未来无人机在智慧城市中的应用分析

智慧城市是指运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式。一个城市的智慧水平可以通过智慧环境、智慧生活、智慧经济、智慧人、智慧交通、智慧治理、智慧旅游等多个因素来评价。信息通信技术、机器人技术、无线传感器网络、物联网、云计算、雾计算和大数据分析等方面的最新进展和创新，为智慧城市的发展奠定了基础。无人机作为重要载体，广泛应用于环境监测、交通管理、污染监测、民用安全控制和商品运输，并对智慧城市建设产生积极影响。以下将讨论无人机对于智慧城市中几种颇具前景的应用。

图1无人机在未来智慧城市中的主要应用场景

1.交通监控与管理

目前，我国许多大城市均面临交通拥挤。在高峰时间、大型活动、施工作业或事故等原因导致车辆数量周期性或突然增加。这需要交通管理者更及时找出源头，从而寻找及时有效的方法来减少交通拥堵。我国大部分城市街道的主干道上都有摄像头，可以提供部分信息，但难以提供完整、实时信息。由于无人机具有机动性和高可见度的优势，可机动覆盖拥堵区域和周围所有区域，实时收集和提供有关交通拥堵的一整套信息。另一个导致大城市某些地区交通拥堵的原因是寻找停车位。我国很多城市的老城区均未规划单独的停车区，大多数车辆需要沿街停放。随着找位停车的常态化和有限的停车位，司机往往会绕着目标区域低速转几圈，费时又添堵。无人机可以发挥优势，俯览寻找空置停车位，与其他自动化系统集成，帮助驾驶员更快地找到或预订未占用的停车位。

2.卫生应急服务

无人机可用于提供或支持卫生应急服务，快速向病人提供所需的医疗用品和服务。这些服务将为患者提供及时的基本生活和健康支持系统。例如，在俄罗斯，无人机用于将除颤器和所需医疗设备直接运送至心血管患者，以进行心肺复苏。另一个例子，当救护车和医生无法及时到达或偏远地区时，可使用无人机提供门诊服务，并提供必要的生命支持设备和医疗用品，提高使用无人机的应急响应能力。

3.安保和人群监控

无人机可以协助警察在智慧城市执行安全保障，快速部署得以收集实时信息，并在各种情况下支持这些操作，以便做出正确决策和实施适当的行动。最近，美国国会和司法部、司法援助局等高级联邦机构，都支持利用无人机在城市中管理大型活动，将无人机与视频流、安全可靠的无线通信、法医绘图软件、基于视频的异常运动检测和基于视频的异常人类行为识别等其他技术相结合，使当局能够在最需要的地方提供所需的地面行动、人群控制和医疗服务，提高精度并降低成本，从而提高了监视操作的生产率和效率，有助于使智慧城市成为一个安全的生活场所。

4.基础设施检查

无人机可以为检查城市基础设施提供灵活、快速和经济高效的工具。城市基础设施进行常规检查具有很大的需求，但这些检查工作量巨大，过程复杂，人工实施危险系数高，涉及巨大的成本和努力。无人机可以有效地用于其中一些检查，可以提供可能出现问题区域的图像和扫描，通过后续软件的分析，找出基础设施中任何问题的迹象。目前，针对无人机检查桥梁、电力线、管道、大型建筑等方面，已经有成熟方案。

5.农业管理与环境监测

目前，无人机在农业植保领域已经广泛应用，如施肥、喷洒、播种或浇水，它们还可以定期检查作物及其状况。此外，它们还可用于筛选作物的发育情况，以确定最佳收获时间或是否需要采取某些保护措施。在城市中，无人机也可以帮助监测和测量环境条件，例如测量高二氧化碳含量和空气污染物存在等有害物质，这使得早发现有害状况，并准确评估可能存在的风险，从而在必要时进行早期干预。

6.旅游支持

无人机可以作为旅游景点的向导，如历史自然博物馆、动物园和其他城市的设施，引导游客参观景点区域，并使用智慧手机中应用程序或车载音频系统为他们连接和提供信息，用来引导游客到他们想看的特定景点。此外，无人机还可以根据游客的需要提供多种语言的翻译能力。目前广州亿航在广西贺州等地，利用无人机自动驾驶，在景区开展摆渡观光飞行。

