智慧城市是指運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)，促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新理念和新模式。一個(gè)城市的智慧水平可以通過(guò)智慧環(huán)境、智慧生活、智慧經(jīng)濟(jì)、智慧人、智慧交通、智慧治理、智慧旅游等多個(gè)因素來(lái)評(píng)價(jià)。信息通信技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、霧計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析等方面的最新進(jìn)展和創(chuàng)新，為智慧城市的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)作為重要載體，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、污染監(jiān)測(cè)、民用安全控制和商品運(yùn)輸，并對(duì)智慧城市建設(shè)產(chǎn)生積極影響。以下將討論無(wú)人機(jī)對(duì)于智慧城市中幾種頗具前景的應(yīng)用。

圖1 無(wú)人機(jī)在未來(lái)智慧城市中的主要應(yīng)用場(chǎng)景

1.交通監(jiān)控與管理

目前，我國(guó)許多大城市均面臨交通擁擠。在高峰時(shí)間、大型活動(dòng)、施工作業(yè)或事故等原因?qū)е萝?chē)輛數(shù)量周期性或突然增加。這需要交通管理者更及時(shí)找出源頭，從而尋找及時(shí)有效的方法來(lái)減少交通擁堵。我國(guó)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(shí)時(shí)信息。由于無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)性和高可見(jiàn)度的優(yōu)勢(shì)，可機(jī)動(dòng)覆蓋擁堵區(qū)域和周?chē)袇^(qū)域，實(shí)時(shí)收集和提供有關(guān)交通擁堵的一整套信息。另一個(gè)導(dǎo)致大城市某些地區(qū)交通擁堵的原因是尋找停車(chē)位。我國(guó)很多城市的老城區(qū)均未規(guī)劃單獨(dú)的停車(chē)區(qū)，大多數(shù)車(chē)輛需要沿街停放。隨著找位停車(chē)的常態(tài)化和有限的停車(chē)位，司機(jī)往往會(huì)繞著目標(biāo)區(qū)域低速轉(zhuǎn)幾圈，費(fèi)時(shí)又添堵。無(wú)人機(jī)可以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，俯覽尋找空置停車(chē)位，與其他自動(dòng)化系統(tǒng)集成，幫助駕駛員更快地找到或預(yù)訂未占用的停車(chē)位。

2.衛(wèi)生應(yīng)急服務(wù)

無(wú)人機(jī)可用于提供或支持衛(wèi)生應(yīng)急服務(wù)，快速向病人提供所需的醫(yī)療用品和服務(wù)。這些服務(wù)將為患者提供及時(shí)的基本生活和健康支持系統(tǒng)。例如，在俄羅斯，無(wú)人機(jī)用于將除顫器和所需醫(yī)療設(shè)備直接運(yùn)送至心血管患者，以進(jìn)行心肺復(fù)蘇。另一個(gè)例子，當(dāng)救護(hù)車(chē)和醫(yī)生無(wú)法及時(shí)到達(dá)或偏遠(yuǎn)地區(qū)時(shí)，可使用無(wú)人機(jī)提供門(mén)診服務(wù)，并提供必要的生命支持設(shè)備和醫(yī)療用品，提高使用無(wú)人機(jī)的應(yīng)急響應(yīng)能力。

3.安保和人群監(jiān)控

無(wú)人機(jī)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(shí)時(shí)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(shí)施適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。最近，美國(guó)國(guó)會(huì)和司法部、司法援助局等高級(jí)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，都支持利用無(wú)人機(jī)在城市中管理大型活動(dòng)，將無(wú)人機(jī)與視頻流、安全可靠的無(wú)線通信、法醫(yī)繪圖軟件、基于視頻的異常運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和基于視頻的異常人類(lèi)行為識(shí)別等其他技術(shù)相結(jié)合，使當(dāng)局能夠在最需要的地方提供所需的地面行動(dòng)、人群控制和醫(yī)療服務(wù)，提高精度并降低成本，從而提高了監(jiān)視操作的生產(chǎn)率和效率，有助于使智慧城市成為一個(gè)安全的生活場(chǎng)所。

