在第十八屆中國智慧城市大會(huì)上，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員、中國科學(xué)院院士、廣東院士聯(lián)合會(huì)會(huì)員周成虎提出了一個(gè)大膽構(gòu)想——構(gòu)建以低空無人機(jī)遙感網(wǎng)為核心的智慧城市“三維天眼”體系。

他指出，隨著數(shù)字李生城市的興起，城市空間資源的精細(xì)化管理和高效利用成為關(guān)鍵。而將地面以上約600米的低空空域充分開發(fā)，部署全天候、智能化的無人機(jī)遙感網(wǎng)絡(luò)，將為智慧城市建設(shè)提供強(qiáng)大的立體感知能力，如同為城市裝上“天眼”，將深刻重塑城市治理模式和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)圖景。

時(shí)代召喚

城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型

“城市是人類文明的結(jié)晶，承載著文明的傳承。從古巴比倫的青銅時(shí)代城堡，到古希臘哲學(xué)閃耀的城邦；從開啟現(xiàn)代化的倫敦，到重塑城市形態(tài)的紐約；從商朝的殷都、隋唐的長安、明清的北京，到近代的上海、改革開放的深圳...中國的城市同樣書寫著獨(dú)具特色的中華文明篇章。摩天大樓作為現(xiàn)代工業(yè)文明的象征拔地而起，標(biāo)志著工業(yè)時(shí)代的城市繁榮。"

周成虎表示，“如今，人類已邁入數(shù)字文明時(shí)代。城市建設(shè)隨之進(jìn)入數(shù)字李生時(shí)代。智慧城市旨在解決‘大城市病’，提升政務(wù)、民生、經(jīng)濟(jì)效能，整合分散的政務(wù)民生與經(jīng)濟(jì)應(yīng)用，打破部門間的‘?dāng)?shù)據(jù)孤島’。在此時(shí)代背景下，城市需實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、高質(zhì)量建設(shè)、精細(xì)化管理，促進(jìn)空間資源高效利用與綜合功能協(xié)調(diào)發(fā)展。基于空間的數(shù)字李生城市應(yīng)與實(shí)體城市同步規(guī)劃、同步建設(shè)、共同生長。城市大數(shù)據(jù)資產(chǎn)需開放共享，以支撐公共服務(wù)與治理決策。"

周成虎介紹，我國智慧城市發(fā)展歷程可追溯至2000年習(xí)近平總書記前瞻性提出建設(shè)“數(shù)字福州”的戰(zhàn)略部署，歷經(jīng)探索期、加速期、建設(shè)期，現(xiàn)已步入深化期。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)要“加快城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型”“努力走出一條中國特色超大城市治理現(xiàn)代化的新路”。

2024年，國家發(fā)改委、國家數(shù)據(jù)局、財(cái)政部、自然資源部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于深化智慧城市發(fā)展推進(jìn)城市全域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的指導(dǎo)意見》，明確了發(fā)展目標(biāo)：到2027年，全國城市全域數(shù)字化轉(zhuǎn)型取得明顯成效，打造一批橫向打通、縱向貫通、各具特色的宜居、韌性、智慧城市；到2030年，全域數(shù)字化轉(zhuǎn)型全面突破，人民群眾獲得感、幸福感、安全感顯著提升，涌現(xiàn)一批在數(shù)字文明時(shí)代具有全球競爭力的中國式現(xiàn)代化城市。

該《意見》提出了三大重點(diǎn)任務(wù)方向：

一是全方位增強(qiáng)城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型支撐。建設(shè)完善的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施：深入實(shí)施城市云網(wǎng)強(qiáng)基行動(dòng)、建設(shè)數(shù)據(jù)流通利用基礎(chǔ)設(shè)施，加快推動(dòng)公共設(shè)施數(shù)字化改造、智能化運(yùn)營。構(gòu)建數(shù)據(jù)要素賦能體系，加快完善省、市兩級(jí)政務(wù)數(shù)據(jù)平臺(tái)，整合構(gòu)建全國一體化政務(wù)大數(shù)據(jù)體系，有序推動(dòng)公共數(shù)據(jù)開放。

