引言
目前,我國(guó)正處于城鎮(zhèn)化加速發(fā)展的時(shí)期,城市被推上了舞臺(tái)的中心,在政治、經(jīng)濟(jì)和文化等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。未來城市將承載越來越多的人口,在能源、環(huán)境、交通和健康等方面也將面臨越來越大的考驗(yàn)。為解決城市的快速發(fā)展帶來的日益嚴(yán)峻的“城市病”難題,智慧城市的建設(shè)已成為不可逆轉(zhuǎn)的歷史潮流。智慧城市作為城市信息化的高級(jí)階段,離不開測(cè)繪地理信息的支持。地理信息技術(shù)不僅是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ),更是智慧城市發(fā)展的催化劑。
隨著城市可持續(xù)發(fā)展對(duì)地理信息大數(shù)據(jù)需求的日益提高,作為地理信息獲取重要手段的無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,在城市信息化建設(shè)中發(fā)揮的作用也越來越大。低空無人機(jī)遙感技術(shù)以其機(jī)動(dòng)、靈活、高空間分辨率、高精度、高時(shí)效性和運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì),正逐步成為航空遙感系統(tǒng)的重要組成部分。
本文從智慧城市建設(shè)的目標(biāo)和任務(wù)出發(fā),對(duì)智慧城市的定義以及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理,然后從城市規(guī)劃、城市違章建筑監(jiān)管、工程環(huán)境監(jiān)測(cè)、廢棄物管理、智慧交通、城市安全防控和智能媒體等方面探討了無人機(jī)遙感技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用。
1智慧城市
①智慧城市的定義
智慧城市是指利用信息通訊技術(shù)提升城市的管理、交通、物流、安全、能源、環(huán)境、住房和福利水平,進(jìn)而增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力,提升民眾的生活品質(zhì),改善環(huán)境的可持續(xù)性。智慧城市是城市化與信息化高度融合的產(chǎn)物,利用先進(jìn)的技術(shù),實(shí)現(xiàn)城市的智能運(yùn)行和管理,促進(jìn)城市穩(wěn)定、和諧、可持續(xù)發(fā)展。
對(duì)智慧城市的定義是一個(gè)不斷發(fā)展完善的過程(圖1),從最初的數(shù)字城市發(fā)展到現(xiàn)在基于大數(shù)據(jù)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的模式,未來朝著無人化、智能化的模式發(fā)展?？傮w來講,它具有廣泛覆蓋性、深度互聯(lián)性、協(xié)同共享性、智能處理性和開放應(yīng)用性等特點(diǎn)。
?、谥腔鄢鞘邪l(fā)展現(xiàn)狀
人們對(duì)智慧城市的熱潮起源于IBM于2008年提出的“智慧地球”的設(shè)想; 隨后,IBM在2010年提出了“智慧城市”的概念。近年來國(guó)內(nèi)外都確立了智慧城市戰(zhàn)略,智慧城市被視為重振經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域,亦成為提升城市競(jìng)爭(zhēng)力及解決“城市病”難題的重要手段。
2006年,歐盟發(fā)起了歐洲Living Lab組織,利用先進(jìn)的技術(shù)手段整合“集體的智慧”,提升人們的生活水平; 同年,新加坡啟動(dòng)“智慧國(guó)2015”計(jì)劃,旨在利用新一代信息技術(shù)建立一流國(guó)家化城市; 2009年,美國(guó)在迪比克市建立了第一個(gè)智慧城市,利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合城市公共資源,為城市的穩(wěn)定發(fā)展做出智能響應(yīng); 同年,日本推出“I-Japan智慧日本戰(zhàn)略”,將信息數(shù)字化服務(wù)于民眾生活; 丹麥啟動(dòng)智慧城市計(jì)劃,力爭(zhēng)在2025年前在保證城市可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)環(huán)保與經(jīng)濟(jì)間的平衡,建立全球第一座碳中和城市; 韓國(guó)的“U-City”計(jì)劃以全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)形式構(gòu)建新型智慧城市,實(shí)現(xiàn)民眾的便攜式生活。
我國(guó)在2013年8月和2014年3月分別出臺(tái)了《關(guān)于促進(jìn)信息消費(fèi)擴(kuò)大內(nèi)需的若干意見》(國(guó)發(fā)[2013]32號(hào))與《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020年)》2個(gè)文件,標(biāo)志著我國(guó)已把智慧城市的建設(shè)作為城市發(fā)展的重要戰(zhàn)略部署。國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要明確提出了“加強(qiáng)現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),推進(jìn)大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,建設(shè)智慧城市”。物聯(lián)網(wǎng)作為智慧城市框架的基本要素,可以為實(shí)現(xiàn)智慧城市的“自動(dòng)感知、快速響應(yīng)和科學(xué)決策”提供重要技術(shù)支撐; 在智慧城市建設(shè)中,實(shí)現(xiàn)時(shí)空大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)建設(shè)與城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相吻合,通過對(duì)時(shí)空大數(shù)據(jù)的內(nèi)容進(jìn)行挖掘,形成有價(jià)值的信息,應(yīng)用于服務(wù)。
