機器學習識別特徵阻絕代測　上鏈回送監理資料庫防竄改

人臉辨識加酒精鎖阻酒駕　串區塊鏈上傳比對告警

2021-05-24社團法人台灣E化資安分析管理協會元智大學多媒體安全與影像處理實驗室

本文將介紹酒精防偽人臉影像辨識系統，結合了人臉辨識、酒精鎖以及區塊鏈應用，以解決酒駕問題，並透過監控系統避免代測狀況發生。且利用區塊鏈不可修改的特性，將車輛與人臉資料串上區塊鏈，以確保駕駛人的不可否認性。

長長期以來「酒駕」都是一個很嚴肅且必須被重視的議題，儘管在2019年立法院修法酒駕及拒絕酒測的罰則，但是抱持僥倖心態的人還是數不勝數，導致因酒駕釀成車禍的悲劇還是一再重演，讓不少的家庭因此破滅。

據統計，從2015年到2018年的酒駕取締件數都逾10萬件，而因為酒駕車禍的死亡人數逾百人。在2019年酒駕新制上路以後，2020年警方酒駕取締件數有明顯下降至約6萬件，雖然成功達到嚇阻效果，但是死亡人數仍與去年前年持平，可見離完全遏止酒駕還有很長的路需要努力。

立法院於2018年三讀通過了「道路交通管理處罰條例部分條文修正案」，酒駕者必須重新考照，並且只能駕駛具有酒精鎖（Alcohol Interlock）的車輛，所謂酒精鎖，屬於車輛點火自動鎖定裝置，在汽車發動前必須進行酒測，通過才能將汽車發動，而且在每45分鐘至60分鐘後酒精鎖系統就會要求駕駛人在一定時間內進行重新酒測，以便防範在行車過程中有飲酒的情況發生，若駕駛人未遵守其要求，車子就會強制熄火並鎖死，必須回酒精鎖服務中心才能將鎖解開。

由於法案的方式無法完全遏止酒駕，因此許多創新科技或是企業致力於研究相關科技來解決酒駕的問題。

其中本田（Honda）汽車與日立（Hitachi）公司研發出手持型酒精含量檢測裝置，讓駕駛人必須在駕駛之前都先進行酒測，若酒精濃度超標就會將汽車載具上鎖，藉此避免酒駕意外或事故發生，且該技術結合了智慧鑰匙功能，若偵測到酒測值超標，車輛中的顯示面板將會發出警告訊號告知駕駛人，避免酒駕上路之問題。

另一方面則是解決酒精殘值之問題，因為有許多駕駛人都會認為，休息一下後，身體也無感到不適，即駕車出門，等到駕駛人被警方臨檢時才知道酒測未通過，因此收到罰單，甚至是吊銷駕照處罰等。

根據醫學研究指出，酒精是在人體體內由肝臟代謝，實際代謝時間必須看體質以及飲酒量而定。台灣酒駕防制社會關懷協會建議，喝酒後至少要10至20小時後再駕車比較安全。多數人無具備酒精代謝時間的觀念，導致駕駛人貿然上路，待意外發生或罰單臨頭時，已經為時已晚。

背景知識說明

本文介紹的方法為酒精鎖結合攝影鏡頭進行人臉辨識，並將人臉特徵資料與車輛資料串上區塊鏈，並利用區塊鏈不可篡改的特性，來避免駕駛人在解鎖酒精鎖時發生他人代測的問題。

由於人臉辨識技術具備防偽性、身分驗證的特性，因此將酒精鎖的技術結合人臉辨識，便可確認為駕駛本人。

何謂人臉辨識

人臉辨識技術屬於生物辨識的一種，基於人工智慧、機器學習、深度學習等技術，將大量人臉的資料輸入至電腦中做為模型訓練的素材，讓電腦透過演算法學習人類的面部特徵，藉以歸納其關聯性最後輸出人臉的特徵模型。

目前人臉辨識技術已經遍佈在日常生活之中，其應用面廣泛，最為常見的應用即為智慧型手機的解鎖、行動支付如LINE Pay、Apple Pay等，其他應用還包括行動網路銀行、網路郵局、社區大樓門禁管理系統、企業監控系統、機場出入關、智能ATM、中國天眼系統等。一般來說，人臉辨識皆具備以下幾個特性：

‧ 普遍性：屬於任何人皆擁有的特徵。

‧ 唯一性：除本人以外，其他人不具相同的特徵。

‧ 永續性：特徵不易隨著短時間有大幅的改變。

‧ 方便性：人臉辨識容易實施，設備容易取得，如相機鏡頭。

‧ 非接觸性：不須直接接觸儀器，也可以進行辨識，這部分考量到衛生問題以及辨識速度。

人臉辨識透過人臉特徵的分析比對進行身分的驗證，別於其他生物辨識如虹膜辨識、指紋辨識，無須近距離接觸，也可以精準地辨識身分，且具有同時辨識多人的能力。因應新冠肺炎疫情肆虐全球，人臉辨識技術也被用來管理人來人往的人流。人臉辨識的儀器可以搭配紅外線攝影機來測量人體體溫，在門禁進出管制系統中，利於提高管理效率，有效掌握到進出人員的身分，以及幫助衛生福利部在做疫調時更容易掌握到確診病患行經的足跡。

