无人机在城市动态监测中的应用研究

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　　【摘 要】随着中国经济的发展，城市化进程也在加快，对城市进行动态监测有着重要的意义。与传统监测方法相比，无人机有着自己独特的优势，能够在城市动态监测中发挥巨大的作用。本文对目前国内关于城市动态监测方法和无人机的发展进行了回顾，最后提出了无人机在城市动态监测中的应用方法。
　　【关键词】无人机;城市;动态监测
　　中图分类号： P217;P231 文献标识码： A 文章编号： 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
　　城市是有一定人口规模，并以非农业人口为主的居民聚集地，是聚落的一种特殊形态[1]。随着社会与经济的发展，城市是在不断地扩张的。城市的扩张是一个在三维空间内沿时间轴变化的动态过程，其中包括城市规模，城市人口以及城市政治经济文化等的变化。这些变化发生的时间，位置，大小都会影响着城市的管理，规划和可持续发展。因此，对城市动态进行有效的监测显得至关重要，这为政府部门的决策提供了科学的数据参考，对城市的可持续发展和建设智慧城市具有重要的现实意义。
　　目前国内外对城市的动态监测开展了广泛的研究：贺振等利用遥感方法研究城市动态监测和驱动力分析[2]。蔡宏等研究了高空间分辨率遥感在城市发展动态中的应用[3]。但是这些研究都主要使用遥感的方法，难以对城市重点区域进行高频率，高精度的监测，而且卫星平台的价格较为昂贵，操作也更加困难。近几年来，无人机技术得到爆发式的发展，应用的领域也更加广泛。王爽等研究了无人机辅助违章建筑的监测[4]，储庄等对无人机在城市应急指挥中的应用做了相关的研究[5]，阎炫彤等研究了无人机在城市火灾中的监测[6]。随着各种各种硬件的发展，无人机数据处理的软件也在快速展，国外的软件有Pix4D Mapper，Agisoft PhotoScan，UASMaster，Inpho，Pixel Factory等;国内的软件有中国思维公司的 JX4，中国测绘研究院的 PixGrad，武汉大学的DPGrid等。
　　本文提出了无人机在城市监测中的应用。无人机在城市动态监测中的应用具有众多优点：1）监测频率高;2）据质量好;3）济便宜易操作;4）同性高，可搭载多种传感器;5）用于多种场景的动态监测。无人机可以对城市中的人流，车流，建筑等进行实时动态的监测，这对于城市的治理有着重大的应用价值和现实意义。
　　1 城市动态监测与无人机
　　1.1 城市动态监测
　　目前中国的城市化进程在加快，越来越多的人进入城市工作与生活。城市在快速的扩张，随之而来的是各种各样的城市问题，比如交通拥堵问题，环境污染问题，公共安全问题等。为了城市的健康与可持续发展，对城市进行监测显得至关重要。对城市动态进行监测，不仅有助于解决城市问题，而且有利于提高城市发展速度和提高城市的竞争力[7，8]。
　　城市的动态监测包括突发灾害的动态监测、公共安全动态监测、交通安全动态监测以及违规建设动态监测等。城市动态监测的难点是监测的快速和精度，传统的监测方法往往在城市问题产生过程中或者已经造成危害后才能監测得到，这样导致的后果是损失往往会很大。还有传统的监测方法精度不够高，无法准确地定位到发生问题的位置，无法做出快速的应急响应，进行有效的部署安排。
　　1.2 无人机技术及其发展
　　无人机技术是通过无线控制系统对无人机进行操作，使用无人机搭载的传感器获取地面信息的新技术。随着无人机技术的发展，续航能力，负荷重量，安全性等都得到很大的提升。无人机可以搭载的传感器类型也越来越多，包括高清数码相机和高光谱相机等传感器。传统的卫星遥感的重访周期长，分辨率低，无法满足城市区域高精度的监测。传统的飞机航测的经济成本较高，空中管制比较严格，使得获取数据的过程比较繁琐，也很难在城市监测中大规模应用。
　　进入本世纪以来，材料科学飞速发展，更多的新型轻质的复合材料被应用的无人机制造中;卫星定位导航技术的日臻完善;无线电技术以及电子芯片技术的进步使得无人机的整个行业得到爆发式的增长。无人机的应用领域越来越大，包括农业植保、地图测绘、电力线巡检、监视安防、环境监测、森林防火、物流配送、视频直播等多个方面，而且还有更多的领域在快速扩展。无人机技术在城市动态监测中具有一下几个方面的应用优势。首先，无人机飞行任务的布置快速灵活，能够对目标区域进行快速的监测，特别是一些人类无法深入的复杂区域，无人机的优势更加明显。第二，无人机的飞行高度较低，获取地面信息的精度也更高，对于地面目标的识别更加准确，而且空中管制也相对宽松，对于大多数区域都能够进行监测。最后，目前市场上关于无人机数据处理的软件也相对成熟，对于数据的处理也更加快速，能够满足城市动态监测的时间上的要求。 　　2 无人机在城市动态监测中的应用