4.基礎(chǔ)設(shè)施檢查

無(wú)人機(jī)可以為檢查城市基礎(chǔ)設(shè)施提供靈活、快速和經(jīng)濟(jì)高效的工具。城市基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行常規(guī)檢查具有很大的需求，但這些檢查工作量巨大，過(guò)程復(fù)雜，人工實(shí)施危險(xiǎn)系數(shù)高，涉及巨大的成本和努力。無(wú)人機(jī)可以有效地用于其中一些檢查，可以提供可能出現(xiàn)問(wèn)題區(qū)域的圖像和掃描，通過(guò)后續(xù)軟件的分析，找出基礎(chǔ)設(shè)施中任何問(wèn)題的跡象。目前，針對(duì)無(wú)人機(jī)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(nóng)業(yè)管理與環(huán)境監(jiān)測(cè)

目前，無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)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(shí)間或是否需要采取某些保護(hù)措施。在城市中，無(wú)人機(jī)也可以幫助監(jiān)測(cè)和測(cè)量環(huán)境條件，例如測(cè)量高二氧化碳含量和空氣污染物存在等有害物質(zhì)，這使得早發(fā)現(xiàn)有害狀況，并準(zhǔn)確評(píng)估可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，從而在必要時(shí)進(jìn)行早期干預(yù)。

6.旅游支持

無(wú)人機(jī)可以作為旅游景點(diǎn)的向?qū)?，如歷史自然博物館、動(dòng)物園和其他城市的設(shè)施，引導(dǎo)游客參觀景點(diǎn)區(qū)域，并使用智慧手機(jī)中應(yīng)用程序或車(chē)載音頻系統(tǒng)為他們連接和提供信息，用來(lái)引導(dǎo)游客到他們想看的特定景點(diǎn)。此外，無(wú)人機(jī)還可以根據(jù)游客的需要提供多種語(yǔ)言的翻譯能力。目前廣州億航在廣西賀州等地，利用無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛，在景區(qū)開(kāi)展擺渡觀光飛行。

7. 無(wú)人機(jī)測(cè)量

在土木工程和城市管理中有許多應(yīng)用，傳統(tǒng)的測(cè)量方法耗時(shí)費(fèi)力。隨著無(wú)人機(jī)、遙感和圖像處理技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)可以有效地用于智慧城市的地理空間和測(cè)量活動(dòng)，可以作為靈活、快速、準(zhǔn)確、廉價(jià)和安全的工具來(lái)進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目或城市管理系統(tǒng)所需的各種測(cè)量活動(dòng)。無(wú)人機(jī)可用于獲取大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)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(lèi)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(wú)人機(jī)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(cè)。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(lèi)型的智慧城市管理應(yīng)用。

8. 大規(guī)模災(zāi)害管理

在遇到地震、洪水、火山、森林或大型基礎(chǔ)設(shè)施火災(zāi)以及恐怖襲擊等大災(zāi)害和緊急情況中，迅速開(kāi)展情況監(jiān)測(cè)、分析、應(yīng)急安排和控制工作極為重要。然而，在大多數(shù)情況下，人類(lèi)和應(yīng)急小組可能無(wú)法輕松快速地到達(dá)災(zāi)區(qū)。同時(shí)，道路和電信系統(tǒng)等大部分基礎(chǔ)設(shè)施可能遭到破壞。這使得常規(guī)監(jiān)測(cè)和應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)難以有效實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，無(wú)人機(jī)可以得到有效利用，作為靈活、可靠和安全的工具來(lái)監(jiān)視和提供有關(guān)當(dāng)前情況的實(shí)時(shí)信息。例如，2011年日本福島發(fā)生了兩次重大自然災(zāi)害，第一次是里氏9.0級(jí)的地震（據(jù)記載是日本歷史上最強(qiáng)的地震）。第二次是一場(chǎng)15米的大海嘯，破壞了整個(gè)地區(qū)，引發(fā)了福島第一核電站核災(zāi)難，數(shù)千居民喪生。除了無(wú)人機(jī)之外，沒(méi)有其他的無(wú)人機(jī)來(lái)監(jiān)測(cè)這些災(zāi)害的情況。無(wú)人機(jī)可以飛到不同的地方，獲得更多的實(shí)時(shí)信息，以便更好地分析和評(píng)估形勢(shì)。