人臉辨識的步驟

人臉辨識的過程與步驟，包括人臉偵測、人臉校正、人臉特徵值的摘取，進行機器學習與深度學習、輸出人臉模型，從影像中先尋找目標人臉，偵測到目標後會將人臉進行預處理、灰階化、校正，並摘取特徵值，接著人臉資料交給電腦進行機器學習與深度學習運算，最後輸出已訓練好的模型。相關辨識的步驟，如圖1所示。

人臉偵測

基於Haar臉部檢測器的基本思想，對於一個一般的正臉而言，眼睛周圍的亮度較前額與臉頰暗、嘴巴比臉頰暗等其他明顯特徵。基於這樣的模式進行數千、數萬次的訓練，所訓練出的人臉模型，其訓練時間可能為幾個小時甚至幾天到幾周不等。利用已經訓練好的Haar人臉特徵模型，可以有效地在影像中偵測到人臉。

Python中的Dilb函式庫提供了訓練好的人臉模型，可以偵測出人臉的68個特徵點，包括臉的輪廓、眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴。基於這些特徵點的資料就能夠進行人臉偵測，如圖2～4所示。圖中左上角的部分是偵測到的分數，若分數越高，代表該張影像就越可能是人臉，右側括弧中的編號代表子偵測器的編號，代表人臉的方向，其中0為正面、1為左側、2為右側。

人臉的預處理

偵測到人臉後，要針對圖片進行預處理。通常訓練的影像與攝影鏡頭拍出來的照片會有很大的不同，尤其會受到燈光、角度、表情等影響，為了改善這類問題，必須對圖片進行預處理以減少這類的問題，其中訓練的資料集也很重要：

‧ 幾何變換與裁剪：將影像中的人臉對齊與校正，將影像中不重要的部分進行裁切，並旋轉人臉，並使眼睛保持水平。

‧ 針對人臉的兩側用直方圖均衡化：可以增強影像中的對比度，可以改善過曝的影像或是曝光不足的問題，更有效地顯示與取得人臉目標的特徵點。

‧ 影像平滑化：影像在傳遞的過程中若受到通道、劣質取樣系統或是受到其他干擾導致影像變得粗糙，藉由使用圖形平滑處理，可以減少影像中的鋸齒效應和雜訊。

人臉特徵摘取

關於人臉特徵摘取，相關的技術說明如下：

‧ 歐式距離：人臉辨識是一個監督式學習，利用建立好的人臉模型，將測試資料和訓練資料進行匹配，最直觀的方式就是利用歐式距離來計算所有測試資料與訓練資料之間的距離，選擇差距最小者的影像作為辨識結果。由於人臉資料過於複雜，且需要大量的訓練集資料與測試集資料，會導致計算量過大，使辨識的速度過於緩慢，因此需要透過主成分分析法（Principal Components Analysis，PCA）來解決此問題。

‧ 主成分分析法：主成分分析法為統計學中的方法，目的是將大量且複雜的人臉資料進行降維，只保留影像中的主成分，即為影像中的關鍵像素，以在維持精確度的前提下加快辨識的速度。先將原本的二維影像資料每列資料減掉平均值，並計算協方差矩陣且取得特徵值與特徵向量，接著將訓練集與測試集的資料進行降維，讓新的像素矩陣中只保留主成分，最後則將降維後的測試資料與訓練資料做匹配，選擇距離最近者為辨識的結果。由於影像資料經過了降維的步驟，因此人臉辨識的速度將會大幅度地提升。

‧ 卷積神經網路：卷積神經網路（Convolutional Neural Network，CNN）是一種神經網路的架構，在影像辨識、人臉辨識至自駕車領域中都被廣泛運用，是深度學習（Deep Learning）中重要的一部分。主要的目的是透過濾波器對影像進行卷積、池化運算，藉此來提取圖片的特徵，並進行分類、辨識、訓練模型等作業。在人臉辨識的應用中，首先會輸入人臉的影像，再透過CNN從影像提取像素特徵並轉換成特定形式輸出，並用輸出的資料集進行訓練、辨識等等。

何謂酒精鎖

酒精鎖（圖5）是一種裝置在車輛載體中的配備，讓駕駛人必須在汽車發動前進行酒測，通過後才能將車輛發動。且每隔45分鐘至60分鐘會發出要求，讓駕駛人在時間內再次進行檢測。

根據歐盟經驗，提高罰款金額以及吊銷駕照只有在短期實施有效，只有勸阻的效果，若在執法上不夠嚴謹，被吊照者會轉變成無照駕駛，因此防止酒駕最有效的方法就是強制讓駕駛人無法上路，這就是「酒精鎖」的設計精神。

在本國2020年3月1日起酒駕新制通過後，針對酒駕犯有了更明確且更嚴厲的規定，在酒駕被吊銷駕照者重考後，一年內車輛要裝酒精鎖，未通過酒測者無法啟動，且必須上15小時的教育訓練才能重考，若酒駕累犯三次，要接受酒癮評估治療滿一年、十二次才能重考。

許多民眾對於「酒精鎖」議論紛紛，懷疑是否會發生找其他人代吹酒精鎖的疑慮，為防範此問題，酒精鎖在啟動後的五分鐘內重新進行吹氣，且汽車在行駛期間的每45至60分鐘內，便會隨機要求駕駛重新進行酒測，如果沒有通過測量或是沒有測量，整合在汽車智慧顯示面板的酒精鎖便會發出警告，並勸告駕駛停止駕車。

