引言

　　目前,我國正處于城鎮化加速發展的時期,城市被推上了舞臺的中心,在政治、經濟和文化等領域發揮著重要作用。未來城市將承載越來越多的人口,在能源、環境、交通和健康等方面也將面臨越來越大的考驗。為解決城市的快速發展帶來的日益嚴峻的“城市病”難題,智慧城市的建設已成為不可逆轉的歷史潮流。智慧城市作為城市信息化的高級階段,離不開測繪地理信息的支持。地理信息技術不僅是智慧城市建設的基礎,更是智慧城市發展的催化劑。

　　隨著城市可持續發展對地理信息大數據需求的日益提高,作為地理信息獲取重要手段的無人機遙感技術的應用領域越來越廣,在城市信息化建設中發揮的作用也越來越大。低空無人機遙感技術以其機動、靈活、高空間分辨率、高精度、高時效性和運行成本低等優勢,正逐步成為航空遙感系統的重要組成部分。

　　本文從智慧城市建設的目標和任務出發,對智慧城市的定義以及發展現狀進行了梳理,然后從城市規劃、城市違章建筑監管、工程環境監測、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遙感技術在智慧城市建設中的應用。

　　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提升城市的管理、交通、物流、安全、能源、環境、住房和福利水平,進而增強經濟競爭力,提升民眾的生活品質,改善環境的可持續性。智慧城市是城市化與信息化高度融合的產物,利用先進的技術,實現城市的智能運行和管理,促進城市穩定、和諧、可持續發展。

　　對智慧城市的定義是一個不斷發展完善的過程(圖1),從最初的數字城市發展到現在基于大數據及移動互聯網的模式,未來朝著無人化、智能化的模式發展。總體來講,它具有廣泛覆蓋性、深度互聯性、協同共享性、智能處理性和開放應用性等特點。

　　②智慧城市發展現狀

　　人們對智慧城市的熱潮起源于IBM于2008年提出的“智慧地球”的設想; 隨后,IBM在2010年提出了“智慧城市”的概念。近年來國內外都確立了智慧城市戰略,智慧城市被視為重振經濟的重要領域,亦成為提升城市競爭力及解決“城市病”難題的重要手段。

　　2006年,歐盟發起了歐洲Living Lab組織,利用先進的技術手段整合“集體的智慧”,提升人們的生活水平; 同年,新加坡啟動“智慧國2015”計劃,旨在利用新一代信息技術建立一流國家化城市; 2009年,美國在迪比克市建立了第一個智慧城市,利用先進的物聯網技術整合城市公共資源,為城市的穩定發展做出智能響應; 同年,日本推出“I-Japan智慧日本戰略”,將信息數字化服務于民眾生活; 丹麥啟動智慧城市計劃,力爭在2025年前在保證城市可持續發展的基礎上,實現環保與經濟間的平衡,建立全球第一座碳中和城市; 韓國的“U-City”計劃以全覆蓋的網絡形式構建新型智慧城市,實現民眾的便攜式生活。

　　我國在2013年8月和2014年3月分別出臺了《關于促進信息消費擴大內需的若干意見》(國發[2013]32號)與《國家新型城鎮化規劃(2014—2020年)》2個文件,標志著我國已把智慧城市的建設作為城市發展的重要戰略部署。國家“十三五”規劃綱要明確提出了“加強現代信息基礎設施建設,推進大數據和物聯網的發展,建設智慧城市”。物聯網作為智慧城市框架的基本要素,可以為實現智慧城市的“自動感知、快速響應和科學決策”提供重要技術支撐; 在智慧城市建設中,實現時空大數據和云平臺建設與城市經濟社會發展相吻合,通過對時空大數據的內容進行挖掘,形成有價值的信息,應用于服務。

　　智慧城市作為城市發展的新興模式,以信息技術的應用為主線實現城市的綠色、可持續發展。到目前為止,我國智慧城市的發展已進入了推廣應用階段,已由市場行為逐漸轉變為政府大力支持的城市發展模式。

　　02無人機遙感技術在智慧城市中的應用

　　物聯網和大數據技術的快速發展,推動了智慧城市建設的步伐,但是,離開空間地理信息的支持,智慧城市就無法真正實現信息化、智能化和智慧化。利用低空無人機遙感技術可以對城市范圍內的人、事件、基礎設施和環境等要素實現實時動態識別和信息采集,借助物聯網大數據等技術實現信息數據的全面感知和快速提取,為智慧城市的建設提供更多有價值的信息。

　　①在城市規劃中的應用

　　城市規劃作為城市管理的重要組成部分,以研究城市未來發展方向、城市綜合布局和城市工程建設的部署為主要目的。

　　采用無人機遙感技術可獲取大量高精度的測量信息,制作數字地形模型,繪制大比例尺地形圖,能夠快速、精準地進行城市規劃測量,支持有關部門和人員做出科學的城市規劃決策,推動城市健康發展。除此之外,無人機遙感技術獲取的高清正射影像圖可作為現狀調查的基礎圖件,一方面可輔助城市總體規劃,減少現狀調查的盲目性; 另一方面也是解決專題規劃研究與新技術應用的需要,為城市規劃提供專題信息。

