也开发具韧性导航套件(Resilient Navigation Suite),同时结合了惯性导航系统、雷达测速系统及抗干扰技术,透过感测器融合技术,让在无GPS讯号或受到干扰时的环境中仍能顺利操作。
SBG Systems生产的微型GNSS辅助惯性导航解决方案-Quanta Micro及Ekinox Micro,其结合微机电(MEMS)惯性量测感测器与双天线GNSS接收器,以提高在GNSS覆盖率低或无覆盖区域的精确定位,其定位精准度在无任何修正可达到 1.2公尺,Ekinox Micro亦设计可兼容即时动态定位技术(Real Time Kinematic;RTK),在结合RTK後,定位精准度可达到1公分。
显示目前各产品开发重点,除有效提升反干扰能力外,持续提高及精准导航及定位的能力,因此如何融入更多天线设计,同时让产品体积更小、重量更轻、处理速度更快且更省电,使其容易安装或扩充於各种机型中,为其产品特色核心。
此外,先进导航(Advanced Navigation)公司的云端控制平台(Cloud Ground Control)推出的CGConnect产品,是个云端的载具管理平台,亦在今年获得AUVSI企业应用奖第2名,透过4G/5G 将各种陆海空无人载具连接到云平台进行管理,可透过浏览器观看即时现况,并下达各种指令。其中兼以AI软体在云端进行运算,将所有传回的图资进行即时运算,快速进行物体侦测追踪及辨识,再回传给管理者进行动作。
图一 : SBG Systems生产的微型GNSS辅助惯性导航解决方案。(source:SBG Systems) |
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Drone-in-a-box(DIB)解决方案
在关键基础设施结构巡检应用上,多数厂商推出全自动执行任务的无人机模组,俗称「drone-in-a-box(DIB)」方案,从自动起飞、降落、充电,并可接受远端发送的任务讯号 ,进行基础设施的检查,解除飞手需在现场,以及每次只能操作一台无人机等限制,这概念相当适用於需要定检的基础设施,如桥梁
、电厂、太阳能发电厂等,藉由自主无人机模组,自主进行事先排程之各检查任务,提供相当高的使用弹性及便利性,DIB概念应用也持续受到关注。
同样在今年获得AUVSI卓越奖项之Skydio Dock,该停机箱重达72磅且具机动性,无人机可从箱里全自主起飞,对设定好的检查站点进行检查,结束後自动返回并充电,此对於需要持续不断进行巡检的任务而言,例如电塔等,可节省许多人力。而搭配的远端操控的软体Skydio Remote Ops,操作人员可远端随时下达新的任务或排程,停机箱以Wi-Fi方式传送资料到云端,让操作人员进行资料分析。
Skydio无人机设计上大为使用视觉及惯性导航系统,如此无人机可在无GPS的情况下,仍可以准确降落在机动箱上,而在进行充电时,将资料回传到远端控制方。Skydio无人机每次飞行时间约30分钟,需充电30-45分钟,并进行冷却,其与停机箱间须透过Wi-Fi方式进行沟通,该公司表示未来将推出让两者间直接连接的装置,如此可减少目前在操作上延迟的现象。此外,整机构建及组装地均是在美国。
另一当前在全球市场居领先地位的Percepto,是来自以色列公司,在现场展出其DIB解决方案,包含Percepto Air无人机、停机箱及自主检验及监督软体(Autonomous Inspection & Monitoring;AIM)。Percepto Air无人机将对预定任务,或远端操控人员下达即时任务,自主的在靠近关键基础设施结构的地方,进行BVLOS检查及监控,无须人力介入、监督,且无需配置DAA设备系统,并测试通过可在高达5级风等恶劣天气条件下操作。
在AIM部份,透过图像分割方式进行结构物的零件分类,再透过场景变换侦测方法,藉由人工智慧判断出弱点,直接显示在AIM使用介面,可再透过LTE通讯,以云端系统分享给其他装置及控制人员。
值得一提的是,Percepto在去年11月底获得FAA豁免,让其用户可低风险「屏蔽(shielded)」站点进行BVLOS操作。
载货无人机
在载货无人机部分,因为技术成熟,其价格也逐渐下降。A2Z Drone Delivery是家中美合资的公司,其新推出的新款RDSX Pelican远程载货无人机首次亮相,预计在6月量产,属於VTOL机型,其产品设计目的在於提供最低载货成本,号称每公里每公斤成本可达到12分美元(约台币4.8元),且最基本款机型售价29,000美元(约台币88.7万元)。