對於酒精鎖的實施，目前無法完全普及到每一台車子，而且對於沒有飲酒習慣的民眾而言，根本是多此一舉，反而增加不少麻煩給駕駛。若還有每45～60分鐘的隨機檢測，會導致多輛汽車必須臨時停靠路邊進行檢測，可能加劇汽車違規停車的發生頻率。

認識區塊鏈

區塊鏈技術是一種不依賴於第三方，透過分散式節點（Peer to Peer，P2P）來進行網路數據的存儲、交易與驗證的技術方法。本質上就是一個去中心化的資料庫，任何人在任何時間都可以依照相同的技術標準將訊息打包成區塊並串上區塊鏈，而這些被串上區塊鏈的區塊無法再被更改。區塊鏈技術主要依靠了密碼學與HASH來保護訊息安全，也是賦予區塊鏈技術具有高安全性、不可篡改性以及去中心化的關鍵。區塊鏈相關概念，如圖6所示。

區塊鏈的原理與特性

可以將區塊鏈想像成是一個大型公開帳本，網路上的每個節點都擁有完整的帳本備份，當產生一筆交易時，會將這筆交易廣播到各個節點，而每個節點會將未驗證的交易HASH值收集至區塊內。接著，每個節點進行工作量證明，選取計算最快的節點進行這些交易的驗證，完成後會把區塊廣播給到其他節點，其他節點會再度確認區塊中包含的交易是否有效，驗證過後才會接受區塊並串上區塊鏈，此時就無法再將資料進行篡改。

關於區塊鏈的特性，可分成以下四部分做說明：

1. 去中心化：區塊鏈其中一個最重要的核心宗旨，就是「去中心化」，區塊鏈採用分散式的點對點傳輸，該概念架構中，節點與節點之中沒有所謂的中心，所有的操作都部署在分散式的節點中，而無須部署在中心化機構的伺服器，一筆交易或資料的傳輸不再需要第三方的介入，因此又可以說每個節點就是所謂的「中心」。這樣的結構也加強了區塊鏈的穩定性，不會因為其中的部分節點故障而癱瘓整個區塊鏈的結構。

2. 不可篡改性：透過密碼學與雜湊函數的運用來將資料打包成區塊並上鏈，所有區塊都有屬於它的時間戳記，並依照時間順序排序，而所有節點的帳本資料中又記錄了完整的歷史內容，讓區塊鏈無法進行更改或是更改成本很高，因此使區塊鏈具備「不可篡改性」，並且同時確保了資料的完整性、安全性以及真實性。

3. 可追溯性：區塊鏈是一種鏈式的資料結構，鏈上的訊息區塊依照時間的順序環環相扣，這便使得區塊鏈具有可追溯的特性。可追本溯源的特性適用在廣泛的領域中，如供應鏈、版權保護、醫療、學歷認證等。區塊鏈就如同記帳帳本一般，每筆交易記錄著時間和訊息內容，若要進行資料的更改，則會視為一筆新的交易，且舊的紀錄仍會存在無法更動，因此仍可依照過去的交易事件進行追溯。

4. 匿名性：在去中心化的結構下，節點與節點之間不分主從關係，且每個節點中都擁有一本完整的帳本，因此區塊鏈系統是公開透明的。此時，個人資料與訊息內容的隱私就非常重要，區塊鏈技術運用了HASH運算、非對稱式加密與數位簽章等其他密碼學技術，讓節點資料在完全開放的情況下，也能保護隱私以及用戶的匿名性。

區塊鏈與酒精鎖

由於區塊鏈的技術具備去中心化、記錄時間以及不可篡改的特性，且更加強酒精鎖的檢測需要身分驗證的保證性。當進行酒精鎖檢測解鎖時，系統記錄駕駛人吹氣時間以及車輛的相關資訊，還有人臉特徵資料打包成區塊並串上區塊鏈。因此，在同一時間當監控系統偵測到當前駕駛人與吹氣人不同時，此時區塊鏈中所記錄的資料便能成為一個強而有力的依據，同時也能讓其他的違規或違法事件可以更容易進行追溯。

酒駕防偽人臉辨識系統介紹

為了解決酒精鎖發生駕駛人代測的問題，酒精鎖產品應導入具有身分驗證性的人臉辨識技術。酒駕防偽人臉辨識系統即為駕駛人在進行酒精鎖解鎖時，要同時進行人臉辨識，來確保駕駛人與吹氣人為同一人。

在駕駛座前方的位置會安裝攝影鏡頭，作為駕駛的監控裝置。進行酒測吹氣的人臉資料將會輸入到該系統中的資料庫儲存，並將人臉資料以及酒測的時間戳記打包成區塊串上區塊鏈，當汽車已經駛動時，攝影鏡頭將會將當前駕駛人畫面傳回系統進行人臉比對驗證。如果驗證成功，會將通過的紀錄與時間戳一同上傳至區塊鏈，若是系統偵測到駕駛人與吹氣人為不同對象，系統將發出警示要求駕駛停車並重新進行檢測，並同時將此次異常的情況進行記錄上傳到區塊鏈中。

