無(wú)人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle；UAV）的應(yīng)用越來(lái)越多元，在世界各地的空域中變得越來(lái)越普遍，物流運(yùn)輸便是一例。無(wú)人機(jī)可用於從物流中心運(yùn)送貨物至目的地，然後可返回物流中心以取回其他貨物，以用於另一次運(yùn)輸至另外的目的地。
2013年，亞馬遜（Amazon Technologies, Inc.；Amazon）執(zhí)行長(zhǎng)Jeff Bezos在接受《60分鐘》節(jié)目採(cǎi)訪時(shí)，首次公開(kāi)「利用無(wú)人機(jī)送貨給客戶(hù)」的新型物流概念[1]，當(dāng)時(shí)Bezos播放了一段Prime Air演示視頻，展示了他的八旋翼無(wú)人機(jī)可在30分鐘內(nèi)將包裹直接送到你家門(mén)口的提議，當(dāng)時(shí)很多人提問(wèn)這樣一個(gè)大膽的想法如何真正在現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)現(xiàn)。如今，透過(guò)5G聯(lián)網(wǎng)及人工智慧技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)將商品直接送到客戶(hù)身邊的場(chǎng)景已不再遙不可及。
Amazon自2013年宣布利用無(wú)人機(jī)送貨的構(gòu)想以來(lái)，積極的向USPTO提交申請(qǐng)有關(guān)無(wú)人機(jī)先進(jìn)物流概念和技術(shù)的專(zhuān)利，包括飛機(jī)設(shè)計(jì)、安全和防禦系統(tǒng)、將貨物從空中轉(zhuǎn)移到地面的方法以及蜂巢式物流中心等專(zhuān)利，甚至開(kāi)始聘請(qǐng)專(zhuān)利律師專(zhuān)門(mén)在PrimeAir部門(mén)工作。從這些專(zhuān)利文獻(xiàn)可洞悉該公司逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)物流理念的企圖心，更在當(dāng)今現(xiàn)實(shí)的生活與商業(yè)應(yīng)用中證實(shí)了它並非虛構(gòu)捏造。
無(wú)人機(jī)物流之通用系統(tǒng)設(shè)計(jì)
首先，我們先來(lái)看一下它最早關(guān)於無(wú)人機(jī)物流概念之通用系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)利。2014年9月30日Amazon向USPTO提交申請(qǐng)一件名為無(wú)人機(jī)遞送系統(tǒng)（Unmanned aerial vehicle delivery system）的美國(guó)專(zhuān)利（專(zhuān)利公告號(hào)US9573684B2），揭示了一種可自主地將庫(kù)存物品遞送至各個(gè)目的地的無(wú)人駕駛飛行器（UAV），該UAV可以接收庫(kù)存資訊和目的地位置，以及自主地檢索庫(kù)存和規(guī)劃運(yùn)送到目的地的路線，最終航行到目的地以交付庫(kù)存。
圖一顯示無(wú)人機(jī)200可以被配置成形成無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其利用Wi-Fi、衛(wèi)星等現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)路使得每個(gè)無(wú)人機(jī)與無(wú)線範(fàn)圍內(nèi)的其他無(wú)人機(jī)相互通信。無(wú)人機(jī)相互聯(lián)網(wǎng)以相互更新資訊，如天氣狀況及監(jiān)控周?chē)h(huán)境是否有動(dòng)物或人等障礙物。圖二則揭示了2013年Amazon執(zhí)行長(zhǎng)接受採(cǎi)訪時(shí)最早透漏的新想法：利用八旋翼無(wú)人機(jī)運(yùn)送貨物給客戶(hù)的物流概念。如圖所示，無(wú)人機(jī)200包括八個(gè)螺旋槳（202-1~202-8）圍繞無(wú)人機(jī)的框架204間隔。雖然此示例包括八個(gè)螺旋槳，但在其他實(shí)施中可以使用或多或少的螺旋槳。
| 圖一 : 無(wú)人機(jī)遞送系統(tǒng)及其無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)圖。（source：專(zhuān)利公告號(hào)US9573684B2） |
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| 圖二 : Amazon八旋翼無(wú)人機(jī)物流自上向下的視圖。（source：專(zhuān)利公告號(hào)US9573684B2） |
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特殊物流中心設(shè)計(jì) 強(qiáng)化商品遞送效率