　　2.1 城市突发灾害动态监测
　　对于城市突发灾害，如果利用传统的飞机航拍进行监测，无法满足快速机动的应急要求，而且经济成本比较高。例如，在城市发生洪水、地震等重大自然灾害时，使用传统的航拍方法对灾区进行测绘，难度非常大，数据采集与处理的周期过长，会影响整个救灾的过程，造成更大的损失。利用无人机低空摄影测量技术对地面进行精确测绘，受外界环境影响较小，可以方便地进入灾区进行动态监测，能给决策者提供基本的测绘信息，为救灾减灾方案的制订提供参考，也能为后期的灾区重建提供有力的帮助。
　　2.2 城市公共安全动态监测
　　采用无人机搭载高清相机，与地面图传设备通过无线通信协议链接，可以实现从空中对地面的监控。对于进行人流量的实时监测有着重要的意义。现在各大城市到了春运时期或者举办大型活动时，会有大量的人群集聚，如果不能实时有效的监控人群变化，很容易导致踩踏等安全事故。2014年的上海外滩踩踏事件造成近百人的伤亡，传统的固定监控摄像头很难获取整个现场的情况，导致现场的安保人员很难进行人群的疏导。无人机在城市公共安全动态监测领域的应用将会减少类似事故的发生，现在计算机视频识别技术的快速发展，与无人机所拍摄的视频相结合，能快速地计算出监控区域的人数。当发生事故的时候，地面的管理人员可以实时地提供人群分布以及流动情况，制定合理的救援方案，减少伤亡。
　　2.3 城市交通动态监测
　　随着经济的发展，我国的汽车保有量逐年增加，发生拥堵与交通事故的频率也越来越多。当放生拥堵或事故时，如果不能够及时的处理，很容易导致拥堵加剧和事故恶化。及时快速地获取道路交通信息，对城市交通进行动态监测将会使得城市的运行更加流畅。通过无人机可以获取拥堵路段和事故发生点的实时视频画面，可以通过深度学习算法，识别目标区域的拥堵车辆数，有利于交通指挥中心进行交通疏导和制定相关应对方案。
　　2.4 城市违章建筑动态监测
　　中国的城市化进程加快，城市规模在不断扩张，城市的面貌也在发生着改变。城市违建成为城市治理的一个难题，城市维建不仅破坏了市容市貌，还成为巨大的安全隐患。无人机以其快速，高效，经济等优点，可以很好地应用于城市违章建筑的动态监测。无人机可以快速获取城市建成区的影像，通过数字图像处理生成数字正射影像，可以对城市的违章建筑进行快速的测绘，而且可以生成三维模型，可以为相关的执法部门提供科学准确的数据支持。
　　3 结语
　　无人机作为一种重要的测绘新技术，具有以下特点：1）机动灵活，可以对事件快速响应;2）数据精度高，相较于遥感卫星，无人机离地面更加获取的影像精度更高，可以达到0.5米;3）成本低廉，现在无人机研发与制造的公司很多，已经达到大众化的应用;4）运输方便，环境适应能力强，在很多复杂困难区域，无人机也可以执行任务。无人机在城市动态监测中提高了工作效率，对于建设智慧城市和提升城市管理服务水平有着深远的意义。
　　【参考文献】
　　[1]Xu X Q，Zhou Y X，Ning Y M.Urban Geography.Beijing：Higher Education Press，1996.
　　[2]贺振，赵文亮，贺俊平.郑州市城市扩张遥感动态监测及驱动力分析[J].地理研究，2011，30（12）：2272-2280.
　　[3]蔡宏，李俊，刘敬.高分辨率遥感在城市发展动态监测中的应用[J].云南地理环境研究，2006（01）：105-109.
　　[4]王爽，林璐，徐健，张宙.无人机辅助违章建筑监测[J].测绘标准化，2017，33（01）：39-41.
　　[5]储庄.无人机在城市应急指挥信息系统的应用[J].测绘技术装备，2012，14（01）：61-63.
　　[6]阎炫彤，祝效华.无人机在城市火灾监测中的应用[J].科技与创新，2017（04）：124-125.
　　[7]丽扎·赛里克，孜比布拉·司马义.基于RS和GIS的乌鲁木齐市空间扩张特征与驱动力分析[J].城市發展研究，2013，20（03）：57-61.
　　[8]胡世敬.浅谈无人机遥感技术在智慧城市建设中的应用[J].中国新通信，2019，21（07）：99.
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