無人機在城市動態(tài)監(jiān)測中的應用研究

柳彤

【摘 要】隨著中國經濟的發(fā)展，城市化進程也在加快，對城市進行動態(tài)監(jiān)測有著重要的意義。與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，無人機有著自己獨特的優(yōu)勢，能夠在城市動態(tài)監(jiān)測中發(fā)揮巨大的作用。本文對目前國內關于城市動態(tài)監(jiān)測方法和無人機的發(fā)展進行了回顧，最后提出了無人機在城市動態(tài)監(jiān)測中的應用方法。

【關鍵詞】無人機;城市;動態(tài)監(jiān)測

中圖分類號： P217;P231文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0070-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.035

Application Research of UAV in Urban Dynamic Monitoring

LIU Tong

（School of Civil Engineering and Architecture，Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China）

【Abstract】With the development of China's economy，the process of urbanization is also accelerating，and it is of great significance to monitor the dynamics of cities.Compared with traditional monitoring methods，drones have their own unique advantages and can play a huge role in urban dynamic monitoring.This paper reviews the current domestic urban dynamic monitoring methods and the development of drones，and finally puts forward the application methods of drones in urban dynamic monitoring.

【Key words】Drone;City;Dynamic monitoring

0 前言

城市是有一定人口規(guī)模，并以非農業(yè)人口為主的居民聚集地，是聚落的一種特殊形態(tài)[1]。隨著社會與經濟的發(fā)展，城市是在不斷地擴張的。城市的擴張是一個在三維空間內沿時間軸變化的動態(tài)過程，其中包括城市規(guī)模，城市人口以及城市政治經濟文化等的變化。這些變化發(fā)生的時間，位置，大小都會影響著城市的管理，規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展。因此，對城市動態(tài)進行有效的監(jiān)測顯得至關重要，這為政府部門的決策提供了科學的數據參考，對城市的可持續(xù)發(fā)展和建設智慧城市具有重要的現(xiàn)實意義。

目前國內外對城市的動態(tài)監(jiān)測開展了廣泛的研究：賀振等利用遙感方法研究城市動態(tài)監(jiān)測和驅動力分析[2]。蔡宏等研究了高空間分辨率遙感在城市發(fā)展動態(tài)中的應用[3]。但是這些研究都主要使用遙感的方法，難以對城市重點區(qū)域進行高頻率，高精度的監(jiān)測，而且衛(wèi)星平臺的價格較為昂貴，操作也更加困難。近幾年來，無人機技術得到爆發(fā)式的發(fā)展，應用的領域也更加廣泛。王爽等研究了無人機輔助違章建筑的監(jiān)測[4]，儲莊等對無人機在城市應急指揮中的應用做了相關的研究[5]，閻炫彤等研究了無人機在城市火災中的監(jiān)測[6]。隨著各種各種硬件的發(fā)展，無人機數據處理的軟件也在快速展，國外的軟件有Pix4D Mapper，Agisoft PhotoScan，UASMaster，Inpho，Pixel Factory等;國內的軟件有中國思維公司的 JX4，中國測繪研究院的 PixGrad，武漢大學的DPGrid等。

本文提出了無人機在城市監(jiān)測中的應用。無人機在城市動態(tài)監(jiān)測中的應用具有眾多優(yōu)點：1）監(jiān)測頻率高;2）據質量好;3）濟便宜易操作;4）同性高，可搭載多種傳感器;5）用于多種場景的動態(tài)監(jiān)測。無人機可以對城市中的人流，車流，建筑等進行實時動態(tài)的監(jiān)測，這對于城市的治理有著重大的應用價值和現(xiàn)實意義。

1 城市動態(tài)監(jiān)測與無人機

1.1 城市動態(tài)監(jiān)測

目前中國的城市化進程在加快，越來越多的人進入城市工作與生活。城市在快速的擴張，隨之而來的是各種各樣的城市問題，比如交通擁堵問題，環(huán)境污染問題，公共安全問題等。為了城市的健康與可持續(xù)發(fā)展，對城市進行監(jiān)測顯得至關重要。對城市動態(tài)進行監(jiān)測，不僅有助于解決城市問題，而且有利于提高城市發(fā)展速度和提高城市的競爭力[7，8]。