物流中心通常是單層大面積的倉(cāng)庫(kù)建築，用於將遞送給客戶(hù)之前暫時(shí)存放物品。為了要有足夠的空間容納儲(chǔ)放物品，通常這些大型建築物占地面積都很大且位於郊區(qū)，但郊區(qū)地點(diǎn)並不方便向人口稠密的城市送貨。因此，越來(lái)越需要將物流中心設(shè)在市區(qū)和城市人口稠密的地區(qū)，可以更快地交付給居住在城市中不斷增加的大量人口。都市內(nèi)的運(yùn)送需求不斷提高，若能在都市中設(shè)有多層物流中心，將可大幅增進(jìn)物流效率。
Amazon設(shè)計(jì)了一種多層物流中心用以提供無(wú)人飛行載具（UAV）（108）在人口稠密的城市環(huán)境中可以降落和起飛，並在2015年12月18日向美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局（簡(jiǎn)稱(chēng)USPTO）提出專(zhuān)利名稱(chēng)為「無(wú)人飛行載具多層物流中心（multi-level fulfillment center for unmanned aerial vehicles）」的美國(guó)專(zhuān)利（公告號(hào)US9777502B2），專(zhuān)利家族還包括歐洲、日本、中國(guó)以及PCT申請(qǐng)案等多國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，且皆主張?jiān)撁绹?guó)專(zhuān)利申請(qǐng)日（2015年12月18日）為其最早優(yōu)先權(quán)日。
與傳統(tǒng)的物流中心不同，該座設(shè)計(jì)用來(lái)協(xié)助無(wú)人飛行載具（UAV）著陸和起飛的多層物流中心（圖三），包括數(shù)層樓面且較佳設(shè)立在人口稠密的都會(huì)地區(qū)。貨物經(jīng)由地面運(yùn)送載具到多層物流中心後，再由無(wú)人機(jī)執(zhí)行都心內(nèi)的遞送；這樣的多層物流中心因?yàn)榫哂醒}數(shù)個(gè)起降地點(diǎn)，利於UAV將商品運(yùn)送至客戶(hù)住處時(shí)起飛和降落使用。
因此，該美國(guó)專(zhuān)利US9777502B2的國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)之一被歸類(lèi)為E04H 14/00，表示其具有特殊用途或雙重用途之建築物；另一主要國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)為B64F 1/00，屬於航空運(yùn)輸領(lǐng)域中之地面設(shè)施，更具體而言，是用於運(yùn)貨之物流中心（合作專(zhuān)利分類(lèi)[2]CPC為B64F 1/32）。
| 圖三 : Amazon設(shè)計(jì)用於無(wú)人機(jī)起降的多層物流中心示意圖。（source：美國(guó)專(zhuān)利公告號(hào)US9777502B2） |
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圖三顯示物流中心的外部殼體包括許多通孔114以及向外延伸的無(wú)人機(jī)停放平臺(tái)106，通孔114可使無(wú)人機(jī)能夠在飛行狀態(tài)下進(jìn)出多層物流中心100，無(wú)人機(jī)透過(guò)通孔114可將商品放置於平臺(tái)106上，將商品歸位固定後，無(wú)人機(jī)就可以繼續(xù)執(zhí)行下一趟運(yùn)送任務(wù)。其中，通孔114可以是圓形、矩形、卵形、多邊形的，或以其他方式成形以容納無(wú)人機(jī)的進(jìn)出。此外，通孔114可彼此間隔開(kāi)以在不與其他UAV衝突的情況下實(shí)現(xiàn)起飛和降落。
在該專(zhuān)利所載的一項(xiàng)實(shí)施例中，物流中心的外觀被設(shè)計(jì)為像圓錐體且具有流線外型的蜂窩塔（beehive）狀（圖四），每一個(gè)UAV平臺(tái)（304、306、….）具有不同高低層次水平，無(wú)人機(jī)穿梭其中猶如科幻類(lèi)型電影中外星人搭太空飛船或飛碟入侵地球般的畫(huà)面。
| 圖四 : Amazon設(shè)計(jì)具有朝物流中心頂部匯聚的多層物流中心。（source:美國(guó)專(zhuān)利公告號(hào)US9777502B2） |
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另，為了節(jié)省電能，該專(zhuān)利還設(shè)計(jì)一種外部殼體具有網(wǎng)格（grid）804結(jié)構(gòu)的多層物流中心（圖五），用以移動(dòng)無(wú)人機(jī)停放平臺(tái)802，例如從較下層的位置移到較上層的位置，這樣無(wú)人機(jī)就可以從較高的位置出發(fā)，節(jié)省無(wú)人機(jī)從下層往上飛行爬升的電能。