7.无人机测量

在土木工程和城市管理中有许多应用，传统的测量方法耗时费力。随着无人机、遥感和图像处理技术的进步，无人机可以有效地用于智慧城市的地理空间和测量活动，可以作为灵活、快速、准确、廉价和安全的工具来进行建设项目或城市管理系统所需的各种测量活动。无人机可用于获取大型基础设施项目的三维（3D）地图数据，基于这些数据可以生成不同类型的三维地图，如纹理三维模型、数字表面模型、地形表面模型、矢量信息和等高线。此外，无人机还可以帮助执行智慧城市不同地区的地理空间土地勘测。采集到的数据也可以提供给地理信息系统（GIS），用于不同类型的智慧城市管理应用。

8.大规模灾害管理

在遇到地震、洪水、火山、森林或大型基础设施火灾以及恐怖袭击等大灾害和紧急情况中，迅速开展情况监测、分析、应急安排和控制工作极为重要。然而，在大多数情况下，人类和应急小组可能无法轻松快速地到达灾区。同时，道路和电信系统等大部分基础设施可能遭到破坏。这使得常规监测和应急响应行动难以有效实现。在这种情况下，无人机可以得到有效利用，作为灵活、可靠和安全的工具来监视和提供有关当前情况的实时信息。例如，2011年日本福岛发生了两次重大自然灾害，第一次是里氏9.0级的地震（据记载是日本历史上最强的地震）。第二次是一场15米的大海啸，破坏了整个地区，引发了福岛第一核电站核灾难，数千居民丧生。除了无人机之外，没有其他的无人机来监测这些灾害的情况。无人机可以飞到不同的地方，获得更多的实时信息，以便更好地分析和评估形势。

9.商品订单交付

我国的迅蚁、美团等大型企业正在开展此类配送活动，谷歌在澳大利亚昆士兰进行了农村快递的初步测试。当客户在线下订单时，待命送货无人机快速收到订单，可以灵活地快速移动到城市的不同区域，即使在拥挤的城市也可以快速运送，在飞行航线上，通过避开拥挤区域和使用更快的路线来增加机动性。亚马逊和DHL等公司开始开发和测试这一概念。此外，谷歌也在开发一个名为“翼计划”的系统，以构建自动递送系统，在几分钟内将包裹送到不同的地方。

10.无人机辅助无线通信

一般来说，城市中的无线通信有多种选择，可以使用Wi-Fi、GSM、WiMAX和卫星链路等。然而，在一些特殊情况中，一些技术可能无法持续提供可靠的无线通信服务。例如，遇到自然灾害时，基站等基础设施损坏而无法使用。同时，在一些重大体育赛事等特殊活动中，这些区域的基站会变得极度拥挤而超载。这种情况下，配备无线通信支持设备的无人机可以部署在这些地区，为智慧城市服务的不同客户提供基本或额外的覆盖。此外，无人机还可用于协助提供远程区域之间的无线连接，继续提供交互式智慧城市服务。

11.无人机出租车

在智慧城市中使用无人机作为空中出租车也是行业发展的一个热点，主要有两个目标，一是提供安全、自主、无人驾驶的无人机出租车，二是通过利用更直接的出行路线、避免交通拥堵，来提供更快的方式。作为其智慧城市愿景的一部分，迪拜最近进行了无人机出租车服务的首次试验，该无人机可以搭载两名乘客，由德国Volocopter的公司研发。这家公司的目标是让他们的无人机出租车在5年内投入使用。尽管这种出租车应用有很多优点，但仍有一些具体的挑战需要妥善解决和测试。首先，载客无人机出租车必须具有极高的安全和安保要求，进而会大大增加提供此类服务的成本。其他问题，类似空中拥堵、起降场地使用、空中交通管制以及法律和道德问题都还需要进一步突破和完善。

12.基于无人机的雾（Fog）计算

许多智慧城市基于物联网、云计算和其他系统集成来实现各种目的。然而，将物联网应用程序与云集成有许多限制，因为云计算无法处理物联网应用程序的基本特征和要求，这时就出现了雾计算。雾计算是对云计算概念的延伸，也很形象地描述二者的特征，云在天上，雾更接近人生活的空间。雾计算主要使用的是边缘网络中的设备，数据传递具有极低时延。基于无人机的雾计算结合了二者的优点，通过利用配备雾单元的无人机可以更好地支持物联网应用，提供灵活性、移动性和快速部署功能，以支持智慧城市中的物联网应用。例如，当一个十字路口的信号灯发生问题时，可以派遣一个基于无人机的雾计算平台，去执行任务，为交通信号灯提供智慧控制。

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