未來無人機在智慧城市中的應用分析

智慧城市是指運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等新一代信息技術，促進城市規(guī)劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式。一個城市的智慧水平可以通過智慧環(huán)境、智慧生活、智慧經(jīng)濟、智慧人、智慧交通、智慧治理、智慧旅游等多個因素來評價。信息通信技術、機器人技術、無線傳感器網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、霧計算和大數(shù)據(jù)分析等方面的最新進展和創(chuàng)新，為智慧城市的發(fā)展奠定了基礎。無人機作為重要載體，廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、交通管理、污染監(jiān)測、民用安全控制和商品運輸，并對智慧城市建設產生積極影響。以下將討論無人機對于智慧城市中幾種頗具前景的應用。

圖1 無人機在未來智慧城市中的主要應用場景

1.交通監(jiān)控與管理

目前，我國許多大城市均面臨交通擁擠。在高峰時間、大型活動、施工作業(yè)或事故等原因導致車輛數(shù)量周期性或突然增加。這需要交通管理者更及時找出源頭，從而尋找及時有效的方法來減少交通擁堵。我國大部分城市街道的主干道上都有攝像頭，可以提供部分信息，但難以提供完整、實時信息。由于無人機具有機動性和高可見度的優(yōu)勢，可機動覆蓋擁堵區(qū)域和周圍所有區(qū)域，實時收集和提供有關交通擁堵的一整套信息。另一個導致大城市某些地區(qū)交通擁堵的原因是尋找停車位。我國很多城市的老城區(qū)均未規(guī)劃單獨的停車區(qū)，大多數(shù)車輛需要沿街停放。隨著找位停車的常態(tài)化和有限的停車位，司機往往會繞著目標區(qū)域低速轉幾圈，費時又添堵。無人機可以發(fā)揮優(yōu)勢，俯覽尋找空置停車位，與其他自動化系統(tǒng)集成，幫助駕駛員更快地找到或預訂未占用的停車位。

2.衛(wèi)生應急服務

無人機可用于提供或支持衛(wèi)生應急服務，快速向病人提供所需的醫(yī)療用品和服務。這些服務將為患者提供及時的基本生活和健康支持系統(tǒng)。例如，在俄羅斯，無人機用于將除顫器和所需醫(yī)療設備直接運送至心血管患者，以進行心肺復蘇。另一個例子，當救護車和醫(yī)生無法及時到達或偏遠地區(qū)時，可使用無人機提供門診服務，并提供必要的生命支持設備和醫(yī)療用品，提高使用無人機的應急響應能力。

3.安保和人群監(jiān)控

無人機可以協(xié)助警察在智慧城市執(zhí)行安全保障，快速部署得以收集實時信息，并在各種情況下支持這些操作，以便做出正確決策和實施適當?shù)男袆?。最近，美國國會和司法部、司法援助局等高級?lián)邦機構，都支持利用無人機在城市中管理大型活動，將無人機與視頻流、安全可靠的無線通信、法醫(yī)繪圖軟件、基于視頻的異常運動檢測和基于視頻的異常人類行為識別等其他技術相結合，使當局能夠在最需要的地方提供所需的地面行動、人群控制和醫(yī)療服務，提高精度并降低成本，從而提高了監(jiān)視操作的生產率和效率，有助于使智慧城市成為一個安全的生活場所。

4.基礎設施檢查

無人機可以為檢查城市基礎設施提供靈活、快速和經(jīng)濟高效的工具。城市基礎設施進行常規(guī)檢查具有很大的需求，但這些檢查工作量巨大，過程復雜，人工實施危險系數(shù)高，涉及巨大的成本和努力。無人機可以有效地用于其中一些檢查，可以提供可能出現(xiàn)問題區(qū)域的圖像和掃描，通過后續(xù)軟件的分析，找出基礎設施中任何問題的跡象。目前，針對無人機檢查橋梁、電力線、管道、大型建筑等方面，已經(jīng)有成熟方案。

5. 農業(yè)管理與環(huán)境監(jiān)測

目前，無人機在農業(yè)植保領域已經(jīng)廣泛應用，如施肥、噴灑、播種或澆水，它們還可以定期檢查作物及其狀況。此外，它們還可用于篩選作物的發(fā)育情況，以確定最佳收獲時間或是否需要采取某些保護措施。在城市中，無人機也可以幫助監(jiān)測和測量環(huán)境條件，例如測量高二氧化碳含量和空氣污染物存在等有害物質，這使得早發(fā)現(xiàn)有害狀況，并準確評估可能存在的風險，從而在必要時進行早期干預。

6.旅游支持

無人機可以作為旅游景點的向導，如歷史自然博物館、動物園和其他城市的設施，引導游客參觀景點區(qū)域，并使用智慧手機中應用程序或車載音頻系統(tǒng)為他們連接和提供信息，用來引導游客到他們想看的特定景點。此外，無人機還可以根據(jù)游客的需要提供多種語言的翻譯能力。目前廣州億航在廣西賀州等地，利用無人機自動駕駛，在景區(qū)開展擺渡觀光飛行。