如果駕駛持續不遵循系統指示仍持續行駛，該系統會將區塊鏈的紀錄傳送回給開罰的相關單位，並同時發出警報以告知附近用路人該車輛處於異常情況，應先行迴避。且該車輛於熄火後，酒精鎖會將車輛上鎖，必須聯絡酒精鎖廠商或酒精鎖服務中心才能解鎖。相關的系統概念流程圖，如圖7所示。

區塊鏈打包上鏈模擬

在進行酒測解鎖完畢以及進行人臉資料儲存後，會透過CNN將影像轉換輸出成128維的特徵向量作為人臉資料的測量值，接著將128個人臉特徵向量資料取出，並隨著車輛資訊一起打包到同一個區塊，然後串上區塊鏈。取出的人臉特徵資料，如圖8所示。

要打包成區塊和上鏈的內容，包括了人臉特徵資料、車牌號碼、酒測解鎖時間點等相關輔助資料，接著透過雜湊函數將相關的資料打包成區塊。以車牌號碼ABC-1234為例，圖9顯示將車輛資料和人臉資料進行區塊鏈的打包，並進行HASH運算。

將人臉資料和車輛相關資料作為一次的交易內容，並打包區塊，經過HASH後的結果如圖10所示，其中prev_hash屬性代表鏈結串列指向前一筆資料，由於這是實作模擬情境，並無上一筆資料，其中messages屬性代表內容數，一筆代表車牌資料，另一筆則為人臉資料。time屬性則代表區塊上鏈的時間點，代表車輛解鎖的時間點。

情境演練說明

話說小禛是一間企業的上班族，平時以開車為上下班的交通工具，他的汽車配置了酒駕防偽影像辨識系統，以下模擬小禛下班後準備開車的情境。

已經下班的小禛今天打算從公司開車回家，當小禛上車準備發動車子時，他必須先拿起安裝在車上的酒測器進行吹氣，並將臉對準攝影鏡頭讓系統取得小禛的人臉影像。小禛在汽車發動前的人臉影像，如圖11所示。

待攝影鏡頭偵測到小禛的人臉後，接著系統便會擷取臉上五官的68個特徵點，如圖12所示。然後，相關數據再透過CNN轉換輸出成128維的特徵向量作為人臉資料的測量值，如圖13所示。

酒精鎖通過解鎖後，車輛隨之發動，解鎖成功的時間點將會記錄成時間戳記，隨著影像與相關資料串上區塊鏈。在行駛途中，設置在駕駛座前方的鏡頭將擷取目前駕駛的人臉，以取得駕駛人的128維人臉特徵向量測量值，並且與汽車發動前所存入的人臉資料進行比對，藉以判斷目前的駕駛人與剛才的吹氣人臉是否為同一位駕駛。當驗證通過後，也會再將通過的紀錄與時間戳上傳至區塊鏈中，如此一來，區塊鏈的訊息內容便完整記載了這一次駕車的紀錄，檢測通過的示意圖如圖14所示。

系統通過辨識後，便確認了駕駛人的身分與吹氣人一致。且透過時戳的紀錄和區塊鏈的輔助，也確保了駕駛的不可否認性。若有其他違規事件發生時，區塊鏈的紀錄便成為一個強而有力的依據來進行追溯。

如此一來，便可以預防小禛喝酒卻找其他人代吹酒測器的情況發生。在駕駛的途中，如果有需要更換駕駛人，必須待車輛靜止時，從車載系統發出更換駕駛要求，再重新進行酒測以及重複上述流程，才可以更換駕駛人。如果沒有按照該流程更換駕駛，系統將視為異常情況。

結語

酒駕一直是全球性的問題，將有高機率導致重大交通事故，造成人員傷亡、家庭破碎，進而醞釀後續更多的社會問題，皆是酒駕所引發的不良效益。為了解決酒駕的問題，各個國家都有不同的酒駕標準或是法律規範，但是大部分國家的規範和制度都只有嚇阻作用卻無法完全遏止。在不同的國家防止酒駕的方式不盡相同，有的國家如新加坡，透過監禁及鞭刑來遏止酒駕犯，又或者是薩爾瓦多，當發現酒駕直接判定死刑，這樣的制度雖嚇阻力極強，但是若讓其他國家也跟進，會造成違憲或是違反人權等問題。因此，各國都在酒駕的問題方面紛紛投入研究，想要達到零酒駕的社會。

為達成此理想，本文介紹了基於區塊鏈的酒駕防偽辨識系統，利用酒精鎖搭配人臉辨識技術以及區塊鏈技術，使有飲酒的駕駛人無法發動汽車。且該系統搭載在行車電腦中，結合攝影鏡頭的監控對駕駛進行酒測防制管理，將人臉資料、酒精鎖、解鎖時間點與相關資訊打包成區塊並上鏈。基於區塊鏈技術內容的不易篡改，可加強駕駛人的不可否認性，當汽車發生異常情況時，便能利用有效且可靠的依據進行追溯。人工智慧和物聯網時代已經來臨，透過酒駕防偽辨識系統來改善酒駕問題，在未來能夠普及並結合法規，智慧汽車以及智慧科技的應用將會帶給人們更安全、更便利的社會。