二是全過程優(yōu)化城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型生態(tài)。推進(jìn)適數(shù)字化制度創(chuàng)新，鼓勵(lì)城市開展管理服務(wù)手段、模式和理念的適數(shù)字化變革，建立健全相關(guān)制度規(guī)范，完善規(guī)則規(guī)范和運(yùn)行流程體系。推動(dòng)城市群數(shù)字一體化發(fā)展，數(shù)字經(jīng)濟(jì)東西部協(xié)作。

三是全領(lǐng)域推進(jìn)城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型。建立城市數(shù)字化共性基礎(chǔ)，鼓勵(lì)有條件的地方推進(jìn)城市信息模型、時(shí)空大數(shù)據(jù)、國土空間基礎(chǔ)信息、實(shí)景三維中國等基礎(chǔ)平臺(tái)功能整合、協(xié)同發(fā)展、應(yīng)用賦能，為城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供統(tǒng)一的時(shí)空框架。培育壯大城市數(shù)字經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)新型產(chǎn)城融合發(fā)展。推進(jìn)城市精準(zhǔn)精細(xì)治理，探索建設(shè)基于城市統(tǒng)一標(biāo)識(shí)體系的“城市碼”，推進(jìn)房屋建筑、重大項(xiàng)目等“落圖+賦碼”機(jī)制，形成“多碼合一、一碼互聯(lián)”的服務(wù)治理體系。豐富普惠數(shù)字公共服務(wù)，優(yōu)化綠色智慧宜居環(huán)境，提升城市安全韌性水平，加強(qiáng)城市物理空間安全管理、安全風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢感知、數(shù)字空間安全管理，推進(jìn)建設(shè)有韌性的城市數(shù)據(jù)可信流通體系。

周成虎認(rèn)為，BIM（建筑信息模型）和CIM（城市信息模型）是支撐城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)。依托這些基礎(chǔ)，才能順應(yīng)第四次工業(yè)革命浪潮，構(gòu)建起強(qiáng)大的城市數(shù)智時(shí)空底座。這將在更廣范圍、更深層次實(shí)現(xiàn)對(duì)體力的替代，極大解放人類潛能，實(shí)現(xiàn)更高效率、更優(yōu)品質(zhì)，從根本上改變建筑行業(yè)乃至城市運(yùn)行模式。

空間拓展

城市發(fā)展新維度

周成虎表示，數(shù)字底座逐漸夯實(shí)，城市空間的開發(fā)利用開始向立體維度深度拓展，特別是具有巨大潛力的低空領(lǐng)域。空間是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。從智人走出非洲到蒙古帝國橫跨歐亞，人類通過空間拓展獲取資源、技術(shù)與權(quán)力。人類發(fā)展史本質(zhì)上是對(duì)多維空間的系統(tǒng)性開發(fā)：從適應(yīng)地理環(huán)境到構(gòu)建社會(huì)關(guān)系，從技術(shù)驅(qū)動(dòng)的物理突破到全球網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，每一階段的空間開發(fā)都深刻塑造了文明的形態(tài)與軌跡。

地表土地空間孕育了綿延千載的農(nóng)耕經(jīng)濟(jì)，近地表空間開啟了以摩天大樓為標(biāo)志的工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，海洋空間推動(dòng)了全球版圖重構(gòu)，中高大氣空間支撐了航空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，太空開發(fā)則催生了新興的太空經(jīng)濟(jì)。如今，低空空域的開發(fā)，正以前所未有的方式深刻改變?nèi)祟惿钆c經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局。中國率先提出發(fā)展低空經(jīng)濟(jì)，將地面以上約600米的空域充分用于智慧城市建設(shè)，將重塑整個(gè)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)圖景。

技術(shù)基石

建立城市低空遙感網(wǎng)

“經(jīng)過近200年的發(fā)展，遙感技術(shù)已形成地基、航空、航天、低空協(xié)同的全空間立體觀測體系。“周成虎說，“低空遙感是隨著無人機(jī)等技術(shù)成熟而興起的新型遙感手段。它利用無人機(jī)平臺(tái)集成光學(xué)、紅外、激光等多種傳感器，構(gòu)建起靈活機(jī)動(dòng)、續(xù)航持久、適應(yīng)全天候作業(yè)的遙感數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)。低空遙感與地基遙感、衛(wèi)星遙感共同構(gòu)成了全空間遙感立體觀測體系。“

