以群眾外包（crowdsourcing）的概念利用多無人機支援搜救行動的開放協作平台
113年11月10日
【本篇報導由資訊工程學系 賀耀華副教授研究團隊提供】 近年來，氣候相關的自然災害已經影響了成千上萬人的生活。而全球暖化導致氣溫升高和乾燥的環境，這增加了大規模野火的風險。在大規模的災害中，野火搜救（Search and Rescue, SAR）行動極其困難，原因包含低能見度、呼吸困難以及火災和煙霧的高溫。無人飛機（Unmanned aerial vehicles, UAVs）已廣泛被用來支援這類的搜救行動中。在研究團隊先前的工作中，提出了一個叫做Krypto概念，該模組透過「嗅探」手機的無線信號，以定位任何可能的倖存者。而隨著無人機的普及，大眾有可能使用自己的無人機參與搜救行動。本研究提出了一個開放協作平台，以協助多架無人機參與搜救行動。這個平台開放並管理著攜帶Krypto裝置的不同搜索無人機，通過共享信息和規劃搜索路徑和區域來協同合作。利用這個開放協作平台，任何人都可以參與搜救行動，為尋找可能的倖存者做出貢獻。這項工作的創新之處在於平台的開放性和協作性，在大規模災害中的搜索行動以群眾外包（crowdsourcing）的概念，互相分享信息並幫助尋找可能的倖存者。本研究顯示，開放協作平台有效地減少了所需的無人機數量和尋找倖存者的搜索時間。 近年來，由於氣候變化，災難性自然災害的數量逐年增加。全球暖化導致異常高溫與乾燥的環境，增加了大規模野火的風險。根據災害流行病學研究中心（Centre for Research on the Epidemiology of Disasters, CRED）的資料顯示，在2020年，美國因為破紀錄的暴風雨和野火而造成的總經濟損失占了53％。此外，美國西海岸大規模的野火造成了100億美元的經濟損失，超過30人喪生，燒毀的土地超過400萬英畝。在2021年夏季，土耳其、希臘、義大利和西班牙的野火造成8人死亡，數百人撤離。 根據世界衛生組織的資料，野火導致空氣品質惡化，並對農作物、資源、動物和人們的財產等造成損失。此外，這些災害中斷了交通、通信、電力、天然氣以及供水系統。除了生命和財產的巨大威脅外，大多數自然災害還有一個共同點，即它們幾乎立即中斷對外通信的能力。在通信系統癱瘓的情況下，受害者很難尋求幫助並通報他們自身的位置。其次，在大規模災害區域進行搜救（SAR）行動時，尋找受害者變得極具挑戰。尤其像野火災害通常伴隨低能見度、極為險峻、難以接近等問題。 無人飛機（UAVs）是提供對遠程感測和監視操作（如SAR操作）支援的良好選擇，其具有低運營成本、快速部署和靈活機動性。自2005年卡特里娜颶風以後，無人機就一直被用來支援搜救任務。然而，濃煙或高溫環境造成的低能見度，從而削弱基於視覺或熱顯像儀技術的無人機在SAR行動中的效果；此外，這些操作通常持續到夜間，使得仰賴視覺的SAR任務變得更加困難。 在研究團隊先前的工作中，提出了一個以超人漫畫書中的超級狗氪普托（Krypto）命名的概念，將這套系統用於飛行中的無人機並透過「嗅探」來自任何移動設備的無線信號來定位倖存者。Krypto模塊是一個低成本模塊（100美元或更少），其硬件組成包括Raspberry PI、兩個Wi-Fi卡、GPS Dongle和便攜式充電器。Krypto的源代碼是開源的，可以下載並安裝到Raspberry PI中。通過使用現有感應設備信息的API連接到無人機上的Krypto模塊來定位倖存者，模塊可以快速擴展像是添加其他感應設備（例如攝影鏡頭、熱感應攝影機等）。Krypto裝置結合無人機（如圖1）能夠有效地巡邏和感測大範圍的災區，以協助SAR行動。 圖1：Krypto模組在不同無人機上 近年來，根據聯邦航空管理局（FAA）的數據，無人機的普及達到了新的高度。到2022年，已有超過31萬架商業無人機和53萬架娛樂無人機在該機構註冊。無人機市場持續以快速的速度增長。雖然並非所有無人機都能參與SAR行動，但其中許多無人機具有協助SAR操作所需的硬體和軟體功能。結合Krypto裝置，任何擁有無人機的人都可以參與SAR行動，通過定位倖存者對搜救做出貢獻。 本研究提出了一個開放協作平台，以協助多架無人機參與搜救操作（如圖2）。這個平台開放並管理著攜帶Krypto裝置的不同搜索無人機，通過共享信息和規劃搜索路徑或區域來協同合作。利用這個開放協作平台，任何人都可以參與搜救任務，為尋找可能的倖存者做出貢獻。這項工作的創新之處在於平台的開放性和協作性，以群眾外包（crowdsourcing）的概念，使大規模災害中的搜索行動能互相分享信息並共同幫助尋找可能的倖存者。本研究顯示，開放協作平台有效地減少了所需的無人機數量和尋找倖存者的搜索時間。 圖2：Krypto 模組的架構。(a)上傳無人機到平台；(b)上傳受害者的估計位置到平台；(c)可從平台下載搜索路徑。 原文出處： Ho, Y. H., & Tsai, Y. J. (2022). Open Collaborative Platform for Multi-Drones to Support Search and Rescue Operations. Drones, 6(5). https://doi.org/10.3390/drones6050132 Ho, Y. H., Chen, Y-R, & Chen, L-J. (2015). Krypto: Assisting Search and Rescue Operations using Wi-Fi Signal with UAV. ACM International Workshop on Micro Aerial Vehicle Networks, Systems, and Applications for Civilian Use (DroNet'15, in conjunction with ACM Sigmobile MobiSys'15), Florence, Italy, 2015. https://dl.acm.org/doi/10.1145/2750675.2750684