城市的動態(tài)監(jiān)測包括突發(fā)災害的動態(tài)監(jiān)測、公共安全動態(tài)監(jiān)測、交通安全動態(tài)監(jiān)測以及違規(guī)建設動態(tài)監(jiān)測等。城市動態(tài)監(jiān)測的難點是監(jiān)測的快速和精度，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法往往在城市問題產生過程中或者已經造成危害后才能監(jiān)測得到，這樣導致的后果是損失往往會很大。還有傳統(tǒng)的監(jiān)測方法精度不夠高，無法準確地定位到發(fā)生問題的位置，無法做出快速的應急響應，進行有效的部署安排。

1.2 無人機技術及其發(fā)展

無人機技術是通過無線控制系統(tǒng)對無人機進行操作，使用無人機搭載的傳感器獲取地面信息的新技術。隨著無人機技術的發(fā)展，續(xù)航能力，負荷重量，安全性等都得到很大的提升。無人機可以搭載的傳感器類型也越來越多，包括高清數碼相機和高光譜相機等傳感器。傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感的重訪周期長，分辨率低，無法滿足城市區(qū)域高精度的監(jiān)測。傳統(tǒng)的飛機航測的經濟成本較高，空中管制比較嚴格，使得獲取數據的過程比較繁瑣，也很難在城市監(jiān)測中大規(guī)模應用。

進入本世紀以來，材料科學飛速發(fā)展，更多的新型輕質的復合材料被應用的無人機制造中;衛(wèi)星定位導航技術的日臻完善;無線電技術以及電子芯片技術的進步使得無人機的整個行業(yè)得到爆發(fā)式的增長。無人機的應用領域越來越大，包括農業(yè)植保、地圖測繪、電力線巡檢、監(jiān)視安防、環(huán)境監(jiān)測、森林防火、物流配送、視頻直播等多個方面，而且還有更多的領域在快速擴展。無人機技術在城市動態(tài)監(jiān)測中具有一下幾個方面的應用優(yōu)勢。首先，無人機飛行任務的布置快速靈活，能夠對目標區(qū)域進行快速的監(jiān)測，特別是一些人類無法深入的復雜區(qū)域，無人機的優(yōu)勢更加明顯。第二，無人機的飛行高度較低，獲取地面信息的精度也更高，對于地面目標的識別更加準確，而且空中管制也相對寬松，對于大多數區(qū)域都能夠進行監(jiān)測。最后，目前市場上關于無人機數據處理的軟件也相對成熟，對于數據的處理也更加快速，能夠滿足城市動態(tài)監(jiān)測的時間上的要求。

2 無人機在城市動態(tài)監(jiān)測中的應用

2.1 城市突發(fā)災害動態(tài)監(jiān)測

對于城市突發(fā)災害，如果利用傳統(tǒng)的飛機航拍進行監(jiān)測，無法滿足快速機動的應急要求，而且經濟成本比較高。例如，在城市發(fā)生洪水、地震等重大自然災害時，使用傳統(tǒng)的航拍方法對災區(qū)進行測繪，難度非常大，數據采集與處理的周期過長，會影響整個救災的過程，造成更大的損失。利用無人機低空攝影測量技術對地面進行精確測繪，受外界環(huán)境影響較小，可以方便地進入災區(qū)進行動態(tài)監(jiān)測，能給決策者提供基本的測繪信息，為救災減災方案的制訂提供參考，也能為后期的災區(qū)重建提供有力的幫助。