　　隨著各地城市化進程的快速推進,城市實景三維模型以直觀的地物形象、精確的地理位置及優秀的三維空間分析能力等優勢,為城市規劃提供了新的一體化服務和解決方案,并逐步成為城市空間數據框架的重要內容。無人機傾斜攝影測量技術可以從不同的角度進行數據采集,一方面,通過人機交互進行三維建模,能夠準確地復原建筑模型的真實細節構成,還能輸出高空間分辨率的帶有真實紋理的三角網格模型,降低城市三維建模的成本; 另一方面,無人機傾斜攝影測量技術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,以及屋頂的矢量信息,有效解決常規航空攝影無法監測建筑物高度變化的問題。

　　②在城市違章建筑中監管的應用

　　城市發展過程中違法違章的建造行為時有發生,特別是多在市郊和城中村出現未批先建、違法“加擴改”等現象。以人工監察為主的傳統違章建筑監管需要耗費大量的人力、物力,效率低下,并且存在盲區及滯后現象。使用無人機遙感技術可以及時獲取監察區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,為政府提供強有力的決策依據。

　　③在工程監測環境中的應用

　　城市工程建設需要全面了解工作區域及周邊的環境信息,堅持環境保護與經濟、社會發展相協調。無人機遙感技術可以對工程區面積、土石方體積和植被覆蓋程度等進行勘查和測量,為環境保護部門判斷環境保護措施的合理性提供依據。

　　④在廢棄物管理中的應用

　　利用無人機遙感技術可以低成本、低風險地采集數據,實時獲取垃圾填埋場的高空間分辨率數據并創建三維模型,準確計算垃圾填埋場的剩余空間,并做出相應規劃。在美國,無人機被用來監管垃圾處理廠; 在阿聯酋迪拜,無人機被用來識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,中央政府正調整政策來支持采用商用無人機監控非法傾倒的工業廢料。

　　⑤在智慧交通中的應用

　　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發展的難題。常規的交通流檢測方法存在著范圍小、效率低、易誤判和成本高等缺陷,利用小型無人機可以在城市上空大范圍采集實時交通路況信息,快速自動判讀交通擁堵路段及級別,全面提升監控力度和智能化管理水平,確保交通運輸安全、暢通。

　　⑥在城市安全防控中的應用

　　城市自然災害和突發事件成為制約城市發展的重要因素。無人機遙感技術在城市安全防控過程中可以承擔以下職能: ①對重點區域進行空中巡查、實現監巡對接; ②面對突發事件,及時疏導人群,科學調度警力,開展視頻取證; ③在劫持等案件現場,無人機除了用于偵察,還可以搭載武器對犯罪嫌疑人進行追擊; ④在災害現場,實時傳輸圖像,第一時間給決策人員提供現場的珍貴資料,便于組織救援。

　　目前我國多個城市都裝備了無人機設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,多次在防空襲和救災演練中發揮了重要作用; 2013年,全軍首家預備役“無人機應急保障分隊”在沈陽成立,面對緊急任務能夠快速作出反應,迅速組織實施,在第一時間將現場資料提供給指揮中心,為指揮部決策提供重要依據; 同年,溫州市志愿者應急救援大隊成立,在應急救援中借助無人機技術實現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,用于執行城市巡邏、人流監控、犯罪嫌疑人追捕和災害事故救援等警務工作。隨著無人機設備的投入使用,我國城市安全防控將大步邁入“無人機時代”。

　　⑦在智能媒體中的應用

　　中國傳媒大學在2012年提出了“物聯網新媒體”的概念,指出任何一種智能技術,對于媒體的作用是存在于多個方面的,諸如信息的采集、加工、傳輸,乃至于擴展受眾。無人機作為智能技術發展的階段成果,正逐步成為媒體人士心中的熱寵。美國有線電視新聞網(Cable News Network,CNN)與美國聯邦航空局(Federal Aviation Administration,FAA)達成協議,可以利用無人機進行突發性新聞的報道工作; 包括華盛頓郵報在內的十幾家傳媒機構也在測試無人機采集新聞的可行性; 與此同時,最近國內有較高收視率的《爸爸去哪兒》、《奔跑吧,兄弟》等綜藝節目,也大量使用了無人機航拍技術。

　　03結論與展望

　　在“互聯網+”、“物聯網+”的時代中,作為人工智能領域先頭兵的無人機遙感技術正逐步跟上時代的步伐,形成無人機網絡化服務系統,通過技術創新與商業模式創新,以“互聯網+無人機服務”的模式為社會提供更加高速、便捷、優質的遙感服務,并正在將這種服務推向更高的維度。

　　在政府和社會資本合作(public-private-partnership,PPP)模式和政策大力推動下,我國智慧城市項目將加快落地。但是,離開地理時空大數據的支持,智慧城市工程將很難推進。作為地理時空大數據重要的一種獲取手段,無人機遙感技術的發展可以為城市建設提供全方位的信息支撐和手段支持,這也必將保障數字城市和智慧城市建設的順利推進。