工業技術研究院 資訊與通訊研究所 吳家怡

前言

發展無人機結合人工智慧技術，推動警用巡邏、橋梁巡檢、競速娛樂、遠洋漁業應用等高需求、高產值市場，可提高人員作業安全及工作效率，促進產業升級，同時有助無人機軟硬體技術擴散及產業化。

無人機國際市場及應用趨勢

依據Drone industry insight發布2023年全球無人機市場產值為 337 億美元，預估 2030 年為548億美元（年複合成長率為7.1%），其中無人機應用服務市場占比最大（80%）。因無人機具制高執行巡檢及高機動之優勢，近年已快速帶動各項新興應用崛起，除可執行危險任務外，亦可輔助專業人員於執行任務時，有效提升作業效率與資訊分析價值，因此工程巡檢、農漁業、娛樂、軍用、室內巡檢、管線巡檢、倉儲盤點等領域皆可看到無人機的導入。因應多元新興的創新應用，無人機除了在性能、酬載能力與續航力的需求持續增加，亦更朝向AI、感測技術及大數據等技術之跨領域整合應用方向發展。

技術研發成果

工業技術研究院 資訊與通訊研究所（資通所）掌握無人機結合AI影像分析的市場及應用趨勢先機，自2018年以來布局智慧AI無人機技術，逐步發展低延遲串流、無人機地面管理、無人機飛行控制、雲台自主攝影、無GNSS定位技術、混合實境生成、無人機虛實互動、AI影像分析及智慧充電站等技術，透過場域實證與國內指標客戶（公路局、黎明工程、台灣高鐵、仁寶電腦、高雄捷運）緊密合作，領先開拓無人機警用巡邏、橋梁巡檢、交通分析及競速娛樂等新興室內外無人機創新應用。累計獲得7項國內外大獎肯定，包括R&D100國際大獎（1項）如圖1、經濟部科專有感成就獎（1項）、交通部主辦之國內獎項（4項）及工業技術研究院之傑出研究獎銅牌獎（1項）。

圖1 榮獲 2018 R&D100 AWARDS大獎

• 低延遲串流技術
  提供多架無人機即時拍攝畫面，搭配5G專網系統，傳輸解析度1080p影像之延遲低於50ms，為全球第一套可應用於競速無人機之5G即時串流技術。

• 無人機地面管理系統
  具一鍵起飛、一鍵返航、自動飛行任務編排、機隊管理、電子圍籬、斷訊處理、低電量自動返航等功能，實現無人機巡檢作業自動化。

• 無人機飛行控制技術
  結合AI影像處理技術修正飛行路線及拍攝檢測照片，提升橋檢無人機於複雜環境拍攝目標（如支承墊、混凝土基柱、電力桿）之準確度。

• 雲台自主攝影技術
  提出雙鏡頭之快速聚焦目標方法，採廣角攝影機搜尋目標，由慣性變化估測攝影機間之變動關係，以輔助高倍率望遠攝影機追蹤放大，取得高畫質巡檢影像。

• 無GNSS定位技術
  提供雙目視覺慣導定位技術，可自主導航避障，可於無GPS環境如室內或隧道巡檢中應用，100m移動定位誤差≦1m，自主飛行速度5m/s。

• 混合實境生成技術
  開發可緊密結合虛擬無人機與真實環境之技術，透過高效的碰撞器偵測以快速判定虛實碰撞事件，實現於全球首創之MR對戰無人機系統中。

• 無人機虛實互動技術
  結合無人機室內定位及物理運算引擎，即時計算無人機受虛擬物件碰撞時之力道反饋並連動至馬達，產生無人機反彈、抖動或降落等動作，實現於全球首創之MR對戰無人機系統中。

• AI影像分析技術
  AI影像分析技術結合深度學習與計算機視覺，透過卷積神經網路（CNN）進行特徵提取與分類，快速處理大規模影像數據並辨識物件、行為或異常模式，例如在橋梁檢測中，能偵測裂縫、油漆剝落等缺陷，提升檢測準確性與效率；在交通監控中，可自動分類車輛、分析車流及風險狀況等，善用AI技術可為決策者提供精準判斷。

• 智慧充電站
  提出低成本之無人機充電站系統，結合視覺定位精準降落機制，提供全自主運行之無人機部署維運。

產業應用成果與效益

於2018年至2024年期間，將研發之無人機技術應用於警用巡邏、橋梁巡檢、交通分析、競技娛樂及漁業應面，與台灣高鐵、公路局及縣市政府等國內指標性場域主深度合作進行場域實證與商業驗證，展現本院技術研發成果知名度。智慧AI無人機技術已商業化並運用於實際場域、技轉成果豐碩且獲國內外重要獎項肯定。