2.2 城市公共安全動態(tài)監(jiān)測

采用無人機搭載高清相機，與地面圖傳設備通過無線通信協(xié)議鏈接，可以實現(xiàn)從空中對地面的監(jiān)控。對于進行人流量的實時監(jiān)測有著重要的意義。現(xiàn)在各大城市到了春運時期或者舉辦大型活動時，會有大量的人群集聚，如果不能實時有效的監(jiān)控人群變化，很容易導致踩踏等安全事故。2014年的上海外灘踩踏事件造成近百人的傷亡，傳統(tǒng)的固定監(jiān)控攝像頭很難獲取整個現(xiàn)場的情況，導致現(xiàn)場的安保人員很難進行人群的疏導。無人機在城市公共安全動態(tài)監(jiān)測領域的應用將會減少類似事故的發(fā)生，現(xiàn)在計算機視頻識別技術的快速發(fā)展，與無人機所拍攝的視頻相結合，能快速地計算出監(jiān)控區(qū)域的人數。當發(fā)生事故的時候，地面的管理人員可以實時地提供人群分布以及流動情況，制定合理的救援方案，減少傷亡。

2.3 城市交通動態(tài)監(jiān)測

隨著經濟的發(fā)展，我國的汽車保有量逐年增加，發(fā)生擁堵與交通事故的頻率也越來越多。當放生擁堵或事故時，如果不能夠及時的處理，很容易導致?lián)矶录觿『褪鹿蕫夯?。及時快速地獲取道路交通信息，對城市交通進行動態(tài)監(jiān)測將會使得城市的運行更加流暢。通過無人機可以獲取擁堵路段和事故發(fā)生點的實時視頻畫面，可以通過深度學習算法，識別目標區(qū)域的擁堵車輛數，有利于交通指揮中心進行交通疏導和制定相關應對方案。

2.4 城市違章建筑動態(tài)監(jiān)測

中國的城市化進程加快，城市規(guī)模在不斷擴張，城市的面貌也在發(fā)生著改變。城市違建成為城市治理的一個難題，城市維建不僅破壞了市容市貌，還成為巨大的安全隱患。無人機以其快速，高效，經濟等優(yōu)點，可以很好地應用于城市違章建筑的動態(tài)監(jiān)測。無人機可以快速獲取城市建成區(qū)的影像，通過數字圖像處理生成數字正射影像，可以對城市的違章建筑進行快速的測繪，而且可以生成三維模型，可以為相關的執(zhí)法部門提供科學準確的數據支持。

3 結語

無人機作為一種重要的測繪新技術，具有以下特點：1）機動靈活，可以對事件快速響應;2）數據精度高，相較于遙感衛(wèi)星，無人機離地面更加獲取的影像精度更高，可以達到0.5米;3）成本低廉，現(xiàn)在無人機研發(fā)與制造的公司很多，已經達到大眾化的應用;4）運輸方便，環(huán)境適應能力強，在很多復雜困難區(qū)域，無人機也可以執(zhí)行任務。無人機在城市動態(tài)監(jiān)測中提高了工作效率，對于建設智慧城市和提升城市管理服務水平有著深遠的意義。

【參考文獻】

[1]Xu X Q，Zhou Y X，Ning Y M.Urban Geography.Beijing：Higher Education Press，1996.

[2]賀振，趙文亮，賀俊平.鄭州市城市擴張遙感動態(tài)監(jiān)測及驅動力分析[J].地理研究，2011，30（12）：2272-2280.

[3]蔡宏，李俊，劉敬.高分辨率遙感在城市發(fā)展動態(tài)監(jiān)測中的應用[J].云南地理環(huán)境研究，2006（01）：105-109.

[4]王爽，林璐，徐健，張宙.無人機輔助違章建筑監(jiān)測[J].測繪標準化，2017，33（01）：39-41.

[5]儲莊.無人機在城市應急指揮信息系統(tǒng)的應用[J].測繪技術裝備，2012，14（01）：61-63.

[6]閻炫彤，祝效華.無人機在城市火災監(jiān)測中的應用[J].科技與創(chuàng)新，2017（04）：124-125.

[7]麗扎·賽里克，孜比布拉·司馬義.基于RS和GIS的烏魯木齊市空間擴張?zhí)卣髋c驅動力分析[J].城市發(fā)展研究，2013，20（03）：57-61.

[8]胡世敬.淺談無人機遙感技術在智慧城市建設中的應用[J].中國新通信，2019，21（07）：99.