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一、前言
无人机已有90年发展历史,早期皆以军事用途为主。近年来受到物联网概念发酵,同时资
讯、通信与网络技术得以整合,使得无人机从消费性休闲娱乐玩具渗透到商业、农业、国
防领域高价值应用,成为指日可待的杀手级产品。
无人机是一种无人飞行载具,常见几种英文名称,有:Drones、Unmanned Aerial Vehicle
s (UAVs)、Unmanned Aerial Systems (UAS),或称quad-copters四轴飞行器,不需要驾驶
员登机驾驶的飞行器,而是透过无线通讯系统从远端操控,或完全自主飞行。无人机以技
术高低来说,分两种类型:第一种是以四个螺旋桨起飞的“旋翼机”,以手动遥控,滞空
时间短,仅能在视距内飞行,例如:亚马逊Prime Air、大疆Phantom等。另一种则是“定
翼机”,可飞至十多公里外,速度达近百公里,多采自动驾驶,例如:Google及Facebook
太阳能无人机,打造高空基地台的运行目标。
二、至少六种技术的融合
事实上,无人机具有颠覆产业未来的潜力,因为它至少实现六种技术的融合:
(一) 物联网传感器:无人机搭载各种传感器(热成像、压力、音频、辐射、化学、生物)并
接入网络联网世界,便于无人机向外沟通并与运营商联络。
(二) 先进电池技术:提升电池能量密度,延长无人机的巡航时间。例如,利用太阳能电池
技术使得高海拔无人机可持续飞行一周。对小型无人机而言,电池趋向微型减量化。
(三) GPS定位技术:稳定飞行路线及精准降落定位。
(四)图像处理及高解析镜头:甚至支援3D深度感知拍摄RealSense及扩增实境技术。
(五) 3D打印:机身维修配件打印。
(六)人工智能:透过机器学习,未来允许无人机自主飞行及自主运作。
三、无人机应用产业
事实上,无人机依用途不同而有各式各样外型及种类。目前,无人机用途主要用于小型包
裹运送及休闲娱乐较多。在不久将来,它将有数千种用途,甚至可广泛扩及农业、国土保
护监控、紧急救灾、军事侦察、太空探险等应用,如下应用领域说明:
农业辅助:利用无人机喷洒农药、灌溉农田、监控农作物生长及防害,收集作物健康与产
量的实时数据。
货物运输/物流:递送小型物品,如Matternet 建造无人机网络向全球的偏远农村、岛屿、
深山运送食品和医疗用品。
山林及动物管理监测:利用装设在无人机上的高性能摄影机,不分昼夜地24小时远端监控
山林是否出现异常现象,包括:山林大火、严重病虫害、林木盗伐、动物迁移,还能远端
操控无人机、近距离拍摄目标物,也能透过无人机定位数据迅速到达事件地点。
城市基础设施规划,安全检查和维护:对于具高度危险的定期安检、诊断,如高压电线、
铁轨或是人类不易到达的高楼层建筑物等。
国土调查、巡逻:土地测量及监控国土边境是否出现异常,全天候360度无死角的监控,有
助提高国防安全。
气候/环境监测:从收集资料到监测作业,尤其极地区、沙漠、大草原的环境等。
快速响应与紧急救援:利用无人机进行突发新闻/灾难/战区情况信息传送、搜救行动。
执法/边界与反恐:同步监控海防或边境,并及时阻止非法活动,或在事后透过影像证据逮
捕嫌犯,遏止不法行为。以及国家面临在生物辐射或恐怖威胁,扮演搜查并连系的角色。
通讯网络活用:作为通信基地台或低空卫星。目前无人机操控以Wi-Fi为主,日后使用范围
可扩及LTE,或如Google为全球打造一个平流层气球网络,随时随地提供低成本且覆蓋整个
地球的连网接入服务。
娱乐/电影/运动摄影:爱好者可以透过无人机以各种角度或高度进行拍摄。
未来,人类还可应用无人机于外太空探险:在浩瀚宇宙中派遣无人机到外太空进行探索。
四、各国无人机适航法规之进展
随着,全球各地使用无人机发展火热,应用越来越广泛,然而,目前无人机飞行管理法规
尚停留在试行阶段,正式完整适用法规尚未出炉。其中,以中国大陆及欧盟较积极。事实
上,为因应无人机产业快速发展的需求,目前,大多数国家是基于同类别有人机适航规章
进行裁剪、修订或补充的方式进行制定对应的无人机适航标准。根据美国FAA通用航空研究
中心(CGAR)在2007年年会上公布的数据表明,30%的有人机法规可直接用于无人机;54%
的有人机法规需要修订后用于无人机;16%完全不能用于无人机。
(一) 欧盟提出无人机营运之共同规范 (A?NPA 2015-10)