智慧城市作為城市發(fā)展的新興模式,以信息技術(shù)的應(yīng)用為主線實(shí)現(xiàn)城市的綠色、可持續(xù)發(fā)展。到目前為止,我國(guó)智慧城市的發(fā)展已進(jìn)入了推廣應(yīng)用階段,已由市場(chǎng)行為逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎罅χС值某鞘邪l(fā)展模式。
02無人機(jī)遙感技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用
物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展,推動(dòng)了智慧城市建設(shè)的步伐,但是,離開空間地理信息的支持,智慧城市就無法真正實(shí)現(xiàn)信息化、智能化和智慧化。利用低空無人機(jī)遙感技術(shù)可以對(duì)城市范圍內(nèi)的人、事件、基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境等要素實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)識(shí)別和信息采集,借助物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的全面感知和快速提取,為智慧城市的建設(shè)提供更多有價(jià)值的信息。
?、僭诔鞘幸?guī)劃中的應(yīng)用
城市規(guī)劃作為城市管理的重要組成部分,以研究城市未來發(fā)展方向、城市綜合布局和城市工程建設(shè)的部署為主要目的。
采用無人機(jī)遙感技術(shù)可獲取大量高精度的測(cè)量信息,制作數(shù)字地形模型,繪制大比例尺地形圖,能夠快速、精準(zhǔn)地進(jìn)行城市規(guī)劃測(cè)量,支持有關(guān)部門和人員做出科學(xué)的城市規(guī)劃決策,推動(dòng)城市健康發(fā)展。除此之外,無人機(jī)遙感技術(shù)獲取的高清正射影像圖可作為現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)圖件,一方面可輔助城市總體規(guī)劃,減少現(xiàn)狀調(diào)查的盲目性; 另一方面也是解決專題規(guī)劃研究與新技術(shù)應(yīng)用的需要,為城市規(guī)劃提供專題信息。
隨著各地城市化進(jìn)程的快速推進(jìn),城市實(shí)景三維模型以直觀的地物形象、精確的地理位置及優(yōu)秀的三維空間分析能力等優(yōu)勢(shì),為城市規(guī)劃提供了新的一體化服務(wù)和解決方案,并逐步成為城市空間數(shù)據(jù)框架的重要內(nèi)容。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,一方面,通過人機(jī)交互進(jìn)行三維建模,能夠準(zhǔn)確地復(fù)原建筑模型的真實(shí)細(xì)節(jié)構(gòu)成,還能輸出高空間分辨率的帶有真實(shí)紋理的三角網(wǎng)格模型,降低城市三維建模的成本; 另一方面,無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以快速獲取城市的地物信息,包含城市房屋的外框信息和高程信息,以及屋頂?shù)氖噶啃畔?有效解決常規(guī)航空攝影無法監(jiān)測(cè)建筑物高度變化的問題。
?、谠诔鞘羞`章建筑中監(jiān)管的應(yīng)用
城市發(fā)展過程中違法違章的建造行為時(shí)有發(fā)生,特別是多在市郊和城中村出現(xiàn)未批先建、違法“加擴(kuò)改”等現(xiàn)象。以人工監(jiān)察為主的傳統(tǒng)違章建筑監(jiān)管需要耗費(fèi)大量的人力、物力,效率低下,并且存在盲區(qū)及滯后現(xiàn)象。使用無人機(jī)遙感技術(shù)可以及時(shí)獲取監(jiān)察區(qū)域的高空間分辨率遙感影像,快速獲取違章建筑的位置、形狀等信息,為政府提供強(qiáng)有力的決策依據(jù)。
?、墼诠こ瘫O(jiān)測(cè)環(huán)境中的應(yīng)用
城市工程建設(shè)需要全面了解工作區(qū)域及周邊的環(huán)境信息,堅(jiān)持環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展相協(xié)調(diào)。無人機(jī)遙感技術(shù)可以對(duì)工程區(qū)面積、土石方體積和植被覆蓋程度等進(jìn)行勘查和測(cè)量,為環(huán)境保護(hù)部門判斷環(huán)境保護(hù)措施的合理性提供依據(jù)。
④在廢棄物管理中的應(yīng)用