附圖：圖1 人臉辨識的步驟。
圖2 人臉特徵點偵測（正臉）。
圖3 人臉特徵點偵測（左側臉）。
圖4 人臉特徵點偵測（右側臉）。
圖5 酒精鎖。 （圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guardian_Interlock_AMS2000_1.jpg with Author: Rsheram）
圖6 區塊鏈分散式節點的概念圖。
圖7 系統概念流程圖。
圖8 取出人臉128維特徵向量。
圖9 儲存車輛相關資料及人臉資料到區塊。
圖10 HASH後及打包成區塊的結果。
圖11 汽車發動前小禛的人臉影像。
圖12 小禛的人臉影像特徵點。
圖13 小禛的人臉特徵向量資料。
圖14 系統通過酒測檢測者與駕駛人為同一人。

資料來源：https://www.netadmin.com.tw/netadmin/zh-tw/technology/CC690F49163E4AAF9FD0E88A157C7B9D

5G 未來工廠如何提升營運效能？淩華將 5G 結合 DDS 技術讓各式機器人能互相「自主協作」！

Posted on2021/01/27

當傳統製造業面臨少量多樣的客制化需求增加，卻同時需解決招工不易等課題時，工廠從現行的人工、自動化作業邁向「智慧工廠」成為必然趨勢。然而未來智慧工廠若想做到良率、效率的提升，還要能夠適應像是 COVID-19 的疫情挑戰，僅以個別機器獨立運作的模式已無法滿足，取而代之的將是由各式固定及移動機器人自主協作，達到端到端能互相「溝通」，如同人類即時協調的作業模式！

各式固定及移動機器人自主協作的「智慧工廠」是未來趨勢。

但想達到智慧工廠的此一目標，「串聯」各個機台並達到「即時傳輸」的技術就相當重要。隨著 5G 時代的來臨，其大頻寬、大連結、低延遲特性已解決即時傳輸的需求，但如何做到串聯各機台，甚至讓彼此之間能互相協作呢？

未來工廠如何提升營運效能？讓機器如同人做到「自主協調」！

https://www.facebook.com/watch/?v=1082872315460131

近年積極佈局智慧製造軟硬體整合的淩華科技，針對機器人協作的方式提出了「群機智主」（Swarm Autonomy）概念。淩華科技新世代機器人平臺事業處王健豪博士指出，「Swarm Autonomy 是指工廠內各機台設備都具備自主運作、智慧溝通的能力，可說是物聯網概念的進一步擴展，更強調機器的自主性與系統擴張性，這也是我們認為未來智慧工廠中各機台互動運作的樣貌！」

以工具機製造專長的友嘉集團，近年也瞭解到客戶因為人力缺乏與需求轉變，對於物流、檢測以及技術服務都有迫切的升級需求。因此在 2017 年與淩華展開智慧化未來工廠的建造計畫，友嘉集團智慧製造與資料服務部林勤喻總經理分享，「過去工廠導入機器人或自動化設備只是用來取代人力。但未來將以人機協作為主，必須結合智慧功能，才能為工廠營運創造更高的價值。」

淩華如何讓機器人從單向資訊接收到「群機智主」的互相溝通？

淩華科技新世代機器人平臺事業處王健豪博士表示，未來智慧工廠若要提升運作效能，就必須達到「群機智主」，其中的關鍵技術就在於「即時邊緣通訊系統」技術，讓機器之間能即時傳輸資料並快速回應，進行溝通。圖片來源：TechOrange
而 Swarm Autonomy 這樣的目標該如何落實呢？關鍵便是「即時邊緣通訊系統」（Data Distribution Service，DDS），透過此一技術淩華成功讓機器與機器之間能即時傳輸資料並快速回應，解決機器間平行、透明、即時的溝通需求。

淩華的機器人控制器 ROScube 整合 ROS 2 機器人作業系統，預設就是淩華的 DDS。

王健豪博士表示， DDS 是由淩華在 2015 年併購英國公司 PrismTech 後引進的一項技術，過去主要是用在軍事航太領域，大幅改善了傳統主從式（Client/Server）架構的缺點，採用發佈/訂閱式（Pub/Sub）架構的點對點、分散式通訊，具備優異的穩定性與可靠性，且它是一個仲介軟體，傳統工廠在導入時不用花費大量成本，亦不必更換現有的硬體裝置設備。

不過，過去因為 DDS 的技術門檻高，市場並不普及，然而隨著次世代機器人作業系統（ROS 2）在 2017 年把 DDS 納入其通訊層後，大幅降低了 DDS 的應用門檻，讓更多人都能輕鬆利用分散式通訊帶來的效益。

創造最即時的溝通成效！DDS 結合 5G 提升機器人的反應速度

資策會先進通訊系統中心王德仁協理分享，「DDS 具有 QoS（服務品質）機制，可確保資料傳輸的品質，是與 5G 的理想結合，可提供從通訊層到資料層的良好串聯。」

王健豪博士分享，雖然 DDS 這個仲介軟體可適用於不同的底層通訊硬體，但怎麼做到從自主移動機器人到自動化產線等異質性設備之間能「即時溝通」，就必須靠 5G 的高可靠度與低延遲特性！而 DDS 技術如何在臺灣與 5G 順利結合？淩華找上具有豐富前瞻技術經驗的資策會協助落地應用。