2012年,由欧盟多个组织和专家组成欧洲无人机领导小组(The European RPAS Steering
Group, ERSG),以制定民用无人机融入欧洲航空系统的路线图(Remotely Piloted Aircra
ft Systems Roadmap)。2013年6月,ERSG将路线图提交欧盟委员会,阐述为实现民用无人
机安全融入欧洲航空系统需要考虑的问题及解决问题步骤。
该路线图分为4个时间区段完成,分别是2013年、2018年,2023年和2028年。路线图也将之
前欧盟各国及组织的无人机发展规划进行了协调统一。
为了统一欧盟各会员国无人机相关管理办法,由欧洲航空安全局 (European Aviation Saf
ety Agency, EASA)负责提案给欧盟委员会进行讨论审理,终于2015年7月31日提出两个关
于无人机的法规方案:
(1)无人机运行概念 (Concept of Operations for Drones);
(2)欧盟无人机运行的共同规范提议Proposal to create common rules for operating
drones in Europe (A?NPA 2015-10),提出33项规章制修订建议项目。欧盟拟议的监管政
策架构适用于商业和非商业的运营活动,预计于2017年1月开始陆续正式推出。
EASA对无人机监管的规则依据性能和风险,区分成三类:
(1)开放类Open(低风险):针对风险非常低的无人机运行类型,不论是民用或商用皆无需通过航空监管部门的审理,也无针对运营商和飞行员的资质要求。该类无人机的安全性是仅须通过运行限制、符合行业标准、保证对某些功能的最低要求及运行规则。该类别由警方监管。(重量25公斤以下,可视范围且离人与地面150公尺安全距离内飞行,并与其他领空的使用者分开。)
(2)特定类Specific(中等风险):针对特定类型的无人机运作活动具有一定的风险者,需要通过额外的限制或通过对设备和人员能力提出更高的要求来控制风险。该类型由成员国民航当局(NAA)授权,可设立一个认证机构协助经营者来进行风险评估。(这类无人机的设备、零件及功能须各自取得认证通过,例如“侦测及闪避装备”等。)
(3)审定类Certified(高风险):针对无人机运行的风险上升到类似于正常载人航空器运营的风险水准,将被归类在审定类。基本上,该类无人机运行将视同载人机,所以适航审定政策基本是一致的,需要取得多个批准。该类别的要求与载人飞机适航管理相同。由NAA和EASA监管。
欧盟特别要求安全风险的监管,在未来的无人机监管政策必须加以解决:
-与有人驾驶飞机的空中相撞;
-对人员的伤害;
-对财产的伤害,特别是关键或敏感的基础设施的伤害。
由于,由EASA提出监管框架是对欧盟所有类型无人机的规范。因此,将取消各成员国原先
设定无人机的150公斤监管限制。
(二) 美国公布商用小型无人机使用规范 (The Small UAS Rule (Part 107))
美国联邦航空局 (FAA)于2016年6月21日通过商用小型无人机安全使用规范最终版,预计将
于8月29日开始执行。
根据FAA公布的新规范,主要如下:
1.无人机连机载货重量不得超过50磅(25公斤),
2.只可在日出及日落前30分钟飞行,
3.无人机在操作员视线范围内飞行,飞行高度在400英尺(约122m)以下,飞行时速在100
英里(约160km/h)以下
4.新规列明无人机不可在特定地区空域飞行,包括夏威夷、哥伦比亚特区等。
5.无人机操作人员,必须年满16岁,并持有遥控飞行证书。
(三) 中国大陆方面
2009年发布《民用无人机空中交通管理办法》指出,组织实施民用无人机活动的单位和个
人应当按照《通用航空飞行管制条例》等规定,申请划设和使用空域,未经地区管理局批
准,禁止在民用运输机场飞行空域内从事无人机飞行活动。
2015年12月29日,中国民用航空局飞行标准司发出《轻小无人机运行规定(试行)(AC-91
-FS-2015-31)》结合运行规定进一步规范无人机驾驶员管理规定,进行了第一次修订,新
版《民用无人机驾驶员管理规定 (AC-61-FS-2016-20)》于2016年7月11日生效。
主要内容包括重新调整无人机分类和定义,新增管理机构管理备案制度。纳管范围包括在
可视距离内或外操作、机身重量在116公斤以下、起飞重量在150公斤以下、校正后飞行速
度在时速100公里以下的无人机,需配备电子围栏和无人机云系统。