9. 商品訂單交付

我國(guó)的迅蟻、美團(tuán)等大型企業(yè)正在開(kāi)展此類(lèi)配送活動(dòng)，谷歌在澳大利亞昆士蘭進(jìn)行了農(nóng)村快遞的初步測(cè)試。當(dāng)客戶在線下訂單時(shí)，待命送貨無(wú)人機(jī)快速收到訂單，可以靈活地快速移動(dòng)到城市的不同區(qū)域，即使在擁擠的城市也可以快速運(yùn)送，在飛行航線上，通過(guò)避開(kāi)擁擠區(qū)域和使用更快的路線來(lái)增加機(jī)動(dòng)性。亞馬遜和DHL等公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)和測(cè)試這一概念。此外，谷歌也在開(kāi)發(fā)一個(gè)名為“翼計(jì)劃”的系統(tǒng)，以構(gòu)建自動(dòng)遞送系統(tǒng)，在幾分鐘內(nèi)將包裹送到不同的地方。

10. 無(wú)人機(jī)輔助無(wú)線通信

一般來(lái)說(shuō)，城市中的無(wú)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(shù)可能無(wú)法持續(xù)提供可靠的無(wú)線通信服務(wù)。例如，遇到自然災(zāi)害時(shí)，基站等基礎(chǔ)設(shè)施損壞而無(wú)法使用。同時(shí)，在一些重大體育賽事等特殊活動(dòng)中，這些區(qū)域的基站會(huì)變得極度擁擠而超載。這種情況下，配備無(wú)線通信支持設(shè)備的無(wú)人機(jī)可以部署在這些地區(qū)，為智慧城市服務(wù)的不同客戶提供基本或額外的覆蓋。此外，無(wú)人機(jī)還可用于協(xié)助提供遠(yuǎn)程區(qū)域之間的無(wú)線連接，繼續(xù)提供交互式智慧城市服務(wù)。

11. 無(wú)人機(jī)出租車(chē)

在智慧城市中使用無(wú)人機(jī)作為空中出租車(chē)也是行業(yè)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，主要有兩個(gè)目標(biāo)，一是提供安全、自主、無(wú)人駕駛的無(wú)人機(jī)出租車(chē)，二是通過(guò)利用更直接的出行路線、避免交通擁堵，來(lái)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(jìn)行了無(wú)人機(jī)出租車(chē)服務(wù)的首次試驗(yàn)，該無(wú)人機(jī)可以搭載兩名乘客，由德國(guó)Volocopter的公司研發(fā)。這家公司的目標(biāo)是讓他們的無(wú)人機(jī)出租車(chē)在5年內(nèi)投入使用。盡管這種出租車(chē)應(yīng)用有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍有一些具體的挑戰(zhàn)需要妥善解決和測(cè)試。首先，載客無(wú)人機(jī)出租車(chē)必須具有極高的安全和安保要求，進(jìn)而會(huì)大大增加提供此類(lèi)服務(wù)的成本。其他問(wèn)題，類(lèi)似空中擁堵、起降場(chǎng)地使用、空中交通管制以及法律和道德問(wèn)題都還需要進(jìn)一步突破和完善。

12. 基于無(wú)人機(jī)的霧（Fog）計(jì)算

許多智慧城市基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和其他系統(tǒng)集成來(lái)實(shí)現(xiàn)各種目的。然而，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序與云集成有許多限制，因?yàn)樵朴?jì)算無(wú)法處理物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的基本特征和要求，這時(shí)就出現(xiàn)了霧計(jì)算。霧計(jì)算是對(duì)云計(jì)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(jì)算主要使用的是邊緣網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，數(shù)據(jù)傳遞具有極低時(shí)延?；跓o(wú)人機(jī)的霧計(jì)算結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)利用配備霧單元的無(wú)人機(jī)可以更好地支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，提供靈活性、移動(dòng)性和快速部署功能，以支持智慧城市中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。例如，當(dāng)一個(gè)十字路口的信號(hào)燈發(fā)生問(wèn)題時(shí)，可以派遣一個(gè)基于無(wú)人機(jī)的霧計(jì)算平臺(tái)，去執(zhí)行任務(wù)，為交通信號(hào)燈提供智慧控制。

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