警用巡邏應用

工研院與內政部警政署合作研發的「電信操控無人機隊解決方案」（Automatic Police UAV Patrol System；APUPs），即是將無人機隊應用在警政巡邏，讓無人機化身空中警車的核心系統，如圖2所示，大幅增進公務執行效率，提升維安成效，並獲選2018全球百大科技研發獎。本團隊打破現有無人機的限制，擁有複合通訊特性，除Wi-Fi外亦可以4G/LTE訊號連線，無論無人機和遙控器分隔多遠，只要周邊有4G訊號，就可在視距外遠端操控無人機，影像直播給多人觀看的延遲時間也低於1秒。此外，在電力不足時可自動返回基地站充電，藉由GPS與RTK定位搭配紅外線導引技術，就算夜間降落誤差也低於80公分。自主研發的「地面管理系統」可預先設定無人機航點，可同時操控多架無人機。並運用AI影像分析技術，偵測車流、人流及異常影像，便於現場指揮所透過觀看即時影像，機動部署及調派執勤人力。

圖2 電信操控無人機隊解決方案，讓無人「空中警隊」成真

橋梁巡檢應用

交通為國家經濟之命脈，是城市發展之基礎，其中橋梁係跨越山河溪谷、維繫民生需求及經濟發展之重要關鍵設施，該設施除會因長期使用導致疲勞而產生劣化外，亦會因洪水沖刷或地震搖晃而損壞劣化，故需定期檢測與適時改善。目前我國現行橋梁約2.3萬座，主要由交通部公路局、交通部高速公路局及各縣市政府負責管理養護，依據公路法及相關規定，橋梁養護首重檢測，因此各橋梁管理機關除應適時針對所轄橋梁實施各項橋梁安全檢測作業外，並應針對損壞部分採取適當維修對策，方能確保橋梁及用路人行車安全。

無人機導入橋梁檢測已成潮流，不僅可降低作業風險，增加檢測效率，並減低人為主觀判釋造成差異或誤判可能，透過無人機自動拍攝橋側、橋底及墩柱構件影像，運用影像AI、多時序分析進行劣化構件快篩及歷程分析，提升檢測作業之效率性、精確性及安全性。拍攝之構件影像經混凝土裂縫、鋼板螺栓生銹及油漆剝落等AI劣化快篩分析，初判率可達6～8成，檢測成果如圖3所示。在可量化成本方面，以無人機取代傳統橋檢輔具進行檢測，除作業成本為傳統橋檢方式之60%外，更可大幅降低作業風險。本團隊與國內鐵路與公路兩大指標單位台灣高鐵及公路局深度合作，實際導入無人機應用之鐵公路橋梁無人機巡檢累計超過20座，包含桃園、新竹、苗栗、台中、彰化、雲林及台南等七縣市，同時扶植台灣高鐵、黎明工程顧問公司（省道管理單位交通部公路局委託之專業橋梁檢測顧問公司）等建立無人機專業服務團隊。並與黎明工程顧問公司組隊分別於2021年交通部主辦的無人機整合示範計畫橋梁檢測組競賽中獲得優勝，以及2022年交通部舉辦之領航盃無人機創意應用大賽應用組獲得「卓越獎」，獲獎主題為「AI智慧橋檢無人機系統」，交通部對於本團隊以無人機輔助橋梁檢測升級之貢獻給予高度肯定。同時台灣高鐵亦對於本團隊開發之系統與系統驗證成果給予優良評價，除納入緊急應用演練項目進行示範與擴大教育訓練外，並將納入鐵橋梁日常檢測維護標準作業中，擴大應用之廣度與深度。

圖3 無人機結合AI影像分析輔助橋梁檢測成果

交通分析應用

除橋梁檢測應用外，本團隊亦將無人機研發系統應用於交通車流監控，累計超過78個重要路口路段，包含基隆、台北、新北、桃園、新竹、苗栗、台中、彰化、雲林、台南、高雄及宜蘭等12縣市，同時扶植台灣世曦工程顧問、訊力科技等建立無人機專業服務團隊。並於2021年中華智慧運輸協會（ITS）智慧運輸獎競賽中奪得兩項殊榮 : 一為與台灣世曦工程顧問公司共同進行交通部公路局專案，獲得「智慧運輸應用獎」，獲獎主題為「以無人機結合AI技術應用於輔助公路交通管理先期規劃」，本專案建立無人機交通分析儀錶板，當無人機升空作業時，儀錶板可即時顯示路段績效、無人機即時點位、無人機拍攝即時影像，並透過AI影像辨識車輛大小及車流方向，亦可進行歷史資料查詢與管理，此成果亦已應用於公路局協助交通分析之交通儀表板中，如圖4所示；二為與訊力科技共同進行交通部運輸研究所專案，獲得「智慧運輸論文獎」，獲獎主題為「基於無人機影像軌跡之交通安全評估技術」，此競賽為ITS舉辦的重要活動，獲獎單位皆為交通產業界重要代表單位或公司，對智慧無人機協助國家交通產業服務落地及未來產業智慧升級具有重要代表性。