資策會先進通訊系統中心王德仁協理表示，「DDS 具有 QoS（服務品質）機制，可確保資料傳輸的品質，是與 5G 的理想結合，可提供從通訊層到資料層的良好串聯。」

資策會協助在新竹湖口岩田友嘉工廠建置 5G 專網設備，將 5G 結合 DDS 技術落地應用。

林勤喻總經理亦指出，「佈署智慧工廠時需考慮彈性生產、以及工廠擴容性、快速換線等各種需求。而 DDS 是一個仲介層，可適用於有線/無線或多種無線技術共存的製造環境中，又具備高可靠度特性，再結合 5G 的低延遲與高速傳輸，將能大幅提升機器人等自動化設備的敏感度與反應速度。」

導入 AMR/AOI/MR 3 大應用，改善製造業良率、效率、停機問題

友嘉集團智慧製造與資料服務部林勤喻總經理分享，目前淩華、友嘉與資策會三方已在新竹湖口岩田友嘉工廠布建 AMR（無人搬運車）、 AOI（自動光學檢查）、以及 AR（擴增實境）智慧眼鏡 3 大應用，不僅提升 15% 良率，更降低 20% 成本。

目前 5G 結合 DDS 技術已實際建置於新竹湖口岩田友嘉工廠內的工業級噴槍生產線，由 AMR（無人搬運車）、 AOI（自動光學檢查）、以及 MR（AR/VR 混合實境）智慧眼鏡 3 大應用打造真正的 5G 未來工廠。

產線設備運作監測中心透過 5G 結合 DDS 能即時整合產線資訊，串連 AMR 自主移動機器人運送零元件至各檢測部門，提高生產效能！

首先，以智慧工廠最講求的「效率」為例，過去由人工搬運可能會有開小差或需要休息的問題，但透過 AMR 的佈署將能達到未來關燈工廠的需求，加上 5G+DDS 所具備的優異擴容性，可依據不同的生產流程迅速調整搬運路線，大幅提升生產彈性。林勤喻總經理分享，未來若是應用在更大的場域、更多台 AMR 同時協作，將更能凸顯 5G+DDS 的效益

基於 AI 之 AOI 系統能整合六軸機器手臂，進行取像後將相片傳輸，並在後端即時分析檢出產品瑕疵，同時優化檢測模型達到高可靠度的噴槍水漬殘留檢測系統，縮短檢測時間。

同時，「良率」也是追求效率的同時，不能忽略的指標之一，過去工廠多以人工方式進行產品檢測，但常常發生檢測品質不穩定、甚至資料登錄錯誤的狀況，目前友嘉透過導入淩華搭載 AI 技術的 AOI 機器視覺設備檢測噴槍水漬，藉由 5G 快速達成影像的傳輸，以及光學儀器的取像調整，不僅良率提升 15% ，更排除掉人為、資料出錯的機會，讓生產成本降低 20% 。

產線人員透過 MR 智慧眼鏡與中控端進行雙向溝通，即時將視覺畫面與機台參數結合，提供遠端分析與指導。

再者，「事故停機」更是製造業生產中重大的隱形成本，像是今年受限於疫情，老師傅或維運廠商無法即時移動協助排解機器停機的問題，資策會藉由「MR 眼鏡」的應用協助友嘉建立遠端支援服務的能力。林勤喻總經理解釋，「當客戶機台有問題時，現場人員可利用 MR 眼鏡把影像傳回給我們的技術人員，再透過結合機台參數的判讀，能夠第一時間解決客戶問題。」

他認為，新技術導入除了為公司帶來有形價值之外，更重要的是激勵員工自主學習、思考未來工作可能性的無形效益。同時，也藉由更多生產流程與機台資料的積累，配合友嘉自行開發的資料分析平臺，未來將能提供更完整的解決方案與資料服務給客戶。

5G 結合 DDS 智慧工廠生態圈模組成型，加速開發不同製造需求
在淩華、友嘉和資策會的共同合作下，率先在國內打造了一條 5G 示範生產線。事實上， 5G 結合 DDS 在智慧工廠的應用，即使在國外也仍是處於草創期。

為了進一步擴大應用，王德仁協理表示，資策會除了進行前瞻技術研究之外，將以成立工作小組的方式，廣邀像是淩華這樣的製造業及 5G 專網設備業者加入，提供像是 5G 伺服器或是整合式的 5G 小型基地台等產品，來推動此技術的成熟發展，未來甚至可把智慧工廠解決方案輸出到國外。

ADLINK 的多接取邊緣運算伺服器系列 MECS 符合 OTII 標準並通過 NGC-Ready 驗證，同時可作為 5G RAN 建置時的白牌解決方案。

王健豪博士也認同說，智慧工廠的範疇很大，不是一家公司可以獨力完成的，需透過整合包括 Intel 等軟硬體即時技術平臺供應商，以及感測器、系統整合業者，和友嘉這樣願意投資與實際應用的終端使用者等眾多合作夥伴一起建立完整的智慧工廠生態圈。

而淩華目前也將針對 ROS 2/DDS 結合 5G 技術，開發出一套軟硬體整合的解決方案，相信未來不管是智慧工廠、智慧城市或是自駕車都將有更多點對點的通訊需求，而這些需求就能藉由淩華的控制器協助客戶平臺加速開發！