構(gòu)建低空遙感網(wǎng)，需要飛行器（無人機(jī)）、地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、遙感地面基站等核心要素。其中，低空無人機(jī)遙感智能基站作為新一代測繪裝備，扮演著關(guān)鍵角色。它需要滿足全場景需求，即全天時(shí)、多功能、長航時(shí)、移動(dòng)式、輕量級(jí)、高頻次。

周成虎介紹，根據(jù)應(yīng)用場景差異，遙感地面基站類型包括以下幾種。

輕量級(jí)基站

賦能輕型無人機(jī)，適合狹小區(qū)域精細(xì)化作業(yè)，支持急速換電復(fù)飛，實(shí)現(xiàn)不間斷作業(yè)。典型應(yīng)用包括配電線路、變電站、化工園區(qū)、5G設(shè)備精細(xì)巡檢，以及安防、施工監(jiān)測等。

多功能基站

賦能小型行業(yè)級(jí)無人機(jī)，不懼惡劣環(huán)境，支持多功能掛載，滿足全場景應(yīng)用。典型應(yīng)用包括大氣、水質(zhì)、農(nóng)業(yè)監(jiān)測，油氣、化工泄漏監(jiān)測，山火、洪水災(zāi)害監(jiān)測，城市管理和基礎(chǔ)測繪等綜合應(yīng)用。

長航時(shí)基站

賦能固定翼無人機(jī)，作業(yè)半徑超30千米，續(xù)航100分鐘，飛行速度每小時(shí)72千米，適合長距離高效數(shù)據(jù)采集。典型應(yīng)用包括交通不便區(qū)域（岸線、邊區(qū)、林場、大型水庫）巡查，大面積正射影像、實(shí)景三維、點(diǎn)云采集等基礎(chǔ)測繪。

航母式基站（移動(dòng)式全自動(dòng)機(jī)場）

機(jī)動(dòng)靈活，顯著延伸無人機(jī)作業(yè)半徑。整車可裝配6臺(tái)無人機(jī)，支持異地起降、協(xié)同作業(yè)。典型應(yīng)用包括突發(fā)山火、重大安保等應(yīng)急監(jiān)測，火災(zāi)救援、應(yīng)急搶險(xiǎn)等多機(jī)協(xié)同場景。

全時(shí)域基站

兼具多旋翼無人機(jī)靈活性與固定翼無人機(jī)長航程優(yōu)勢，覆蓋范圍可達(dá)傳統(tǒng)旋翼基站的4倍。這些新型裝備的研發(fā)與應(yīng)用，契合了國家發(fā)改委對(duì)未來產(chǎn)業(yè)的布局要求，是構(gòu)建智慧城市新型基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要組成部分。

與此同時(shí)，我國低空遙感科技攻關(guān)也取得顯著成效，呈現(xiàn)出定量化、自動(dòng)化、協(xié)同化的發(fā)展趨勢。“十三五”期間，國家重點(diǎn)研發(fā)“高頻次迅捷無人航空器區(qū)域組網(wǎng)遙感觀測技術(shù)”，旨在構(gòu)建無人機(jī)組網(wǎng)管控與多源數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多架無人航空器快速機(jī)動(dòng)部署、協(xié)同作業(yè)與數(shù)據(jù)迅捷處理，服務(wù)于環(huán)保、自然資源管理、應(yīng)急、基礎(chǔ)測繪等領(lǐng)域。