利用無人機(jī)遙感技術(shù)可以低成本、低風(fēng)險(xiǎn)地采集數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)獲取垃圾填埋場(chǎng)的高空間分辨率數(shù)據(jù)并創(chuàng)建三維模型,準(zhǔn)確計(jì)算垃圾填埋場(chǎng)的剩余空間,并做出相應(yīng)規(guī)劃。在美國(guó),無人機(jī)被用來監(jiān)管垃圾處理廠; 在阿聯(lián)酋迪拜,無人機(jī)被用來識(shí)別在街道上亂扔垃圾的人和被丟棄在海灘和沙漠上的垃圾; 在日本,中央政府正調(diào)整政策來支持采用商用無人機(jī)監(jiān)控非法傾倒的工業(yè)廢料。
?、菰谥腔劢煌ㄖ械膽?yīng)用
在交通方面,城市不同程度的擁堵成為了制約城市快速可持續(xù)發(fā)展的難題。常規(guī)的交通流檢測(cè)方法存在著范圍小、效率低、易誤判和成本高等缺陷,利用小型無人機(jī)可以在城市上空大范圍采集實(shí)時(shí)交通路況信息,快速自動(dòng)判讀交通擁堵路段及級(jí)別,全面提升監(jiān)控力度和智能化管理水平,確保交通運(yùn)輸安全、暢通。
⑥在城市安全防控中的應(yīng)用
城市自然災(zāi)害和突發(fā)事件成為制約城市發(fā)展的重要因素。無人機(jī)遙感技術(shù)在城市安全防控過程中可以承擔(dān)以下職能: ①對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行空中巡查、實(shí)現(xiàn)監(jiān)巡對(duì)接; ②面對(duì)突發(fā)事件,及時(shí)疏導(dǎo)人群,科學(xué)調(diào)度警力,開展視頻取證; ③在劫持等案件現(xiàn)場(chǎng),無人機(jī)除了用于偵察,還可以搭載武器對(duì)犯罪嫌疑人進(jìn)行追擊; ④在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng),實(shí)時(shí)傳輸圖像,第一時(shí)間給決策人員提供現(xiàn)場(chǎng)的珍貴資料,便于組織救援。
目前我國(guó)多個(gè)城市都裝備了無人機(jī)設(shè)備用于城市的安全防控。2011年,江西省人民防空辦公室裝備了無人機(jī),多次在防空襲和救災(zāi)演練中發(fā)揮了重要作用; 2013年,全軍首家預(yù)備役“無人機(jī)應(yīng)急保障分隊(duì)”在沈陽(yáng)成立,面對(duì)緊急任務(wù)能夠快速作出反應(yīng),迅速組織實(shí)施,在第一時(shí)間將現(xiàn)場(chǎng)資料提供給指揮中心,為指揮部決策提供重要依據(jù); 同年,溫州市志愿者應(yīng)急救援大隊(duì)成立,在應(yīng)急救援中借助無人機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的快速采集和圖像傳輸; 2015年,南京公安局玄武分局也裝備了無人機(jī),用于執(zhí)行城市巡邏、人流監(jiān)控、犯罪嫌疑人追捕和災(zāi)害事故救援等警務(wù)工作。隨著無人機(jī)設(shè)備的投入使用,我國(guó)城市安全防控將大步邁入“無人機(jī)時(shí)代”。
?、咴谥悄苊襟w中的應(yīng)用
中國(guó)傳媒大學(xué)在2012年提出了“物聯(lián)網(wǎng)新媒體”的概念,指出任何一種智能技術(shù),對(duì)于媒體的作用是存在于多個(gè)方面的,諸如信息的采集、加工、傳輸,乃至于擴(kuò)展受眾。無人機(jī)作為智能技術(shù)發(fā)展的階段成果,正逐步成為媒體人士心中的熱寵。美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)(Cable News Network,CNN)與美國(guó)聯(lián)邦航空局(Federal Aviation Administration,FAA)達(dá)成協(xié)議,可以利用無人機(jī)進(jìn)行突發(fā)性新聞的報(bào)道工作; 包括華盛頓郵報(bào)在內(nèi)的十幾家傳媒機(jī)構(gòu)也在測(cè)試無人機(jī)采集新聞的可行性; 與此同時(shí),最近國(guó)內(nèi)有較高收視率的《爸爸去哪兒》、《奔跑吧,兄弟》等綜藝節(jié)目,也大量使用了無人機(jī)航拍技術(shù)。
03結(jié)論與展望
在“互聯(lián)網(wǎng)+”、“物聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代中,作為人工智能領(lǐng)域先頭兵的無人機(jī)遙感技術(shù)正逐步跟上時(shí)代的步伐,形成無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)系統(tǒng),通過技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)模式創(chuàng)新,以“互聯(lián)網(wǎng)+無人機(jī)服務(wù)”的模式為社會(huì)提供更加高速、便捷、優(yōu)質(zhì)的遙感服務(wù),并正在將這種服務(wù)推向更高的維度。
在政府和社會(huì)資本合作(public-private-partnership,PPP)模式和政策大力推動(dòng)下,我國(guó)智慧城市項(xiàng)目將加快落地。但是,離開地理時(shí)空大數(shù)據(jù)的支持,智慧城市工程將很難推進(jìn)。作為地理時(shí)空大數(shù)據(jù)重要的一種獲取手段,無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展可以為城市建設(shè)提供全方位的信息支撐和手段支持,這也必將保障數(shù)字城市和智慧城市建設(shè)的順利推進(jìn)。