影片：
https://www.facebook.com/watch/?v=1082872315460131

資料來源：https://buzzorange.com/techorange/2021/01/27/5g_dds_swarm_autonomy/

📜 [專欄新文章] TEM 區塊鏈基礎教育第三階段 — 跨出工程師只會寫 Code 的既有框架
✍️ Phini Yang
📥 歡迎投稿： https://medium.com/taipei-ethereum-meetup #徵技術分享文 #使用心得 #教學文 #medium

TEM 區塊鏈基礎教育第三階段 — 跨出工程師只會寫 Code 的既有框架

本課程著重在進入區塊鏈產業所需具備的基礎知識。

區塊鏈技術是橫跨多領域所組成，並又接著在各領域知識的基礎上創新。從網路結構的外觀來看，系統以眾多節點以點對點架構組成，相異於主流日常生活使用網路服務的主從式架構。節點間對資料取得共識的機制也須追溯到分散式系統的研究。

在以太坊以來，客製化虛擬機以進行運算也成顯學，這塊又屬於編譯器的領域知識。不論在共識層或應用層，系統倚賴密碼學的工具。最後利用區塊鏈簿記上的資產進行獎勵或懲罰來讓系統參與者作出行動，需要經濟學上的工具。

即使在五年之前進入區塊鏈圈，要能夠一次把這所有的領域接觸過也非容易。這次課程取得在各自領域專精的講者，把每個領域重要的概念提過，並點出與區塊鏈關聯的重點。

目標並非讓學習者能夠完全掌握所有的領域，而是

降低日後自行學習的障礙，知道可以從哪裡開始看

知道哪些領域有學習者自己領域能夠切入合作的缺口

知道各種領域的瓶頸及前沿研究是什麼。

課程的安排除了前述眾領域的介紹，最後有一門「客戶端原始碼分析」，全節點便是整個抽象共識機制的具體軟體實作，有了前面的基礎，看到程式碼會比較知道背後設計的原因。

為什麼從以太坊開始學？

以太坊鏈上的 Dapp ，不論是在數量或是應用的範圍上，皆遙遙領先其他主鏈。各大主流區塊鏈應用的衍生，也是以以太坊為基礎發展而成。 以太坊目前仍是區塊鏈中最具開源文化的生態系之一，技術支援也是所有公鏈中最完整的，有著最豐富的研究者社群與概念創新。

課程時數與費用

課程將分成三階段，每階段授課 12 小時，形式包含講課與實作。
每一階段 12 小時收費 $4,800 元，早鳥票 $3,600，三人團報價 $3,000/1 人。
課程人數最多 30 人為主，最低開班人數 10 人。

🎁 立馬去購票 🎁

https://www.accupass.com/event/1911150750032715966110

❓有任何問題，請聯繫 Phini Yang (Mail)

以下為每堂課程詳細介紹，以供學員理解：

1. 經濟學原理 — 賽局理論/供需 By 梁智程, 以太坊基金會

為什麼要學習這項課程？

區塊鏈無論是底層協議，或是去中心化應用，系統經常需要設計誘因，並假設系統的多數參與者會依據誘因，做出對自己最有利的行動，利用那樣的行動維持系統運作。

要討論、分析、設計誘因，經濟學上已有累積已久的語言與工具。因此我們常會在區塊鏈的文章中看到從古典的供給與需求[1]、共有財的悲劇[2] 、或是較現代的賽局理論、機制設計、拍賣等術語。

這些觀念可能對無經濟學背景的開發者較難掌握。我會試圖在有限時間之內，介紹主要常用的經濟學概念，並點出有運用到這些概念的相關區塊鏈文獻。我們也會介紹到因為區塊鏈特殊的環境，所產生新的機制設計的挑戰以及機會。

這項技術可運用在哪？

要設計區塊鏈相關系統，通常需要理解經濟學相關知識。

課程大綱

1⃣ 經濟學原理
- 供給與需求
- 外部性與公共財
- 區塊鏈範例：區塊鏈運算資源

2⃣ 賽局
基本定義：玩家、報酬、策略、均衡
非合作賽局 vs 合作賽局

3⃣ 機制設計
- VCG 最佳機制設計
- 區塊鏈範例
第二價拍賣的手續費 [3]
賄賂攻擊 [4]、反機制 [5] 與全知識證明 [6]
- 激進市場範例
平方投票

2. 虛擬機 EVM By 戴宏穎 (海帶), Second State

為什麼要學習這項課程？

虛擬機就像是肝臟，雖然是人體中沈默的器官，但沒有這個元件，整個系統就會失去作用。

對於使用者而言，不論是在 Ethereum 上轉 Ether 、部署合約、或者呼叫合約，基本上都不會注意到有虛擬機的存在。可這個無感的存在卻是合約能夠執行的核心關鍵。如果今天沒有虛擬機，那 Ethereum 就無法撰寫 smart contract 、無法執行 DApp (迷戀貓、去中心化交易所等應用)。

這項技術可運用在哪？

除了是設計有執行合約能力的區塊鏈系統中必備的元件外，理解虛擬機也能幫助我們在裡頭進行效能的最佳化與增加新的特殊功能（產生隨機數、進行 hash 運算等）。

課程大綱

1⃣ 深入淺出 EVM
- 虛擬機概論
- EVM 核心元件
- 理解 EVM 內部的運作過程

2⃣ 實作
- 增加一個新的 opcode magic
- 增加產生隨機數的 opcode rand (EVM 的隨機該怎麼做)