“十四五”期間，國家提出構(gòu)建“全時(shí)全域無人機(jī)遙感網(wǎng)”目標(biāo)，重點(diǎn)研究“復(fù)雜環(huán)境無人機(jī)全時(shí)全域組網(wǎng)觀測技術(shù)與綜合驗(yàn)證”，內(nèi)容包括實(shí)現(xiàn)全時(shí)智能化遙感作業(yè)、多機(jī)多任務(wù)協(xié)同、航路網(wǎng)規(guī)劃與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、空地一體觀測，攻克復(fù)雜環(huán)境下全域作業(yè)與多機(jī)協(xié)同、機(jī)上實(shí)時(shí)目標(biāo)識(shí)別與自主規(guī)劃、實(shí)時(shí)成圖、復(fù)雜環(huán)境下管控與產(chǎn)品匯聚等關(guān)鍵技術(shù)，最終建成遙感無人機(jī)全時(shí)全域智能觀測體系。重點(diǎn)研發(fā)方向還包括長航時(shí)無人機(jī)森林大型動(dòng)物監(jiān)測識(shí)別、全天候森林火險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)報(bào)與早期探測、非顯性滑坡隱患勘測技術(shù)裝備等。

核心架構(gòu)

“三維天眼”體系

周成虎表示，低空無人機(jī)遙感網(wǎng)的核心架構(gòu)可概括為：“一張網(wǎng)、一個(gè)中心、一個(gè)工廠、N個(gè)應(yīng)用”。一張網(wǎng)即針對(duì)不同業(yè)務(wù)場景，部署功能各異的無人機(jī)基站，通過統(tǒng)一接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)核心區(qū)7×24小時(shí)高頻次自主巡檢和5分鐘內(nèi)快速響應(yīng)。

一個(gè)中心即智能運(yùn)行系統(tǒng)，集無人機(jī)指揮調(diào)度、組網(wǎng)飛行、動(dòng)態(tài)航路規(guī)劃、安全監(jiān)測于一體，具備接入千架以上多品牌、多型號(hào)無人機(jī)的能力，支持百架以上無人機(jī)并發(fā)調(diào)度。

一個(gè)工廠即遙感大數(shù)據(jù)工廠，是集海量高分辨率遙感數(shù)據(jù)匯聚、自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理、智能化數(shù)據(jù)分析、時(shí)空數(shù)據(jù)可視化于一體的軟件平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的大規(guī)模處理、分析與深加工。

N個(gè)應(yīng)用即面向政府各部門、各行業(yè)及社會(huì)公眾，提供豐富的時(shí)空遙感大數(shù)據(jù)應(yīng)用解決方案，包括城市管理與綜合執(zhí)法、城市實(shí)景三維與低空全息地圖等。

城市管理與綜合執(zhí)法主要針對(duì)私搭亂建等隱蔽性強(qiáng)、易反復(fù)的頑疾，無人機(jī)高空巡查可有效覆蓋地面視覺死角（如屋頂、棚戶區(qū)），通過航拍影像快速識(shí)別在建違建，固定證據(jù)，極大提升執(zhí)法效能。城市實(shí)景三維與低空全息地圖主要是通過構(gòu)建覆蓋全域、全時(shí)的城市動(dòng)態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，與地面街道攝像頭形成互補(bǔ)，共同構(gòu)成智慧城市的“三維天眼”，即以約15平方千米為基本監(jiān)測單元，形成覆蓋城市的感知網(wǎng)絡(luò)；依托強(qiáng)大的智慧中心統(tǒng)一管理空中飛行器，確保按需、按時(shí)、安全穩(wěn)定運(yùn)行；海量數(shù)據(jù)匯聚至“遙感大數(shù)據(jù)工廠”進(jìn)行智能化處理。

這種模式將顯著降低大規(guī)模實(shí)景三維測繪成本（估算每平方千米3000至5000元），為構(gòu)建融合自然資源與規(guī)劃信息的“城市低空全息地圖”提供技術(shù)手段。

周成虎指出，未來20至30年，中國城市化進(jìn)程仍將持續(xù)，預(yù)計(jì)將有3億多人從農(nóng)村進(jìn)入城市。智慧城市建設(shè)是支撐這一宏偉進(jìn)程的關(guān)鍵，低空無人機(jī)遙感網(wǎng)作為智慧城市的“三維天眼”，是數(shù)字底座在立體空間感知維度的重要延伸。智慧城市建設(shè)將助推高效、便捷、安全的生活，重塑未來城市形態(tài)，并有望成為21世紀(jì)的引領(lǐng)性產(chǎn)業(yè)。

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