無人載具人才培育

作者：

莊智清、連豊力、涂嘉恒、許志明、王紹華、王嬡芳

刊登日期：2022/04/12

摘要：無人載具是現階段相當受到重視且有重大產業效益之議題，但此一領域之永續發展必須要有足夠之即戰能力人才之投入。本文說明目前以無人載具中控系統為主軸之教學模組發展以介接實體車輛平臺並於實際場域進行驗證。透過教學模組之推廣，期望可以培養學生跨域學習及研發創新能力，深化在職專業人士之知識內涵，有效鏈結國內外業界以及發展出具永續性之無人載具虛實並進教學與實作環境。
Abstract：The development of unmanned vehicle technology including autonomous driving cars is regarded as an area with high potential of commercial values. To establish a sustainable development environment, however, would demand a continuous infusion of highly capable human resources. The paper describes some activities that have been conducted to facilitate the training of professionals with knowledge and skills on central-control subsystem which encompasses the perception, localization, planning, and control tasks of unmanned vehicles. Several specialized course modules have been developed to provide training material. Moreover, the modules are developed by incorporating the needs of in-vehicle experiments and field tests. The educational modules and the accompanying training environment are expected to pave the way for the incubation of skilled professional to this highly competitive area.

關鍵詞：無人載具、自動駕駛、人才培育
Keywords：Unmanned vehicles, Autonomous driving, Talent incubation

前言
智慧駕駛為近年相當受到重視之議題，搭配移動載具產業發展之電動化、聯網化與共享服務商模，整體正以ACES (Automatic, Connected, Electrified, and Shared)之框架相互援引技術進行推動展開。我國目前也正藉由政府之積極輔導、法人之技術深耕、業者之重點布局與學研單位之創新突破期望可以經由研究發展與上路試煉累積產業發展動能。此一智慧駕駛時代之到臨具有改善用路安全、提升運輸效能、改變城市風貌與開啟移動商機之優勢，對於交通運輸、生活環境、經濟活動與社會革新等均將可望有深遠之影響。
智慧駕駛之極致表現為可以於無需人為介入之情形下，由載具之感測設施，決策機制與主動安全系統完成安全、順暢且有效率之行駛。為達到此一功能，車輛得具有SPACE之能力。所謂SPACE係為Sense(感知)、Plan(決策規劃)、Act(控制致動)、Connect(聯網)與Edge(端點運算)之縮寫。Sense代表載具環境感知之能力。一般自動駕駛載具均配置不同類型與數量之攝像機、雷達、光達、夜視裝置與超音波感測器以偵知、辨識與追蹤車輛週遭之物件。主要的物件包含靜態之車道線、道路邊界、交通號誌等，以及包含動態之車輛、機車、自行車與行人。於特定環境，更同時得分辨出臨時設立之號誌和交警之指示。車輛Sense之功能一般另需同時搭載定位應用之感測裝置以提供車輛精確之位置與姿態資訊。Plan之能力泛指決策判斷與路徑規劃之能力。一般復依即時性分為反應式規劃(reactive planning)、戰術性規劃(tactical planning)與策略性規劃(strategic planning)等層次以產生足以避障、合乎交通規則與最便捷到達目的地之路徑。Act彰顯車輛之控制能力，強調穩定、精準與兼顧快捷和舒適之特性以正確地執行所規劃之動作。由於此一控制與致動功能與車輛之安全息息相關，故得同時研判系統正常運作之情況並妥善因應以達到一定之容錯能力。自動駕駛系統如一般電腦或手機一樣具有聯網或Connect之功能，其網路包含車內之網路以交換車內不同感測與控制之訊息，以及包含車輛與外界之聯網。後者統稱為V2X(vehicle to everything)可涵蓋車輛與車輛，車輛與路側設施，車輛與行人，車輛與雲端等之通訊。經由V2X，許多行車環境之資訊得以分享，也具有強化安全與改善車流之優點。此一過程，自駕車輛之角色為整體物聯網之一感測節點，可收集和回傳資料。自動駕駛車輛得即時地於車輛端處理大量資料，故得搭載一端點(edge)運算單元以處理來自不同感測器與網路之資訊、進行辨識分類之推論、產生低風險之決策與路徑並據以精確執行。自駕車輛之自駕等級因此可以依其SPACE技術含量進行評估[1]。
可以想見地，於發展智慧駕駛之過程仰賴相當多之人力資源，其技術領域包含感測裝置、車用電子、人工智慧、訊號處理、深度學習、估測理論、自動控制、機器人學、即時計算、無線網路、雲端數據、端點運算、車聯網路、資訊安全等。若然由整體產業發展觀點，對於相關人才之專業需求尚包含交通管理、道路規劃、人因工程、品質保證、服務模式等。無疑地，我國面對此一波產業趨勢之一項痛點為缺乏優質即戰人才。
教育部因應科技與產業之發展趨勢，積極培育相關領域之人才。無人載具由於是一跨領域之主題故目前執行之一些教育部人才培育與推升計畫與無人載具有關連性。為期有效陪育無人載具相關技術與系統整合之人才，教育部推動「無人載具人才培育」，本文說明，此一人才培育計畫之發展過程、教學模組內容以及展望。
無人載具之人才培育
當自駕技術目前正朝等級較高之無人駕駛技術持續發展之過程，實有賴充足之人力資源持續投入技術研發與驗證，方可安全地上路。教育部有鑑於此，目前正配合國家整體無人載具之發展，規劃配套之人才培育方案與作法。教育部之「無人載具人才培育」計畫主要認知無人載具產業發展過程，人才培育是必要的，這其中以無人載具中控系統之人才培育最為關鍵。中控系統為一整合度高之系統，具有環境感知、決策判斷與控制驅動之整體能力，可以因應載具運作過程之變化而達到安全與有效率之輸運。我國產業結構之主要特色為具有優於其他國家之機動與靈活性，藉由無人載具中控系統技術養成與人才培育可望為此一高價值之ACES產業注入生力軍，以機動地發揮中控系統之整合效益，應用於不同之載具與情境。為建構一完整之無人載具人才培育計畫，因此有必要深化現有課程與作法並以系統整合與實體驗證作為指標，進而達成人才培育、深耕教學、產業鏈結、資源共享和永續發展之效益。準此，教育部無人載具人才培育計畫之重點為：
       1.需求面之業界鍵結
       2.建構面之機電整合
       3.程序面之系統工程
       4.應用面之實體驗證

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