| 圖五 : Amazon設(shè)計(jì)具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多層物流中心。（source：美國(guó)專(zhuān)利公告號(hào)US9777502B2） |
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建立網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)自我識(shí)別系統(tǒng)
一般來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)在空中交通最繁忙且最難以預(yù)測(cè)的低空運(yùn)行，空域管理相對(duì)重要。空域管理是指為維護(hù)國(guó)家安全，兼顧民用、軍用航空的需要和公眾利益，統(tǒng)一規(guī)劃，合理、充分、有效地利用空域的管理工作。無(wú)人機(jī)自主運(yùn)行必須主動(dòng)避免與在公共空域運(yùn)行的其他無(wú)人機(jī)發(fā)生干擾。
為了避免空域內(nèi)附近無(wú)人機(jī)之間的相互作用，Amazon在2015年2月27日向USPTO申請(qǐng)一件美國(guó)專(zhuān)利（公告號(hào)US9646502B1，簡(jiǎn)稱(chēng) ’502專(zhuān)利），描述建立相互連接的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其中中央控制站和無(wú)人機(jī)代表網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)以便識(shí)別空域內(nèi)的每架無(wú)人機(jī)。
如圖六所示，’502專(zhuān)利揭示了一種自動(dòng)無(wú)人機(jī)自我識(shí)別系統(tǒng)，透過(guò)網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)和代表該網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)人機(jī)（102、104、106、112）及中央控制站110自動(dòng)識(shí)別在空域（100）內(nèi)運(yùn)行的每架無(wú)人機(jī)。各個(gè)無(wú)人機(jī)（102、104、106、112）代表網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，用於在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中分發(fā)數(shù)據(jù)。中央控制站110可以是如機(jī)場(chǎng)的空中交通管制塔或中繼站等監(jiān)管機(jī)構(gòu)而代表網(wǎng)絡(luò)上的單獨(dú)節(jié)點(diǎn)。
無(wú)人機(jī)收集的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在當(dāng)?shù)兀╨ocal）網(wǎng)狀資料庫(kù)（114（1）、114（2）、114（3）、114（4））中，以便分發(fā)到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，然後再合併到共同的中央（central）網(wǎng)狀資料庫(kù)（116）中。各架無(wú)人機(jī)之間或者無(wú)人機(jī)與中央控制站之間可以建立無(wú)線通信連接118以在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，包括當(dāng)?shù)兀╨ocal）和中央（central）的網(wǎng)格數(shù)據(jù)（114和116），也可以透過(guò)有線通信網(wǎng)絡(luò)或透過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)在更遠(yuǎn)的距離上發(fā)送和接收中央網(wǎng)格數(shù)據(jù)116。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的無(wú)人機(jī)利用當(dāng)?shù)兀╨ocal）和中央（central）網(wǎng)狀資料庫(kù)資訊進(jìn)行自我識(shí)別並維護(hù)動(dòng)態(tài)飛行計(jì)劃。
| 圖六 : 使用無(wú)人機(jī)和中央控制站建立網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)管理空域內(nèi)無(wú)人機(jī)。（source:美國(guó)專(zhuān)利US9646502B1） |
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識(shí)別信號(hào)源屬性 確保可信源