3⃣ Eth 2.0
- Ewasm Virtual Machine

3. 共識機制—PBFT/PoS/Casper FFG By 邱駿, UnityChain

為什麼要學習這項課程？

PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）誕生至今已逾 20 年。它的發明源於分散式系統中一個著名的共識難題：拜占庭將軍問題（Byzantine Generals Problem）。PBFT 並不是一個針對全開放環境的共識協定 — 事實上在區塊鏈出現之前，並未出現任何一個針對開放環境的拜占庭容錯共識。區塊鏈的橫空出世啟發了研究人員再度審視 PBFT 這個經典。

PBFT 具有一些與區塊鏈截然不同的特性，這提供了改進區塊鏈一些有用的思路，例如以PBFT為基礎建立的權益證明(Proof-of-stake)模型。儘管在區塊鏈蓬勃發展的今日，PBFT這個經典仍然蘊含許多值得研究人員反覆推敲的巧思，其後續也衍生出非常多新協定，例如 Tendermint / HotStuff / Harmony FBFT 等等。

以太坊對權益證明（Proof-of-Stake, PoS）的研究最早可追朔至 2014 年。從此之後，以太坊研究員們便一直朝「實現基於 PoS 的共識協定」此一目標前進。PoS 共識的設計是一個跨領域且相當複雜的問題，其包含計算機科學 / 經濟學 / 密碼學等面向。以太坊擁有區塊鏈生態系中最跨領域的團隊，對 PoS 的研究可以說是相當透徹。

課程大綱

1⃣ 什麼是共識？
- 什麼是狀態機？
- 為什麼需要共識？
- 為什麼共識這麼難？
- 正確的共識：安全性（Safety）與活躍性（Liveness）
- 共識一定可以達成嗎？

2⃣ PBFT 共識協定
- 協定概論
- 安全性與活躍性分析
- 特性分析

3⃣ PoS 共識協定
- 什麼是砍押金/砍押金條件?
- PBFT 最小砍押金條件
- 為什麼 PoS 這麼難設計?

4⃣ Casper FFG
- 協定
- 特性分析
- 改進 PBFT
- 與 Eth 2.0 整合

4. 密碼學原理 — 橢圓曲線/零知識證明 By 吳偉誠 (Kimi), UnityChain

為什麼要學習這項課程？

隱私在現今世界越來越受重視，但是區塊鏈上任何的交易都是公開透明的，要如何在使用區塊鏈的同時又享有隱私，零知識證明是目前最好的解決方案。

這項技術可運用在哪？

零知識證明除了使用在隱私外，也能有效率的驗證資料，進而提高交易速度。

課程大綱

1⃣ 橢圓曲線簡介

2⃣ Shamir’s Secret Sharing 介紹與應用

3⃣ 零知識證明
- 零知識證明簡介
- zk-SNARKs
- 零知識技術的應用與比較

4⃣ 手把手實作
- circom 語法及指令

5. 點對點 p2p 系統 By 賈脈瑄, 以太坊基金會

為什麼要學習這項課程？

區塊鏈本身基於點對點（Peer-to-Peer, 簡稱 P2P）網路。大家都知道共識層的重要，但常常沒意識到網路層的安全也很重要。

P2P 網路的術語及概念本身也很分散，經常散落在網路各處難以系統化的學習。不同的使用情景造就了不同的設計，近年區塊鏈興起，也帶起了和區塊鏈有關的 P2P 系統研究。這門課會帶過 P2P 系統中常用及重要的設計與理由，並介紹區塊鏈系統們怎麼應用這項技術。

這項技術可運用在哪？

實作去中心化網路，譬如區塊鏈網路。不同區塊鏈可以設計特化且有效率的 P2P network。

課程大綱

1⃣ P2P networking 基礎
- 歷史背景
- Overlay
- Requirements for p2p networks
- Unstructured networks
- Structured networks: DHT
- Gossiping

2⃣ 區塊鏈的 P2P networking
- Difference from the classical p2p networks
- Cases study
・Ethereum or Bitcoin
・Ethereum 2.0
- Library: libp2p

6. 客戶端(Geth)原始碼分析 By Miya Chen, AMIS

為什麼要學習這項課程？

Ethereum 擁有非常活躍的開發生態系，以 go-ethereum 為例，透過分析原始碼更加了解 Ethereum 協議運作過程。

這項技術可運用在哪？

根據自身需求客製化模組邏輯，例如：修改 miner 打包 transaction 的順序。

新增 RPC API，例如：subscribe API。

記錄額外的 blockchain 資料，例如：每一個 block 其所有 account balance 和 storage 的差值。

課程大綱

1⃣ Geth 架構介紹

2⃣ 理解 tx pool 運作過程

3⃣ Event subscription 的實作

4⃣ 手把手實作: 客製化 tx pool

課程時數與費用

課程將分成三階段，每階段授課 12 小時，形式包含講課與實作。
每一階段 12 小時收費 $4,800 元，早鳥票 $3,600，三人團報價 $3,000/1 人。
課程人數最多 30 人為主，最低開班人數 10 人。

🎁 立馬去購票 🎁

https://www.accupass.com/event/1911150750032715966110

❓有任何問題，請聯繫 Phini Yang (Mail)

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