随着人工智能应用进入全面发展期,数字化、数据要素流通、大模型、无人系统等内容在人工智能的加持下,呈现广阔的发展前景。智慧城市正在向数字城市升级和发展,无人系统正在成为数字城市发展水平的重要实践领域。
由自动驾驶、机器人、无人机及城市高质量智能化服务需求所衍生出的智能网联无人系统应用,正在加快形成其商业属性和模式。无人系统正在数字城市的大发展背景下加速发展,重点聚焦城市服务与管理领域,是机器人、汽车、无人机、交通建设、能源建设、互联网建设等多产业整合的汇聚点,已经成为我国政府推进科技强国的重要抓手,在国家发展战略中起着举足轻重的作用。
数字城市中坚力量:智能无人系统
随着科技的不断进步和社会需求的不断增长,智能无人系统已经成长为一个快速发展的领域,其技术水平也逐渐提高。在当前城市化进程不断推进,城市综合管理的重要性日益增强的大背景下,智能无人系统已经成为建设数字城市、智慧城市的重要途径和手段。
为求在智能无人系统领域的发展中抢占先机,各科技大国也是不甘落后,接连出台了一系列有关无人系统发展的规划与路线。像是美国的《无人系统综合路线图(2017-2042)》,欧盟的《无人机战略2.0》,再如我国印发的《新一代人工智能发展规划》等。
在《新一代人工智能发展规划》中提到,到2025年,要实现人工智能基础理论实现重大突破,部分技术与应用达到世界领先水平;具有自主学习能力的人工智能取得突破;并使智能无人系统在智能制造、智能医疗、智慧城市、智能农业、国防建设等领域得到广泛应用。
以无人机为例,分析智能无人系统产业发展现状并展望未来的增长潜力
中国是无人机技术发展的重要探索者和引领者,从上个世纪60年代中国研发出第一架无人机以来,中国无人机产业迅猛发展,截至去年底,全国无人机运营企业达到1.5万家,年产值达到1170亿元,尤其在民用无人机领域表现更为突出。同时,中国的无人机销售额在全球占比达到了70%以上,是全球无人机市场的主要生产国和出口国。如今,无人机应用于社会生活的方方面面,从快递物流到农林植保,从地理测绘到应急消防,都能见到无人机的身影。无人机也作为新型基础设施的有力工具,在数字城市城市管理中起着巨大的作用。数字城市对于数据的依赖是有目共睹的,无人机的参与无疑是显著提升资源运用效率,优化城市管理和服务,改善市民生活质量的一大利器。
当我们考虑一个城市时,它是巨大而复杂的。除非能飞,否则从各个方面收集数据是一项极具挑战性的工作。直升机速度慢,且危险,增加了城市的整体碳排放。另一方面,无人机体积小而灵活,可以四处飞行,用强大的传感器收集数据,而无人机最大的优势是它们是自主的。
并非所有无人机都适合商业用途,它们可以配备的强大有效载荷或传感器对准确的数据捕获至关重要。在无人机机队中,会发现大部分都配备了大疆无人机,这些无人机已经证明了其可靠性、弹性和安全性。
但除了收集数据外,无人机还可以更积极地用于物流或公共安全和安保。无论是当前智慧城市的演变过程,还是未来智慧城市的建设,无人机的使用方式都是没有限制的。但无人机目前在智慧城市中的应用有以下几个关键方面。
基础设施和规划
无人机可以很容易地在传统方法难以或危险的地方收集信息,从监测新建筑的发展到检查老化的基础设施。建筑工地和开发项目的实时数据推动了私营和公共部门共同的成本削减目标。无人机还将通过协助网络建设和探测死点,帮助过渡到5G网络。因此,5G网络将允许数千架无人机同时操作,提供更快的连接速度,并允许无人机在不受网络变化影响的更远距离上飞行。
根据目前的监管框架,使用无人机进行规划、建设和检查是合法的,只要获得必要的许可,并且有符合监管机构规定的合格飞行员。在这一领域,无人机的飞行能力与多个传感器使它成为一个多功能工具,收集准确的数据。
公共安全和安保
共享信息对于保护公民至关重要,从普通的交通拥堵到极端的自然灾害应对。无人机可以快速部署,可以帮助交通管理、停车、人群监控和控制、天气评估、安全和应急响应。与固定传感器相比,无人机还可以为城市规划者和市政府提供更丰富、更有用的数据。如果能更灵活、更划算、更及时地收集信息,人们的生活就会更容易,政府的服务也会更好。
世界各地的执法部门和消防部门都在使用无人机来缩短响应时间,提高资源效率,挽救生命。无人机也被用于监控一些高速公路上的高载客率车辆交通。消防队员使用无人机来准确评估火情、定位危险、识别受害者,而急救人员可以在团队之前派遣无人机到达现场,建立态势感知。
无人机物流技术
