无人机在智慧城市环境中面临的挑战

随着越来越多的公司使用无人机运送小包裹，无人机在城市物流中的应用在全球范围内日益广泛。

　　亚马逊是采用无人机的最大公司之一，而Chipotle是最新采用无人机运送食品的公司之一。随着无人机配送的便利性和优势(例如有助于避免交通拥堵)被越来越多的公司所认可，更多的无人机可能会占据低空空间。

　　随着城市向智慧城市转型，多个流程实现自动化，技术系统之间能够更高效地实时通信，无人机送货可能会变得更加普遍。

　　它们将能够与周围环境动态互动，并更快地响应周围变化。然而，随着越来越多的无人机占据低空空域，这些额外的空中交通需要更有效地管理——类似于传统的空中交通——以防止无人机碰撞和空中交通瓶颈。

　　虽然现有的技术可以创建能够控制城市诸多静态要素的智慧城市，但无人机的快速移动特性——理论上可以在空中选择多种路径(相比于遵循既定路线和地图的汽车)——带来了更大的挑战。

　　在来自多个组织的无人机编队能够在智慧城市环境中自由移动之前，仍有许多技术挑战需要解决。

　　安全和通信挑战

　　由于许多无人机可能携带其配送对象的个人信息，安全和数据隐私问题是其中最严峻的挑战之一。

　　因此，无人机需要有强大的安全协议和法规来防止这种情况发生，尤其是在它们连接到智慧城市环境中更广泛的数字网络时。

　　无人机还搭载了许多摄像头和其他传感器，这些传感器可能包含基于其所见内容的宝贵信息和数据，而这些信息和数据也可能被潜在的黑客获取。

　　然而，在智慧城市中实施无人机自主网络安全系统非常困难，因为无人机与其他通信技术运行在相同的频段。

　　这种干扰会导致错误和数据丢失，进而影响无人机的导航精度。因此，无人机运行时存在很大的干扰和中断风险。

　　如果要让无人机在智慧城市中的使用增长到如同科幻电影中场景般的程度，就需要部署能够处理无人机高带宽、并管理和协调多架无人机形成高效空中交通模式的通信系统。

　　只有通过全球安全的通信渠道，才能避免危及公共安全的事故和事件。

　　无人机、其他飞行器(空中和地面)、地面控制站和空中交通管制之间的安全实时通信渠道，可以确保无人机在高流量智慧城市环境中始终受到安全控制和管理。

　　这些通信渠道提供关键的实时信息，例如天气状况、空中交通更新和紧急警报，帮助无人机更有效地导航、规划路线并根据当地环境条件确定何时移动。

　　智慧城市无人机面临的另一个通信挑战是缺乏标准化，导致不同无人机之间以及无人机与智慧城市基础设施之间的互操作性差。

　　每架无人机都会收集大量数据。然而，如果这些技术的操作程序不相同，或者缺乏某种程度的数据融合，无法将不同类型的数据处理成通用格式，那么不同技术之间就有可能产生混淆。

　　最后，城市智慧城市环境中存在大量高层建筑和其他物理基础设施，这些设施可能会干扰无人机与地面站(以及等待配送的消费者)之间的通信。

　　即使是暂时失去联系，也会影响实时数据传输，从而可能影响无人机在配送过程中的飞行时间和轨迹。因此，通信网络需要覆盖范围广，并注意任何视线障碍和通信盲区，以防止无人机出现延迟。

　　功能空间有限

　　虽然通信网络对更广泛的智慧城市网络构成了重大挑战，但大多数无人机的体积小也带来了直接挑战。

　　体积小意味着空间狭小，这可能会限制某些无人机在某些配送和应用场景中的应用，具体取决于其尺寸。

　　对于为企业或客户配送的商用无人机来说，存储空间有限，这使得许多无人机难以运输大件和笨重的物品。

　　不同的任务需要不同尺寸的无人机，在规划空中交通路线时需要考虑所有尺寸。增加库存空间也可能会减少其他组件(例如电池)的空间。

　　在电池方面，货物和其他组件的数量将决定哪种电池可以安装在无人机上。同样，与货物空间一样，有些无人机可能配备较小的电池，只能进行短途配送，而有些无人机则配备性能更强大的电池，可以进行更长的飞行，所有这些都需要妥善管理。

　　然而，电池技术的持续创新或许能有所帮助，因为电池续航时间短的无人机在繁忙的城市环境中可能会遇到困难，因为这些环境中需要消耗更多电量进行通信、监控、物体识别和实时决策，而且无人机还可能根据当地交通状况随时停止启动/改变速度。

　　电池续航时间短还可能限制无人机实时处理数据的能力，这也直接关系到通信和安全问题，因为这会降低它们在繁忙环境中的响应速度。

　　需要低空交通管理吗?

　　虽然将无人机融入智慧城市环境面临挑战，这需要强大的无人机技术，但一个用于低空交通的综合空中交通管制系统对于协调和平衡无人机交通至关重要。

　　这可能包括多种算法，以实现冲突管理、容量-交通平衡和数字空域管理，因为这将使控制系统能够开发出一个控制系统，该系统能够为最终将出现在智慧城市中的众多无人机提供高度的态势感知、路线规划能力和智能调度操作。

　　区块链能提供帮助吗?

　　虽然需要重点解决无人机的直接能力和更广泛的智慧城市基础设施挑战，但这并不意味着其他技术无法帮助提高关键技术的稳健性。

　　一个已被提出的例子是使用区块链，这是一种利用加密技术来促进计算机之间安全通信和交易的去中心化数字账本。

　　由于网络安全、通信和个人数据面临诸多挑战，区块链有可能帮助解决智能城市环境中无人机面临的多项技术挑战。

　　区块链技术有望解决这些挑战的主要方法包括：

　　创建去中心化的无人机交通管理系统，实现无人机之间的实时操作和协调，从而降低碰撞风险;

　　促进无人机与应急响应人员之间更快速、更安全的通信，以便在发生事故或其他事件时更快地做出响应;

　　创建不可破解的传感器数据记录，确保其安全存储并仅在授权利益相关者之间共享;

　　创建智能合约，允许无人机自主完成配送，无需人工干预，同时确保无人机位置和包裹当前配送状态的完全透明性。

　　区块链、其他先进技术或多种技术的结合是否能够有效应对众多技术挑战，仍有待观察。显而易见的是，如果我们想要在智慧城市中看到无人机编队，仍有许多问题需要解决。

　　无人机在物流应用中具有诸多优势，而且人们对其的使用和兴趣正在日益增长。随着社会向更加智能的城市环境迈进，无人机在天空中无缝飞行可能会成为我们每天都能看到的常见景象。