配合A2Z的RDS2绞盘系统,可以从旋转螺旋桨高度进行卸货,此外其设计强调拥有简单机身,消除了??翼、升降舵及方向舵(ailerons, elevators, and rudders),以减少可能常见的故障零件,并有助於延长维护检修以外的营运时间,提高服务供应商成本效益。去年在中国进行最後一哩路运送测试,从发货点直接运送到家户,每天运送约50个包裹。
图四 : RDSX Pelican远程载货无人机与A2Z的RDS2绞盘系统 |
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另外Draganfly也在现场展出高酬载无人机(Heavy Lift Drone),该酬载无人机定位仍属於小型无人机,非属於货物(cargo)运输类别,但仍能满足一定酬载能力的物流(logistics)市场,载重高达约30公斤,酬载时续航力约25分钟。同时目前也在测试用於巡检及农用等多功能用途。此外,相当简易安装及拆解,只需要20分钟即可完成。
新能源动力无人机
今年在现场展出之新能源动力解决方案的厂商并不多,其中来自英国的Intelligent Energy展出产品IE-SOAR,以氢燃料与氧气结合,直接产生直流电的动力解决方案。
在现场展示时,显示具有相当高的稳定及低噪音表现。但该公司也表示目前在制造燃料电池上,由於全球电子零组件的短缺,面临供应链不稳定的挑战,且认为氢燃料将是未来趋势,但下一步需考量氢能源的储存方式,以现场展示的产品,其氢能源是以高压气体储存,其能产制的电力远低於以液体储存供电,若以液体氢燃料储存机制,将有10倍以上的供电表现。
图六 : Intelligent Energy展出与Cyberhawk合作之氢燃料电池动力无人机 |
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法规进展仍未明确
但要让无人机全自动执行任务,在法律上仍需要大量的人为介入,且需要确保它不会撞到附近的任何东西,对於业界及大众关心的FAA制定视距外飞行(BVLOS)相关法规的进展,可能要让各位大失所??。
FAA代理局长Billy Nolen在其演讲上仍没有提出明确的立法时程,仅指出在法案最终定稿前,仍有需要进行长时间的讨论及审查,目前仍会专注於提供以法规豁免方式进行相关活动。透过持续对更多且更复杂的BVLOS操作给予豁免,从中获取相关数据,以用於制定最终法案。
Billy Nolen表示,在过去的几年里,虽然已经在无人机部分取有相当良好的进展,但仍需努力让无人机能在视距外进行操作,而所有进展都须将安全放在优先位置,不会在安全议题上妥协。
Nolen同时表示,他也希??美国在 BVLOS操作上能加快速度,但从FAA立场,需提供高度承诺才能完成这项工作。对於业界批评行动太慢,他认为过去几年FAA已制定Remote ID规则及Operations Over People规则,但要完全发挥无人机潜力,仍须开放BVLOS操作,虽然FAA仍未确定发布BVLOS规则制定的日期,但近期通过Matternet认证及授予Percepto等类似的批准,都是FAA持续进步的表现,并没有因安全问题而减缓其脚步。
目前处於制定规则的早期阶段,在过去的一年里,FAA的BVLOS谘询规则制定委员会也持续收到大量意见,目前最初规划重点是低空的BVLOS的飞行标准操作,以满足无人机用於基础设施检查及农业作业等。
而在空中计程车及AAM议题的进度上,Nolen提到,FAA近期发布Urban Air Mobility(UAM)蓝图,用来满足即将在2028年於洛杉矶奥运上对相关运输的需求期待,并将於本月底发布AAM实施计划,该实施计画重点在於逐渐实现「初始」营运,并定义AAM利害关系人间的责任,同时规划其他空中交通所需的基础设施及条件。
所谓初始营运,包括利用现有的直升机航路及停机坪等基础设施。届时计划发布後,FAA将与业界合作完备AAM的战略规划,以便在5年内让空中计程车能出现在空中。
美国2028奥运将展现先进运输实力
对於现场提问Archer越纽约及芝加哥的短程航线是否可能在2025年实现?
Nolen表示,预计到 2028 年洛杉矶奥运会举行时,对AAM需求会很大,但由於此服务用於载人,一次事故可能会破坏大众对该技术的信心,甚至扩展对无人机服务的信心,所以,安全仍是首要考量。
在今年的XPONENTIAL年会中,另一令人注目的有多数国际厂商,其中众多来自南韩的厂商及叁加者,许多厂商都已在美国设点提供服务。此外,要达到无人机安全,精准的定位及导航仍是重点技术发展方向。
在物流无人机部分,也逐渐朝如何区隔不同重量市场发展,如何降低使用无人机运送成本。在法规制定方向,虽然FAA尚未明确订出视距外飞行相关法规时程,但为能在2028年於洛杉矶奥运展现其先进运输的实力,可以想见政府将加速推动UAM技术及应用的成熟及整备度。