Amazon在2017年11月20日又向USPTO申請(qǐng)一件美國(guó)專(zhuān)利（公告號(hào)US11079757B1，簡(jiǎn)稱(chēng) ’757專(zhuān)利），揭示無(wú)人機(jī)可以勘測(cè)識(shí)別在執(zhí)行飛行計(jì)劃期間遇到的信號(hào)源。具體而言，無(wú)人機(jī)可以識(shí)別信號(hào)源並確定有關(guān)信號(hào)源的屬性，這些屬性可能包括信號(hào)源的位置（座標(biāo)、緯度/經(jīng)度等）、信號(hào)源數(shù)據(jù)（頻率、識(shí)別參數(shù)等）、標(biāo)識(shí)碼、信號(hào)/網(wǎng)路類(lèi)型、信號(hào)強(qiáng)度以及有關(guān)信號(hào)或信號(hào)源的其他資訊。
信號(hào)源可以與信任級(jí)別相關(guān)聯(lián)（例如，受信任、不可信、未知等）。在不同的實(shí)施例中，某些信號(hào)源可能被指示為可信源（例如由服務(wù)提供者、電信供應(yīng)商或網(wǎng)路運(yùn)營(yíng)商等可信方）而列入白名單，也有可能標(biāo)記為不受信任或未知信任級(jí)別而被列入惡意信號(hào)源之黑名單。
如圖七所示，無(wú)人機(jī)104可以識(shí)別執(zhí)行飛行計(jì)劃期間的信號(hào)源或飛行路徑的偏差。信號(hào)源分析器可以接收關(guān)於信號(hào)源的數(shù)據(jù)並透過(guò)無(wú)人機(jī)的網(wǎng)路介面進(jìn)行通信。調(diào)查結(jié)果和識(shí)別的屬性會(huì)再被編譯並提供給其他方使用，以防無(wú)人機(jī)不法入侵，影響飛安及資安。
| 圖七 : 無(wú)人機(jī)識(shí)別信號(hào)源並確定信號(hào)源屬性示意圖。（source：美國(guó)專(zhuān)利US11079757B1） |
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加裝射頻識(shí)別 提升空域安全
目前民航局以400呎為界，400呎以下給地方政府管，400呎以上的高空列為軍方及民航局高度管制的空域。我們要知道無(wú)人機(jī)所在的空域高度在哪裡，才有辦法管理它，但該怎麼樣得知無(wú)人機(jī)是否逾越400呎的紅線，是無(wú)人機(jī)空域安全管理首要考量的。導(dǎo)入無(wú)線射頻辨識(shí)技術(shù)（Remote ID）和無(wú)人機(jī)空中管理系統(tǒng)（UTM）才有辦法管理它。Remote ID是UTM的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)UTM運(yùn)作架構(gòu)的基本要素，有助於未來(lái)面對(duì)數(shù)量龐大、種類(lèi)繁雜、大小懸殊的大量無(wú)人機(jī)空域的安全。
無(wú)人機(jī)加裝射頻識(shí)別已是全球空域管理的趨勢(shì)，歐美已有相關(guān)法規(guī)規(guī)定。民航局112年3月也在管理規(guī)則中明訂實(shí)施日期自115年起在市面銷(xiāo)售的無(wú)人機(jī)都要具Remote ID功能，透過(guò)手機(jī)下載民航局建置的無(wú)人機(jī)APP就可查詢(xún)無(wú)人機(jī)是否在合法空域內(nèi)飛行。
無(wú)人機(jī)已有能力飛上2千呎高的空域，再更高它與有人機(jī)重疊的部分就會(huì)越來(lái)越大，為了避免影響有人機(jī)的飛航安全，無(wú)人機(jī)加裝Remote ID射頻識(shí)別可發(fā)送「識(shí)別」和「位置」等資訊。應(yīng)用在物流運(yùn)送時(shí)，在共享空域內(nèi)發(fā)送訊息，可讓空域其他航空器能快速識(shí)別，清楚掌握其位置、姿態(tài)、速度等飛航軌跡資訊，並協(xié)助判定威脅屬性，確定無(wú)人機(jī)是否以無(wú)目的性、不小心或有犯罪意圖性的方式操作，並在必要時(shí)採(cǎi)取適當(dāng)行動(dòng)，強(qiáng)化無(wú)人機(jī)空域安全管理。
（本文論述僅為作者見(jiàn)解，不代表其任職單位之立場(chǎng)）
（作者現(xiàn)任職財(cái)團(tuán)法人中技社科技暨工程研究中心組長(zhǎng)，專(zhuān)注於科技、能源、產(chǎn)業(yè)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等議題）
參考資料
[1] CBS NEWS, 2013 DECEMBER 1, https://www.cbsnews.com/news/amazon-unveils-futuristic-plan-delivery-by-drone/
[2]合作專(zhuān)利分類(lèi)（Cooperative Patent Classification；簡(jiǎn)稱(chēng)CPC）