7. 無人機測量

在土木工程和城市管理中有許多應用，傳統(tǒng)的測量方法耗時費力。隨著無人機、遙感和圖像處理技術的進步，無人機可以有效地用于智慧城市的地理空間和測量活動，可以作為靈活、快速、準確、廉價和安全的工具來進行建設項目或城市管理系統(tǒng)所需的各種測量活動。無人機可用于獲取大型基礎設施項目的三維（3D）地圖數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)可以生成不同類型的三維地圖，如紋理三維模型、數(shù)字表面模型、地形表面模型、矢量信息和等高線。此外，無人機還可以幫助執(zhí)行智慧城市不同地區(qū)的地理空間土地勘測。采集到的數(shù)據(jù)也可以提供給地理信息系統(tǒng)（GIS），用于不同類型的智慧城市管理應用。

8. 大規(guī)模災害管理

在遇到地震、洪水、火山、森林或大型基礎設施火災以及恐怖襲擊等大災害和緊急情況中，迅速開展情況監(jiān)測、分析、應急安排和控制工作極為重要。然而，在大多數(shù)情況下，人類和應急小組可能無法輕松快速地到達災區(qū)。同時，道路和電信系統(tǒng)等大部分基礎設施可能遭到破壞。這使得常規(guī)監(jiān)測和應急響應行動難以有效實現(xiàn)。在這種情況下，無人機可以得到有效利用，作為靈活、可靠和安全的工具來監(jiān)視和提供有關當前情況的實時信息。例如，2011年日本福島發(fā)生了兩次重大自然災害，第一次是里氏9.0級的地震（據(jù)記載是日本歷史上最強的地震）。第二次是一場15米的大海嘯，破壞了整個地區(qū)，引發(fā)了福島第一核電站核災難，數(shù)千居民喪生。除了無人機之外，沒有其他的無人機來監(jiān)測這些災害的情況。無人機可以飛到不同的地方，獲得更多的實時信息，以便更好地分析和評估形勢。

9. 商品訂單交付

我國的迅蟻、美團等大型企業(yè)正在開展此類配送活動，谷歌在澳大利亞昆士蘭進行了農村快遞的初步測試。當客戶在線下訂單時，待命送貨無人機快速收到訂單，可以靈活地快速移動到城市的不同區(qū)域，即使在擁擠的城市也可以快速運送，在飛行航線上，通過避開擁擠區(qū)域和使用更快的路線來增加機動性。亞馬遜和DHL等公司開始開發(fā)和測試這一概念。此外，谷歌也在開發(fā)一個名為“翼計劃”的系統(tǒng)，以構建自動遞送系統(tǒng)，在幾分鐘內將包裹送到不同的地方。

10. 無人機輔助無線通信

一般來說，城市中的無線通信有多種選擇，可以使用Wi-Fi、GSM、WiMAX和衛(wèi)星鏈路等。然而，在一些特殊情況中，一些技術可能無法持續(xù)提供可靠的無線通信服務。例如，遇到自然災害時，基站等基礎設施損壞而無法使用。同時，在一些重大體育賽事等特殊活動中，這些區(qū)域的基站會變得極度擁擠而超載。這種情況下，配備無線通信支持設備的無人機可以部署在這些地區(qū)，為智慧城市服務的不同客戶提供基本或額外的覆蓋。此外，無人機還可用于協(xié)助提供遠程區(qū)域之間的無線連接，繼續(xù)提供交互式智慧城市服務。

11. 無人機出租車

在智慧城市中使用無人機作為空中出租車也是行業(yè)發(fā)展的一個熱點，主要有兩個目標，一是提供安全、自主、無人駕駛的無人機出租車，二是通過利用更直接的出行路線、避免交通擁堵，來提供更快的方式。作為其智慧城市愿景的一部分，迪拜最近進行了無人機出租車服務的首次試驗，該無人機可以搭載兩名乘客，由德國Volocopter的公司研發(fā)。這家公司的目標是讓他們的無人機出租車在5年內投入使用。盡管這種出租車應用有很多優(yōu)點，但仍有一些具體的挑戰(zhàn)需要妥善解決和測試。首先，載客無人機出租車必須具有極高的安全和安保要求，進而會大大增加提供此類服務的成本。其他問題，類似空中擁堵、起降場地使用、空中交通管制以及法律和道德問題都還需要進一步突破和完善。

12. 基于無人機的霧（Fog）計算

許多智慧城市基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算和其他系統(tǒng)集成來實現(xiàn)各種目的。然而，將物聯(lián)網(wǎng)應用程序與云集成有許多限制，因為云計算無法處理物聯(lián)網(wǎng)應用程序的基本特征和要求，這時就出現(xiàn)了霧計算。霧計算是對云計算概念的延伸，也很形象地描述二者的特征，云在天上，霧更接近人生活的空間。霧計算主要使用的是邊緣網(wǎng)絡中的設備，數(shù)據(jù)傳遞具有極低時延。基于無人機的霧計算結合了二者的優(yōu)點，通過利用配備霧單元的無人機可以更好地支持物聯(lián)網(wǎng)應用，提供靈活性、移動性和快速部署功能，以支持智慧城市中的物聯(lián)網(wǎng)應用。例如，當一個十字路口的信號燈發(fā)生問題時，可以派遣一個基于無人機的霧計算平臺，去執(zhí)行任務，為交通信號燈提供智慧控制。

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