到目前为止,航运仍然是速度最快、耗时最短的一种货物运送方式。但是相比铁路和公路运输,尤其是货物运输,航运成本要高很多。其中的一个重要原因在于能够执行飞行任务的人员尤其是熟练的飞行员数量非常有限,在保证客流运输的前提下很难保证货物的运输。但是相比较旅客运输,货物运输的安全性、舒适性、体验性要求低很多,一般只要能够保证货物完好的到达目的地就算完成了任务。随着无人机技术的发展,能够在某两个定点城市间开拓专门用于无人机货运的航线也相对比较容易,完成两个定点城市间货物的无人机运输成本就会降低很多。无人机物流也可以根据不同场景进行特色部署。在两个大城市间可以部署大的专线货运无人机,小城市间可以部署体积较小的无人机。尤其是当前电子商务快速发展带动快递物流业的凶猛发展形势下,快递数量迅速增长,但是在边远农村地区,人们居住比较分散,而且快递数量也较少,配备专门的快递员成本太高,无人机就能很好的完成,可以在每个农村设置一个固定快递接收点,比如村大队办公室等,将每个村子中少量的快递利用无人机直接送达。送快递的同时,也能够在这些边远农村接收快递,即将农民的农产品在网上直接销售。边远农村地区电子商务发展瓶颈问题可以利用无人机很好的解决。于此同时,也可以利用无人机进行邮政信件的寄送,也减轻了农村地区,特别是路况较差边远地区信件的递送困难。截止目前,已经有中国邮政、顺丰快递、圆通快递、中通快递、京东快递、韵达快递等快递企业进行了无人机物流应用研究。中国民航局2017年12月批准了京东物流在陕西省利用无人机开展快递配送试点工作,截止2018年10月底,京东快递已经在西北地区完成常态化飞行1.3万余次,飞行距离7.6万余公里,无人机开展快递配送工作基本能够完成,初步实现了无人机在市区范围内的快件配送。在国外,新加坡邮政、日本邮政、韩国邮政、德国邮政、法国邮政、瑞士邮政、英国皇家邮政等各个国家的邮政物流均开始研究无人机在物流领域的应用。美国的亚马逊研发的无人机Prime Air也能够完成快递的配送,只是最大载重只有2.2 kg,最大续航只有24 km,相比顺丰的XAIRWAY无人机,最大载重能够达10 kg,最大续航也有20 km,二者各有千秋。
无人机管道、线路巡检应用
输油管道、高压输电线、铁路轨道等这类线路很多都是在偏僻无人的旷野部署,尤其是高压输电线,很多都是在地形复杂的高山或者半山腰上。长距离主干输油线路也有很多都是部署在无人的旷野甚至无人区。这些线路的维护历来是一项难题,成本高、强度大、但是效果依然很差。在上述的三种管道线路中,无人机有着巨大的应用优势,搭载高清可见光相机的无人机能够对线路进行全方位地拍摄,并将拍摄的图片实时传输给地面工作人员,地面工作人员可以通过无人机拍摄的图像来判断线路的运行状况。在一些特殊场景中,巡检人员还可以利用遥控器对无人机进行控制,对个别需要认真监测的线路进行详细查看,或者对某些故障进行远距离分析,制定有效的维修方案。无人机可以极大的减轻高压电路巡检人员的劳动强度和效率。油气管道的巡检维修,要相对复杂一些,因为多少油气管道并不像电线一样裸露在空气中,而是深埋在地下,所以可见光相机并不是一定能够凑效。但是可在无人机上搭载激光或者电磁雷达,利用地下油气管道的反射特性来诊断管道的运行情况,同时也可以利用反射信号特性作为无人机的导航信息,即无人机能够很好地沿管道飞行,否则人为控制的无人机很难准确地沿管道飞行。根据雷达反射波特性,甚至可以利用管道周围地面的雷达反射波特征判断管道运行情况,因为油气管道巡检的主要任务就是管道破裂导致油气泄漏。同样,无人机也能够对某些偏远地区的铁轨线路情况进行巡检,保障火车的安全运行。
无人驾驶技术的应用
各类车辆,作为交通工具,在人们的生活中扮演极其重要的地位,完成物资运输、人员乘载、甚至农作物播种收割、道路清扫等。到目前为止,几乎所有的车辆都是由驾驶人员控制的,包括铁轨上行驶的火车。非商用的小型汽车中的定速巡航、自适应巡航也只能是辅助驾驶设备,各类车辆还不具备完全自助驾驶功能。无人驾驶车辆是将传统车辆与人工智能技术、传感技术、自动控制技术以及导航技术等多种现代技术相结合的产物。其核心部分包括环境感知、控制系统和定位导航三个部分。除此之外,为了保证无人驾驶汽车安全高效行驶,还需要安装车联网等系统。总之,无人驾驶车辆是一个综合的系统,包含了自动驾驶系统、自动泊车系统、传感器系统、堵车辅助系统等多个子系统。
自助驾驶技术的发展能够将各类车辆的驾驶人员解放出来,尤其是家庭私人小型车,不但能够极大地减轻汽车驾驶员驾车劳累程度,也能够减少道路交通安全事故,因为自主驾驶系统收益因素就是安全行驶。其次是某些危险场景中运行的车辆,比如2011年3月日本发生9级地震引发海啸后,福岛的两座核电反应电站中的一座发生泄漏。震后清理工作中,发生核电泄漏的电站附近的清理工作变得异常危险,无人驾驶车辆在该场景中应用就能够进一步减少人员参与,为震后各项工作带来便利。大型长途货运汽车驾驶是一项繁重而且危险的工作,长时间从事该项工作的人员不但需要承受职业病对身体的危害,同时也会接受长时间远离家人孩子的情感伤害,无人驾驶货运汽车能够将从事该工作的人员解放出来,从事其中对身体和情感危害较小的工作。