圖4 無人機結合AI技術應用於輔助公路交通成果納入交通儀表板示意圖

競速娛樂應用

傳統競速無人機為類比通訊傳輸，近期雖有數位傳輸，但仍局限於點對點傳輸。且傳統類比圖傳畫質差及易受干擾，不符合市場轉播畫質需求，更無法Live轉播，縮限應用市場成長空間。資通所導入5G傳輸，可打破實地距離限制，同時開發高畫質低延遲FPV（First Person View）、高速機體、精準定位、虛實融合為競速無人機未來發展關鍵，相關技術模組可擴散至消費/商用無人機、AR／VR及娛樂運動應用市場，多項技術大幅延伸應用可創造新興市場龐大商機。

2022年12月於高雄市亞灣地區舉辦全球首創5G+MR無人機電競賽，廣受各界好評，因5G有大頻寬、低延遲的特性，且技術發展相當快速，但成功決戰的關鍵是應用服務，將5G技術開發結合無人機競賽的應用服務及互動娛樂，可帶起台灣無人機從軟硬體、直播轉播及相關資源產業的發展，如同F1賽車帶動車輛、娛樂、明星、週邊商品等關聯產業，預期將會為我國無人機產業發展帶來嶄新的機會與商機，本項技術應用已在亞灣場域實際淬鍊獲得經濟部、高雄市政府、產業界及民眾多方的肯定與支持。

資通所持續精進5G低延遲與虛實整合技術，於2023年12月偕同仁寶電腦舉辦「極速5G Cyberpunk飛競之夜」活動，更進一步邀請法國、泰國等4位國際頂尖飛手同台競技，如圖5所示，經濟部、仁寶電腦及高雄市政府等貴賓均蒞臨參加，同時吸引線上線下超過6,000人觀看及各大媒體報導。

圖5 首創無人機5G國際競速大賽挑戰極速極限

漁業應用

傳統遠洋漁業面臨缺工、從業人員老化、人工經驗不易累積與傳承、數位轉型不易等問題，急需自動化系統輔助作業。目前使用直升機透過目視進行漁探，成本高、漁探效率不佳，碳排高且對海洋環境造成汙染。資通所與金屬工業研究發展中心合作研發AI漁搜無人機及機隊技術，協助漁撈長使用智慧地面站加速漁撈決策，一鍵就能輕鬆完成機隊航線規劃、派遣4架無人機自動巡航、觀看即時魚況（AI魚群辨識率達8成以上），進而迅速決策搶得捕撈先機，最後以一鍵召回無人機自動返航安全降落，功能特色如圖6所示。

資通所更獲APEC PPSTI全額補助，於2024年2月及8月隨經濟部技術司參加祕魯舉辦之APEC PPSTI 年會，於會中發表展現我國精準漁業研發成果、強化國際連結、帶動業者布局海外商機。並於2024年10月舉辦APEC 精準漁業智慧科技應用國際論壇，來自美國、日本、秘魯、印尼、泰國、越南、菲律賓、巴布亞紐幾內亞以及我國等9個經濟體專家及貴賓，共71位參與，並透過系統實地展示，與APEC經濟體專家進行深度交流，展現我國智慧科技導入精準漁業經驗與實力，加速業者進軍APEC區域之商機。

圖6發展無人機遠洋精準漁業 以AI智慧提升作業效率與環境保護

後續新技術研發與佈局

因應全球氣候變遷、環境變化大等問題，面對突如其來的變化，以人工智慧結合無人載具救災應用已成趨勢。無人機市場需以應用服務驅動，而軟體可加速應用服務發展，因此軟體導向之技術架構始能帶動無人機產業，其中無人機機群及AI分析軟體技術將為主要動力來源。資通所後續除了持續深耕工程巡檢應用，擴大至隧道及箱梁等弱（或無）GPS環境，提升災後應變之能力，同時將發展國內首套多機協作防救災關鍵技術，期待滿足勘救災之產業需求，包含開發完整AI無人機勘救災技術，如多機高效取像、廣域三維模型建立、圖像物件識別與標記等功能，補足國內無人載具協作防救災關鍵軟體技術缺口，並持續提升工程監測、安全巡守、建設管理等應用效能，協助業者技術提升及擴散，促進產業升級。