电子围栏的主要功能是可阻拦其他飞行器材飞入划定的特定区域;无人机云系统则是类似
黑盒子,可记录无人机所有飞行和动态资料,系统连接后,无人机会即时传送飞行数据,
对无人机的位置、飞行高度、速度等状态进行即时监控,相关资料必须保留3个月以上,并
可对侵入电子围栏的无人机发出警报,另外也可提供气象等周边服务。
对无人机系统驾驶员实施了分类管理,且增加了管理备案制度,提出Ⅰ、Ⅱ类(即7公斤以
下)如运行需要,驾驶员可在无人机云系统进行备案。备案内容应包括驾驶员真实身份信息
、所使用的无人机型号,并通过在线法规测试。对行业协会要求:建立驾驶员考试体系和
标准化考试流程,可实现驾驶员训练、考试全流程电子化实时监测;建立驾驶员管理体系
,可以统计和管理驾驶员在持证期间的运行和培训的飞行经历、违章处罚等记录。
(四) 我国方面
行政院已于2015年9月通过民航法部分条文修正草案,以无人机重量15公斤作为单一切分管
理点,但最后的法规样貌为何,有待2016年立法院新会期审议。
五、我国、中国大陆及韩国无人机发展政策
由于,商用无人机产业应用,带来商机的同时,也将解决人力短缺及增加产业生产力的效
益,在未来十年至少带来逾千亿美元经济效益,及制造逾10 万个新的就业机会。
我国方面,依据蔡政府提出五大创新产业,将无人机纳入智慧机械之‘建构智慧机械产业
生态体系’及国防产业之航太工业发展‘无人飞行载具’。
中国大陆方面,依据‘中国制造2025’将无人机纳入航空航天装备重点领域发展技术,预
计分三个五年达成:
2020年达到无人机实现预编程控制、动平台起降、静态环境适应能力,以及小型化、大载
荷能力。
2025年达成无人机自主能力进一步提高,动态环境适应能力增强,仿生飞行器取得明显进
展。
2030年达到无人机环境适应能力进一步增强,可实现多机合作,仿生飞行器开始产业化、
规模化应用。
韩国方面,2016年3月宣布要扶植八种无人机应用产业领域:货物运输、山林保护、监测、
建筑物的安全检测、国土调查巡逻、海岸地区管理、活用通讯网络、摄影、休闲以及农业
辅助。但根据韩国无人机产业振兴协会公布的数据,韩国无人机业者有1,200多家,但却仅
20至30家企业能够获利。因韩国的无人机企业有近八成都是无人机拍摄影像的小企业,真
正进入无人机制造相关企业非常少,或是进口零件后再组装。因此,韩国政府改由无人机
软件服务层面切入才有胜算。
六、未来发展挑战
一、延长飞行时间可以让应用变得更广。
目前,一般消费型无人机以30分钟内航行为主,突破有限的飞行时间是首要任务。如果能
够制造出飞行一小时以上的无人机将改变市场。
二、突破侦察与闪避技术领域,即时躲避障碍以减少错误发生。
对于无人机来说,侦察与闪避技术(sense and avoid)须安装额外传感器,比如雷达,以
确保无人机在公共领空中安全的飞行。若利用无人机本身携带的视讯摄影镜头即时识别物
体,将会形成无人机本身庞大的运算能力,容易耗电而减短飞行时间。目前有些公司正尝
试解决这个问题,例如:Yuneec Typhoon H无人机结合英特尔 RealSense技术,实现飞行
规避碰撞的能力。
三、让无人机自主飞行,数据即时传到云端并分析应用才是重点。
四、无人机的颠覆性将面临诸多社会、国防、法律挑战。
利用无人机辅助之非法行为,引发安全及潜在冲突,例如:对隐私、间谍方面问题的担忧
;产生噪声污染,空中交通造成混乱,还有偷盗和商业使用问题。
五、创造有利无人机产业发展的法规和商业环境。
无人机成功将 颠覆许多产业。未来将减少人力去运送货物,物流运输成本可望大幅降低。
政府须及早创造有利无人机产业发展的法规和商业环境,否则将造成国内人才流失及工作
机会减少。
七、结论
由于,无人机至少融合六种核心技术,可同时拉抬台湾厂商步入物联网的机会。只可惜,
目前台湾公司以进口零件后再组装为多,真正进入无人机自产制造者较少,因此若不掌握
真正核心技术,难以从中获利。对政府政策建议,未来无人机应鼓励开发关键零组件及自
主飞行控制软件整合。
本研究目的,协助找出适合我国无人驾驶航空器系统的适航法规,以供主管单位编定适合
无人驾驶航空器系统的适航法规之参考。
无人机是商机,还是危机?未来,无人机也将创造新的工作机会,同时也解决人口老化及
人力短缺的问题。先进科技为人类带来美好便利生活环境,但无人机也可能遭有心者蓄意
利用,甚至危及国家安全。无人机发展已成为一种趋势,若国内法规不松绑将迫使业者往
海外市场发展。所以,政府须创造有利的无人机产业环境及合宜的法规。